Stanovení distribuce velikosti částic – spolehlivě, in situ měření přímo v analyzovaném vzorku, v časově rozlišených experimentech pomocí DLS analyzátoru Vasco Kin od Cordouan Technologies
22. 9. 2020
Velikost
nanočástic (hydrodynamický průměr) je důležitou vlastností, která souvisí se specifickým
měrným povrchem, schopností procházet membránami a povrchovými
interakcemi, agregací a stabilitou suspenzí, funkční kapacitou (self
assembly), optickými, mechanickými a elektrickými vlastnostmi. Vhodnou
metodou pro charakterizaci nanočástic v suspenzích je dynamický
rozptyl světla (DLS, dynamic light scattering), který je vhodný pro částice od 1 nm
do 10 μm. Přístroj Vasco KinTM je nejnovější
generací DLS analyzátorů pro kinetickou analýzu distribuce velikosti
nanočástic bezkontaktně ve vzorku (in situ) v časově
rozlišených experimentech. Lze jej využít při monitorování syntézy
nanočástic, posuzování stability suspenzí či jako součást fyzikálně chemické
charakterizace suspenzí nanočástic.
Bezkontaktní
měření
V kombinaci
s měřící hlavou pro bezkontaktní měření (in situ remote
optical head) umožňuje Vasco KinTM sledovat vzorek
v reálném čase přímo v nádobě propustné pro laser bez nutnosti
přenášení vzorku. Výhodou in situ stanovení je zamezení rizika
kontaminace, snížení rizika pro operátora (např. při analýze
radioaktivních vzorků), úspora spotřebního materiálu a času. Zajímavá je
možnost propojit více experimentálních přístupů současně: například měřit v kapiláře
s okénkem v kombinaci se SAXS [1] nebo SANS,
sledovat nanočástice v reaktoru pro mikrovlnou syntézu nebo působit
vlivem silného magnetického pole (in situ přístup měření neohrožuje
elektroniku přístroje!) [2]. Možností je celá řada, stačí zajistit přístup
laserového paprsku do reakční nádoby například jeho zaměřením do mikrofluidního
kanálu nebo tlakové cely (použit 1 cm silný křemen).

Obr. 1
– Sledování syntézy nanočástic v tlustostěnném reaktoru pomocí měřící
hlavy pro bezkontaktní měření (in situ remote optical head)
Popis
konfigurace, kinetická měření
Dle
charakteru vzorků lze zvolit vhodnou vlnovou délku laseru (405, 488, 515, 638,
785 nm), flexibilně upravit měřící uspořádání (pracovní vzdálenost a úhel)
či přidat fluorescenční filtry a polarizátory. Přístroj je přenosný,
s použitím externího zdroje lze pracovat přímo v terénu. K přístroji
lze připojit různé měřící hlavy, například speciální měřící hlavu pro velmi
zředěné a tmavé/koncentrované vzorky (až 40 % hm. koncentrace) nebo
temperační hlavu s Peltierovým článkem v teplotním rozsahu 5–90 °C. Přístroj
umožňuje rychlá kinetická měření s rozlišením až 200 ms, která
jsou vhodná pro sledování syntézy nanočástic nebo stability suspenzí
v reálném čase.

Obr. 2
– Kinetická analýza gelace vyhodnocená pomocí průměrné velikosti nanočástice
(Z-average)
Vyhodnocení
a analýza dat
Pokročilý
software NanoKin obsahuje unikátní matematické algoritmy umožňující efektivní
analýzu polydisperzních vzorků v časově rozlišených experimentech. Lze
tedy sledovat vývoj suspenze v čase, ať už agregaci, disoluci nebo sedimentaci.
Analýzy využívají mimo klasického modelu Cumulant (Gaussova distribuční funkce,
pouze jedna průměrná populace nanočástic) dvou unikátních matematických
algoritmů, a to Pade Laplace (diskrétní distribuční funkce, neomezený
počet populací) a Sparse Baysian Learning (kontinuální distribuční funkce,
neomezený počet populací).

Obr. 3
– Porovnání matematických algoritmů využívaných při analýze dat
Součástí
tohoto software je rozsáhlá databáze rozpouštědel a simulační mód
umožňující predikci chování komplexních vzorků. Výsledky měření lze exportovat
v různých formátech. Online kinetická analýza umožňuje komplexní analýzu
vzorků – například analyzovat konformační dynamiku proteinů v reálném
čase. Výsledky lze vizualizovat pomocí 2D map. Kromě distribuce velikosti
nanočástic lze také stanovit počet a objem částic.

Obr. 4
– Vyhodnocení kinetických dat pomocí SBL, porovnání časově rozlišeného
experimentu a vizualizace pomocí 2D mapy
Možné
aplikace
Kombinace
kinetických měření, in situ analýzy a posouzení distribuce
velikosti nanočástic pomocí pokročilých algoritmů lze využít pro celou řadu
aplikací:
- posouzení morfologie částic
- přesná kvantifikace účinné složky u vakcín na bázi nanočástic (HIV) [3]
- kinetika koagulace (např. asfalteny)
- gelace, sol-gel přechod
- fytotoxicita a biologická aktivita
- stabilita a dynamika chování micel
- analýza nanoplastů ve vodě [4]
- analýza inkoustových pigmentů
- velikost a chování protilátek a proteinů
- polymerace

Obr. 5
– Posouzení míry agregace protilátek ve vakcíně
Vasco
KinTM patří mezi nejnovější generaci DLS analyzátorů tím, že
umožňuje přesné kinetické analýzy v časově rozlišených experimentech. V kombinaci
s možností bezkontaktního měření pomocí speciální optické hlavy (in
situ) a analýzou pomocí pokročilých algoritmů je jedinečný a nabízí řešení
mnoha komplexních problémů. Umožňuje monitorovat syntézu, sledovat aglomeraci a
posuzovat stabilitu suspenzí v reálném čase. Během jednoho kontinuálního
experimentu umožňuje Vasco KinTM přístup ke všem naměřeným veličinám
(distribuce velikosti, intenzita rozptýleného světla, korelogramy atd.) a slouží
uživateli jako sofistikovaný nástroj pro kontrolu dat. Přístroj je vysoce
citlivý díky využití výkonného laseru a frekvenčně stabilizovaného bezartefaktového
APD detektoru a umožňuje pracovat ve velice náročných podmínkách.
Pro
náročné uživatele vyžadující současné stanovení zeta-potenciálu lze využít 2v1
analyzátor AmerigoTM (DLS + Laserová Dopplerovská elektroforéza)
nebo WallisTM (LDE), které se chlubí nejlepším rozlišením
zeta-potenciálu na trhu (0,1 mV).
Anna
Pleskačová (pleskacova@pragolab.cz)
Nenechte si ujít další zajímavosti
- Nové multikanálové potenciostaty s impedanční analýzou od Biologic SAS
- Proč právě rotační vakuové koncentrátory
- Orbitální pasti ve vývoji vakcín a biofarmak
- Rychlé, automatické a přesné stanovení koncentrace alkoholu v krvi pomocí plynové chromatografie s headspace nástřikem a plamenově ionizačním detektorem
- HDX-MS (Hydrogen Deuterium Exchange Mass Spectrometry) – silný nástroj pro charakterizaci struktury proteinů