Quantitative und qualitative Untersuchung der Partikel-Partikel Wechselwirkungen mit Kolloidales Probe Nanoskopie

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens ist es, quantitative Informationen über die nanoskaligen Wechselwirkungen zwischen Partikeln in einem flüssigkeitsbasierten kolloidalen System zu erhalten. Dies wird erreicht, indem zunächst eine funktionsfähige kolloidale Sonde hergestellt wird, indem ein einzelnes Partikel an einem Tipis-Rasterkraftmikroskop-Ausleger befestigt wird. Der zweite Schritt besteht darin, die Sonde auf das Rasterkraftmikroskop zu montieren und eine Flüssigkeitszelle mit einem kolloidalen Partikelsubstrat vorzubereiten.

Anschließend werden die Federkonstante und die Empfindlichkeit der kolloidalen Sonde mit Hilfe der Mikroskopsoftware thermisch kalibriert. Der letzte Schritt besteht darin, die kolloidale Sonde zu verwenden und die Wechselwirkungen mit dem kolloidalen Teilpartikelsubstrat in der Flüssigkeit zur Kalibrierung zu messen. Eine direkte Messung der Sondenempfindlichkeit mit einem MICA-Substrat in Flüssigkeit erfolgt ebenfalls als kolloidale Sonde.

Die Mikroskopie kann verwendet werden, um die Kräfte zwischen den Partikeln zu messen, die für die Gerinnungskinetik und die physikalische Instabilität des untersuchten kolloidalen Flüssigkeitssystems verantwortlich sein können. Diese Methode kann dazu beitragen, Schlüsselparameter zu bestimmen und zu messen, die für die physikalische Stabilität und Gerinnungskinetik verschiedener flüssiger kolloidaler Systeme verantwortlich sind, wie sie in unter Druck stehenden Dosierinhalatoren, pharmazeutischen, intravenösen Formulierungen, biologischen Systemen und mehreren anderen Systemen vorhanden sind. Durch die sehr genauen Messungen der Anziehungs-, Kohäsions- und Dekohäsionskräfte von zwei festen Materialien. Diese Methode kann einen sehr tiefen Einblick in die nicht-skaligen chemischen und physikalischen Wechselwirkungen dieser beiden Festkörper geben.

Dieses Wissen kann genutzt werden, um die Stabilität von pharmazeutischen Formulierungen vorherzusagen, aber auch auf sehr unterschiedliche biologische Systeme angewendet werden, um die Affinität von Partikeln oder verschiedenen Feststoffen zu Zellen oder Bakterien zu untersuchen. Beginnen Sie mit der Vorbereitung der kolloidalen Sonde mit einer Rasterkraftmikroskopiespitze, die weniger Ausleger ist, und befestigen Sie den Ausleger an einem 45-Grad-Winkelhalter, wie hier zu sehen. Der Halter stützt den Ausleger in einem Winkel von 45 Grad über der Horizontalen.

Der nächste Schritt besteht darin, dazu Epoxidharz auf den Objektträger aufzutragen. Nachdem Sie das Epoxidharz vorbereitet haben, verwenden Sie einen sauberen Spatel, um eine dünne Schicht auf den Objektträger zu schmieren. Befestigen Sie die gegenüberliegende Seite des Objektträgers mit einem provisorischen Klebstoff an einer speziellen Halterung, die zum Aufschieben auf das Gehäuse des Mikroskopobjektivs entwickelt wurde.

Kehren Sie mit dem Objektträger und der Halterung zum Mikroskop zurück und schieben Sie den Halter auf das Objektivgehäuse, wenn er fertig ist. Der Objektträger mit Epoxidharz sollte sich über dem Ausleger auf der Probenplattform befinden. Wenn alles an seinem Platz ist, beobachten Sie den Ausleger durch das Mikroskop und nähern Sie sich der Plattform und dem Ausleger dem Epoxidobjektträger.

Sobald der Ausleger eine kleine Menge Epoxidharz aufgenommen hat, ziehen Sie den Ausleger mit dem Epoxidharz an Ort und Stelle zurück. Verwenden Sie die gleiche Technik, um ein zwei bis fünf Mikrometer großes Lipidpartikel an der Spitze des Auslegers anzubringen. Bereiten Sie nun das Rasterkraftmikroskopie-Substrat vor.

Verwenden Sie einen 35 Millimeter dicken runden Deckslip und einen thermoplastischen Montagekleber. Erhitzen Sie den Deckglas auf einer Herdplatte, die mit dem Temperaturfühler ausgestattet ist. Wenn die Heizplatte etwa 120 Grad Celsius hat, tragen Sie den thermoplastischen Klebstoff auf, schalten Sie die Heizplatte aus und warten Sie, bis sie und der Deckglas auf 40 Grad Celsius abgekühlt ist.

Bestäuben Sie den Deckglas an dieser Stelle mit einer kleinen Menge kolloidaler Partikel. Wenn der Deckbezug auf Raumtemperatur abgekühlt ist, geben Sie ihn in einen Halter und waschen Sie ihn, indem Sie ihn pipettieren. Hier eine kleine Menge flüssiges Medium, zwei H drei H pro Fluor PENTAN oder HPFP.

Wiederholen Sie dies mehrmals, um nicht anhaftende Partikel zu entfernen. Der nächste Schritt besteht darin, das Substrat für die Verwendung im Rasterkraftmikroskop oder ein FM dafür zu montieren, die untere Hälfte einer Flüssigzelle zu verwenden, das Deckglas mit den kolloidalen Partikeln in der unteren Hälfte der Zelle zu montieren. Stellen Sie sicher, dass der O-Ring richtig sitzt, um ein Auslaufen zu verhindern.

Treffen Sie am Rasterkraftmikroskop Vorkehrungen gegen Leckagen. Schützen Sie den Mikroskoptisch mit einer transparenten hydrophoben Folie. Stellen Sie dann die Flüssigkeitszelle auf den Tisch.

Nachdem Sie die kolloidale Sonde am Scankopf befestigt haben, montieren Sie diese auf dem A FM. Starten Sie das A FM und die Gerätesoftware und verwenden Sie die Einstellknöpfe des Scankopfes, um die Cantilever-Spitze in den Fokus zu bringen und den Laser auszurichten. Um den Laser auszurichten, überwachen Sie die Laserintensität und maximieren Sie ihren Wert. Lassen Sie das System an der Luft äquilibrieren und verwenden Sie dann den Einstellknopf, um die Auslenkung auf Null oder einen leicht negativen Wert zu bringen.

Wechseln Sie anschließend im Master-Panel-Fenster der Software zum Thermal Panel. Um die Empfindlichkeit der kolloidalen Sonde zu ermitteln, wählen Sie "Inverse Empfindlichkeit des optischen Hebels berechnen" aus, und erfassen Sie dann thermische Daten. Wenn ein markanter Peak erkennbar ist, beenden Sie die Datenerfassung.

Klicken Sie, um den Hauptpeak zu vergrößern, und wählen Sie dann "Anpassung initialisieren" aus. Gefolgt von den thermischen Passungsdaten wird ein Sensitivitätswert berechnet. Gehen Sie auf ähnliche Weise vor, um die Federkonstante der kolloidalen Sonde zu bestimmen.

Sobald die Empfindlichkeit und die Federkonstante gefunden wurden, ist es an der Zeit, das Medium in die Flüssigkeitszelle zu geben. Verwenden Sie eine Spritze mit mindestens zwei Millilitern HPFP, um langsam zwei Milliliter hinzuzufügen und dabei darauf zu achten, dass keine Blasen um den Ausleger herum vorhanden sind. Richten Sie den Laser nach der Zugabe des Mediums neu aus, um eine Änderung des Brechungsindex zu berücksichtigen.

Lassen Sie den Ablenkwert im HPFP fünf bis 10 Minuten lang äquilibrieren. Stellen Sie es dann wieder auf Null ein. Wenn Sie auf dem Master-Bedienfeld zum Scannen bereit sind, stellen Sie die anfängliche Scangröße auf 20 Mikrometer ein.

Abtastrate bis zu einem Hertz, Abtastwinkel bis zu 90 Grad und Sollwert auf 0,2 Volt. Nähern Sie sich der Probe und scannen Sie. Wenn ein Partikel von Interesse gefunden wird, zoomen Sie sofort darauf, um ausgedehnte Wechselwirkungen der Sonde mit dem Substrat zu vermeiden. Scannen Sie ein Bild, das ausreicht, um das Partikel auf dem Substrat zu lokalisieren oder die Höhen seiner Hauptmerkmale zu kennen.

Wechseln Sie dann in der Software auf das Force Panel, schieben Sie den roten Positionsbalken in die höchste Position. Stellen Sie den Kraftabstand auf fünf Mikrometer ein. Die Abtastrate beträgt 0,1 Hertz und der Triggerkanal keine.

Führen Sie eine einmalige Kraftmessung durch und stellen Sie sicher, dass die Sonde das Substrat aus dem erhaltenen Diagramm nicht berührt. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf das Diagrammfenster und wählen Sie Virtuelle Ablenkungslinie berechnen. Dadurch wird die vertikale Auslenkung automatisch berechnet und aktualisiert.

Stellen Sie nun den Triggerkanal auf Ablenkung und stellen Sie den Triggerpunkt auf 20 Nanometer ein. Stellen Sie den Kraftabstand auf einen Mikrometer ein. Stellen Sie die Abtastgeschwindigkeit auf 200 Nanometer pro Sekunde ein, die für die mit diesem Teilchen verbundenen Kräfte geeignet ist.

Führen Sie dann nach Abschluss der Messung die erste von zwei bis drei Einzelkraftmessungen durch. Gehen Sie zum Force-Panel und klicken Sie auf Überprüfen. Um eine Master-Kraftgruppe zu öffnen, markieren Sie die letzte Kraftmessung, und überprüfen Sie, ob unter der Überschrift "Nur Achse" aktiviert ist.

Ändern Sie außerdem das Eingabefeld für die x-Achse in den Abstandsabstand. Klicken Sie dann auf Diagramm erstellen. Gehen Sie zur Registerkarte "Parameter" im Master-Force-Panel und passen Sie den Wert der inversen Empfindlichkeit des optischen Hebels an, bis der Kontaktbereich des Diagramms vollständig vertikal ist.

Notieren Sie sich den Wert, der an das Masterforce-Panel zurückgegeben wird. Öffnen Sie die Registerkarte "Kraft" und die Unterregisterkarte "Kalibrierung". Geben Sie dann den Kehrwert der inversen Empfindlichkeit des optischen Hebels in das Feld für die Ablenkung der inversen Empfindlichkeit des optischen Hebels ein.

Wiederholen Sie die Kraftmessung und die Einstellung der Empfindlichkeit zwei- bis dreimal, um sicherzustellen, dass sich der Wert mit den eingestellten Parametern nicht wesentlich ändert, überprüfen Sie den Füllstand des flüssigen Mediums und die Stabilität der Durchbiegung. Fahren Sie mit der Messung von Kraftkurven oder Kraftkarten fort. Bestimmen Sie nach Abschluss der Messungen die tatsächliche Empfindlichkeit der Sonde.

Entfernen Sie die Flüssigkeitszelle mit dem Substrat und ersetzen Sie sie durch die Flüssigkeitszelle. Tauchen Sie die MICA mit MICA oder einer anderen harten Oberfläche in das gleiche flüssige Medium. Fahren Sie fort, indem Sie eine Kraftmessung mit der kolloidalen Sonde unter Verwendung einer relativ großen Ablenkung durchführen, so dass der Kraftverlauf einen langen Kontaktbereich hat.

Die Software bestimmt die Empfindlichkeit anhand der Steigung des Kontaktbereichs. Verwenden Sie die von der Software berechnete Empfindlichkeit bei der Analyse von Kurven, die mit der Sonde erhalten wurden. Dieses topographische Bild eines Partikelsubstrats wurde mit einer kolloidalen Sonde in zwei H drei H pro Fluorpentan erstellt.

Das Bild ist weniger scharf als bei solchen, die mit einer geschärften konischen Spitze erhalten werden. Das Ziel ist es jedoch, ein Substratpartikel für die Bewertung der Wechselwirkungen zwischen den Partikeln zu finden. Scans können sich außerdem auf die Oberfläche eines einzelnen Partikels konzentrieren: Kraftabbildung mit lipidbasierten Partikeln in zwei H drei H pro Fluor.

Pentane kann sowohl topographische Karten der Probenhöhe als auch eine Adhäsionskarte liefern, die die maximale Polkraft jedes einzelnen Kraftverlaufs vermittelt. Beide Arten von Rohdatendiagrammen können in dreidimensionalen Darstellungen angezeigt werden. Durch ihre Überlagerung entsteht eine dreidimensionale Darstellung der Verteilung der Adhäsionskräfte in Abhängigkeit von der Topographie.

Verweilkraftmessungen ermöglichen es, den Einfluss der Kontaktmechanik und der Kontaktlänge auf die Adhäsionskräfte zu untersuchen. Es wurden feste Lipidpartikel verwendet und Messungen deuten darauf hin, dass die Adhäsionskräfte in Abhängigkeit von der Zeit zunehmen. Bei Verwendung der Eindringverweilung stagnieren die Adhäsionskräfte unter Verwendung der Ablenkungsverweilung Während dieses Verfahrens versucht wird.

Es ist wichtig, das flüssige Medium vor Beginn der Messung auszugleichen, um sicherzustellen, dass die genauesten Ergebnisse erzielt werden.