Kwantitatieve en kwalitatieve onderzoek van Particle-deeltje Interacties gebruik Colloïdaal Probe Nanoscopy
18 juli 2014
Colloïdale sondev-nanoscopie kan binnen verschillende velden worden gebruikt om inzicht te krijgen in de fysische stabiliteit en coagulatiesnelheid van colloïdale systemen en om medicijnontdekking en formuleringswetenschappen te ondersteunen met behulp van biologische systemen. De beschreven methode biedt een kwantitatief en kwalitatief middel om dergelijke systemen te bestuderen.
Het algemene doel van deze procedure is om kwantitatieve informatie te verkrijgen over de interacties op nanoschaal die aanwezig zijn tussen deeltjes in een op vloeistof gebaseerd colloïdaal systeem. Dit wordt bereikt door eerst een functionele colloïdale sonde te bereiden door een enkel deeltje aan een tipis atoomkrachtmicroscoop cantilever te bevestigen. De tweede stap is om de sonde op de atoomkrachtmicroscoop te monteren en een vloeistofcel te bereiden met een colloïdaal deeltjessubstraat.
Vervolgens worden de veerconstante en gevoeligheid van de colloïdale sonde thermisch gekalibreerd met behulp van de microscoopsoftware. De laatste stap is om de colloïdale sonde te gebruiken en interacties met het colloïdale deeltjessubstraat in vloeistof te meten voor kalibratie. Een directe meting van de sondegevoeligheid met behulp van een MICA-substraat in vloeistof wordt ook uiteindelijk gemaakt voor de colloïdale sonde.
Microscopie kan worden gebruikt om de interdeeltjeskrachten te meten die verantwoordelijk kunnen zijn voor coagulatiekinetiek en fysieke instabiliteit van het bestudeerde vloeibare colloïdale systeem. Deze methode kan helpen bij het bepalen en meten van belangrijke parameters die verantwoordelijk zijn voor de fysieke stabiliteit en coagulatiekinetiek van verschillende vloeibare colloïdale systemen, zoals die welke aanwezig zijn in geperste meter dose inhalers, farmaceutische, intraveneuze formuleringen, biologische systemen en verschillende andere systemen Door de zeer nauwkeurige metingen van aantrekkingskracht, cohesie en de cohesiekrachten van twee vaste materialen. Deze methode kan een zeer diep inzicht bieden in chemische en fysische interacties op niet-schaal van deze twee vaste stoffen.
Deze kennis kan worden gebruikt om de stabiliteit van farmaceutische formuleringen te voorspellen, maar kan ook worden toegepast op zeer verschillende biologische systemen Om de affiniteit van deeltjes of verschillende vaste stoffen voor cellen of bacteriën te onderzoeken. Begin met het bereiden van de colloïdale sonde met behulp van een atoomkrachtmicroscopietip, minder cantilever, bevestig de cantilever aan een hoekhouder van 45 graden zoals hier te zien is. De houder ondersteunt de cantilever op 45 graden boven het horizontale vlak.
De volgende stap is om epoxy op de microscoopplaat te plaatsen om dit te doen. Na het voorbereiden van de epoxy, gebruik een schone spatel om een dunne laag op de plaat uit te smeren. Gebruik een tijdelijk hechtmiddel om de tegenovergestelde kant van de plaat aan een aangepaste houder te bevestigen die is ontworpen om op de microscooplensbehuizing te glijden.
Keer terug naar de microscoop met de plaat en houdersamenstelling en schuif de houder op de lensbehuizing wanneer u klaar bent. De plaat met epoxy moet boven de cantilever op het monsterplatform zijn. Met alles op zijn plaats, observeer de cantilever door de microscoop en benader de platform en cantilever naar de epoxy-plaat.
Zodra de cantilever een kleine hoeveelheid epoxy heeft verkregen, trekt u de cantilever met de epoxy op zijn plaats terug. Gebruik dezelfde techniek om een lipidesdeeltje van twee tot vijf micrometer aan de top van de cantilever te bevestigen. Bereid nu het atoomkrachtmicroscopiesubstraat voor.
Gebruik een 35 millimeter ronde deksel en een thermoplastische montagekleefstof. Verwarm de deksel op een hotplate uitgerust met de temperatuursensor. Wanneer de hotplate ongeveer 120 graden Celsius is, breng de thermoplastische kleefstof aan, zet de hotplate uit en wacht tot deze en de deksel zijn afgekoeld tot 40 graden Celsius.
Op dit punt, bestuif de deksel met een kleine hoeveelheid colloïdale deeltjes. Wanneer de deksel is afgekoeld tot kamertemperatuur, breng deze over in een houder en was hem door er overheen te pipetten. Een kleine hoeveelheid vloeibaar medium hier, twee H drie H per fluoro PENTANE of HPFP.
Doe dit meerdere keren om niet-bevestigde deeltjes te verwijderen. De volgende stap is om het substraat te monteren voor gebruik in de atoomkrachtmicroscoop of een FM hiervoor, gebruik de onderste helft van een vloeistofcel monteer de deksel met de colloïdale deeltjes in de onderste helft van de cel. Zorg ervoor dat de O-ring goed zit om lekkage te voorkomen.
Bij de atoomkrachtmicroscoop, neem voorzorgsmaatregelen tegen lekkage. Bescherm de microscoopstandaard met een transparante hydrofobe laag. Plaats vervolgens de vloeistofcel op de standaard.
Nadat de colloïdale sonde aan het scanhoofd is bevestigd, assembleer die op de A FM.Start de A FM en instrumentsoftware en gebruik de scankopaanpassingsknoppen om de cantilevertip in focus te brengen en de laser uit te lijnen. Om de laser uit te lijnen, bewaak de laserintensiteit en maximaliseer de waarde. Laat het systeem in evenwicht komen in de lucht en gebruik vervolgens de deflexie-aanpassingsknop om de deflexie op nul of een licht negatieve waarde te brengen.
Ga vervolgens vanuit het masterpaneelvenster van de software naar het thermische paneel. Om de gevoeligheid van de colloïdale sonde te vinden, selecteert u bereken omgekeerde optische hefboomgevoeligheid en verzamel vervolgens thermische gegevens. Wanneer een prominente piek duidelijk is, stop met het verzamelen van gegevens.
Klik om in te zoomen op de hoofdpiek, selecteer vervolgens initialiseer fit. Gevolgd door thermische gegevens fit, wordt een gevoeligheidswaarde berekend. Volg een vergelijkbare procedure om de veerconstante van de colloïdale sonde te bepalen.
Zodra de gevoeligheid en veerconstante zijn gevonden, is het tijd om het medium toe te voegen aan de vloeistofcel. Gebruik een spuit die minimaal twee milliliter HPFP bevat om langzaam twee milliliter toe te voegen terwijl u ervoor zorgt dat er geen bubbels aanwezig zijn rond de cantilever. Na het toevoegen van het medium, heroriënteer de laser om rekening te houden met een verandering in de brekingsindex.
Laat de deflexiewaarde vijf tot 10 minuten in evenwicht komen in de HPFP. Pas het vervolgens terug aan op nul. Wanneer u klaar bent om op het masterpaneel te scannen, stelt u de initiële scanschaal in op 20 micrometer.
Scansnelheid tot één hertz,
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Dit artikel bespreekt het gebruik van colloïdale probe nanoscopie om interacties op nanoschaal in vloeistofgebaseerde colloïdale systemen te onderzoeken. De methode biedt zowel kwantitatieve als kwalitatieve inzichten die kunnen bijdragen aan geneesmiddelenonderzoek en formulatiewetenschappen.
Belangrijkste studiecomponenten
Wetenschapsgebied
- Colloïdale systemen
- Medicijnontwikkeling
- Formuleringswetenschappen
Achtergrond
- Colloïdale probe-nanoscopie is een techniek voor het bestuderen van interacties op nanoschaal.
- Het begrijpen van fysieke stabiliteit en coagulatiekinetiek is cruciaal in diverse toepassingen.
- Deze methode kan de formulering van biologische systemen verbeteren.
- Het maakt een gedetailleerde analyse van deeltjesinteracties in vloeistofomgevingen mogelijk.
Doel van de studie
- Om kwantitatieve informatie te verkrijgen over interacties op nanoschaal tussen deeltjes.
- Om bij te dragen aan het begrip van colloïdale stabiliteit en dynamiek.
- Om verbeteringen in geneesmiddelformuleringen en toedieningssystemen te ondersteunen.
Gebruikte methoden
- Voorbereiding van een functionele colloïdale probe door het bevestigen van een deeltje aan een cantilever van een atoomkrachtmicroscoop.
- Kalibratie van de veerconstante en de gevoeligheid van de probe met behulp van thermische methoden.
- Meting van interacties tussen de colloïdale probe en een substraat van deeltjes in vloeistof.
- Directe meting van de gevoeligheid van de probe met behulp van een MICA-substraat.
Belangrijkste resultaten
- Succesvolle kalibratie van de colloïdale probe voor nauwkeurige metingen.
- Kwantitatieve gegevens over deeltjesinteracties verkregen in vloeibare omgevingen.
- Inzichten in de stabiliteit en dynamiek van colloïdale systemen.
- Aantoonbare potentiële toepassingen in geneesmiddelenonderzoek en formulatieleer.
Conclusies
- Colloïdale probe-nanoscopie is een waardevol instrument voor het bestuderen van interacties op nanoschaal.
- De methode vergroot het begrip van colloïdale stabiliteit en coagulatie.
- Het heeft belangrijke implicaties voor de formulering en toediening van geneesmiddelen.
Veelgestelde Vragen
Industriële Relevantie
Colloïdale Probe Nanoscopy (CPN) maakt een kwantitatieve beoordeling van interacties tussen nanodeeltjes mogelijk, wat direct inzicht geeft in de fysieke stabiliteit en het aggregatierisico van farmaceutische colloïdale formuleringen. Deze mogelijkheid is cruciaal voor het verminderen van risico's bij de ontwikkeling van geneesmiddelen, het optimaliseren van de robuustheid van formuleringen en het ondersteunen van voorspellend vertrouwen in de vroege stadia van R&D. Door zowel kwalitatieve als kwantitatieve gegevens over adhesie- en bindingsenergieën te leveren, versterkt CPN de besluitvorming op belangrijke knooppunten in de pijplijn van ontdekking naar formulering.
Strategische toepassingen in BioPharma R&D
Vroege Ontdekking & Targetvalidatie
- Maakt directe meting mogelijk van interpartikelkrachten die relevant zijn voor de stabiliteit van formuleringen.
- Ondersteunt mechanische risicoreductie door adhesie en cohesie op nanoschaal te kwantificeren.
- Levert gegevens om aggregatieroutes en risico's op fysieke instabiliteit te verduidelijken.
- Faciliteert voorspellende beoordeling van de compatibiliteit tussen hulpstoffen en actieve bestanddelen.
Screening & Assay-ontwikkeling
- Bereidt gevalideerde colloïdale systemen voor voor downstream screening- en formuleringsworkflows.
- Levert reproduceerbare, kwantitatieve krachtmetingen voor assay-standaardisatie.
- Maakt het in kaart brengen van adhesie en topografie mogelijk ter ondersteuning van robuuste screeningplatforms.
- Ondersteunt schaalbaarheid en hergebruik van platforms door het vaststellen van referentielijnen voor metingen.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Stemmt gegevens over fysieke stabiliteit af op de vereisten voor translationele formulering.
- Zorgt voor continuïteit van de ontdekkingsfase tot aan de optimalisatie van de preklinische formulering.
- Informeert risico-gecorrigeerde beslissingen over verdere ontwikkeling op basis van aggregatie- en stabiliteitsprofielen.
- Ondersteunt het mechanistische begrip van partikelinteracties in biologische matrices.
Integratie van Pipeline & Workflow
Colloïdale probe-nanoscopie integreert in het continuüm van ontdekking tot formulering en slaat een brug tussen vroege mechanistische studies en de preklinische ontwikkeling van formuleringen.
- Discovery Biology: Kwantificeert nanokrachten om aggregatiemechanismen te verduidelijken en formulatiehypotheses te optimaliseren.
- Screening: Vestigt reproduceerbare kracht- en adhesiemetingen voor een robuuste assayontwikkeling.
- Analytics: Levert kwantitatieve resultaten—zoals krachtcurves en adhesiekaarten—voor vergelijkende analyse onder verschillende condities.
- Translationeel onderzoek: Koppelt gegevens over fysieke interacties aan formulatiestabiliteit en preklinische prestaties.
- Enterprise hergebruik: Biedt een gestandaardiseerd, herbruikbaar meetplatform voor diverse colloïdale en biologische systemen.
Operationele & Bedrijfsimpact
- Wetenschappelijke waarde: Verhoogt het voorspellend vertrouwen in de stabiliteit van de formulering en het risico op aggregatie.
- Operationele waarde: Levert gestandaardiseerde, reproduceerbare en schaalbare meetprotocollen.
- Strategische waarde: Maakt onderbouwde go/no-go-beslissingen mogelijk en vermindert fouten in de formulering in een laat stadium.
- Impact op de portfolio: Ondersteunt risico-gecorrigeerde prioritering en de verdere ontwikkeling van robuuste geneesmiddelkandidaten.
Overwegingen bij de implementatie
- Vereist expertise in atoomkrachtmicroscopie en de preparatie van colloïdale systemen.
- Vereist toegang tot gekalibreerde AFM-instrumentatie en analytische software.
- Noodzaakt een strikte standaardisatie tussen teams voor reproduceerbaarheid.
- Kan aanpassing vereisen voor verschillende partikeltypes of biologische matrices.
- De nauwkeurigheid is afhankelijk van zorgvuldige equilibratie en kalibratie van vloeibare media en de gevoeligheid van de probe.
Biopharma Veelgestelde Vragen
Chapters in this video
0:05
Title
2:09
Preparing the Colloidal Probe and Atomic Force Microscope Substrate
4:45
Mounting the Colloidal Probe, Aligning the Laser, and Equilibrating the System
7:25
Imaging, Data Acquisition, and Preparation for Analysis
11:19
Results: Interactions Between Lipid-based Particles and Model Pressurized Metered Dose Inhaler Propellant
12:51
Conclusion
