Pomiar siły w czasie rzeczywistym między kropelkami emulsji podczas rozpadu enzymatycznego
27 czerwca 2025
Ten protokół wykorzystuje pęsetę optyczną z podwójną pułapką do pomiaru sił między kroplami w czasie rzeczywistym podczas enzymatycznego trawienia emulsji. Ułatwia badanie stabilności emulsji i dynamiki kropel, co ma zastosowanie w naukach o żywności i farmaceutykach.
Użyliśmy pęsety optycznej do pomiaru sił w czasie rzeczywistym między poszczególnymi kropelkami emulsji podczas trawienia enzymatycznego, aby zrozumieć stabilność podczas procesu trawienia. Podczas eksperymentu z pęsetą optyczną proces trawienia jest ciągły. Optymalne stężenie enzymów jest trudne do określenia, a jeśli nie uda nam się wychwycić kropelek na czas, musimy ponownie rozpocząć trawienie. Nachylenie i maksymalna siła między poszczególnymi kropelkami są rzeczywiście związane z rodzajem oleju, czasem trawienia i rodzajem enzymu. Wydaje się, że jest trawiony z proteazą, rodzaj oleju nie wpływa na proces trawienia. Być może jest to eksperyment, w którym wykorzystuje się zarówno monitorowanie spektroskopowe, jak i monitorowanie sił, aby zobaczyć związek między siłą a zmianami struktur chemicznych.
[Narrator] Aby rozpocząć, przygotuj celę przepływową próbki, a następnie otwórz pęsetę optyczną. Dodaj około 70 mikrolitrów wody dejonizowanej do dolnej soczewki obiektywu i włóż komorę na próbkę do instrumentu, aż usłyszysz kliknięcie. Umieść kroplę olejku immersyjnego na górnej powierzchni komory próbki. Następnie za pomocą pokrętła kondensatora delikatnie opuść soczewkę skraplacza, aż lekko dotknie górnej powierzchni komory próbki. Zamknij pęsetę optyczną, aby zakończyć konfigurację przed aktywacją lasera. Teraz włącz laser i ustaw moc na 100%. Wyreguluj dolne pokrętło na pęsetach optycznych w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara, aby zlokalizować plamkę lasera, przesuwając się od dołu do góry. Obserwuj plamki lasera trzy razy i ustaw płaszczyznę Z między drugim a trzecim zestawem. Następnie zmniejsz moc lasera do 30%. Użyj joysticka, aby przechwycić dwie kropelki o podobnej wielkości w kanale. Dostosuj odległość między dwiema kroplami do około 10 mikrometrów. Ustal pozycje X i Y prawej pułapki optycznej oraz pozycję Y lewej pułapki optycznej, a następnie zaznacz kropelki odpowiednio magentowymi i zielonymi polami. Teraz przejdź do menu kalibracji i wybierz pomiar, aby rozpocząć kalibrację. Jeśli poziom hałasu jest nadmierny, powtarzaj pomiar, aż będą widoczne zadowalające wyniki. Wybierz opcję Zastosuj, aby potwierdzić kalibrację. Następnie wyczyść oryginalne dane za pomocą odpowiedniego interfejsu oprogramowania i zmierz odległość siły za pomocą skalibrowanego systemu pułapki optycznej. Na koniec dodaj roztwór trypsyny do systemu. Dostosuj ustawienia tak, aby mierzyć co 10 minut, zaczynając 10 minut po dodaniu roztworu trypsyny, aby dynamicznie monitorować emulsje za pomocą systemu pęsety optycznej. Emulsje zawierające olej rzepakowy i białko serwatkowe oraz tłuszcz mleczny i białko serwatkowe analizowano za pomocą pęsety optycznej. W przypadku emulsji oleju rzepakowego bez trypsyny szczytowa siła oddziaływania wzrastała wraz z wielkością kropli, osiągając ponad 100 pikonewtonów przy ośmiu mikrometrach w porównaniu do około 10 pikonewtonów przy trzech mikrometrach. Podobną tendencję zaobserwowano w przypadku kropelek emulsji tłuszczu mlecznego. W obu emulsjach średnia szczytowa siła oddziaływania wzrastała wraz ze średnicą kropli, wykazując mniej więcej liniową zależność. Kropelki o średnicy pięciu mikrometrów miały najwyższą liczbę wychwytywania spośród wszystkich rozmiarów, co wskazuje na optymalną skuteczność wychwytywania, podczas gdy częstotliwości wychwytywania dla kropel o średnicy trzech mikrometrów i 10 mikrometrów były najniższe. Po dodaniu trypsyny, kropelki emulsji tłuszczu mlecznego wykazywały stopniowy spadek szczytowej siły oddziaływania z 31,9 pikonewtonów po 10 minutach do 6,6 pikonewtonów po 60 minutach. W emulsjach oleju rzepakowego obróbka trypsyną spowodowała gwałtowne obniżenie krzywych odległości siły, co sugeruje, że skuteczność działania enzymatycznego jest większa w fazie ciekłego oleju.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
W niniejszym badaniu wykorzystano optyczne pęsety z podwójną pułapką do badania w czasie rzeczywistym sił międzykroplowych podczas enzymatycznego trawienia emulsji. Wyniki przyczyniają się do zrozumienia stabilności emulsji i dynamiki kropel, co ma znaczenie dla nauki o żywności oraz farmaceutyki.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Biofizyka
- Nauka o żywności
- Farmaceutyka
Wstęp
- Zrozumienie stabilności emulsji podczas trawienia enzymatycznego jest kluczowe.
- Pincety optyczne umożliwiają precyzyjny pomiar sił między kropelkami.
- Stężenie enzymów oraz dynamika kropelek są kluczowymi czynnikami wpływającymi na zachowanie emulsji.
- Poprzednie badania wykazały zróżnicowany wpływ rodzaju oleju na procesy trawienia.
Cel badania
- Pomiar sił w czasie rzeczywistym między kroplami emulsji podczas trawienia enzymatycznego.
- Zbadanie zależności między rozmiarem kropli a siłami oddziaływania.
- Ocena wpływu różnych enzymów na stabilność emulsji.
Zastosowane metody
- Przygotowanie komory przepływowej dla próbki oraz układu pęsety optycznej.
- Pomiar sił między kroplami przy użyciu skalibrowanych pułapek optycznych.
- Dynamiczny monitoring emulsji po dodaniu enzymu.
- Analiza szczytowych sił oddziaływania w zależności od rozmiaru kropli i rodzaju enzymu.
Główne wyniki
- Maksymalna siła oddziaływania wzrosła wraz z wielkością kropli zarówno w emulsjach oleju rzepakowego, jak i tłuszczu mlecznego.
- W przypadku emulsji tłuszczu mlecznego siła maksymalna znacząco spadła po dodaniu trypsyny.
- Optymalną wydajność chwytania zaobserwowano dla kropli o średnicy 5 µm.
- Obróbka trypsyną wpłynęła na krzywe zależność siły od odległości, co wskazuje na zmienność wydajności enzymatycznej.
Wnioski
- Badanie dostarcza informacji na temat dynamiki stabilności emulsji podczas trawienia.
- Pomiary siły w czasie rzeczywistym zwiększają zrozumienie oddziaływań między kroplami.
- Wyniki mają potencjalne zastosowanie w nauce o żywności oraz w formulacjach farmaceutycznych.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla Przemysłu
Pomiar siły w czasie rzeczywistym między kropelkami emulsji podczas enzymatycznego rozkładu zapewnia bezpośrednie, ilościowe podejście do badania stabilności emulsji i oddziaływań kropelkowych w warunkach odpowiadających procesowi trawienia. Możliwość ta jest strategicznie istotna w fazie wczesnego odkrywania i badań nad formulacjami (R&D), umożliwiając analizę mechanistyczną w celu minimalizacji ryzyka oraz prognostyczną ocenę systemów dostarczania leków opartych na emulsjach. Metoda ta wspiera decyzje dotyczące portfela produktów poprzez wyjaśnienie fizycznego zachowania emulsji w odpowiedzi na środowisko enzymatyczne.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne odkrywanie i walidacja celu
- Umożliwia bezpośredni pomiar sił międzykroplowych w celu wyjaśnienia mechanizmów stabilności emulsji.
- Wspiera mechanistyczną redukcję ryzyka poprzez powiązanie dynamiki sił z procesami rozkładu enzymatycznego.
- Ułatwia uzyskanie pewności prognostycznej przy wyborze składów emulsji do dalszego rozwoju.
Przesiewanie i opracowanie testu
- Zapewnia ilościowe odczyty siły do standaryzacji testów stabilności emulsji.
- Umożliwia powtarzalną ocenę oddziaływań kropli w zależności od rodzaju oleju i zastosowanych enzymów.
- Wspiera skalowalność testów poprzez adaptację do różnych systemów emulsji i enzymów.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Ujednolica fizyczne zachowanie emulsji z warunkami istotnymi dla trawienia w celu zapewnienia ciągłości translacyjnej.
- Umożliwia dostosowanie rozwoju formulacji opartych na emulsjach do poziomu ryzyka poprzez ilościowe określenie kinetyki rozpadu.
- Wspiera mechanistyczne zrozumienie wydajności formulacji w środowiskach fizjologicznie istotnych.
Integracja potoku i przepływu pracy
Ta technika pomiaru siły integruje się z kontinuum od odkrywania do fazy przedklinicznej, dostarczając ilościowych danych w czasie rzeczywistym na temat stabilności emulsji pod wpływem wyzwania enzymatycznego.
- Biologia odkrywcza: Ilościowe określanie zmian siły w celu weryfikacji hipotez dotyczących mechanizmów rozpadu emulsji.
- Przesiewanie: Dostarczanie powtarzalnych pomiarów siły zależnych od wielkości w celu standaryzacji analizy.
- Analityka: Dostarczanie krzywych siła-odległość i wartości siły szczytowej do analizy porównawczej w różnych warunkach.
- Badania translacyjne: Łączenie danych o sile uzyskanych in vitro ze scenariuszami trawienia in vivo w celu optymalizacji formulacji.
- Zastosowania przedsiębiorstw: Możliwość adaptacji do różnych typów emulsji i systemów enzymatycznych dla szerokiego zastosowania w badaniach i rozwoju (R&D).
Wpływ operacyjny i przedsiębiorstwowy
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność przewidywań w zakresie stabilności emulsji i kinetyki jej rozpadu.
- Wartość operacyjna: Standaryzuje protokoły pomiaru siły w celu zapewnienia powtarzalności i skalowalności.
- Wartość strategiczna: Stanowi podstawę do podejmowania decyzji o kontynuacji lub przerwaniu prac nad kandydatami na leki w formie emulsji.
- Wpływ na portfolio: Wspiera priorytetyzację formulacji z uwzględnieniem ryzyka, w oparciu o ilościowe dane dotyczące stabilności.
Wskazówki dotyczące implementacji
- Wymaga doświadczenia w obsłudze pęset optycznych oraz w kalibracji siły.
- Wymaga dostępu do instrumentarium pęset optycznych z podwójną pułapką oraz kompatybilnego oprogramowania analitycznego.
- Wymaga standaryzacji protokołów przygotowania kropli i stężeń enzymów pomiędzy zespołami.
- Możliwość dostosowania do różnych systemów emulsyjnych i enzymatycznych przy zastosowaniu odpowiedniej kalibracji.
- Zależność od precyzyjnego pomiaru czasu i przechwytywania kropli w celu uzyskania wiarygodnych danych.
