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Os nanomateriais (NMs) podem variar tanto em características físicas quanto químicas que, por sua vez, influenciam seu comportamento, estabilidade e toxicidade1,2,3,4,5. Uma das maiores dificuldades, ao desenvolver uma compreensão completa das propriedades, perigos e comportamentos de NM, é a capacidade de obter informações reprodutíveis sobre características de nanomateriais físicos e químicos. Exemplos dessas propriedades físicas incluem tamanho de partícula e distribuição de tamanho6,7,8. Estes são parâmetros importantes, pois são um aspecto fundamental da definição da Comissão Europeia (CE) do termo 'nano'9.
Alcançar medições precisas de tamanho de partículas também é fundamental para muitas aplicações e processos industriais e de pesquisa diferentes, além de entender os efeitos do destino e toxicidade das NMs6,10. É importante ter métodos bem estabelecidos capazes de medir com precisão, confiabilidade e reprodução do tamanho de NMs. Além disso, as informações relatadas devem fornecer uma compreensão profunda da técnica utilizada, por exemplo, indicar o tipo de parâmetro de tamanho (por exemplo, tamanho real ou tamanho hidrodinâmico), bem como a condição amostral, por exemplo, o meio específico em que o NM está presente, e para que o método seja realizado de forma confiável em diferentes mídias. Para medir o tamanho, uma série de técnicas podem ser utilizadas, incluindo microscopia eletrônica (EM), dispersão dinâmica de luz (DLS), espectrometria de massa de massa plasmática acoplada indutivamente (spICP-MS), sedimentação centrífuga diferencial (DCS), microscopia de sonda de varredura (SPM), dispersão de raios-X de pequeno ângulo (SAXS) e análise de rastreamento de nanopartículas (NTA).
A NTA é uma tecnologia relativamente nova que tem sido bem avançada nos últimos anos e tem se mostrado para medir de forma confiável o diâmetro hidrodinâmico de NMs esféricos em mídias aquosas complexas, como aquelas com relevância ambiental, por exemplo, sistemas de água doce. O diâmetro hidrodinâmico é "do tamanho de uma esfera dura hipotética que se difunde da mesma forma que a da partícula que está sendo medida"11; em termos práticos e em meios aquosos isso descreve um diâmetro maior do que o da própria partícula, que também inclui uma camada de moléculas (principalmente água) mantidas na superfície da partícula por forças eletrostáticas fracas. O diâmetro hidrodinâmico de uma partícula vai variar em diferentes mídias, ficando menor à medida que a força iônica da mídia em que é medida fica mais alta.
Uma característica importante adicional da técnica NTA é que permite ao analista alcançar medidas de tamanho ponderada por números, que são necessárias no contexto da definição de nanomateriais ce. A análise de partículas por partículas de alta resolução torna essa técnica menos propensa a interferências causadas por aglomerações ou partículas maiores quando presentes em uma amostra de teste heterogênea com alta taxa de rendimento de partículas10,12.
O procedimento de medição consiste na preparação de uma suspensão adequada da amostra, que muitas vezes requer diluição amostral, seguida de gravação de vídeo do comportamento de movimento browniano das partículas e análise de vídeo. A partir da câmara de amostra, um raio laser é passado, e as partículas de suspensão no caminho do raio laser espalham luz que leva à sua visualização usando um microscópio óptico com uma câmera montada. A câmera captura um arquivo de vídeo da luz laser dispersa das partículas que se movem sob o movimento browniano. Muitas partículas podem ser rastreadas individualmente para determinar seus coeficientes de difusão e seus diâmetros hidrodinâmicos podem ser calculados usando a equação de Stokes-Einstein: d = kT/3πηD onde d é o diâmetro hidrodinâmico, k é a constante boltzmann, T é a temperatura, η é a viscosidade e D é o coeficiente de difusão10. O NTA também pode ser usado para rastrear o comportamento de agregação de partículas geralmente coloidalmente instáveis (as partículas devem, no entanto, ser coloidaticamente estáveis ao longo da escala de tempo de medição)13,14. O NTA é um método absoluto e não é necessária calibração do sistema no instrumento utilizado neste trabalho. Se os usuários quiserem verificar o desempenho do sistema, isso pode ser facilmente feito medindo materiais padrão de tamanho com tanta frequência quanto desejado.
O instrumento NTA é fácil de operar com tempo de análise rápida (menos de 10 minutos por amostra). Para medições de alta qualidade com boa repetibilidade e reprodutibilidade de dados, uma série de fatores devem ser considerados tanto na preparação da amostra quanto na operação do instrumento. Se tais fatores não forem cuidadosamente considerados, as medições sobre o mesmo material em diferentes laboratórios e operadores podem estar sujeitas a incertezas desconhecidas ou mal quantificadas. Durante a caracterização do NP, o uso das melhores práticas internamente desenvolvidas soPs nem sempre garante consistência com outros laboratórios, como mostrado por Roebben et al. para a técnica DLS15.
De fato, um ILC NTA (primeira rodada) inicial entre diferentes laboratórios, usuários e instrumentos revelou resultados inconsistentes. Uma das principais questões foi com o uso de vários instrumentos legados mais antigos que não possuíam serviços regulares ou verificações de calibração, bem como diferenças na interpretação do método. Um estudo da NTA ILC da Hole et al. descobriu que, com a ausência de diretrizes compartilhadas sobre como usar um sistema e preparar amostras, a variabilidade entre laboratórios pode ser grande mesmo para amostras relativamente monodispersed16. Isso juntamente com os resultados da primeira rodada do ILC destaca a necessidade de uma boa manutenção de instrumentos, bem como treinamento de métodos e procedimentos operacionais padrão bem desenvolvidos (SOPs). Estes últimos atuam como uma ferramenta poderosa para descrever e documentar o cumprimento das boas práticas. Se bem detalhados, os procedimentos operacionais padrão (SOPs) podem oferecer clareza, explicação, compreensão, padronização e garantia de qualidade.
A recomendação para a adoção de um estudo ilc é, portanto, ideal tanto para o desenvolvimento quanto para protocolos de teste16. O exercício ILC atuou para validar este SOP nta específico e, portanto, introduziu confiança e clareza neste método específico de avaliação de risco nanomaterial. Envolveu três tiros. A 1ª rodada analisou nanopartículas de ouro de 60 nm nos próprios instrumentos de cada participante antes do treinamento. A 2ª rodada envolveu a análise de 100 nm de látex usando um novo instrumento com configuração comum como um teste simples, a fim de determinar que o instrumento foi configurado corretamente e que os usuários tinham um bom conhecimento sobre como usar o instrumento. A 3ª rodada envolveu a análise de nanopartículas de ouro de 60 nm no novo instrumento com configuração comum, após o treinamento. Os participantes do ILC vieram de sete laboratórios diferentes, todos membros do consórcio do projeto Horizon 2020 ACEnano17.
O objetivo deste artigo é discutir o método e os resultados de uma terceira rodada de benchmarking para a tecnologia NTA, onde os NPs de ouro de 60 nm foram re-analisados por sete parceiros após treinamento detalhado e desenvolvimento de SOP. Também será feita comparação e referência aos resultados obtidos na primeira rodada do ILC. Todas as análises da 3ª rodada do ILC foram realizadas utilizando-se o mesmo instrumento (ver Tabela de Materiais)de configuração idêntica fornecida com um laser de 405 nm e uma câmera sCMOS de alta sensibilidade. O benchmarking avalia o desempenho da tecnologia em amostras e, portanto, leva ao desenvolvimento de protocolos de "boas práticas". Assim, este artigo também compartilha e disponibiliza o método NTA para o instrumento utilizado neste ILC para a comunidade científica, uma vez que foi harmonizado através da condução e avaliação dos ILCs de acordo com as normas internacionais.