УФ-Вис спектроскопическая характеристика наноматериалов в водных средах
25 октября 2021 г.
В этом исследовании представлены результаты бенчмаркинга для межлабораторного сравнения (ILC), предназначенного для проверки стандартной операционной процедуры (SOP), разработанной для коллоидных дисперсий золота (Au), характеризующихся ультрафиолетово-видимой спектроскопией (UV-Vis), среди шести партнеров из проекта H2020 ACEnano для подготовки образцов, измерения и анализа результатов.
УФ-Вис-спектрофотометрия является хорошо зарекомендовавшим себя, простым в использовании и недорогим методом измерения размера, концентрации, состояния агрегации и показателя преломления наноматериалов. UV-Vis обеспечивает неинвазивный и быстрый скрининг в режиме реального времени и оценку характеристик наноматериала с использованием простых измерений поглощения. UV-Vis исключительно прост.
Образцы требуют небольшой подготовки, а программное обеспечение имеет мало переменных и просто в использовании. Включите спектрометр UV-Vis не менее чем на 20 минут, чтобы лампа нагрелась. Загрузите программное обеспечение и выберите Подключить прибор Выберите опцию Spectrum Scan из окна режима, в котором отображаются режимы работы.
В программном обеспечении нажмите «Инструмент» и перейдите в «Настройки» на панели команд, выберите «Параметры для сканирования спектра», затем настройте параметры измерения. Перейдите на вкладку Инструмент и выберите ABS для режима данных и Ширину щели 1,5. Перейдите на вкладку «Сканирование по длине волны» и установите начальную длину волны 680 нанометров, конечную длину волны 380 нанометров и скорость сканирования 400 нанометров в минуту.
После установки параметров заполните две кюветы одним миллилитром сверхчистой воды и поместите их в опорный держатель и держатель ячейки образца, чтобы покрыть световой путь. Закройте крышку прибора и продолжите чистую калибровку, выбрав пустое на панели команд, а затем нажмите кнопку ОК. Возьмите 500-микролитровую подвыборку каждого образца наночастиц золота и приготовьте разбавление 500 микролитрами сверхчистой воды. Поместите разведения в одномилитровые кюветы с конечной концентрацией 25 мкг на миллилитр.
Запустите пустую калибровку. После пустой калибровки замените одну из заготовок в держателе ячейки образца образцом наночастиц золота, сохранив эталонную кювету нетронутой. Выберите измерение Пуск на панели команд, чтобы запустить сканирование.
Выполните три сканирования спектра для каждого образца разбавленных наночастиц золота и неизвестного образца. Извлеките необработанные экспериментальные данные для каждого измерения в файл, совместимый с электронной таблицей. Выберите Свойства при сканировании, на панели команд перейдите на вкладку Печать/экспорт, щелкните Данные, Спектр и параметры и нажмите кнопку ОК. Нажмите кнопку Сохранить на панели команд и сохраните данные в виде xls-файла.
Запишите максимальную длину волны поглощения и лямбду для каждого из показаний и запишите их в предоставленном шаблоне. Постройте калибровочную кривую со средним значением максимальной лямбды по отношению к размеру наночастиц, выбрав данные, вставив график, точечную диаграмму, добавьте линию тренда и полиномиальную кривую. Чтобы включить полиномиальное уравнение для калибровочной кривой, выберите Параметры линии тренда и Отобразить уравнение на графике в строке команд.
Наконец, рассчитайте размер неизвестного образца наночастиц золота, выделив полиномиальное уравнение из калибровочной кривой, чтобы соответствовать среднему значению для неизвестного максимума лямбды, используя вывод квадратичной формулы. Среди шести лабораторий максимальная длина волны показала близкую повторяемость, тогда как результаты максимального поглощения показали более рассеянный диапазон значений данных для различных размеров наночастиц золота. Диапазоны и общие значения для каждого размера наночастиц золота показаны здесь.
Максимальное значение Z-балла для лямбда-максимума было сообщено третьей лабораторией для наночастиц 5-нанометрового размера, а самый высокий z-балл для максимального поглощения был сообщен лабораторным для наночастиц 40-нанометрового размера. Большинство партнеров рассчитали размер неизвестной наночастицы от 76 до 80 нанометров, а пятая лаборатория сообщила о выбросе большего размера в 109 нанометров. Z-баллы для неизвестных размеров были рассчитаны как от минус 0,25 до минус 0,56 для всех лабораторий, за единственным исключением, о котором сообщила пятая лаборатория, которая показала самый высокий положительный Z-балл 2,03.
Убедитесь, что параметры и настройки были правильно настроены. Разбавленные образцы должны быть подготовлены свежими перед измерением с помощью UV-Vis. UV-Vis можно легко комбинировать с другими инструментами, такими как TEM, DLS и AFM, для измерения большого разнообразия атрибутов, если пользователи хотят охарактеризовать свою выборку более полно.
Обзор
В данном исследовании приводится оценка межлабораторного сличения (ILC) для анализа стандартной операционной процедуры (SOP) по работе с коллоидными дисперсиями золота (Au) с помощью УФ-видимой спектроскопии. В исследовании приняли участие шесть партнеров проекта H2020 ACEnano, сосредоточив внимание на подготовке образцов, проведении измерений и анализе результатов.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Наноматериалы
- Аналитическая химия
- Межлабораторные сличительные испытания
Теоретические основы
- УФ-видимая спектрофотометрия является широко используемым методом характеризации наноматериалов.
- Этот метод неинвазивен и позволяет оценивать характеристики образца в режиме реального времени.
- Простые измерения абсорбции дают представление о размере, концентрации и состоянии агрегации.
- Стандартные операционные процедуры необходимы для получения воспроизводимых результатов в разных лабораториях.
Цель исследования
- Сравнить стандартную рабочую процедуру (SOP) приготовления дисперсий коллоидного золота в нескольких лабораториях.
- Оценить повторяемость и надежность УФ-видимых измерений.
- Проанализировать результаты и выявить расхождения в измерениях размера наночастиц.
Используемые методы
- Приготовление образцов наночастиц золота и их разведений.
- Калибровка УФ-видимого спектрометра и измерение холостого опыта.
- Проведение многократного сканирования спектра для каждого образца.
- Извлечение и анализ данных для определения размеров наночастиц.
Основные результаты
- Высокая воспроизводимость измерений максимальной длины волны в разных лабораториях.
- Вариативность результатов максимального поглощения для наночастиц разных размеров.
- Большинство лабораторий оценили размер неизвестных наночастиц в диапазоне от 76 до 80 нанометров.
- Лаборатория пять сообщила о единичном отклонении размера, составившем 109 нанометров.
Выводы
- В исследовании подчеркивается важность стандартизированных процедур проведения УФ-видимых измерений.
- Расхождения в данных абсорбции указывают на необходимость дальнейших исследований.
- Сотрудничество между лабораториями может повысить точность и надежность измерений.
Часто задаваемые вопросы
Значимость для промышленности
Спектроскопия в УФ и видимой области позволяет проводить быстрый неинвазивный скрининг размера, концентрации и состояния агрегации наноматериалов, что способствует физико-химической характеристике на ранних этапах разработки препаратов для наномедицины. Стандартизированные протоколы повышают воспроизводимость результатов в различных лабораториях, снижая вариативность при доклинической оценке наноматериалов. Это повышает прогностическую достоверность при выборе наиболее перспективных кандидатов и минимизирует риски, связанные с нестабильным поведением наноматериалов в биологических системах.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Ранний поиск и валидация мишеней
- Научная ценность: позволяет исследовать физико-химические свойства наноматериалов, которые влияют на биологические взаимодействия и связывание с мишенью.
- Практическая ценность: обеспечивает быструю и недорогую первичную оценку для определения приоритетности кандидатов из наноматериалов для дальнейшего изучения.
Скрининг и разработка анализа
- Научная ценность: позволяет получать количественные данные по абсорбции, пригодные для построения калибровочных кривых и установления зависимостей между размером и концентрацией.
- Практическая ценность: обеспечивает стандартизацию анализа за счет использования определенных диапазонов длин волн, скоростей сканирования и ширины щели для получения воспроизводимых результатов измерений.
- Стратегическая ценность: способствует подготовке к высокопроизводительному скринингу, обеспечивая мониторинг агрегации и стабильности в режиме реального времени.
Трансляционные и доклинические исследования
- Научная ценность: обеспечивает воспроизводимые показатели размера и агрегации, которые имеют решающее значение для сопоставления свойств наноматериалов с результатами доклинической эффективности и токсичности.
- Практическая ценность: позволяет проводить сравнение данных между различными лабораториями при соблюдении СОП, что поддерживает проведение многоцентровых доклинических исследований.
Интеграция конвейера и рабочего процесса
УФ-видимая характеристика вписывается в общую цепочку исследований — от первоначального синтеза наноматериалов до доклинической оценки, особенно при интеграции с такими ортогональными методами, как ПЭМ или ДРС, для комплексного профилирования.
- Биология открытий: позволяет проверять гипотезы о том, как размер и агрегация влияют на клеточный захват и связывание с мишенью.
- Скрининг: обеспечивает готовность анализа, предоставляя быструю обратную связь в режиме реального времени о стабильности наноматериалов в процессе инкубации с соединением.
- Аналитика: предоставляет значения lambda max и абсорбции, которые позволяют оценить размер и состояние агрегации с помощью калибровочных кривых.
- Трансляционные исследования: обеспечивает преемственность с доклиническим этапом, предлагая стандартизированный метод отслеживания свойств наноматериалов при различных условиях формулирования и хранения.
- Корпоративное повторное использование: представляет собой масштабируемую, многократно используемую возможность контроля качества наноматериалов на этапах поиска и разработки.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: повышает точность прогнозирования поведения наноматериалов за счет снижения неопределенности механизмов, возникающей из-за недостаточно охарактеризованных образцов.
- Операционная ценность: способствует стандартизации, воспроизводимости и масштабируемости в различных лабораториях и проектах.
- Стратегическая ценность: улучшает процесс принятия решений о целесообразности дальнейшей разработки («go/no-go») за счет получения надежных физико-химических данных на ранних этапах.
- Влияние на портфель проектов: позволяет осуществлять приоритезацию с учетом рисков на основе согласованных профилей размера и агрегации.
Особенности реализации
- Требуется опыт работы со спектрофотометрией и наноматериалами для обеспечения правильной подготовки проб и калибровки прибора.
- Результат зависит от стабильности источника света и точности длины волны, что требует регулярного прогрева и технического обслуживания прибора.
- Необходимо согласование стандартных операционных процедур (СОП) между исследовательскими группами в отношении коэффициентов разбавления, выбора кювет и форматов экспорта данных для обеспечения сопоставимости результатов.
- Необходимо учитывать ограничения при обнаружении наноматериалов размером менее 5 nm или в сложных биологических матрицах без предварительной очистки.
- Рекомендуется интеграция с дополнительными методами (например, TEM, DLS) для полной физико-химической характеристики, если данных УФ-видимой спектроскопии недостаточно.
