Summary
Burada açıklanan protokol, nanopartikül izleme analizi (NTA) ile sulu ortamda küresel nanopartiküllerin, daha spesifik olarak altın nanopartiküllerin hidrodinamik çapını ölçmeyi amaçlamaktadır. İkincisi, Brownian hareketi nedeniyle parçacıkların hareketini izlemeyi ve hidrodinamik çapı elde etmek için Stokes-Einstein denklemini uygulamayı içerir.
Abstract
Nanoteknoloji alanında analitik karakterizasyon, nanomalzemelerin (NM' ler) davranış ve toksisitesinin anlaşılmasında hayati bir rol oynamaktadır. Karakterizasyonun eksiksiz olması ve seçilen tekniğin belirlenecek özelliğe, analiz edilen malzemeye ve bulunduğu ortama çok uygun olması gerekir. Ayrıca, veri toplama hatalarını önlemek için cihaz çalışmasının ve metodolojisinin iyi geliştirilmesi ve kullanıcı tarafından açıkça anlaşılması gerekir. Uygulanan yöntem veya yordamdaki herhangi bir tutarsızlık, elde edilen verilerin farklılıklarına ve zayıf tekrarlanabilirliğine neden olabilir. Bu makale, Nanopartikül Takip Analizi (NTA) ile altın nanopartiküllerin hidrodinamik çapını ölçme yöntemini netleştirmeyi amaçlamaktadır. Bu çalışma, standart işletim prosedürünün performansını ve tekrarlanabilirliğini doğrulamak için yedi farklı laboratuvar arasında laboratuvarlar arası karşılaştırma (ILC) olarak gerçekleştirilmiştir. Bu ILC çalışmasından elde edilen sonuçlar, ayrıntılı standart işletim prosedürlerinin (SÇP'ler), en iyi uygulama güncellemelerinin, kullanıcı bilgisinin ve ölçüm otomasyonunun önemini ve faydalarını ortaya koymaktadır.
Introduction
Nanomalzemeler (NM'ler) hem fiziksel hem de kimyasal özelliklerde değişebilir, bu da davranışlarını, stabilitelerini ve toksisitelerini etkiler1,2 ,3,4,5. NM özelliklerinin, tehlikelerinin ve davranışlarının kapsamlı bir şekilde anlaşılmasında en büyük zorluklardan biri, fiziksel ve kimyasal nanomalzeme özellikleri hakkında tekrarlanabilir bilgi elde etme yeteneğidir. Bu tür fiziksel özelliklere örnek olarak parçacık boyutu ve boyut dağılımı6, 7,8verilebilir. Bunlar, Avrupa Komisyonu'nun (AK) 'nano'9terimini tanımlamasının önemli bir yönü olduğu için önemli parametrelerdir.
Hassas parçacık boyutu ölçümlerine ulaşmak, NMs6,10'un kaderini ve toksisite etkilerini anlamanın yanı sıra birçok farklı endüstriyel ve araştırma uygulaması ve süreci için de kritiköneme sahiptir. NM'lerin boyutunu doğru, güvenilir ve tekrarlayabilen iyi belirlenmiş yöntemlere sahip olmak önemlidir. Ayrıca, bildirilen bilgiler kullanılan tekniğin derinlemesine anlaşılmasını sağlamalıdır, örneğin boyut parametresinin türünü (örneğin, gerçek boyut veya hidrodinamik boyut) ve örnek durumu, örneğin NM'nin bulunduğu belirli ortamı ve yöntemin farklı ortamlarda güvenilir bir şekilde performans göstermesi için belirtmelidir. Boyutu ölçmek için elektron mikroskopisi (EM), dinamik ışık saçılımı (DLS), tek parçacık endüktif olarak birbirine bağlı plazma kütle spektrometresi (spICP-MS), diferansiyel sedimantasyon (DCS), tarama prob mikroskopisi (SPM), küçük açılı X-ışını saçılımı (SAXS) ve nanopartikül izleme analizi (NTA) dahil olmak üzere bir dizi teknik kullanılabilir.
NTA, son yıllarda oldukça gelişmiş ve çevresel ilgisi olanlar gibi karmaşık sulu ortamlarda küresel NM'lerin hidrodinamik çapını güvenilir bir şekilde ölçtürüyor, örneğin tatlı su sistemleri gibi nispeten yeni bir teknolojidir. Hidrodinamik çap 'ölçülen parçacığınkiyle aynı şekilde yayılır varsayımsal sert bir küre büyüklüğündedir'11; pratik terimlerle ve sulu ortamda bu, parçacığın yüzeyinde zayıf elektrostatik kuvvetler tarafından tutulan bir molekül tabakasını (çoğunlukla su) içeren parçacığın kendisinden daha büyük bir çapı tanımlar. Bir parçacığın hidrodinamik çapı farklı ortamlarda değişir ve ölçüldüğü ortamın iyonik gücü yükseldikçe küçülür.
NTA tekniğinin ek önemli bir özelliği, analistin EC nanomalzeme tanımı bağlamında gerekli olan sayı ağırlıklı boyut ölçümlerine ulaşmasını sağlar. Yüksek çözünürlüklü, parçacıklar arası analiz, bu tekniği, yüksek oranda parçacık verimi10,12olan heterojen bir test örneğinde mevcut olduğunda aglomeraların veya daha büyük parçacıkların neden olduğu parazite daha az eğilimli hale getirir.
Ölçüm prosedürü, genellikle numune seyreltme gerektiren numunenin uygun bir süspansiyonunun hazırlanmasından ve ardından parçacıkların Brownian hareket davranışının video kaydından ve video analizinden oluşur. Numune odasından bir lazer ışını geçirilir ve lazer ışını yolundaki süspansiyon parçacıkları, monte edilmiş bir kamera ile optik mikroskop kullanarak görselleştirmelerine yol açan ışığı dağıtır. Kamera, Brownian hareketi altında hareket eden parçacıklardan dağınık lazer ışığının bir video dosyasını yakalar. Birçok parçacık, difüzyon katsayılarını belirlemek için ayrı ayrı izlenebilir ve hidrodinamik çapları Stokes-Einstein denklemi kullanılarak hesaplanabilir: d = kT/3πφD burada d hidrodinamik çap, k Boltzmann sabiti, T sıcaklıktır, η viskozite ve D difüzyon katsayısıdır10. NTA, genellikle kolloidal olarak kararsız olan parçacıkların toplama davranışını izlemek için de kullanılabilir (ancak parçacıklar ölçüm zaman ölçeği üzerinde kolloidal olarak kararlı olmalıdır)13,14. NTA mutlak bir yöntemdir ve bu çalışmada kullanılan cihaz üzerinde sistem kalibrasyonuna gerek yoktur. Kullanıcılar sistem performansını kontrol etmek istiyorlarsa, bu, boyut standart malzemelerin istedikleri sıklıklarda ölçülerek kolayca yapılabilir.
NTA aletinin hızlı analiz süresiyle (numune başına 10 dakikanın altında) kullanımı kolaydır. İyi veri tekrarlanabilirliği ve tekrarlanabilirliği ile yüksek kaliteli ölçümler için, hem numune hazırlamada hem de alet çalışmasında bir dizi faktör göz önünde bulundurulmalıdır. Bu faktörler dikkatle dikkate alınmazsa, farklı laboratuvarlarda ve operatörlerde aynı malzeme üzerinde yapılan ölçümler bilinmeyen veya düşük nicel belirsizliklere maruz kalabilir. NP karakterizasyonu sırasında, şirket içinde geliştirilen en iyi uygulamaları kullanmak, Roebben ve ark. tarafından DLS tekniği15için gösterildiği gibi, diğer laboratuvarlarla tutarlılığı her zaman garanti etmez.
Aslında, farklı laboratuvarlar, kullanıcılar ve enstrümanlar arasında erken (ilk tur) bir NTA ILC tutarsız sonuçlar ortaya çıkardı. Ana sorunlardan biri, düzenli hizmetleri veya kalibrasyon kontrolleri olmayan çeşitli eski eski aletlerin kullanımı ve yöntem yorumlamadaki farklılıklardı. Hole ve arkadaşları tarafından yapılan bir NTA ILC çalışması, bir sistemin nasıl kullanılacağı ve numunelerin nasıl hazırlanacağına dair paylaşılan yönergelerin olmamasıyla, laboratuvarlar arasında değişkenliğin nispeten monodispersed numuneler için bile büyük olabileceğini buldu16. Bu, ILC'nin ilk turundan elde edilen sonuçlarla birlikte, iyi enstrüman bakımının yanı sıra yöntem eğitimi ve iyi geliştirilmiş standart işletim prosedürlerine (SÇP' ler) duyulan ihtiyacı vurgulamaktadır. İkincisi, iyi uygulamayla uyumluluğu tanımlamak ve belgelemek için güçlü bir araç olarak hareket eder. İyi ayrıntılıysa, standart işletim prosedürleri (SÇP'ler) netlik, açıklama, anlama, standardizasyon ve kalite güvencesi sunabilir.
Bir ILC çalışmasını benimsemek için öneri, bu nedenle, protokolleri hem geliştirmek hem de test etmek için idealdir16. ILC egzersizi bu spesifik NTA SOP'yi doğrulamak için harekete geçti ve bu nedenle bu spesifik nanomalzeme risk değerlendirme yöntemine güven ve netlik getirdi. Üç mermi içeriyordu. 1. raunt, eğitimden önce her katılımcının kendi enstrümanlarında 60 nm altın nanopartikül analiz etti. 2. raunt, cihazın doğru şekilde ayarlandığını ve kullanıcıların cihazın nasıl kullanılacağı hakkında iyi bir bilgiye sahip olduğunu belirlemek için basit bir test olarak ortak yapılandırmaya sahip yeni bir enstrüman kullanarak 100 nm lateksi analiz etmeyi içeriyordu. 3. raunt, eğitimden sonra ortak konfigürasyona sahip yeni cihaz üzerindeki 60 nm altın nanopartiküllerin analizini içeriyordu. ILC'ye katılanlar, Horizon 2020 ACEnano projesinin tüm konsorsiyum üyeleri olan yedi farklı laboratuvardan geldi17.
Bu makalenin amacı, ayrıntılı eğitim ve SÇP geliştirmenin ardından yedi ortak tarafından 60 nm altın NPS'nin yeniden analiz edildiği NTA teknolojisi için üçüncü bir kıyaslama turunun yöntemini ve sonuçlarını tartışmaktır. ILC'nin ilk turunda elde edilen sonuçların karşılaştırılması ve referansı da yapılacaktır. ILC'nin 3. turundaki tüm analizler, 405 nm lazer ve yüksek hassasiyetli sCMOS kamera ile sağlanan aynı konfigürasyonun aynı cihazı (bkz. Malzeme Tablosu)kullanılarak gerçekleştirildi. Kıyaslama, teknolojinin numuneler üzerindeki performansını değerlendirir ve bu nedenle 'en iyi uygulama' protokollerinin geliştirilmesine yol açar. Bu nedenle, bu makale aynı zamanda bu ILC'de kullanılan enstrüman için NTA yöntemini, ICC'lerin uluslararası standartlara göre yürütülmesi ve değerlendirilmesi yoluyla uyumlu hale getirilmiş olduğu için bilim camiası için kullanılabilir hale getirmektedir.
Protocol
Burada açıklanan metodoloji, laboratuvarlar arası karşılaştırmaların üçüncü turu için kullanılmıştır.
1. Numune Hazırlama
- Suyu 0,02 μm şırınd filtresinden geçirin. Su filtrasyonu, numune seyreltme için kullanmadan önce kontaminasyon parçacıklarını çıkarmak için gereklidir.
- Yeni hazırlanmış bir numuneyi analiz etmek için, filtrelenmiş ultra saf suda 60 nm altın kolloid dağılımının bir örneğini hacimsel olarak 50 kat seyreltin. NTA analizi için önerilen konsantrasyon mL başına 1 x 107 – 1 x10 9 parçacıktır.
2. Ölçümün gerçekleştirilmesi
- Sistemi açma
- NTA cihazı, şırıng pompası ve bilgisayarı bağlayın. Donanım ve yazılımı aç. İlişkili yazılım (bkz. Malzeme Tablosu),tüm donanım iletişimlerinin çalışmasını ve canlı bir sıcaklık okumasının görüntülenmesini sağlar.
- Lazer modülünü NTA'dan çıkarın ve bir doku ve basınçlı hava kullanarak cam yüzeyleri ve düşük hacimli akış hücresi (LVFC) iç kanallarını, boruları ve akışkan bağlantı noktalarını tamamen kurulayın.
- Boru astarlama
- Herhangi bir parçacığı çıkarmak ve ölçümleri kesintiye uğratacak hava kabarcıklarının olasılığını azaltmak için giriş akışkan borularını ultra saf suyla durulayın. Durulama için, cihaz muhafazasının içindeki giriş borusunun ucu bir atık kabına yerleştirilir.
- Luer portuna 1 mL şırınga (iğnesiz) filtrelenmiş su yerleştirin ve arka basıncın izin verdiği kadar hızlı bir şekilde giriş tüpünden ~900 μL sıvı itin. Herhangi bir senfoniyi önlemek için kalan sıvıyı içeren şırınnayı takılı bırakın.
- Şırınd pompası boru bağlantısı
- Şekil 1'degörüldüğü gibi numune odasını oluşturmak için LVFC'yi lazer modülüne monte edin. Çıkış borularını LVFC'nin sağ taraftaki bağlantı noktasına takın.
NOT: Giriş ve çıkış borularının çapları farklıdır, giriş çıkıştan daha küçüktür. Giriş çıkışı boru bağlantısının değiştirılması, akış hücresine aşırı baskı ve sızıntıya neden olabilir. - Şırınnayı giriş tüpünden çıkarın ve 1 mL filtrelenmiş su içeren yeni bir şırınna ile değiştirin, sıvıdan sıvıya temas sağlayın. Giriş borularını LVFC'nin sol bağlantı noktasına bağlayın. Numune odasına yavaşça ~500 μL sıvı sokun. Yükleme sırasında hava kabarcığı kullanılmamasına dikkat edin. Son boru konfigürasyonu Şekil 2'de gösterilmiştir.
- Şekil 1'degörüldüğü gibi numune odasını oluşturmak için LVFC'yi lazer modülüne monte edin. Çıkış borularını LVFC'nin sağ taraftaki bağlantı noktasına takın.
Şekil 1: Lazer modülüne monte edilmiş Düşük Hacimli Akış Hücresi montajı.
Şekil 2: Düşük Hacimli Akış Hücresi boru konfigürasyonu. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
- Lazer modülü yükleme ve sistem kontrolü
- Su dolu LVFC ile lazer modülini cihaza takın ve yerine kilitleyin.
- Şırınnayı şırınna pompasının beşiğine yerleştirin ve sabitleyin. Yazılım arabiriminde Kamerayı Başlat'a tıklayarak kamerayı başlatın. Arabirimin Donanım sekmesinde, başvuru konumunu taşımak için Dağılım'ı tıklatın.
- Kamera seviyesini 16 olarak ayarlayın ve seyrelticiyi herhangi bir parçacık için kontrol etmek için odağı manuel olarak ayarlayın. Ana görüntüleme penceresine sol tıklayarak ve herhangi bir parçacığı kontrol etmek için yukarı ve aşağı sürüklemek için fareyi kullanarak görüş alanı konumunu ayarlayın. Görüş alanında üçten fazla parçacık varsa, bu su saflığı veya temizleme işlemi ile ilgili bir sorun anlamına gelir ve bu nedenle temizleme işleminin tekrarlanması veya suyun değiştirilmesi veya filtrelenmesi gerekir.
- Lazer modülini cihazdan çıkarın.
- Şırınnayı giriş tüpünden çıkarın ve sadece hava dolu bir şırınna ile değiştirin. İçindeki sıvıyı çıkarmak için havayı yavaşça numune odasına sokun. LVFC'yi lazer modülünden çıkarın ve boruları çıkarın. LVFC'nin cam yüzeylerini ve lazer modülünün optik camlarını suyla temizleyin ve bir doku ve basınçlı hava ile kurutun. Boruyu basınçlı hava ile kurutun. LVFC'yi lazer modülüne yeniden monte edin ve boruyu numune yüklemeye hazır bir şekilde bağlayın.
NOT: Bu adım her zaman gerekli değildir, ancak bu durumda olası varyasyonları daha da azaltmak için ekstra bir önlem olarak eklenmiştir.
- Örnek yükleniyor
- 2.2.2 adımlarını yineleyin. 1.1. adımda yapılan 60 nm altın nanopartikül dağılımının 1 mL'lik kısmını içeren bir şırınnayı Luer porta bağlayın. Baloncuk kullanılmamasını sağlamak için cihazın dışına görüntülenen lazer modülü ile giriş tüpü aracılığıyla numunenin 750 μL'lik kısmını LVFC'ye yavaşça enjekte edin.
- Lazer modülünü NTA cihazına geri yükleyin ve yazılım arayüzünde Kamerayı Başlat'a tıklayarak kamerayı başlatın. Arabirimin Donanım sekmesinde, referans odak konumuna geçmek için Dağılım'ı tıklatın, parçacıkların net bir görüntüsünü vermek için bunun doğru ayarlanarak ayarlanarak doğru ayarlanarak işaretleyin.
- Görüş alanının lazer ışını konumuna göre merkezi olarak ayarlanarak ayarlanarak kontrol edin. Yazılımdaki ana görüntüleme penceresine sol tıklayarak ve fareyi yukarı ve aşağı sürükleyerek buna göre ayarlayın.
- En iyi görüntü kalitesinin elde edilmesini sağlamak için odak ve kamera düzeyini otomatik olarak optimize etmek için Otomatik Ayar işlevini çalıştırın.
NOT: Otomatik kamera ve netleme parametreleri, kullanıcıdan bağımsız olduğundan farklı laboratuvarlar arasında daha fazla tutarlılık sağlar.
- Örnek analizi
- Yavaş (parçacıklar ekranın bir tarafından diğerine yaklaşık 10 s'de geçmelidir) ve sabit akış(Tamamlayıcı Dosya 1)altında 60 sn'lik 5 tekrar videosu elde etmek için Standart ölçüm, SÇP sekmesinde bir ölçüm komut dosyası oluşturun.
NOT: Genel numunenin ölçüm için daha iyi bir şekilde temsilini sağlamak için akış önerilir. Daha fazla sayıda yeni parçacığın ölçüm bölgesinden akmasını sağlamak için numuneye yavaş bir akış sağlandığında ve bir deney sırasında analiz edildiğinde konsantrasyon ölçümlerinin hassasiyeti ve tekrarlanabilirliği önemli ölçüde iyileştirilir. Video uzunluğu profil dağılımına ve analiz süresi boyunca ne kadar değişken olduğuna bağlıdır. 60 sn'lik 5 video tipik bir ölçüm süresi olarak kabul edilir. - Veriler için deneme dosyası adını ve konumunu ayarlayın ve çalıştırmayı başlatın. Özetlenen prosedürü takip eden analiz, Horizon 2020 ACEnano projesi17'ninyedi laboratuvarı tarafından gerçekleştirildi.
- Yavaş (parçacıklar ekranın bir tarafından diğerine yaklaşık 10 s'de geçmelidir) ve sabit akış(Tamamlayıcı Dosya 1)altında 60 sn'lik 5 tekrar videosu elde etmek için Standart ölçüm, SÇP sekmesinde bir ölçüm komut dosyası oluşturun.
3. Veri Analizi
NOT: Tüm veri analizi v 3.4 yazılımı içinde yapılmıştır (bkz. Malzeme Tablosu),ek manuel dönüşümler veya hesaplamalar kullanılmaz. Parçacık boyutlandırma verileri ham formda histogram dağılımı olarak sunulur ve Stokes-Einstein denklemi kullanılarak parçacığın pozisyonundaki ölçülen değişimden hesaplanır. Yazılım, x ve y düzlemlerindeki her parçacık tarafından taşınan ortalama mesafeyi belirler. Bu değer, parçacık difüzyon katsayısının (D) belirlenmesini sağlar, eğer örnek sıcaklık T ve solvent viskozitesi η biliniyorsa, parçacıkların eşdeğer küresel hidrodinamik yarıçapı olan RHhesaplanabilir. Numunenin sıcaklığı NTA tarafından otomatik olarak kaydedilir. Yazılım tarafından kullanılan varsayılan numune viskozitesi su içindir ve yukarıda gösterilen ölçüm komut dosyasına dahil edilir, ancak viskozite, ölçüm alınmadan önce veya sonra farklı örnek seyrelticiler kullanıldığında kullanıcı tarafından değiştirilebilir.
- Algılama eşiğini (DT), kaydırıcı çubuğunu sürükleyerek veya algılama eşiğialtındaki yazılımdaki + ve - düğmelerini tıklatarak ayarlayın , bu da görselleştirilmiş parçacıkların 2 ile 20 arasında en iyi şekilde izlenmesi için analiz parametresidir. Seçilen DT değerinin mümkün olduğunca çok sayıda görünür parçacığı tanımladığından ve izlediğiden emin olun (yazılım görüntü ekranında otomatik olarak kırmızı haçlar olarak işaretlenir).
- Algılama eşiğini ayarlamak için rehberlik olarak, bir görüntüdeki tanımlanan parçacıkların sayısı, gözlemci tarafından parçacık olarak kabul edilmeyen bölgelere en fazla 10 kırmızı haçın karşılık gelmemesi gereken yaklaşık 30-80 aralığında olmalıdır. En fazla 5 mavi haç (gürültü göstergesi) gözlenmelidir.
Şekil 3: Eşik ayarı gözlemleri. Hatalı (sol) ve iyi (sağ) algılama eşiği ayarı gözlemi. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
- Yazılımdaki İşlem düğmesine basarak parçacık izleme analizi videolarını otomatik olarak işleyin. Tüm işleme parametrelerini otomatik olarak ayarlayın ve ölçüm kurulumunu açıklayan tam parçacık boyutu dağılımı ve ek meta verilerle verileri .csv biçimli bir sonuç dosyası olarak dışa aktarın. Ölçüm kalitesini doğrulamak için yazılımdaki Çözümle sekmesine bakın veya uyarı iletisi veya uyarıları için .csv çıktı dosyasını denetleyin. PDF sonuç raporunun bir örneği Ek Dosya 2'de gösterilmiştir.
- Mod boyutu sonuçlarını ve PDF raporundan ilişkili standart sapmayı okuyun.
NOT: Mod boyutu sonuçları, yedi laboratuvar arasında elde edilen boyutları karşılaştırmak için kullanıldı ve Bölüm 5'te gösterildi ve tartışıldı.
4. Temizleme ve kurutma
- Kullanımdan sonra, boru ve optik yüzeylerdeki tüm numune izlerini gidermek için sistemi temiz suyla iyice yıkayın. Temizlik etkinliği, görüş alanındaki partikül miktarının gözlemlenmesiyle izlenebilir.
- Lazer modülini NTA cihazından çıkarın.
- Boruyu ve LVFC'yi boşaltmak için sistemden bir şırınna hava yükleyin.
Representative Results
Çeşitli NTA enstrüman konfigürasyonlarını kullanan Round 1 ILC sonuçları Şekil 4'te gösterilmiştir. Lab 6 dışında, 5 yakalama tekrarı arasındaki tekrarlanabilirlik iyiydi, ancak birkaç laboratuvar beklenenden daha yüksek bir mod boyutu kaydetti. Lab 6 sonuçları zayıf tekrarlanabilirlik ve ölçülen çok daha yüksek mod boyutu gösterdi. Araştırmadan sonra, en büyük boyut varyasyonlarını bildiren sistemlerin ya tavsiye edildiği gibi muhafaza edilmediği ya da analizin numune hazırlamadaki tutarsızlıktan etkilendiği, böylece seyreltme adımının farklı pipetleme ekipmanı, kullanıcı çalışması ve tekniği ve/veya akış hücresinin temiz olmaması, yanlış kamera seviyesinin kullanılması, görüntünün düzgün odaklanmaması ve analiz Algılama Eşiğinin yanlış ayarlanması dahil olmak üzere ölçüm kurulumundan kaynaklanan varyasyonlar yaratabileceği tespit edilmiştir.
Şekil 4: ILC Yuvarlak 1 Mod boyut sonuçları. Mod boyutu, farklı NTA cihazlarında (x ekseninde kısaltıldığı gibi) gerçekleştirilen 1.
3. Raunt'un NTA sonuç doğruluğu, aynı SÇP ve cihaz ayarlarını uygulayan tüm laboratuvarlar tarafından geliştirilmiştir. Bu ILC Round 3 için elde edilen mod boyutu sonuçları Şekil 5'te görülebilir. Tüm laboratuvarlarda ortalama mod 62.02 ± 1.97 nm idi. 3. Turdan ölçülen tüm sonuçlar, ilk aşama sonuçlarından daha tutarlıydı ve sonuçlar üretici tarafından belirtildiği gibi parti için 60,5 nm ortalama boyutun% 10'u içinde iyi düştü. Üretici tarafından belirtilen altın numuneleri için değişim katsayısı %≤8 idi.
Şekil 5: ILC Round 3 Mode boyut sonuçları. Aynı NTA cihazında analiz edilen 60 nm altın ILC Round 3 için tüm NTA kıyaslama ortaklarının mod boyutu sonuçları. Tüm laboratuvarlarda ortalama mod 62.02 ± 1.97 nm idi.
Üretici tarafından sağlanan partikül boyutunu doğrulamak için, İletim Elektron Mikroskopisi (TEM) tarafından az sayıda (N=82) parçacık analiz edilmiştir. Seyreltilmemiş dağılımın yaklaşık 10 μl'si karbon kaplı bir Cu TEM ızgarasına düştü ve 200 kV analitik bir TEM'de görüntülemeden önce havada kurutuldu. Tamamlayıcı Şekil 1 gibi görüntüler, parçacık çakışması en az olan bölgelerden alınmıştır ve yarı otomatik görüntü analiz süreci kullanılarak analiz edilmiştir. Ayrı parçacıklara otomatik bir havza yöntemi uygulandı ve bu işlemin eserleri dışlandı ve kenar parçacıkları18. Ortalama çap, ana ve küçük eksenden (61 ± 7 nm) ortalama olarak veya küresel parçacıklar varsayılarak ölçülen alandan (62 ± 6 nm) dönüşüm olarak hesaplanmıştır. Parçacıklar, ortalama en boy oranı 1.1 olan çoğunlukla küresel gibi görünmektedir. TEM sonuçları, üretici değerinden (60,5 nm) biraz daha yüksek bir çap gösterir, ancak tolerans seviyesi içindedir. Ek olarak, hidrodinamik çapın NTA türevi değeri ile çok iyi bir anlaşma vardır.
Ek Şekil 1: 60 nm Altın Nanopartiküllerin TEM görüntüsü. Bu rakamı indirmek için lütfen tıklayınız.
Tamamlayıcı Dosya 1: Ölçüm komut dosyası. Bu dosyayı indirmek için lütfen tıklayınız.
Tamamlayıcı Dosya 2: PDF sonuç raporu örneği. Bu dosyayı indirmek için lütfen tıklayınız.
Discussion
Round 1 ILC'den elde edilen tutarsız sonuçlar, eski sistemler için cihaz sağlığı kontrollerinin yanı sıra daha ayrıntılı bir SÇP geliştirilmesi, uygulamalı eğitim ihtiyacı ve farklı laboratuvarlarda daha tutarlı sonuçlar elde etmek için ölçüm ve analiz ayarlarının daha iyi anlaşılması gerektiğini vurguladı. Aslında, Hole ve arkadaşları, bir NTA sisteminin nasıl kullanılacağı ve numunelerin nasıl hazırlanacağına dair paylaşılan yönergelerin bulunmamasının, nispeten monodispersed numuneler için bile laboratuvarlar arasında değişkenliğe neden olduğunu buldu16. Bu nedenle, tüm ILC katılımcıları, sistem çalışması ve ölçüm koşulları için en iyi uygulamaların yanı sıra belirli NTA cihazı için temizlik ve bakım kılavuzunu kapsayan bir eğitim atölyesine katıldı. Tüm katılımcılar ayrıca sonraki ILC turları için kendi laboratuvarlarında aynı cihaz üzerinde ölçümler yaptı. Prosedür ilk olarak, ortaklar tarafından altın ölçümlerini tekrarlamak için kullanılmadan önce lateks standart numuneler (ILC Round 2) üzerinde bir ILC çalıştırarak sistemi her laboratuvarda yerel olarak test eden bir turu içeriyordu (ILC Round 3). Bu altın örneklerin NTA ile ölçülmesinin amacı, nanogüvenlik kılavuz protokollerini etkilemek için gereken nanomalzeme risk değerlendirme yöntemlerine ve uygulamalarına güven ve netlik getirmekti.
NTA, parçacıkların hidrodinamik küresel eşdeğer çapını ölçebilen ve parçacık tarafından parçacık için kullanılabilen bir tekniktir, 10 nm - 50 nm arasında değişen polidispersed sistemlerin gerçek zamanlı görsel analizi, yaklaşık 1000 nm boyutuna (numune özelliklerine ve cihaz yapılandırmasına bağlı olarak). Minimum numune hazırlama gereklidir. Minimum numune hazırlığına rağmen, bu adım protokol için kritik öneme sahiptir ve bir numuneyi seyreltirken ve seyreltici seçerken büyük özen görünmelidir. Küresel eşdeğer boyut ölçümleri elde edildiği ve küresel olmayan parçacıklar daha az doğru boyut değerine sahip olacağı için şekil NTA açısından sınırlayıcı bir faktör olabilir.
NTA teknolojisi için, tüm numuneden yalnızca temsili bir örnek gözlendiği için her zaman bazı sonuç varyasyonları beklenmektedir. Ne olursa olsun, tüm sonuçlar parçacık boyutlandırma için ISO 19430 standardını karşılar. Sağlamak için en uygun konsantrasyon genellikle 30-60 saniyelik bir analiz süresi içinde 108 parçacık / ml civarındadır. Daha düşük parçacık konsantrasyonlarına sahip numuneler için, tekrarlanabilir sonuçlar sağlamak için daha uzun analiz süreleri gerekecektir. 109 parçacık/mL'den büyük bir parçacık konsantrasyonu içeren numuneler için, izleme sorunları olasılığı daha fazladır ve numunelerin NTA ölçümü için uygun bir aralığa kadar seyreltilmesi gerekecektir.
Genel olarak 3rd Yuvarlak ILC'den elde edilen sonuçlar, NTA ile altın nanopartikül ölçümlerinin daha fazla doğruluk ve tekrarlanabilirlik ile iyi tekrarlanabilirliğini göstermektedir. Tüm NTA ölçümleri, yazılımdaki Otomatik Kurulum özelliği tarafından seçilen görüntüyü ayarlamak için otomatik kamera seviyesi ve netleme ayarları kullanılarak gerçekleştirildi. Yazılım tarafından belirlenen kamera seviyesi çok tutarlıydı, her durumda 10 veya 11 kamera seviyesi, beklendiği gibi, bir işlem ne kadar çok otomasyon içeriyorsa o kadar tutarlılık elde edildiğini gösteriyordu. Boyutlandırma sonuçları, sonuçların tekrarlanabilir olduğunu gösteren TEM vasıtası ile üretici tarafından elde edilenlerle karşılaştırılabilirdi, ancak TEM hidrodinamik çapı belirlemediği için farklı tekniklerden minimum fark beklenebilir. Sonuçların tutarlılığındaki önemli gelişme, cihaz bakımının, ayrıntılı SÇP'lerin, en iyi uygulama güncellemelerinin, kullanıcı bilgisinin ve NTA için uygulamalı ölçüm otomasyonunun önemini ve faydalarını göstermektedir. Sonuç olarak, ILC bu spesifik NTA SOP'yi doğruladı ve bu nedenle bu spesifik nanomalzeme risk değerlendirme yöntemine güven ve netlik getirdi.
Disclosures
Yazar Jo Sullivan, Agnieszka Siupa, Pauline Carnell-Morris ve Michele Carboni, bu makalede kullanılan enstrümanları üreten Malvern Panalytical Ltd.'de çalışanlardır.
Acknowledgments
Yazarlar H2020 tarafından finanse edilen projeden finansal destek kabul etmektedir: ACEnano (Hibe Anlaşması no 720952). Bu çalışma, Koreli ortakların Horizon 2020 ACEnano Projesi konsorsiyumuna katılımını sağlayan Kore Ticaret, Sanayi ve Enerji Bakanlığı tarafından finanse edilen Uluslararası Kooperatif Ar-Ge Programı (N053100009 hibe numarası, "Horizon2020 AcEnano Toolbox'ta Kor-AB işbirliği ar-ge") tarafından da kısmen desteklendi.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 60 nm gold colloid dispersion | BBI Solutions OEM Ltd. | Product EM. GC60, Batch number 024650 | |
| 0.02 µm syringe filter - Whatman Anotop 25 Sterile Syringe Filters | Sigma Aldrich | WHA68092102 | |
| NanoSight | Malvern Panalytical Ltd. | NS300 | |
| NanoSight NTA Software v3.4 | Malvern Panalytical Ltd. | v3.4 | |
| Syringe PP/PE without needle luer slip tip, centered, capacity 1 mL, graduated, 0.01 mL, sterile | Sigma Aldrich | Z230723 |
References
- Thwala, M., Musee, N., Sikhwivhilu, L., Wepener, V. The oxidative toxicity of Ag and ZnO nanoparticles towards the aquatic plant Spirodela punctuta and the role of testing media parameters. Environmental Science-Processes and Impacts. 15 (10), 1830-1843 (2013).
- Lowry, G. V., Gregory, K. B., Apte, S. C., Lead, J. R.
- Auffan, M., et al. Towards a definition of inorganic nanoparticles from an environmental, health and safety perspective. Nature Nanotechnology. 4 (10), 634-641 (2009).
- Valsami-Jones, E., Lynch, I.
- Briffa, S. M., Nasser, F., Valsami-Jones, E., Lynch, I. Uptake and impacts of polyvinylpyrrolidone (PVP) capped metal oxide nanoparticles on Daphnia magna: role of core composition and acquired corona. Environmental Science: Nano. 5, 1745-1756 (2018).
- Hassellöv, M. aR. K. Analysis and Characterization of Manufactured Nanoparticles in Aquatic Environments. Environmental and Human Health Impacts of Nanotechnology. , John Wiley & Sons, Ltd. 211-266 (2009).
- Hoet, P., Brüske-hohlfeld, I., Salata, O. Nanoparticles and known and unknown health risks. Journal of Nanobiotechnology. 2 (1), 12 (2004).
- Briffa, S. M., et al. Thermal transformations of manufactured nanomaterials as a proposed proxy for ageing. Environmental Science: Nano. 5, 1618-1627 (2018).
- European Commission. Nanotechnology. European Commission. , Available from: http://ec.europa.eu/nanotechnology/policies_en.html (2011).
- Kestens, V., Bozatzidis, V., De Temmerman, P. J., Ramaye, Y., Roebben, G. Validation of a particle tracking analysis method for the size determination of nano- and microparticles. Journal of Nanoparticle Research. 19 (8), 271 (2017).
- Dynamic Light Scattering - common terms defined. Malvern. , Available from: http://www.malvern.com/en/support/resource-center/Whitepapers/WP111214DLSTermsDefined.aspx (2015).
- Walker, J. G.
- Using NTA to Study Aggregation Behavior of Liposome-Protein Complexes. Malvern Panalytical. , Available from: https://www.news-medical.net/whitepaper/20161125/Using-NTA-to-Study-Aggregation-Behavior-of-Liposome-Protein-Complexes.aspx (2019).
- Filipe, V., Hawe, A., Jiskoot, W. Critical evaluation of nanoparticle tracking analysis (NTA) by NanoSight for the measurement of nanoparticles and protein aggregates. Pharmaceutical Research. 27 (5), 796-810 (2010).
- Roebben, G., et al. Interlaboratory comparison of size and surface charge measurements on nanoparticles prior to biological impact assessment. Journal of Nanoparticle Research. 13 (7), 2675 (2011).
- Hole, P., et al. Interlaboratory comparison of size measurements on nanoparticles using nanoparticle tracking analysis (NTA). Journal of Nanoparticle Research: An Interdisciplinary Forum for Nanoscale Science and Technology. 15 (12), 2101 (2013).
- Analytical and Characterisation Excellence in nanomaterial risk assessment: A tiered approach. ACEnano. , Available from: https://cordis.europa.ue/project/id/720952 (2019).
- Soille, P., Vincent, L. Determining watersheds in digital pictures via flooding simulations. 1360, VC, SPIE (1990).
