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瑞芯智造NanoCoulter助力NTA檢測標(biāo)準(zhǔn)操作流程建立

閱讀:218      發(fā)布時(shí)間:2024-9-25
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近年來,納米材料已經(jīng)在生物醫(yī)藥領(lǐng)域具有了廣泛的應(yīng)用。外泌體、合成納米顆粒等已被廣泛應(yīng)用于疾病診斷,藥物遞送等方面。納米材料的尺寸和濃度對于診斷和治療效果具有十分重要的意義,納米顆粒跟蹤分析(NTA)技術(shù)是一種常用的表征納米材料大小和濃度的方法,可以對納米材料進(jìn)行快速、精確的粒徑和濃度測量。

前人曾多次報(bào)道,與 DLS 相比,NTA 在確定單峰和雙峰納米顆粒的尺寸時(shí)具有更好的分辨率,但NTA 無法高分辨率解析三個(gè)或以上的多峰混合的粒子群。用于數(shù)據(jù)處理的算法也極大地影響 NTA 和 DLS 分析的粒徑結(jié)果輸出,且二者對樣本溶液的粘度十分敏感。同時(shí), NTA的濃度結(jié)果被高估已在多項(xiàng)研究中被報(bào)道,這種高估可能與測量參數(shù)的主觀選擇以及樣品顆粒尺寸和光學(xué)性質(zhì)的不均勻性有關(guān)。NTA的尺寸檢測限(LOD)與準(zhǔn)確的濃度測定有關(guān)。然而,目前還沒有標(biāo)準(zhǔn)的操作程序來保證測量的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性。在NTA使用過程中,包括樣品濃度、相機(jī)設(shè)定參數(shù)、樣品流速等人為設(shè)置都會(huì)對測量結(jié)果造成巨大影響。同時(shí),樣品的分散性復(fù)雜度也會(huì)在很大程度上影響NTA的測量結(jié)果。因此,考慮到影響尺寸和濃度準(zhǔn)確測量的因素以及設(shè)置測量參數(shù)時(shí)可能存在的主觀偏差,需要優(yōu)化參數(shù)的研究以建立標(biāo)準(zhǔn)化方案,從而實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確濃度測定,以便增加數(shù)據(jù)的可比性并支持基礎(chǔ)研究和質(zhì)量控制監(jiān)管部門的批準(zhǔn)。






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日前,中科院上海藥物研究所于International Journal of Pharmaceutics期刊發(fā)表文章Critical parameters to standardize the size and concentration determination of nanomaterials by nanoparticle tracking analysis,系統(tǒng)性地分析了影響NTA準(zhǔn)確性的多種參數(shù),并構(gòu)建了NTA標(biāo)準(zhǔn)化地操作流程。
在文中,作者在系統(tǒng)性地評估了樣品濃度,儀器閾值,曝光度,泵流速等參數(shù)后,發(fā)現(xiàn)NTA在樣本濃度為1x108~ 1x109 particles/mL,泵流速為50AU (arbitrary unit) 時(shí),可以得到較為準(zhǔn)確的分析結(jié)果,但是對于儀器閾值和曝光度這兩個(gè)參數(shù),作者發(fā)現(xiàn)樣品粒徑會(huì)與這兩個(gè)參數(shù)相互影響,因此在進(jìn)行樣品分析的時(shí)候,需要具體樣品具體分析。

隨后,作者利用建立的NTA標(biāo)準(zhǔn)化操作,通過正交實(shí)驗(yàn),橫向?qū)Ρ攘薔TA與透射電子顯微鏡 (TEM),動(dòng)態(tài)光散射 (DLS),和基于電阻感應(yīng)脈沖 (RPS) 原理的納米庫爾特粒度儀NanoCoulter對真實(shí)且復(fù)雜樣本的分析能力。





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1. NTA、DLS和RPS對多峰(多模態(tài))樣本的表征




作者制備了含有多種不同粒徑PS微球的混合樣本,分別使用NTA,DLS和RPS(NanoCoulter)進(jìn)行檢測,結(jié)果表明NTA對于雙峰樣本有良好的分辨能力,但是對于三峰和四峰混合樣本無法得到正確的結(jié)果。DLS對于二峰,三峰樣本都無法得到正確的結(jié)果。而NanoCoulter則可以成功地對四峰多模態(tài)混合樣本進(jìn)行高分辨分析,并且粒徑峰位值符合預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)。


1. 四種不同顆粒表征方法的優(yōu)缺點(diǎn)


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文中也總結(jié)了NTA, DLS, TEM和RPS這四種顆粒分析方法的特點(diǎn)與缺陷。作者認(rèn)為NTA雖然具有較好的測量分辨率和準(zhǔn)確度,但是無法對生物學(xué)樣本進(jìn)行更精確的分析,無法確定外泌體樣本的來源,同時(shí)對于多峰樣本僅能對三峰樣本實(shí)現(xiàn)區(qū)分并測量;對于DLS方法,作者認(rèn)為該方法偏差很大,得到的測量值與真實(shí)值具有很大差異,同時(shí)該方法無法有效測量顆粒的濃度;作者認(rèn)為TEM方法可以直接提供顆粒的可視化觀察的數(shù)據(jù),但是該方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力,投入很高;對于RPS方法,作者認(rèn)為該方法可以測量顆粒的真實(shí)粒徑,同時(shí)對于四峰樣本也可以給出十分精確的測量結(jié)果,展現(xiàn)出極其優(yōu)異的區(qū)分能力。

RPS可以通過單顆粒分析對通過檢測器(納米孔)的每一個(gè)顆粒進(jìn)行計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì),計(jì)算單位時(shí)間/體積下的樣品濃度,與NTA等光學(xué)計(jì)數(shù)的方式相比,不存在顆粒散射信號相互遮擋的情況,因此測量的結(jié)果準(zhǔn)確性更高,非常適合作為光學(xué)原理檢測方法驗(yàn)證和較準(zhǔn)的參考。作者也在最后建議進(jìn)行復(fù)雜樣品的粒度分析時(shí),應(yīng)選取原理不同的多種測試方法進(jìn)行正交評估,以保證結(jié)果的準(zhǔn)確性。基于電學(xué)原理的RPS技術(shù)可以很好地與基于光學(xué)方法的NTA或DLS互補(bǔ),使顆粒粒徑分布的表征更為準(zhǔn)確。



參考文獻(xiàn)
Tian Y, Tian D, Peng X, Qiu H. Critical parameters to standardize the size and concentration determination of nanomaterials by nanoparticle tracking analysis. Int J Pharm. Published online April 10, 2024. doi:10.1016/j.ijpharm.2024.124097
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文章中引用的 NanoCoulter — 納米庫爾特粒度儀, 采用新一代納米電阻脈沖感應(yīng) (RPS) 原理,粒徑分辨率(靈敏度)可達(dá)到1 nm。依次檢測樣本中每一個(gè)顆粒的原始粒徑,實(shí)現(xiàn)真正意義上的單顆粒檢測,數(shù)據(jù)精度媲美電鏡,專門適用于如外泌體等的多分散性生物樣本;可以實(shí)現(xiàn)納米顆粒濃度的精確檢測(R>0.999);并且是目前可以兼具單顆粒zeta電位和粒徑同時(shí)分析的檢測方法,直接獲得粒徑/電位二維散點(diǎn)圖,一體化完成外泌體、LNP等納米顆粒的全面表征與分析,助力基于納米藥物等的科學(xué)研究與應(yīng)用開發(fā)。

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