Ladung & Zeta-Potential
Das Zetapotenzial, ζ, ist definiert als das elektrische Potenzial, das sich aus der Oberflächenladung eines Teilchens und den daran gebundenen Gegenionen ergibt. Messungen von ζ werden mit zusätzlichen Informationen kombiniert, um die molekulare Nettoladung, Q*, zu berechnen.
Das Zetapotenzial oder die molekulare Nettoladung, die häufig mit der Stabilität von Suspensionen in Verbindung gebracht werden, sind auch für die Beurteilung folgender Punkte nützlich
- das N/P-Verhältnis von LNPs oder künstlichen Nanopartikeln für die Verabreichung von Medikamenten oder Genen
- chemische Modifikationen von Biomolekülen wie Polysacchariden oder IgG
- Bestätigung der Funktionalisierung von theranostischen Nanopartikeln
- pKa von komplexen Polymeren
Darüber hinaus wurde das Zetapotenzial von extrazellulären Vesikeln als biophysikalischer Marker für Krebs identifiziert (siehe Ausgewählte Referenzen).
Sowohl die molekulare Ladung als auch das Zetapotenzial werden aus zwei primären Messgrößen berechnet: der elektrophoretischen Mobilität µE und dem hydrodynamischen Radius Rh. Die Analyse der molekularen Ladung erfordert außerdem die Kenntnis der Debye-Screening-Länge im Lösungsmittel oder entsprechende Annahmen.
Die Teilchenbewegung unter einem angelegten elektrischen Feld führt zu einer Dopplerverschiebung des Streulichts, die in einem Interferometer nachgewiesen wird. Die einzigartige FIDELIS-Technologie von Wyatt, die im ZetaStar zum Einsatz kommt, nutzt fasergekoppelte Laser, akustooptische Modulatoren und Detektoren, um eine kHz-Frequenzmodulation zu erreichen und so das mechanische Rauschen zu überwinden, das herkömmliche Freiraum-Interferometer beeinträchtigen kann.
Zeta-Potenzial durch ELS
Die Lichtstreuung bestimmt die elektrophoretische Mobilität durch elektrophoretische Lichtstreuung (ELS) und den hydrodynamischen Radius durch via dynamische Lichtstreuung (DLS). Weitere Einzelheiten finden Sie unter Theorie der elektrophoretischen Lichtstreuung.
Der ELS/DLS/SLS-Detektor DynaPro™ ZetaStar™ von Wyatt ermöglicht die gleichzeitige Messung von µ and Rh und verkürzt so die Gesamtmesszeit.
Um relevant zu sein, muss die Ladung in dem Lösungsmittel oder Formulierungspuffer von Interesse gemessen werden. Die Durchflusszelle des ZetaStar kann unter Druck gesetzt werden, um die Blasenbildung zu unterdrücken, was Messungen in Puffern mit hoher Ionenstärke ermöglicht.
Wyatts einzigartige Faserinterferometer-Doppler-Shift-Elektrophorese-Lichtstreuungstechnologie (FIDELIS), die im ZetaStar implementiert ist, nutzt fasergekoppelte Laser, akusto-optische Modulatoren und Detektoren, um mechanisches Rauschen zu überwinden, das herkömmliche Freiraum-Interferometer beeinträchtigen kann.
Der isolelektrische Punkt eines Proteins - in diesem Fall IgG - kann in nativer Formulierung oder physiologischer Kochsalzlösung mit ELS und dem ZetaStar bestimmt werden. Bei hoher Salzkonzentration wird die Durchflusszelle unter Druck gesetzt, um die Blasenbildung zu unterdrücken.
Zeta-Potenzial durch EAF4
EDie elektrische/asymmetrische Feldflussfraktionierung ist eine Variante der Feldflussfraktionierung, mit der das Zetapotenzial jeder Komponente in einem Gemisch unter Verwendung des Eclipse™ FFF-System von Wyatt mit dem Mobility™ EAF4-Module bestimmt werden kann. EAF4 basiert auf der Standard-Feldflussfraktionierung mit asymmetrischer Strömung und beinhaltet ein zusätzliches elektrisches Feld, das senkrecht zur Membran angelegt wird. Geladene Partikel zeigen eine Höhenverschiebung über der Membran und eine entsprechende Verschiebung der Retentionszeit, die mit der angelegten Feldstärke variiert, woraus sich die elektrophoretische Mobilität µE berechnen lässt.
Das Mobility-Modul enthält einen Leitfähigkeitssensor, während der hydrodynamische Radius direkt aus der dynamischen Online-Lichtstreuung oder indirekt auf der Grundlage der FFF-Retentionszeit bestimmt werden kann. Weitere Einzelheiten finden Sie unter Grundlagen der Fluss-Feldflussfraktionierung .
EAF4-Analyse einer Mischung von Polystyrol-Latexpartikeln. Der hydrodynamische Radius wird aus der Retentionszeit bei einem angelegten Feld von Null bestimmt, während die elektrophoretische Mobilität, die Ladung und das Zetapotenzial aus der Verschiebung der Retentionszeit relativ zum angelegten Feld bestimmt werden.
Application Notes
Automated Electrophoretic Mobility Measurement of High Salt Solutions
Automated Measurements of Electrophoretic Mobility
Computation of Protein Net Charge from Electrophoretic Mobility
Discriminating Heparin from Chondroitin Sulfate by Charge:Mass Ratio
Charge and Interaction Analysis for Predicting Antibody Formulation Stability
Literatur
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Saito, S.; Hasegawa, J.; Kobayashi, N.; Tomitsuka, T.; Uchiyama, S.; Fukui, K. Effects of ionic strength and sugars on the aggregation propensity of monoclonal antibodies: influence of colloidal and conformational stabilities. Pharm. Res. 2013, 30, 1263-1280.
Seidel, L. et al. Composition, ζ Potential, and Molar Mass Distribution of 20 Must and Wine Colloids from Five Different Cultivars Obtained during Four Consecutive Vintages. J. Agric. Food Chem. 2022.
Instrumente für die Messung von Ladung & Zetapotential
ELS-Detektor
DynaPro™ ZetaStar™ - Der ZetaStar ermöglicht begehbare oder automatisierte Messungen von Partikelgröße und -konzentration sowie von Zetapotenzial, Molmasse und Trübung mit nur wenigen Mikrolitern der Probe. Parallele dynamische, statische und elektrophoretische Lichtstreuungsmessungen finden in verschiedenen Detektionskanälen statt, die für jede Art von Messung optimiert sind.
Die Messungen können manuell mit Einweg- oder Mehrweg-Mikroküvetten, der Zeta-Einwegzelle oder der Zeta-Potential-Durchflusszelle von Wyatt durchgeführt werden. Automatisierte Messungen werden durch einen Autosampler und eine Pumpe ermöglicht, die der Durchflusszelle die Probe zuführen.
Herkömmliche ELS-Detektoren haben Schwierigkeiten, das Zetapotenzial in stark salzhaltigen Lösungen zu messen, da sich während der Elektrolyse Blasen bilden. Der ZetaStar überwindet die Blasenbildung durch Druckbeaufschlagung der Durchflusszelle und ermöglicht so relevante Zetapotenzialmessungen unter physiologischen Bedingungen oder in Puffern mit hohem Salzgehalt in der Formulierung.
EAF4 System
Mobility™ - Das Mobility-Modul ist ein Zusatz zu einem Eclipse™FFF-System und kombiniert ein innovatives EAF4-Kanaldesign mit hervorragender Softwarekontrolle und -analyse. Das Mobility-Modul enthält pH- und Leitfähigkeitssensoren, die für die Analyse der elektrophoretischen Mobilität und der damit verbundenen Eigenschaften erforderlich sind.
Verwenden Sie Mobility um:
- Zu verstehen, ob alle Komponenten in der Probe eine ähnliche Oberflächenchemie aufweisen
- Das N/P-Verhältnis von Nanopartikeln zur Medikamenten- und Genverabreichung zu bewerten
- Biopharmazeutika auf chemische und physikalische Abbaubarkeit zu untersuchen
Software
DYNAMICS™ - Software für elektrophoretische, dynamische und statische Lichtstreuungsmessungen im ZetaStar. Berechnet
- Größe und Größenverteilungen
- Elektrophoretische Mobilität, Zeta-Potential, Debye-Hückel-Henry und effektive Ladung
- Molekulargewicht
- Partikelkonzentration
- Trübung/Opaleszenz
- Kolloidale Stabilität über den zweiten Virialkoeffizienten (A2 oder B22) oder den Diffusionswechselwirkungsparameter (kD)
- Thermische Stabilität über thermische Rampen als Temperatur des Proteinschmelzens oder Aggregationsbeginns (Tm, Tonset, Tagg)
- Kinetik anhand der zeitlichen Entwicklung von Größe und Molmasse
DYNAMICS ermöglicht den Vergleich mehrerer Proben und Messungen, auch wenn diese an unterschiedlichen Tagen oder mit unterschiedlichen Geräten durchgeführt wurden. Es unterstützt die DynaPro™ NanoStar™ und DynaPro Plate Reader DLS/SLS-Instrumente von Wyatt sowie den ZetaStar und ältere DLS- und ELS-Geräte. DYNAMICS steuert auch Autosampler und Pumpen für die Hands-Off-Analyse von Dutzenden von Proben pro Tag.
DYNAMICS wird mit einer 21 CFR Part 11 konformen Security Pack Option angeboten, die den Einsatz von ZetaStar, NanoStar und DynaPro Plate Reader in einer GMP-Umgebung ermöglicht.
DYNAMICS™ Touch™ - Messen und analysieren Sie DLS-, ELS- und SLS-Daten direkt auf dem ZetaStar-Touchscreen mit der integrierten DYNAMICS Touch-App. Mit seiner benutzerfreundlichen und minimalistischen Oberfläche ermöglicht DYNAMICS Touch auch Laien die Durchführung von Messungen, führt sie durch den Messprozess und bewertet die Datenqualität mit umsetzbarem Feedback. Die Berichte können einfach an ein Netzwerk, einen USB-Stick oder ein Mobiltelefon gesendet werden. Natürlich können Sie Ihre DYNAMICS Touch-Daten zur erweiterten Datenanalyse in DYNAMICS importieren.
DYNAMICS Touch wird auch mit NanoStar, dem küvettenbasierten DLS/SLS-Instrument von Wyatt, geliefert.
