Wyatt 的光散射工具包提供了用于表征纳米粒子的基本分析仪器。
 

纳米粒子

纳米颗粒表征的重要性不断提高,并且不断增加,它涵盖了广泛的挑战,其中包括:

  • 确定功能化纳米生物治疗药和诊断性纳米标记的大小,浓度和构象
  • 吸入控制释放药物的胶体悬浮液或乳剂的稳定性评估
  • 检测和识别少量可能渗入环境的工业添加剂
  • 根据食品,化妆品,半导体加工以及许多其他消费或工业产品中使用的纳米颗粒,乳液和胶体的溶液条件(包括 pH 和离子强度)来分析尺寸分布,ζ 电位和聚集行为

Wyatt 的“光散射工具包”提供了无与伦比的自动化,灵敏性和分离度水平的纳米颗粒分析仪器。通过将常用的低通量手动测量转换为自动化的高通量工作流程,向从事该领域工作的科学家和工程师提供了许多新的可能性。

Wyatt 仪器中用于纳米颗粒和胶体表征的测量技术是动态光散射(DLS),多角度静态光散射(MALS),场流分馏(FFF)和大规模平行相分析光散射(MP-PALS)。

尺寸分布

DLS 是估算纳米颗粒和其他胶体悬浮液尺寸,甚至在各种溶剂中且在相对较短的时间内获得较粗粒度分布的常用方法。

但是,大多数 DLS 仪器要求您手动向样品池中填充样品,将样品池插入仪器中,操作软件以开始数据收集,然后清洗样品池,并对下一个样品重复整个过程,这既费时又费力 处理。 Wyatt 提供了两种自动执行 DLS 的方法,因此您可以设置和运行数十个甚至数百个样本,使您腾出时间做其他事情,并将生产率提高了十倍。

MP-PALS Setup

The Mobius provides automated, simultaneous zeta potential and dynamic light scattering measurements.

  • DynaPro Plate Reader 在标准多孔板中进行原位 DLS 测量,该多孔板包含 96、384 甚至 1536 个测量点,每天可完成数百或数千个样品。
  • Mobius 可以同时进行 DLS 和电泳迁移率测量以确定分子尺寸和 Zeta-电位,可以将其连接到标准自动进样器和 HPLC 泵,以自动进行数十种尺寸和 Zeta-电位测量。 Mobius 可与有机和水性溶剂一起使用。

  • 如果不需要自动化, DynaPro NanoStar 可以在非常宽的温度范围内提供便利的基于比色杯的 DLS 测量,并且样品量小至1.25 µL。

当需要精确,高分辨率的纳米颗粒悬浮液尺寸分布时,要使用的分析工具是使用 Eclipse FFF的场流分离系统(FFF),它与带有可选集成 WyattQELS DLS 模块的 DAWNminiDAWN MALS 检测器结合使用。 NanoStar 还可以与 Wyatt MALS 检测器一起提供在线 DLS 检测,然后轻松切换回基于比色杯的 DLS。

Size Distributions

FFF 在概念上与尺寸排阻色谱法相关,但提供的分离性能远远超过 SEC,分离范围为 1 ~ 1000 nm,具有出色的分离度。 未分级的 DLS 最多可以区分大小相差 4 ~ 5 倍的颗粒,而 FFF-MALS 和 FFF-DLS 可以准确地表征大小相差几个百分点的颗粒!

颗粒浓度

Number Density通常会采集 DLS 数据以计算颗粒计数的估计值。尽管这种分析在 DYNAMICSASTRA 软件包中是可行的,并且得到了很好的支持,但它并不意味着是绝对的或绝对可靠的估计。实际上,DLS 计算方法的背后的依赖于各种弱假设,并且不是获得粒子数密度的一种非常准确的方法。

Eclipse FFF System

确定数密度的一种更可靠的方法是 FFF-MALS,它将基于尺寸的分离步骤与光散射检测和分析相结合。只要知道纳米粒子的折射率,MALS 就可以确定每个尺寸范围内溶液中纳米粒子的数量。 FFF-MALS 已显示提供病毒,脂质体和其他纳米颗粒的数量密度,结果与 TEM 相似,误差在很小的百分比之内。

构象

尽管光散射不能提供纳米颗粒的高分辨率图像,但它是了解粒子集合中形状分布或其他构象性质的有效手段。这可通过以下三种设备完成:Eclipse DualTec FFF分离系统,DAWN MALS 检测器和集成到 DAWN 中的 WyattQELS DLS 模块。

FFF 按尺寸分离颗粒。当每个洗脱体积进入 DAWN 时,光散射将进行两个独立的测量:借助于 MALS 测量的均方根半径 Rg 和借助于 DLS 测量的流体动力学半径 RhRg:Rh 之比称为“形状因子”,可指示主要结构参数。

正确解释形状因子需要一些有关预期形状的基本信息。如果已知颗粒是椭圆形且组成均匀,则形状因子表示偏离球形度和轴向比的程度。如果已知颗粒是球形的,但可能是空心壳或均匀的球形,则形状因子表示实际的构象,并且同样适用于各种简单,定义明确的结构。

组成

FFF-MALS / DLS 系统可以进一步耦合到 ICP-MS 进行元素分析。 在这种方法中,洗脱颗粒的大小和相对分布与元素组成相关,如质谱所证实的那样。 该组合技术已用于检查食品中发现的纳米颗粒的大小和化学组成,以及与从自然资源(如湖泊和溪流)中回收的纳米颗粒级分相关的金属类型。

配方筛选

在大量的样品和溶剂条件排列中,高通量筛选纳米颗粒的聚集和稳定性对于生产性制剂工作至关重要。 DynaPro Plate Reader 是配方筛选的真正主力军,因为它可以对标准多孔板中数百个样品进行 DLS 筛选,以评估尺寸,多分散性和聚集性。 DynaPro 可以很容易地与移液机器人集成在一起,以提高生产率

如果不需要高通量,则基于比色杯的 DynaPro NanoStar 也同样是一种多功能仪器,当与 Wyatt MALS 检测器耦合时也可以提供在线 DLS 检测(例如FFF-DLS)。

DynaPro Plate Reader III, particle size analysis, size exclusion chromatography, nanoparticle size, nanoparticle analysis

除大小和聚集分析外,zeta-电位还被视为纳米颗粒和胶体悬浮液的重要稳定性指标。由于 zeta-电位受溶剂条件和赋形剂的影响,因此在优化配方时还可以从高度自动化中受益。 Mobius 结合了同时 DLS 尺寸调整和 MP-PALS 电泳迁移率确定功能,从而无需用户干预即可计算 Zeta-电位(无需在 DLS 和 PALS 模式之间切换)。独特的是,Mobius 中的迁移率测量可以手动进行,也可以使用流通池通过标准 HPLC 自动进样器自动进行。 Atlas 附件即使在高离子强度条件下也可以进行测量,从而增加了 Mobius 的实用性。

药物输送

无论载体是脂质体,聚合物胶束还是其他制成的纳米颗粒,光散射和场流分级分离都提供了开发新型纳米颗粒药物输送系统(nanoDDS)必不可少的表征能力。

通常首先在单机动态光散射(DLS)仪器中进行 nanoDDS 的基本尺寸调整,该仪器可在微型比色皿中进行测量,例如 DynaPro NanoStar 。但使用分离样品的方法可获得更准确的尺寸分布,比如 SEC-MALS。这种技术足够灵敏,可以分辨出异质分布中半径相差仅几纳米的粒子。

nanoDDS 开发中最重要的分析挑战之一是确定是否将药物,治疗性肽或 RNA 掺入载体中,与外部结合或不含载体。 SEC 或 FFF 与 DAWN MALS 检测器和 WyattQELS online DLS 模块的组合可通过识别颗粒的构象以及检测和识别未结合的分子来帮助回答这些问题。

对于稳定的制剂,可以在 DynaPro Plate Reader 中评估数十种甚至数百种制剂中的 nanoDDS 构建体,以最大程度地减少聚集。 Mobius 是测量一系列制剂缓冲液中药物递送纳米颗粒的 Zeta-电位的理想选择,这些缓冲液由自动进样器自动完成,当高盐缓冲液通过电解在电极上形成气泡时,高盐缓冲液会破坏常规的 Zeta-电位测量。

在脂质纳米颗粒,病毒,聚合物胶束和其他纳米颗粒的制造过程中,大多数 PAT 仪器都会监控过程条件,例如 pH,温度,压力和原料消耗。 只有在过程结束时,质量控制程序才能检查定义产品质量的实际物理属性。 多亏了 RT-MALS,情况已不再如此。

OBSERVER

实时多角度光散射(RT-MALS)是光散射的一种新型 PAT 应用,它可以直接确定直径为 25 ~ 500 nm 的纳米粒子的大小(z-平均均方根半径)。 使用 ultraDAWN RT-MALS 仪器在线或联机进行生产,纯化和其他工艺步骤,制造人员可以立即获得有关工艺变化和偏差影响的反馈,从而加快和优化工艺开发。

开发该过程之后,ultraDAWN 可能会保持在线状态。 其随附的软件 OBSERVER™ 与 OPC-AU 环境集成在一起,以实现自动化和/或 GMP 操作。 可以对 OBSERVER 进行编程,以触发系统对由于过程漂移而导致的超出允许大小范围的偏差做出反应,或者一旦达到端点即关闭反应。

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