电荷和ζ电位
Zeta potential,ζ,定义为粒子表面电荷和附着的对离子引起的电位。ζ的测量与附加信息结合起来,用于计算净分子电荷Q*。
ζ电位或净分子电荷通常与悬浮液的稳定性相关,同时用于评估以下方面:
- 药物或基因传递的LNPs或工程纳米颗粒的N/P比率
- 生物分子(如多糖或IgG)的化学修饰
- 确认治疗性纳米颗粒的功能
- 复杂聚合物的pKa
此外,已经确定外泌体的ζ电位是癌症的生物物理学标志。
分子电荷和ζ电位都是通过两个主要测量值计算的:电泳迁移率µE和流体动力学半径Rh。对分子电荷的分析还需要了解或假设溶剂中的Debye屏蔽长度。
在施加电场下粒子运动导致散射光的多普勒频移,该频移在干涉仪中检测到。Wyatt公司应用于ZetaStar中的独特的FIDELIS技术,利用光纤耦合的激光器、声光调制器和探测器实现kHz频率调制,克服了可能影响传统自由空间干涉仪的机械噪音。
通过ELS测定ζ电位
通过电泳光散射(ELS)确定电泳迁移率,通过动态光散射(DLS)确定流体力学半径。有关更多详细信息,请参阅电泳光散射理论。
Wyatt的DynaPro™ ZetaStar™ ELS/DLS/SLS 可同时测量µ和Rh,减少总体测量时间。
为了具有相关性,电荷必须在溶剂或制剂缓冲液中进行测量。ZetaStar的流动池可以被增压以抑制气泡形成,从而在具有高离子强度的缓冲液中进行测量。
Wyatt使用在ZetaStar中的独特的光纤干涉多普勒电泳光散射(FIDELIS)技术,利用了光纤耦合的激光、声光调制器和探测器,克服了影响传统自由空间干涉仪的机械噪声。
在ELS和ZetaStar的帮助下,可以在天然制剂或生理盐水中确定蛋白质(如IgG)的等电点。在高盐浓度的情况下,可以增压流动池以抑制气泡形成。
通过EAF4测定ζ电位
EAF4(电学/非对称流场分流)是场流的一种变种,可以使用Wyatt的Eclipse™ FFF系统和Mobility™ EAF4模块确定混合物中每个组分的ζ电位。基于标准的非对称场流,EAF4引入了一个额外的电场,垂直于膜。带电颗粒在膜上方出现高度的变化,以及相应于施加电场强度变化的滞留时间的变化,从而可以计算出电泳迁移率µE。
Mobility模块包含一个电导率传感器,而流体动力学半径可以直接根据在线动态光散射确定,或者根据FFF滞留时间间接确定。有关更多详细信息,请参阅了解非对称场流
EAF4对聚苯乙烯乳胶颗粒混合物的分析。流体动力学半径是通过在零电场下的滞留时间确定的,而电泳迁移率、电荷和ζ电位则是根据相对于施加电场的滞留时间的变化来确定的。
应用文摘
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
精选文献
Heida, R. et al. Assessing the Immunomodulatory Effect of Size on the Uptake and Immunogenicity of Influenza- and Hepatitis B Subunit Vaccines In Vitro. Pharmaceuticals 2022, 15(7).
Qu, H.; Tong, S.; Song, K.; Ma, H.; Bao, G.; Pincus, S.; Zhou, W.; O'Connor, C. Controllable in situ synthesis of magnetite coated silica-core water-dispersible hybrid nanomaterials. Langmuir 2013, 29, 10573-10578.
Mendivil-Alvarado, H. et al. Extracellular Vesicles and Their Zeta Potential as Future Markers Associated with Nutrition and Molecular Biomarkers in Breast Cancer. Int. J. Mol. Sci. 2023, 24(7).
Pisani, A.; et al. Chemokine-Decorated Nanoparticles Target Specific Subpopulations of Primary Blood Mononuclear Leukocytes. Nanomaterials 2022, 12(20).
Roberts, D.; Keeling, R.; Tracka, M.; van der Walle, C. F.; Uddin, S.; Warwicker, J.; Curtis, R. The role of electrostatics in protein-protein interactions of a monoclonal antibody. Mol. Pharm. 2014, 11, 2475-2489.
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.
更多测量电荷和ζ电位的仪器
ELS检测器
DynaPro™ ZetaStar™ - 是一款先进的粒子表征仪器,仅需微升级别的样品,即可提供颗粒大小、浓度、ζ电位、摩尔质量和浑浊度等参数。该仪器在优化的检测通道中进行动态、静态和电泳光散射测量,确保不同类型的测量能够准确进行。
测量可以通过手动操作完成,使用单次或多次使用的石英比色杯、一次性比色杯或Wyatt的ζ电位流通池。此外,仪器支持自动测量,使用自动进样器和泵将样品提供到流通池中。
传统的电泳光散射(ELS)检测器在高盐溶液中测量ζ电位时可能会遇到气泡生成的问题。ZetaStar通过对流动池施加压力的方式解决了这个问题,从而在生理条件下或高盐配方缓冲液中实现了相关的ζ电位测量。
EAF4 系统
Mobility™ - 是一款可选购的模块,可用于Eclipse™ FFF系统,结合创新的EAF4通道设计以及优秀的软件控制和分析功能。Mobility模块集成了pH和电导率传感器,这些传感器是分析电泳迁移率及其相关属性所需的。
使用Mobility模块可以实现以下功能:
- 了解样品中的所有成分是否具有相似的表面化学性质。
- 评估药物和基因传递纳米颗粒的N/P比。
- 评估生物制药产品的化学和物理降解。
软件
DYNAMICS™ - 适用于ZetaStar中的电泳、动态和静态光散射测量的软件。它可以计算:
- 尺寸和尺寸分布
- 电泳迁移率、ζ电位、Debye-Hückel-Henry电荷和有效电荷
- 分子量
- 颗粒浓度
- 浊度
- 通过二维利系数(A2或B22)或扩散相互作用参数(kD)评估胶体稳定性
- 评估变温情况下样品的稳定性,如蛋白熔化或聚集开始温度(Tm, Tonset, Tagg)
- 根据一段时间内尺寸和摩尔质量的变化评估动力学
DYNAMICS可以同时比较多个样品和测量,即使它们是在不同的日期或使用不同仪器测量的。软件适用于Wyatt的DynaPro™ NanoStar™和DynaPro Plate Reader DLS/SLS仪器,以及ZetaStar和传统的DLS和ELS仪器。DYNAMICS还可以控制自动进样器和泵,实现多组样品的自动分析。
DYNAMICS提供21 CFR Part 11兼容的Security Pack选项,支持在GMP环境中使用ZetaStar、NanoStar和DynaPro Plate Reader。
DYNAMICS™ Touch™ - 是在ZetaStar触摸屏上直接测量和分析DLS、ELS和SLS数据的应用程序。DYNAMICS Touch呈现出用户友好和极简的界面,使非专业用户能够进行即时的测量,通过引导完成测量过程,并使用可操作的反馈,评估数据质量。检测报告可以轻松发送到USB或手机。当然,您可以将DYNAMICS Touch的数据导入DYNAMICS进行高级数据分析。
DYNAMICS Touch还适用于NanoStar,NanoStar是Wyatt基于比色杯的DLS/SLS仪器。