粒子浓度

光散射测量大型纳米粒子聚合物的浓度,克服了单个粒子计数方法(如电子显微镜、NTA 或 TRPS)的局限性,这些方法提供较低效率的采样统计,还需要严格样品制备,将样品溶液稀释到指定程度并放入狭窄的窗口中。但是,光散射仪器不会被大于预期的颗粒堵塞,所涉及的唯一体力劳动通常只是移液或分配到小瓶、比色皿或微孔板中。

Wyatt 为浓度分析提供的光散射技术基于多角度光散射 (multi-angle light scattering (MALS)) 和动态光散射 (dynamic light scattering (DLS))。他们权衡分辨率、速度和样品量,以满足高通量筛选、详细表征或实时操作的要求。

 

SEC-MALS 和 FFF-MALS 提供定量和准确的颗粒浓度和尺寸分布。使用符合行业标准的自动进样器和泵可全自动进行测量。

 

仪器介绍

光散射如何测量 PC

粒子浓度 (PC) 由散射强度、粒子体积和粒子材料和溶剂的折射率 nparticlensolvent计算。

  • 除了散射强度之外,MALS 和 DLS 都确定了颗粒尺寸,并从中计算出颗粒的体积。
  • 折射率取自文献或根据颗粒成分计算,如果颗粒不均匀; 粒子的有效 nparticle也可以根据已知浓度的相同粒子进行校准。

这就是全部! 更多细节可以在 MALS theoryDLS theory pages 页面中找到。


小病毒载体的浓度

使用 SEC-MALS 或 FFF-MALS 时,腺相关病毒 (AAV) 等小病毒的物理滴度测量与较大病毒的物理滴度不同,因为在通常的颗粒浓度分析中发现它们的大小极低方法。 在这里,结合 MALS、UV 和 dRI 信号来确定病毒的摩尔质量和每个峰的总洗脱质量。 洗脱质量与摩尔质量的比率提供了对注射病毒颗粒数量的准确估计。 然而,AAV 浓度的 DLS 测量类似于任何其他纳米颗粒的测量。


应用

MALS 和 DLS 固有的尺寸范围、便利性和自动化使其非常适合确定浓度和表征纳米药物和工程纳米粒子的定量粒度分布,例如:

  • 病毒和病毒载体
  • 脂质纳米粒和脂质体
  • 聚合物囊泡,PLGA 纳米粒子
  • 用于生物加工和 bioprocessing 的 nanocages
  • 纳米金粒子

这些技术可应用于标准实验室或 GMP 环境中的研究和发现、产品和工艺开发、生产和质量控制。

DynaPro Plate Reader 可测量标准平底 96、384 或 1536 微孔板中的粒径和浓度。


方法

SEC/FFF-MALS

MALS 最常与基于尺寸的分离方法(例如尺寸排阻色谱 (SEC-MALS) 或场流分离 (FFF-MALS))结合使用。测量前的分离可实现半径为 13 nm 至 650 nm(相当于 rms 半径范围为 10 nm 至 500 nm)的高分辨率粒径分布,其中分辨率主要受分离方法的限制。

由于每个尺寸分数都是单独测量的,因此检测器不会因大颗粒的强散射而对小颗粒“视而不见”,因此浓度值通常非常准确。如果由不同材料组成的粒子被分离,则每个峰都可以被分配一个对应的 nparticle 值。 SEC-MALS 使用带有 DAWN® MALS instrument 的标准 HPLC 系统; FFF-MALS 添加了 Eclipse FFF controller 和分离通道。 ASTRA® software 分析每个洗脱部分的粒径和浓度,并可以积分峰计算每个粒径范围内的进样颗粒总数。 ASTRA 支持 21 CFR Part 11 complianceVISION FFF software 也是如此。

除了尺寸和浓度之外,还可以为设置配置紫外、荧光或折光率检测器,以确定许多类型纳米粒子的摩尔质量、组成和有效载荷。

FFF-MALS 是一种出色的疫苗表征工具。可以对每个亚群以高分辨率量化总病毒计数和大小。


MALS for PAT

Real-time MALS (RT-MALS) 浓度测量通常在不分离的情况下进行,以便为过程分析 (PAT) 应用提供快速反馈,每分钟报告 30 次结果。可以对这些值进行积分以计算例如汇集级分中的病毒粒子的最终滴度。同时,不断确定尺寸以用作生物制品 DSP 汇集标准或监测制造过程中合成纳米颗粒的偏差。

The ultraDAWN RT-MALS instrument 通常与以较低流速运行的生产或纯化系统串联连接。对于静态反应器或高流速过程,它是在线配置的,其中一个泵抽取一些产品并将其运行通过ultraDAWN。 OBSERVER software 协调整个过程;可以设置预定义的触发条件,以在到达终点或偏离可接受的产品属性时提醒操作员。

RT-MALS 仅确定平均尺寸而不是完整分布,因此如果尺寸分布较宽,则颗粒浓度值可能不准确。报告的浓度对于窄分散的纳米粒子是最可靠的。

RT-MALS 监测切向流过滤过程中的颗粒浓度。到达指定终点时触发。 UltraDAWN 同时测量粒径以评估病毒体降解。


DLS

DLS 通常在没有分离的情况下在微量比色皿或微孔板中进行。这种“单机处理”模式操作可以快速测量相对低分辨率的分布,精度低于 SEC-MALS 或 FFF-MALS,但可能高于 RT-MALS。微孔板中的高通量 DLS 是分析病毒载体下游生物过程组分或纳米颗粒制剂基质的理想选择。

DynaPro® Plate Reader 中可测量浓度的大小范围(流体动力学半径)为 0.5 nm 至 160 nm,DynaPro® NanoStar® 中为 0.2 nm 至 175 nm,使其适用于大多数病毒和纳米药物以及其他纳米粒子的种类。如果分布中明显有不止一种规模的种群,DYNAMICS® software 将提供每个种群的浓度。

Wyatt 的 DLS 仪器极大地减少了样品需求。一次性比色皿只需要 2 µL 样品,而在最常见的 384 孔板中,最佳测量需要 20 µL。尽管这些仪器涵盖了几个数量级的浓度,但如果粒子浓度很高并且需要稀释,则可以很容易地直接在测量体积中进行。

通过 DLS 获得的大小分布显示了两个种群的平均大小和每个种群的浓度。


DLS in QC and at-line PAT

DLS 对于快速简便的纳米颗粒分析特别有用,而且仪器的复杂性或样品制备工作量最少。 Wyatt 的 DLS 仪器得到 DYNAMICS® software 的支持,这是一套全面的仪器控制、数据采集和分析套件,可提供广泛的自动化、丰富的表征功能以及对每次测量的质量和可靠性的直观反馈。

为了用于质量控制和在线过程分析,DYNAMICS 提供 21 CFR Part 11 compliance。 此外,它还支持应用程序编程接口 (API),可与第三方液体处理程序和高级流程或质量控制软件集成。


其他资源

部分引用

Improved multidetector-asymmetrical flow field flow fractionation method for particle sizing and concentration measurements of lipid-based nanocarriers for RNA delivery, Mildner, R. et al. Eu. J. Pharm. Biopharm. 163, 252-265 (2021) https://doi.org/10.1016/j.ejpb.2021.03.004

Biophysical characterization of influenza virus subpopulations using field flow fractionation and multiangle light scattering: correlation of particle counts, size distribution and infectivity, Wei, Z. et al J. Virolog. Meth. 144(1-2), 122-132 (2007). https://doi.org/10.1016/j.jviromet.2007.04.008

Quantitation of influenza virus using field-flow fractionation and multi-angle light scattering for quantifying influenza A particles, Bousse, T. et al. J. Virolog. Meth. 193(2), 589-596 (2013). https://doi.org/10.1016/j.jviromet.2013.07.026

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