使用Nicomp®系统的金纳米颗粒

1引言金纳米颗粒，有时也被称为胶体金，可用于多种应用。它们通常是通过使用柠檬酸盐等还原剂在不同条件下对HAuCl4水溶液进行控制还原而合成的。根据大小、形状和物理性质，金纳米颗粒有很多种类型，如图1所示。金纳米颗粒的应用包括药物递送，1紫杉醇等药物的载体，2肿瘤检测，3生物传感器等。图1 金纳米颗粒的类型(形状分类)金纳米颗粒的大小是一个关键的物理参数4，需要仔细测量。颗粒大小影响吸光度波长(尺寸增大=波长更长)、表面等离子体共振(SPR)峰值、细胞内摄取、血液半衰期和生物分布特征(尺寸减小=血液半衰期增加)等特性。颗粒的大小和分布宽窄可以作为悬浮稳定性的指标。表面电荷(zeta电位)测量也被用作悬浮稳定性的指示。分析粒度和zeta电位常用的技术是动态光散射（DLS）和电泳光散射（ELS）。Nicomp®Z3000系统(图2)可用于测定金纳米颗粒的大小和zeta电位。图2 Nicomp DLS系统2材料利用Nicomp DLS系统分析了几种金纳米颗粒样品的尺寸和Zeta电位。从Sigma Aldrich购买了三种不同的金纳米颗粒样品，标称尺寸分别为50nm,20nm和5nm。还分析了公称尺寸为30 nm的NIST标准材料8012。这些样品的参考物理性质如表1所示。表1 样品参考物理性质DLS的尺寸分析结果为水动力直径的强度平均值。分布的宽度以多分散性指数(PDI)表示。NIST 8012调查报告提供了两个角度的平均水动力直径，173°和90°的后向散射。与从Sigma Aldrich购买的样品不同，还提供了NIST 8012的参考zeta电位值。3方法所有样品在Nicomp型号Z3000(图2)上进行粒度和zeta电位分析。在这些研究开始之前，对尺寸和zeta电位标准进行了分析，以验证系统性能。对742007样品进行浓度研究，以调查报告的颗粒大小是否随浓度而变化。本研究的结果表明，颗粒大小不受浓度的影响，所以所有的测量都是在原始样品浓度下进行的，没有稀释。对样本741949进行了时间分析研究，从而确定一个适当的测量持续时间，达到如图3所示的时间历史图所示的稳定性。本研究表明，5分钟的分析时间是明显的。图3 时间历史图直径(nm) vs时间(min)所有测量的Nicomp尺寸和zeta电位分析设置如图4和5所示。图4 Nicomp大小设置图5 Nicomp Zeta电位设置4结果-颗粒大小每个样品的两次分析的典型图形结果如图6至10所示。图6 50nm Au覆盖两种尺寸的结果图7 20nm Au覆盖两种尺寸的结果样品741949(标称尺寸5 nm)与预期结果有偏差。图8显示了在不额外制备样品的情况下对样品进行分析的高斯结果。高斯计算迫使结果变成一个单峰。图8 5nm Au叠加两种尺寸的高斯结果Nicomp Z3000系统还可以使用专有的Nicomp算法生成多模态结果。使用Nicomp算法重新计算图8中的结果，得到的多模态尺寸分布如图9所示。图9 5nm Au覆盖两种尺寸的Nicomp结果然后将样品管离心8分钟，试图将较大的颗粒分离出测量区。离心后对同一样管进行分析，结果如图10所示。图10 5nm Au覆盖两种尺寸Nicomp结果，离心NIST 8012样品在三个角度进行分析;后向散射@ 170°(粉色)，90°(绿色)，前向角度15°(蓝色)。这三个结果如图11所示。图11 NIST 8012 Au覆盖三种尺寸的结果，170°，90°和15°这些结果加上zeta势值汇总在表2中。表2 粒径大小和zeta电位结果5结果-Zeta电位所有样品还使用相分析电泳光散射技术(PALS)分析zeta电位。zeta电位是用于配方和悬浮稳定性研究的表面电荷测量。这些样品的zeta电位如图12至15所示。图12 50nm Au zeta电位结果图13 20nm Au zeta电位结果图14 5nm Au zeta电位结果图15 NIST 8012 Au zeta电位结果6讨论Sigma Aldrich 50 和 20 nm 标称尺寸样品的结果在预期值范围内。Sigma Aldrich 5 nm 标称尺寸结果最初报告的粒径明显高于预期——表明聚集。考虑到该样品的颜色（图 16 最左侧），这并不奇怪。更深、更蓝的颜色通常表示更大的粒度分布。离心前的结果（图 9）表明在 14 nm 附近存在初级粒子，在 122 和 417 nm 处存在聚集峰。此结果显示了 Nicomp 算法解决初级粒子和聚集体多峰的能力。离心后报告的平均大小在预期值内。图 16 从左到右；5、20 和 50 nm Au 样品瓶从三个不同的角度分析了 NIST 8012 样品；15°、90° 和 170°。与170°相比，90° 的结果偏差更小一点，表明 90° 是比反向散射更好的测量条件——与之前报告的其他结果一致。5前向角方向 (15°) 的测量提高了对较大颗粒的灵敏度，如在图 11. 这些结果表明多角度系统（标准且廉价的 Nicomp 选项）可能更适合某些特定应用。使用 PALS 技术，zeta 电位结果都具有较高的可重复性。与一次性 zeta 电位样品池相比，Nicomp 样品池可以以更低的成本测量数千个样品。7稳定性研究对 NIST 8012 样品进行了稳定性研究，以研究盐浓度对尺寸和外观的影响。原始尺寸结果如图 11 所示，报告的 90° 尺寸为 30.8 nm。首先将 200 µL NIST 8102 移液到 200 mL 过滤去离子水中。接下来，将 3 M 的 KCl 以 500 µL 的增量添加到稀释的 NIST 8012 悬浮液中，同时观察样品的颜色。添加 2 mL 的 3 M KCl 后发现颜色发生变化。图 17 从左到右显示了添加 KCL 后的 NIST 8012 样品、池中的原始样品和原始样品瓶。图 17  添加 KCL 之后，之前，原始瓶子添加 KCL 后 NIST 8012 的粒度分布如图 18 所示。在 15 分钟的分析时间内，粒度随时间增加。二十四小时后，样品已全聚集并沉降到比色杯底部，如图 19 所示。图18 添加 KCl 后三种尺寸的 NIST 8012 Au 叠加结果图19 NIST 8012 与稳定的聚集体8总结动态光散射可用于金纳米颗粒粒径和 zeta 电位分析。上述实验证明，Nicomp Z3000 具有高分辨率和准确性，可生成接近预期值的结果。Nicomp 算法检测了聚合样本的初级粒子和聚合粒子的多模式混合。 先进材料处理|应用文献 使用Nicom p @系统 的 金纳米颗粒 介绍 金纳米颗粒，有时也被称为胶体金，具有独特的 性质，可用于多种应用。它们通常是通过使用柠 檬酸盐等还原剂在不 同 条件下对HAuCI水溶液 进行控制还原而合成的。根据大小、形状和物理 性质，金纳米颗粒有很多种类型，如图1所示。金 纳米颗粒的应用包括药物递送，1紫杉醇等药物 的载体，2肿瘤检测，生物传感器等。 图1金纳米颗粒的类型(形状分类) 金纳米颗粒的大小是一个关键的物理参数4，需 要仔细测量。颗粒大小影 响 吸光度波长(尺寸增 大=波长更长)、表面等离子体共振(SPR)峰值、细 胞内摄取、血液半衰期和生物分布特征 (尺寸减 小=血液半衰期增加)等特性。颗粒的大小和分布 宽窄可以作为悬浮稳定性的指标 。表面电荷 (zeta电位)测量也被用作 悬 浮稳定性的指示 。 分析粒度和zeta电位最常用的技术是动态光散 射(DLS)和电泳光散射(ELS)。Nicomp@Z3000系统(图2)可用于测定金纳米颗粒的大小和zeta 电位。 图2 Nicomp DLS系统 材料 利用Nicomp DLS系统分析了几种金纳米颗粒样 品的尺寸和Zeta电位。从Sigma Aldrich购买了 三种不同的金纳米颗粒样品，标称尺寸分别为 50nm，20nm和5nm。还分析了公称尺寸为30nm的NIST标准材料8012。这些样品的参考物理 性质如表1所示。DLS的尺寸分析结果为水动力 直径的强度平均值。分布的宽度以多分散性指数 (PDI)表示。NIST 8012调查报告提供了两个角度 的平均水动力直径，173°和90°的后向散射。与从 Sigma Aldrich购买的样品不同，还提供了NIST 8012的参考zeta电位值。 Sigma persity Mean NIST Index DLS， DLS， Zeta RM (PDI) 173° 90° potential 8012 N/A 28.6 26.5 -33.6 741965 ≤0.2 ±0.9nm ±3.6nm ±6.9mV 741949 ≤0.2 4-7nm 14-25nm 表1样品参考物理性质 方法 所有样品在Nicomp型号Z3000(图2)上进行粒度 和zeta电位分析 。在这些研究开始之前，对尺寸 和zeta电位标准进行了分析，以验证系统性能。对742007样品进行浓度研究，以调查报告的颗 粒大小是否随浓度而变化。本研究的结果表明，颗粒大小不受浓度的影响，所以所有的测 量 都是 在原始样品浓度下进行的，没有稀释。对样本 741949进行了时间分析研究，从而确定一个适 当的测量持续时间，达到如图3所示的时间历史 图所示的稳定性。本研究表明，5分钟的分析时间 是明显的。 表1样品参考物理性质 所有测量的Nicomp尺寸和zeta电位分析设置如 图4和5所示。 图4 Nicomp大小设置 图5 Nicomp Zeta电位设置 结果-颗粒大小 每个样品的两次分析的典型图形结果如图6至 10所示 。 图650nmAu覆盖两种尺寸的结果 图720nmAu覆盖两种尺寸的结果 样品741949(标称尺寸5nm)与预期结果有偏差。图8显示了在不额外制备样品的情况下对样品进 行分析的高斯结果。高斯计算迫使结果变成一个 单峰。 图85nm Au叠加两种尺寸的高斯结果 Nicomp Z3000系统还可以使用Nicomp算法生 成多模态结果。使用Nicomp算法重新计算图8中 的 结果，得到的多模态尺寸分布如图9所示。 图9 5nm Au覆盖两种尺寸的Nicomp结果 然后将样品管离心8分钟，试图将较大的颗粒分 离 出测量区。离心后对 同一 样管进行分析，结果 如图10所示。 图10 5nm Au覆盖两种尺寸Nicom p结 果，离心 NIST 8012样品在三个角度进行分析；后向散射 @170°(粉色)，90°(绿色)，前向角度15°(蓝色)。这 三个结果如图11所示。 图11 N/ST 8012 Au覆盖三种尺寸的结果，170°90*和15° 这些结果加上zeta势值汇总在表2中。 Sample Expected result Reported size Zeta potential 742007 58-66nm 64nm -34.58 mV 741965 28-36nm 34nm -27.95 mV 741949 14-25nm 15.6nm -42.43 mV 8012，170° 28.6 ±0.9 nm 31.9 nm 一 8012，90° 26.5 ±3.6nm 30.8nm 一 8012，15° 一 66.6nm 一 8012 zeta -33.6±6.9 mV 一 -30.49mV 表2粒径大小和zeta电位结果 结果-Zeta电位 所有样品还使用相分析电泳光散射技术(PALS)分析zeta电位。zeta电位是用于配方和悬浮稳定 性研究的表面电荷测量。这些样品的zeta电位如 图12至15所 示 。 图12 50nm A u zeta 电位结果 图13 20nm A u zeta电位结果 图14 5nm A u zeta电位结果 图15 N/ST 8012 A u zeta电位结果 讨论 Sigma Aldrich 50 和20nm标称尺寸样品 的 结 果在预期值范围内。Sigma Aldr i ch 5 nm 标称尺 寸结果 最 初报告的粒径明显高于预期——表明 聚集 。考虑到该样品 的 颜色(图16最 左侧)，这并 不奇怪。更深、更蓝的颜色通常表示更大的粒度 分布。离心前的结果(图9)表明在14nm 附近存 在初级粒子，在122和417nm 处存在聚集 峰 。此结果显示了 Nicomp 算法解决初级粒子和聚 集体多 峰 的能力。离心后报告的平均大小在预期 值内。 图16从左到右；5、20和50nmA u 样品瓶 从 三 个不同的角度分析了 NIST 8012 样品；15°90°和170°与170°相比，90°的结果偏差更小一 点，表明90°是比反向散射更好的测量条件—与之前报告的其他结果一致。5前向角方向(15°)的测量提高了对较大颗粒的灵敏度，如在图11.这些结果表明多角度系统(标准且廉价的 Nicomp 选项)可能更适合某些特定应用。 使用 PALS 技术， zeta 电位结果都具有较高的可 重复 性 。与一次 性 zeta 电位样品池相比Nicomp 样品池可以以更低的成本测量数千个样品。 稳定性研究 对 NIST 8012 样品进行了稳定性研究，以研究盐 浓度对尺寸和外观的影响。原始尺寸结果如图 11所示，报告的90°尺寸为30.8 nm。首先将 200 uL NIST 8102 移液到 200 mL 过滤去离子水 中。接下来，将3M 的 KCI以 500 uL 的增量添加 到稀释的 NIST 8012 悬浮液中，同时观察样品的 颜色。 图17添加 KCL 之后，之前，原始瓶子 添加 KCL 后 NIS T 8012 的粒度分布如图18所 示。在15分钟的分析时间内，粒度随时间增加 。 二十四小时后，样品已完全聚集并沉降到比色杯 底部，如图19所示。 图18添加 KCI 后三种尺寸的 NIST 8012 Au 叠加结果 图19 N/ST 8012 与稳定的聚集体 动态光散射可用于金纳米颗粒粒径和 zeta 电位 分析。上述实验证明，Nicomp Z3000 具有高分 辨率和准确性 ，可生成接近预期值的结果。Nicomp 算法检测了聚合样本的初级粒子和聚 合粒子的多模式混合。 参考资料 1 Han， G.， Ghosh， P.， and Rotello， V.M.， Func-tionalized gold nanoparticles for drug deliv-ery， 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