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使用Nicomp®系统的金纳米颗粒

 更新时间:2023-04-20  点击量:739

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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。


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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。


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图2 Nicomp DLS系统




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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。


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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。




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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。


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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。


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图4 Nicomp大小设置


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图5 Nicomp Zeta电位设置




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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。


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图6 50nm Au覆盖两种尺寸的结果


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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。


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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。


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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。


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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。


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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。


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表2 粒径大小和zeta电位结果




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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。


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图12 50nm Au zeta电位结果


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图13 20nm Au zeta电位结果


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图14 5nm Au zeta电位结果


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图15 NIST 8012 Au zeta电位结果




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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。


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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。




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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。


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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。


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图18 添加 KCl 后三种尺寸的 NIST 8012 Au 叠加结果


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图19 NIST 8012 与稳定的聚集体




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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。