Overcoming the Challenges of Nanoparticle Characterization with a Light Scattering Toolkit

Význam tématu

Inženýrské nanopartikuly nacházejí uplatnění v lékařství, kosmetice, potravinářství a mnoha průmyslových odvětvích. Jejich fyzikálně-chemické vlastnosti se zásadně liší od makroskopických materiálů a závisí na všem od velikosti po povrchový náboj, proto je přesné charakterizování klíčové pro bezpečnost, regulace a vývoj inovativních aplikací.

Cíle a přehled studie / článku

Tento článek představuje soubor technik založených na rozptylu světla (DLS, MALS, ELS) a jejich kombinaci s frakcionací (AF4) a dalšími detektory (ICP-MS) s cílem dosáhnout komplexní charakterizace nanopartiklí s vysokým rozlišením.

Použitá instrumentace

• DLS: DynaPro NanoStar, DynaPro Plate Reader II
• MALS: DAWN HELEOS II s integrovaným WyattQELS
• ELS/Zeta: Möbius se systémem autosampleru
• Frakcionace: AF4 Eclipse DualTec
• Sledování složení: ICP-MS, UV/Vis/NIR, fluorescenční detektory, Optilab T-rEX

Hlavní výsledky a diskuse

• DLS umožňuje rychlé stanovení hydrodynamického poloměru v rozsahu od 0,2 nm do několika mikrometrů a s automatizací v mikrodestičkách dosahuje vysokého průtoku vzorků.
• MALS poskytuje měření poloměru gyrace a tvarový faktor prostřednictvím úhlové závislosti rozptylu a je ideální v kombinaci s AF4 pro vysoké rozlišení velikostní distribuce.
• ELS stanovuje zeta potenciál, indikátor stability proti agregaci a povrchových modifikací.
• AF4 umožňuje frakcionaci na základě hydrodynamické velikosti, v kombinaci s online MALS/DLS dosahuje rozlišení řádu jednotek procent a analyzuje heterogenní vzorky.
• Kombinace AF4 s ICP-MS umožňuje současné stanovení velikosti a elementární složení, což je užitečné např. při sledování migrace kovových nanopartikel z potravinářských obalů.

Přínosy a praktické využití metody

• Automatizace a vysoká propustnost pro screening stabilizačních podmínek a formulací.
• Možnost detailní analýzy tvaru, velikosti, povrchového náboje a chemického složení v heterogenních směsích.
• Vhodné pro vývoj a kontrolu kvality v oblasti farmacie, potravin, ekologie a regulace.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se další integrace s doplňkovými metodami (např. SP-ICP-MS, pokročilá spektroskopie), rozvoj softwaru pro analýzu dat a implementace automatizovaných on-line systémů ve výrobních procesech.

Závěr

Toolkit založený na DLS, MALS, ELS v kombinaci s AF4 a dalšími detektory představuje robustní a flexibilní řešení pro komplexní charakterizaci nanopartiklí, umožňuje detailní poznání jejich velikosti, tvaru, stability a složení, což je klíčové pro výzkum, vývoj a regulaci.

Reference

• US EPA Guidance (2015) – požadavek na poskytování informací o nových nanopartiklech před uvedením do oběhu.
• Leung DH et al. A new and improved method for the preparation of drug nanosuspension formulations using acoustic mixing technology. Int J Pharm. 2014;473(1–2):10–19.
• Cho TJ, Hackley VA. Fractionation and characterization of gold nanoparticles in aqueous solution: asymmetric-flow field flow fractionation with MALS, DLS and UV-Vis detection. Anal Bioanal Chem. 2010;398(5):2003–2018.