Die Autoren würdigen die finanzielle Unterstützung aus dem von H2020 geförderten Projekt ACEnano (Grant Agreement No 720952). Diese Arbeit wurde teilweise auch durch das vom Ministerium für Handel, Industrie und Energie Koreas finanzierte Internationale Kooperative S&E-Programm (Grant-Nummer N053100009, "Horizon2020 Kor-EU kollaborative R&BD on ACEnano Toolbox") unterstützt, das die Teilnahme der koreanischen Partner am Konsortium des Horizon 2020 ACEnano-Projekts ermöglichte.

Die hier beschriebene Methodik wurde für die dritte Runde der Interlaborationsvergleiche verwendet.
1. Probenvorbereitung
<ol><li>Filtern Sie Das Wasser durch einen Spritzenfilter von 0,02 m. Die Wasserfiltration ist notwendig, um Kontaminationspartikel zu entfernen, bevor sie zur Probenverdünnung verwendet werden.</li>
	<li>Um eine frisch zubereitete Probe zu analysieren, verdünnen Sie eine Probe von 60 nm Goldkolloiddispersion volumentrisch um den Faktor 50 in gefiltertem Reinstwasser. Die empfohlene Konzentration für die NTA-Analyse beträgt 1 x 107 – 1 x 109 Partikel pro ml.</li>
</ol>2. Durchführung der Messung
<ol><li>Einschalten des Systems<ol>
<li>Schließen Sie das NTA-Instrument, die Spritzenpumpe und den Computer an. Schalten Sie die Hardware und Software ein. Die zugehörige Software (siehe Tabelle der Materialien) stellt sicher, dass die gesamte Hardwarekommunikation ausgeführt wird und eine Live-Temperaturanzeige angezeigt wird.</li>
		<li>Entfernen Sie das Lasermodul aus dem NTA und trocknen Sie mit einem Gewebe und Druckluft die Glasoberflächen und die internen Kanäle, Schläuche und Fluidanschlüsse der Low Volume Flow Cell (LVFC) vollständig.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Grundieren der Schläuche<ol>
<li>Spülen Sie die Einlass-Fluidrohre mit reinem Reinstwasser, um Partikel zu entfernen und die Wahrscheinlichkeit von Luftblasen zu verringern, die die Messungen stören würden. Zum Spülen wird das Ende des Einlassschlauches im Gerätegehäuse in einen Abfallbehälter gelegt.</li>
		<li>Legen Sie eine 1 ml Spritze (ohne Nadel) gefilterten Wassers in den Luer-Anschluss ein und schieben Sie die Flüssigkeit so schnell wie es der Gegendruck zulässt, mit einer Flüssigkeit von 900 l durch den Einlassschlauch. Lassen Sie die Spritze mit der restlichen Flüssigkeit anhängen, um ein Absaugen zu verhindern.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Spritzenpumpenschlauchanschluss<ol>
<li>Montieren Sie die LVFC auf das Lasermodul, um die Probenkammer zu erstellen, wie in Abbildung 1dargestellt. Befestigen Sie den Auslassschlauch am rechten Seitenanschluss des LVFC. HINWEIS: Die Ein- und Auslassschläuche unterscheiden sich in den Durchmessern, wobei der Einlass kleiner ist als der Auslass. Das Tauschen der Einlass-Auslass-Schlauchverbindung kann dazu führen, dass die Durchflusszelle unter Druck gesetzt und und undundicht wird.</li>
		<li>Trennen Sie die Spritze vom Einlassschlauch und tauschen Sie eine neue Spritze mit 1 ml gefiltertem Wasser aus, um einen Flüssigkeits-zu-Flüssigkeits-Kontakt zu gewährleisten. Schließen Sie den Einlassschlauch an den linken Port der LVFC an. Führen Sie langsam 500 l Flüssigkeit in die Probenkammer ein. Achten Sie darauf, dass während des Ladens keine Luftblasen entstehen. Die endgültige Rohrkonfiguration ist in Abbildung 2dargestellt.</li>
	</ol>
</li>
</ol><img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61741/61741fig1v2.jpg"> Abbildung 1: Low Volume Flow Cell-Baugruppe, die auf einem Lasermodul montiert ist. 
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61741/61741fig02.jpg"> Abbildung 2: Konfiguration von Rohren mit geringem Volumendurchfluss. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61741/61741fig02large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
<ol start="4"><li>Lasermodulbeladung und Systemprüfung<ol>
<li>Setzen Sie das Lasermodul mit dem mit Wasser gefüllten LVFC in das Gerät ein und verriegeln Sie es.</li>
		<li>Legen Sie die Spritze in die Spritzenpumpe Wiege und sichern. Initialisieren Sie die Kamera, indem Sie in der Software-Oberfläche auf Kamera starten klicken. Klicken Sie auf der Registerkarte Hardware der Schnittstelle auf Streuung, um die Referenzposition zu verschieben.</li>
		<li>Stellen Sie den Kamerapegel auf 16 ein, und passen Sie den Fokus manuell an, um das Verdünnungselement auf Partikel zu überprüfen. Passen Sie die Position des Ansichtsfelds an, indem Sie mit der linken Maustaste auf das Hauptanzeigefenster klicken und mit der Maus nach oben und unten ziehen, um nach Partikeln zu suchen. Wenn sich mehr als drei Partikel im Sichtfeld befinden, bedeutet dies ein Problem mit der Wasserreinheit oder dem Reinigungsprozess, und daher muss der Reinigungsprozess wiederholt oder das Wasser ersetzt oder gefiltert werden.</li>
		<li>Entfernen Sie das Lasermodul aus dem Gerät.</li>
		<li>Trennen Sie die Spritze vom Einlassschlauch und ersetzen Sie sie nur durch eine Spritze voller Luft. Führen Sie die Luft langsam in die Probenkammer ein, um die Flüssigkeit im Inneren zu entfernen. Entfernen Sie die LVFC aus dem Lasermodul und trennen Sie die Schläuche. Reinigen Sie die Glasoberflächen des LVFC und das optische Glas des Lasermoduls mit Wasser und trocknen Sie mit Gewebe und Druckluft. Trocknen Sie die Schläuche mit Druckluft. Montieren Sie den LVFC wieder auf das Lasermodul und schließen Sie den Schlauch an, bereit für die Probenbeladung. HINWEIS: Dieser Schritt ist nicht immer erforderlich, wurde jedoch in diesem Fall als zusätzliche Vorsichtsmaßnahme hinzugefügt, um mögliche Abweichungen weiter zu reduzieren.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Ladeprobe<ol>
<li>Wiederholen Sie Schritt 2.2.2. Schließen Sie eine Spritze mit 1 ml der 60 nm Gold-Nanopartikeldispersion in Schritt 1.1 an den Luer-Port an. Injizieren Sie langsam 750 l der Probe in die LVFC über den Einlassschlauch mit dem Lasermodul, das außerhalb des Instruments betrachtet wird, um sicherzustellen, dass keine Blasen eingeführt werden.</li>
		<li>Laden Sie das Lasermodul zurück zum NTA-Instrument und initialisieren Sie die Kamera, indem Sie in der Software-Schnittstelle auf Kamera starten klicken. Klicken Sie auf der Registerkarte Hardware der Schnittstelle auf Streuung, um zur Referenzfokusposition zu wechseln, und überprüfen Sie, ob diese Einstellung korrekt ist, um ein klares Bild der Partikel zu erhalten.</li>
		<li>Prüfen Sie, ob das Sichtfeld zentral in Bezug auf die Laserstrahlposition eingestellt ist. Passen Sie entsprechend an, indem Sie mit der linken Maustaste auf das Hauptfenster in der Software klicken und die Maus nach oben und unten ziehen.</li>
		<li>Führen Sie die AutoSetup-Funktion aus, um den Fokus und die Kameraebene automatisch zu optimieren, um sicherzustellen, dass die optimale Bildqualität erreicht wird. HINWEIS: Die automatischen Kamera- und Fokusparameter ermöglichen mehr Konsistenz zwischen den verschiedenen Labors, da dies benutzerunabhängig ist.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Beispielanalyse<ol>
<li>Erstellen Sie ein Messskript in Standardmessung, SOP-Registerkarte, um 5 Wiederholungsvideos von 60 s unter langsam (Partikel sollten von einer Seite des Bildschirms auf die andere in etwa 10 s) und konstanten Fluss(Ergänzungsdatei 1)zu erhalten. HINWEIS: Es wird empfohlen, eine bessere Darstellung der Gesamtprobe für die Messung zu gewährleisten. Präzision und Wiederholbarkeit von Konzentrationsmessungen werden deutlich verbessert, wenn ein langsamer Durchfluss auf die Probe gebracht wird, um sicherzustellen, dass eine größere Anzahl neuer Partikel durch die Messzone fließt und während eines Experiments analysiert wird. Die Videolänge hängt von der Profilverteilung und der enzwertisieren der Analysezeit ab. 5 Videos von 60 s gelten als typische Messdauer.</li>
		<li>Legen Sie den Namen und speicherort der Experimentdatei für die Daten fest, und starten Sie die Ausführung. Die Analyse nach dem beschriebenen Verfahren wurde von den sieben Laboratorien des Projekts Horizont 2020 ACEnano17durchgeführt.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. Datenanalyse
HINWEIS: Alle Datenanalysen wurden innerhalb der V 3.4-Software durchgeführt (siehe Materialtabelle), es werden keine zusätzlichen manuellen Konvertierungen oder Berechnungen verwendet. Die Partikelgrößendaten werden in Rohform als Histogrammverteilung dargestellt und aus der gemessenen Positionsänderung des Teilchens mit der Stokes-Einstein-Gleichung berechnet. Die Software bestimmt die durchschnittliche Entfernung, die von jedem Teilchen in der x- und y-Ebene bewegt wird. Mit diesem Wert kann der Partikeldiffusionskoeffizient (D) bestimmt werden, aus dem, wenn die Probentemperatur T und die Lösungsmittelviskosität η bekannt sind, der entsprechende kugelförmige hydrodynamische Radius, RH, der Partikel berechnet werden kann. Die Temperatur der Probe wird automatisch vom NTA aufgezeichnet. Die von der Software verwendete Standard-Probenviskosität ist für Wasser und ist in dem oben gezeigten Messskript enthalten, obwohl die Viskosität vom Benutzer geändert werden kann, wenn verschiedene Probenverdünnungsmittel verwendet werden, entweder vor oder nach der Messung.
<ol><li>Legen Sie den Erkennungsschwellenwert (DT) fest, indem Sie den Schieberegler ziehen oder auf die Schaltflächen + und - in der Software unter Erkennungsschwellenwertklicken, der Analyseparameter für eine optimale Verfolgung der visualisierten Partikel zwischen 2 und 20 ist. Stellen Sie sicher, dass der gewählte DT-Wert so viele sichtbare Partikel wie möglich identifiziert und nachverfolgt (automatisch als rote Kreuze auf dem Softwarebildbildschirm markiert).<ol>
<li>Als Richtschnur für die Festlegung des Nachweisschwellenwerts sollte die Anzahl der identifizierten Partikel in einem Bild im Bereich von etwa 30-80 liegen, wobei nicht mehr als 10 rote Kreuze Standorten entsprechen sollten, die vom Beobachter nicht als Teilchen betrachtet werden. Es sollten nicht mehr als 5 blaue Kreuze (Lärm) beobachtet werden.</li>
	</ol>
</li>
</ol><img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61741/61741fig03.jpg"> Abbildung 3: Beobachtungen zur Schwellenwerteinstellung. Eine schlechte (links) und gute (rechte) Erkennungsschwelle Einstellung Beobachtung. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61741/61741fig03large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
<ol start="2"><li>Verarbeiten Sie die Partikelverfolgungsanalysevideos automatisch, indem Sie die Process-Taste in der Software drücken. Belassen Sie alle Verarbeitungsparameter, die auf automatisch eingestellt sind, und exportieren Sie die Daten als .csv-Format-Ergebnisdatei mit der vollständigen Partikelgrößenverteilung und zusätzlichen Metadaten, die die Messeinrichtung beschreiben. Um die Messqualität zu überprüfen, sehen Sie sich die Registerkarte Analysieren in der Software an, oder überprüfen Sie die .csv Ausgabedatei auf Warnungen oder Warnungen. Ein Beispiel für den PDF-Ergebnisbericht ist in der Ergänzenden Datei 2 dargestellt.
</li>
	<li>Lesen Sie die Ergebnisse der Modusgröße und die zugehörige Standardabweichung vom PDF-Bericht. ANMERKUNG: Die Ergebnisse der Modusgröße wurden verwendet, um die Größen der sieben Laboratorien zu vergleichen und werden in Abschnitt 5 dargestellt und erörtert.</li>
</ol>4. Reinigung und Trocknung
<ol><li>Nach Gebrauch das System gründlich mit sauberem Wasser spülen, um alle Probenspuren von den Schläuchen und optischen Oberflächen zu entfernen. Die Reinigungswirkung kann durch Beobachtung der Partikelmenge im Sichtfeld überwacht werden.</li>
	<li>Entfernen Sie das Lasermodul aus dem NTA-Instrument.</li>
	<li>Laden Sie eine Spritze Luft durch das System, um den Schlauch und den LVFC zu entleeren.</li>
</ol>

<ol>
	<li>Thwala, M., Musee, N., Sikhwivhilu, L., Wepener, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+oxidative+toxicity+of+Ag+and+ZnO+nanoparticles+towards+the+aquatic+plant+Spirodela+punctuta+and+the+role+of+testing+media+parameters.">The oxidative toxicity of Ag and ZnO nanoparticles towards the aquatic plant Spirodela punctuta and the role of testing media parameters.</a> Environmental Science-Processes and Impacts. 15 (10), 1830-1843 (2013).</li><li>Lowry, G. V., Gregory, K. B., Apte, S. C., Lead, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transformations+of+nanomaterials+in+the+environment.">Transformations of nanomaterials in the environment.</a> Environmental Science &amp; Technology. 46 (13), 6893-6899 (2012).</li><li>Auffan, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Towards+a+definition+of+inorganic+nanoparticles+from+an+environmental,+health+and+safety+perspective.">Towards a definition of inorganic nanoparticles from an environmental, health and safety perspective.</a> Nature Nanotechnology. 4 (10), 634-641 (2009).</li><li>Valsami-Jones, E., Lynch, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=How+safe+are+nanomaterials.">How safe are nanomaterials.</a> Science. 350 (6259), 388-389 (2015).</li><li>Briffa, S. M., Nasser, F., Valsami-Jones, E., Lynch, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Uptake+and+impacts+of+polyvinylpyrrolidone+(PVP)+capped+metal+oxide+nanoparticles+on+Daphnia+magna:+role+of+core+composition+and+acquired+corona.">Uptake and impacts of polyvinylpyrrolidone (PVP) capped metal oxide nanoparticles on Daphnia magna: role of core composition and acquired corona.</a> Environmental Science: Nano. 5, 1745-1756 (2018).</li><li>Hassell&#246;v, M. a. R. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Analysis and Characterization of Manufactured Nanoparticles in Aquatic Environments. 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Malvern Panalytical Available from: <a target="_blank" href="https://www.news-medical.net/whitepaper/20161125/Using-NTA-to-Study-Aggregation-Behavior-of-Liposome-Protein-Complexes.aspx">https://www.news-medical.net/whitepaper/20161125/Using-NTA-to-Study-Aggregation-Behavior-of-Liposome-Protein-Complexes.aspx</a> (2019)</li><li>Filipe, V., Hawe, A., Jiskoot, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Critical+evaluation+of+nanoparticle+tracking+analysis+(NTA)+by+NanoSight+for+the+measurement+of+nanoparticles+and+protein+aggregates.">Critical evaluation of nanoparticle tracking analysis (NTA) by NanoSight for the measurement of nanoparticles and protein aggregates.</a> Pharmaceutical Research. 27 (5), 796-810 (2010).</li><li>Roebben, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interlaboratory+comparison+of+size+and+surface+charge+measurements+on+nanoparticles+prior+to+biological+impact+assessment.">Interlaboratory comparison of size and surface charge measurements on nanoparticles prior to biological impact assessment.</a> Journal of Nanoparticle Research. 13 (7), 2675 (2011).</li><li>Hole, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interlaboratory+comparison+of+size+measurements+on+nanoparticles+using+nanoparticle+tracking+analysis+(NTA).">Interlaboratory comparison of size measurements on nanoparticles using nanoparticle tracking analysis (NTA).</a> Journal of Nanoparticle Research: An Interdisciplinary Forum for Nanoscale Science and Technology. 15 (12), 2101 (2013).</li><li>Analytical and Characterisation Excellence in nanomaterial risk assessment: A tiered approach. ACEnano Available from: <a target="_blank" href="https://cordis.europa.ue/project/id/720952">https://cordis.europa.ue/project/id/720952</a> (2019)</li><li>Soille, P., Vincent, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Determining watersheds in digital pictures via flooding simulations. 1360, (1990).</li></ol>

Die Autoren Jo Sullivan, Agnieszka Siupa, Pauline Carnell-Morris und Michele Carboni sind Mitarbeiter bei Malvern Panalytical Ltd., die in diesem Artikel verwendete Instrumente herstellt.

Die inkonsistenten Ergebnisse der 1. Runde des ILC zeigten die Notwendigkeit von Instrumentenzustandsprüfungen für ältere Systeme sowie die Entwicklung eines detaillierteren SOP, die Notwendigkeit einer praktischen Schulung und ein besseres Verständnis der Mess- und Analyseeinstellungen, um konsistentere Ergebnisse in den verschiedenen Labors zu gewährleisten. Tatsächlich stellten Hole et al. fest, dass das Fehlen gemeinsamer Leitlinien für die Verwendung eines NTA-Systems und die Vorbereitung von Proben selbst bei relativ monodispersen Proben zu einer Variabilität zwischen Laboratorien führte16. Daher nahmen alle ILC-Teilnehmer an einem Schulungsworkshop teil, der die Best Practices für den Systembetrieb und die Messbedingungen sowie die Reinigungs- und Wartungsberatung für das spezifische NTA-Instrument umfasste. Alle Teilnehmer führten auch Messungen am selben Instrument in ihren eigenen Laboren für die nachfolgenden ILC-Runden durch. Das Verfahren umfasste zunächst eine Runde, in der das System lokal in jedem Labor getestet wurde, indem ein ILC auf Latex-Standardproben (ILC Round 2) ausgeführt wurde, bevor es von den Partnern zur Wiederholung der Goldmessungen verwendet wurde (ILC Round 3). Ziel der Messung dieser Goldproben mit Hilfe von NTA war es, Vertrauen und Klarheit in die Methoden und Verfahren zur Risikobewertung von Nanomaterial zu bringen, die erforderlich sind, um die Leitlinien für die Nanosicherheit zu beeinflussen.
NTA ist eine Technik, die den hydrodynamischen kugelförmigen Äquivalentdurchmesser von Partikeln messen kann und für Partikel nach Partikeln, visuelle Echtzeitanalysen von polydispergierten Systemen von 10 nm – 50 nm bis zu einer Größe von ca. 1000 nm (abhängig von den Probeneigenschaften und der Instrumentenkonfiguration) verwendet werden kann. Eine minimale Probenvorbereitung ist erforderlich. Trotz minimaler Probenvorbereitung ist dieser Schritt entscheidend für das Protokoll und es sollte bei der Verdünnung einer Probe und der Wahl eines Verdünnungsmittels große Vorsicht walten. Die Form kann ein begrenzender Faktor in Bezug auf NTA sein, da kugelförmige Äquivalentgrößenmessungen erhalten werden und nicht-sphärische Partikel einen weniger genauen Größenwert aufweisen.
Bei der NTA-Technologie ist immer mit einer gewissen Ergebnisvariation zu rechnen, da nur eine repräsentative Stichprobe aus der gesamten Stichprobe beobachtet wird. Unabhängig davon erfüllen alle Ergebnisse den ISO 19430-Standard für die Partikelgrößen). Die optimale Konzentration liegt in der Regel bei etwa 108 Partikeln/ml innerhalb einer 30-60-Sekunden-Analysezeit. Für Proben mit niedrigeren Partikelkonzentrationen sind längere Analysezeiten erforderlich, um reproduzierbare Ergebnisse zu gewährleisten. Bei Proben mit einer Konzentration von Partikeln von mehr als 109 Partikeln/ml ist die Wahrscheinlichkeit, Probleme zu verfolgen, größer, und Proben müssen bis zu einem geeigneten Bereich für Die NTA-Messung verdünnt werden.
Insgesamt zeigen die Ergebnisse der3. Runde ILC eine gute Reproduzierbarkeit von Gold-Nanopartikelmessungen mit NTA mit erhöhter Genauigkeit und Wiederholbarkeit. Alle NTA-Messungen wurden mit den automatischen Kamerapegel- und Fokuseinstellungen durchgeführt, um das Bild anzupassen, wie es durch die Auto-Setup-Funktion in der Software ausgewählt wurde. Der von der Software festgelegte Kamerapegel war sehr konsistent, wobei in allen Fällen eine Kamerastufe von 10 oder 11 eingestellt wurde, die zeigt, dass wie erwartet, je mehr Automatisierung ein Prozess beinhaltet, desto mehr Konsistenz erreicht wird. Die Größenangaben waren vergleichbar mit denen des Herstellers mittels TEM, was darauf hindeutet, dass die Ergebnisse reproduzierbar waren, jedoch sind von verschiedenen Techniken minimale Unterschiede zu erwarten, da TEM den hydrodynamischen Durchmesser nicht bestimmt. Die signifikante Verbesserung der Konsistenz der Ergebnisse zeigt die Bedeutung und die Vorteile der Gerätewartung, detaillierter SOPs, Best Practice-Updates, Benutzerwissen und angewandter Messautomatisierung für NTA. Abschließend bestätigte die ILC dieses spezifische NTA-SOP und brachte damit Vertrauen und Klarheit in diese spezifische Nanomaterial-Risikobewertungsmethode ein.

Nanomaterialien (NMs) können sowohl in physikalischen als auch in chemischen Eigenschaften variieren, die wiederum ihr Verhalten, ihre Stabilität und ihre Toxizität beeinflussen1,2,3,4,5. Eine der größten Schwierigkeiten bei der Entwicklung eines gründlichen Verständnisses der NM-Eigenschaften, -Gefahren und -Verhaltensweisen ist die Fähigkeit, reproduzierbare Informationen über physikalische und chemische Nanomaterialeigenschaften zu erhalten. Beispiele für solche physikalischen Eigenschaften sind Partikelgröße und Größenverteilung6,7,8. Dies sind wichtige Parameter, da sie ein Schlüsselaspekt der Definition des Begriffs "Nano"9durch die Europäische Kommission (EG) sind.
Die Erzielung präziser Partikelgrößenmessungen ist auch für viele verschiedene Industrie- und Forschungsanwendungen und -prozesse von entscheidender Bedeutung, zusätzlich zum Verständnis der Schicksals- und Toxizitätseffekte von NMs6,10. Es ist wichtig, über gut etablierte Methoden zu verfügen, die in der Lage sind, die Größe von NMs genau, zuverlässig und reproduzierbar zu messen. Darüber hinaus sollten die gemeldeten Informationen ein tiefes Verständnis der verwendeten Technik vermitteln, z. B. die Art des Größenparameters (z. B. tatsächliche Größe oder hydrodynamische Größe) sowie die Probenbedingung, z. B. das spezifische Medium, in dem das NM vorhanden ist, und für die Methode, die in verschiedenen Medien zuverlässig funktioniert. Um die Größe zu messen, können eine Reihe von Techniken eingesetzt werden, darunter Elektronenmikroskopie (EM), dynamische Lichtstreuung (DLS), einzelne partikelinduktiv gekoppelte Plasmamassenspektrometrie (spICP-MS), Differentialzentrifugalsedimentation (DCS), Scan-Sondenmikroskopie (SPM), Kleinwinkel-Röntgenstreuung (SAXS) und Nanopartikel-Tracking-Analyse (NTA).
NTA ist eine relativ neue Technologie, die in den letzten Jahren weit fortgeschritten ist und nachweislich den hydrodynamischen Durchmesser sphärischer NMs in komplexen wässrigen Medien, wie z. B. Mit Umweltrelevanz, z. B. Süßwassersystemen, zuverlässig misst. Der hydrodynamische Durchmesser ist "die Größe einer hypothetischen harten Kugel, die auf die gleiche Weise diffundiert wie die des zu messenden Teilchens"11; in der Praxis und in wässrigen Medien beschreibt dies einen Durchmesser, der größer ist als der des Teilchens selbst, der auch eine Schicht von Molekülen (meist Wasser) umfasst, die durch schwache elektrostatische Kräfte an der Oberfläche des Teilchens gehalten werden. Der hydrodynamische Durchmesser eines Teilchens variiert in verschiedenen Medien und wird kleiner, wenn die Ionenstärke der Medien, in denen es gemessen wird, höher wird.
Ein weiteres wichtiges Merkmal der NTA-Technik ist, dass sie es dem Analytiker ermöglicht, zahlengewichtete Größenmessungen zu erreichen, die im Rahmen der EG-Nanomaterialdefinition erforderlich sind. Die analyse mit hoher Auflösung, Partikel für Partikel, macht diese Technik weniger anfällig für Interferenzen, die durch Agglomerate oder größere Partikel verursacht werden, wenn sie in einer heterogenen Testprobe mit einer hohen Partikeldurchsatzrate10,12vorhanden sind.
Das Messverfahren besteht in der Vorbereitung einer geeigneten Suspension der Probe, die oft eine Verdünnung der Probe erfordert, gefolgt von einer Videoaufzeichnung des Brownschen Bewegungsverhaltens der Teilchen und einer Videoanalyse. Aus der Probenkammer wird ein Laserstrahl übergeben und die Suspensionspartikel im Pfad des Laserstrahls streuen Licht, was zu ihrer Visualisierung mit einem optischen Mikroskop mit montierter Kamera führt. Die Kamera erfasst eine Videodatei des gestreuten Laserlichts von den Partikeln, die sich unter Brownian-Bewegung bewegen. Viele Teilchen können einzeln verfolgt werden, um ihre Diffusionskoeffizienten zu bestimmen, und ihre hydrodynamischen Durchmesser können mit der Stokes-Einstein-Gleichung berechnet werden: d = kT/3-D, wobei d der hydrodynamische Durchmesser ist, k ist die Boltzmann-Konstante, T ist die Temperatur, η ist die Viskosität und D ist der Diffusionskoeffizient10. NTA kann auch verwendet werden, um das Aggregationsverhalten von Partikeln zu verfolgen, die im Allgemeinen umgangssprachlich instabil sind (die Partikel müssen jedoch über die Messzeitskala hinweg kolloidal stabil sein)13,14. NTA ist eine absolute Methode und es ist keine Systemkalibrierung auf dem bei dieser Arbeit verwendeten Gerät erforderlich. Wenn Anwender die Systemleistung überprüfen möchten, kann dies einfach durch die Messung von Größenstandardmaterialien so häufig wie gewünscht erfolgen.
Das NTA-Instrument ist mit schneller Analysezeit (unter 10 min pro Probe) einfach zu bedienen. Bei qualitativ hochwertigen Messungen mit guter Datenwiederholbarkeit und Reproduzierbarkeit sollten sowohl bei der Probenvorbereitung als auch im Gerätebetrieb eine Reihe von Faktoren berücksichtigt werden. Wenn solche Faktoren nicht sorgfältig berücksichtigt werden, können Messungen an demselben Material in verschiedenen Laboratorien und Betreibern unbekannten oder schlecht quantifizierten Unsicherheiten unterliegen. Während der NP-Charakterisierung garantiert die Verwendung von Best Practices im eigenen Haus entwickelte SOPs nicht immer die Konsistenz mit anderen Laboratorien, wie Roebben et al. für die DLS-Technik15zeigen.
Tatsächlich zeigte eine frühe (erste Runde) NTA ILC zwischen verschiedenen Laboratorien, Anwendern und Instrumenten inkonsistente Ergebnisse. Eines der Hauptprobleme war die Verwendung verschiedener älterer Altinstrumente, die keine regelmäßigen Dienste oder Kalibrierungsprüfungen hatten, sowie Unterschiede in der Methodeninterpretation. Eine NTA ILC-Studie von Hole et al. fand heraus, dass die Variabilität zwischen Laboratorien auch bei relativ monodispersenProbengroß sein kann, da keine gemeinsamen Richtlinien für die Verwendung eines Systems und die Vorbereitung von Proben bestehen. Dies und die Ergebnisse der ersten Runde des ILC unterstreichen die Notwendigkeit einer guten Instrumentenwartung sowie Methodenschulungen und gut entwickelter Standardbetriebsverfahren (SOPs). Letztere dienen als ein leistungsfähiges Instrument, um die Einhaltung bewährter Verfahren zu beschreiben und zu dokumentieren. Bei detaillierten Angaben können Standard-Betriebsverfahren (SOPs) Klarheit, Erklärung, Verständnis, Standardisierung und Qualitätssicherung bieten.
Die Empfehlung für die Annahme einer ILC-Studie ist daher ideal für die Entwicklung und Prüfung von Protokollen16. Die ILC-Übung wirkte, um dieses spezifische NTA-SOP zu validieren und brachte somit Vertrauen und Klarheit in diese spezifische Nanomaterial-Risikobewertungsmethode ein. Es handelte sich um drei Runden. Runde 1 analysierte 60 nm Gold-Nanopartikel auf den eigenen Instrumenten jedes Teilnehmers vor dem Training. Runde 2 beinhaltete die Analyse von 100 nm Latex mit einem neuen Instrument mit gemeinsamer Konfiguration als einfachen Test, um festzustellen, ob das Instrument richtig eingerichtet war und die Benutzer gute Kenntnisse über die Verwendung des Instruments hatten. Runde 3 umfasste die Analyse von 60 nm Gold-Nanopartikeln am neuen Instrument mit gemeinsamer Konfiguration nach dem Training. Die Teilnehmer an der ILC kamen aus sieben verschiedenen Labors, alle Konsortiumsmitglieder des Horizon 2020 ACEnano Projekts17.
Ziel dieses Artikels ist es, die Methode und die Ergebnisse einer dritten Benchmarking-Runde für die NTA-Technologie zu diskutieren, bei der 60 nm Gold-NPs von sieben Partnern nach eingehender Schulung und SOP-Entwicklung neu analysiert wurden. Es werden auch Vergleiche und Verweise auf die Ergebnisse der ersten Runde des ILC vorgenommen. Alle Analysen aus Runde 3 von ILC wurden mit demselben Instrument (siehe Materialtabelle) mit identischer Konfiguration durchgeführt, die mit einem 405 nm Laser und einer hochempfindlichen sCMOS-Kamera geliefert wurde. Benchmarking bewertet die Leistung der Technologie auf Proben und führt daher zur Entwicklung von "Best-Practice"-Protokollen. So teilt und stellt dieser Artikel auch die NTA-Methode für das in diesem ILC verwendete Instrument für die wissenschaftliche Gemeinschaft zur Verfügung, da sie durch die Durchführung und Bewertung der ILCC nach internationalen Standards harmonisiert wurde.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>60 nm gold colloid dispersion</td>
			<td>BBI Solutions OEM Ltd.</td>
			<td>Product EM. GC60, Batch number 024650</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.02 &#181;m syringe filter - Whatman Anotop 25 Sterile Syringe Filters</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>WHA68092102</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NanoSight</td>
			<td>Malvern Panalytical Ltd.</td>
			<td>NS300</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NanoSight NTA Software v3.4</td>
			<td>Malvern Panalytical Ltd.</td>
			<td>v3.4</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringe PP/PE without needle luer slip tip, centered, capacity 1&#160;mL, graduated, 0.01&#160;mL, sterile</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>Z230723</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

nanoparticle tracking analysis of gold nanoparticles in aqueous media through an inter-laboratory comparison

Im Bereich der Nanotechnologie spielt die analytische Charakterisierung eine entscheidende Rolle beim Verständnis des Verhaltens und der Toxizität von Nanomaterialien (NMs). Die Charakterisierung muss gründlich sein, und die gewählte Technik sollte gut für die zu bestimmende Eigenschaft, das zu analysierende Material und das Medium, in dem sie vorhanden ist, geeignet sein. Darüber hinaus müssen die Funktionsweise und Methodik des Instruments gut entwickelt und vom Benutzer klar verstanden werden, um Fehler bei der Datenerfassung zu vermeiden. Abweichungen in der angewandten Methode oder Vorgehensweise können zu Unterschieden und einer schlechten Reproduzierbarkeit der erhaltenen Daten führen. Dieses Papier zielt darauf ab, die Methode zur Messung des hydrodynamischen Durchmessers von Gold-Nanopartikeln mittels Nanopartikel-Tracking-Analyse (NTA) zu klären. Diese Studie wurde als Laborvergleich (ILC) zwischen sieben verschiedenen Laboratorien durchgeführt, um die Leistung und Reproduzierbarkeit des Standardbetriebsverfahrens zu validieren. Die Ergebnisse dieser ILC-Studie zeigen die Bedeutung und den Nutzen detaillierter Standard-Betriebsverfahren (SOPs), Best Practice-Updates, Benutzerwissen und Messautomatisierung.

Die ROUND 1 ILC-Ergebnisse mit verschiedenen NTA-Instrumentenkonfigurationen sind in Abbildung 4dargestellt. Mit Ausnahme von Lab 6 war die Wiederholbarkeit zwischen den 5 Aufnahmewiederholungen gut, aber mehrere Labore verzeichneten eine Modusgröße, die höher als erwartet war. Die Ergebnisse von Lab 6 zeigten eine schlechte Wiederholbarkeit und eine viel höhere Modusgröße, gemessen. Nach der Untersuchung wurde festgestellt, dass die Systeme, die die größten Größenschwankungen meldeten, entweder nicht wie empfohlen beibehalten wurden oder dass die Analyse durch Inkonsistenzen bei der Probenvorbereitung beeinflusst wurde, wobei der Verdünnungsschritt zu Abweichungen führen kann, die durch unterschiedliche Pipettiergeräte, Benutzerbedienung und -technik verursacht werden können, und/oder Die Messung eingerichtet wurde, einschließlich der nicht sauberen Durchflusszelle, der falschen Kameraebene, der verwendeten Kameraebene, der nicht ordnungsgemäß fokussierten Bild und der falschen Einstellung des Analyse-Erkennungsschwellenwerts.
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61741/61741fig4v2.jpg"> Abbildung 4: Ergebnisse der ILC Round 1-Modusgröße. Die Modusgröße ergibt sich aus allen NTA-Benchmarking-Partnern für die Nanopartikeldispersion von Rund 1 60 nm, die auf verschiedenen NTA-Instrumenten durchgeführt wird (wie in der x-Achse abgekürzt).
Die NTA-Ergebnisgenauigkeit aus Runde 3 wurde durch alle Laboratorien verbessert, die die gleichen SOP- und Instrumenteneinstellungen implementierten. Die für diese ILC-Runde 3 erzielten Modusgrößenergebnisse sind in Abbildung 5zu sehen. Der durchschnittliche Modus in allen Labors betrug 62,02 ± 1,97 nm. Alle gemessenen Ergebnisse aus Runde 3 waren konsistenter als die Ergebnisse der ersten Stufe, wobei die Ergebnisse deutlich unter 10 % der vom Hersteller angegebenen mittleren Größe von 60,5 nm für die Charge lagen. Der vom Hersteller angegebene Variationskoeffizient für die Goldproben betrug ≤8 %.
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61741/61741fig5v2.jpg"> Abbildung 5: Ergebnisse der ILC Round 3-Modusgröße. Die Modusgröße ergibt sich von allen NTA-Benchmarking-Partnern für 60 nm Gold ILC Round 3, die auf demselben NTA-Instrument analysiert wurden. Der durchschnittliche Modus in allen Labors betrug 62,02 ± 1,97 nm.
Zur Überprüfung der Partikelgröße, wie vom Hersteller angegeben, wurde eine kleine Anzahl (N=82) von Partikeln durch Transmission Electron Microscopy (TEM) analysiert. Etwa 10 l der unverdünnten Dispersion wurden auf einem kohlenstoffbeschichteten Cu TEM-Gitter abgeworfen und in der Luft getrocknet, bevor sie in einem analytischen TEM bei 200 kV gezwitschert wurde. Bilder wie Zusatzabbildung 1 wurden aus Bereichen mit minimaler Partikelüberlappung aufgenommen und mit einem halbautomatischen Bildanalyseprozess analysiert. Eine automatische Wasserscheidemethode wurde auf separate Partikel und Artefakte dieses Prozesses sowie auf Randpartikel18angewendet. Der mittlere Durchmesser wurde entweder als Mittelwert aus der Haupt- und Nebenachse (61 ± 7 nm) oder als Umwandlung aus der gemessenen Fläche (62 ± 6 nm) unter der Annahme sphärischer Partikel berechnet. Partikel scheinen meist kugelförmig mit einem durchschnittlichen Seitenverhältnis von 1,1 zu sein. Die TEM-Ergebnisse zeigen einen etwas höheren Durchmesser als der Herstellerwert (60,5 nm), liegen aber innerhalb der Toleranzstufe. Darüber hinaus gibt es eine sehr gute Übereinstimmung mit dem von NTA abgeleiteten Wert des hydrodynamischen Durchmessers.
Ergänzende Abbildung 1: TEM-Bild von 60 nm Gold-Nanopartikeln. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/61741/61741supfig01.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um diese Abbildung herunterzuladen.</a>
Ergänzende Datei 1: Messskript. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/61741/Measurement_script.docx" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.</a>
Ergänzende Datei 2: Beispiel für PDF-Ergebnisbericht. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/61741/PDF_results_report.pdf" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.</a>

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Nanoparticle Tracking Analysis of Gold Nanoparticles in Aqueous Media through an Inter-Laboratory Comparison

Das hier beschriebene Protokoll zielt darauf ab, den hydrodynamischen Durchmesser sphärischer Nanopartikel, genauer gesagt Gold-Nanopartikel, in wässrigen Medien mittels Nanopartikel-Tracking-Analyse (NTA) zu messen. Letzteres beinhaltet die Verfolgung der Bewegung von Teilchen aufgrund der Brownschen Bewegung und die Implementierung der Stokes-Einstein-Gleichung, um den hydrodynamischen Durchmesser zu erhalten.

Nanopartikel-Tracking-Analyse von Gold-Nanopartikeln in wässrigen Medien durch einen interlaborativen Vergleich

In the field of nanotechnology, analytical characterization plays a vital role in understanding the behavior and toxicity of nanomaterials (NMs). ...

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Research

JoVE Journal

Chemistry

7.2K Aufrufe.  University of Birmingham. Das hier beschriebene Protokoll zielt darauf ab, den hydrodynamischen Durchmesser sphärischer Nanopartikel, genauer gesagt Gold-Nanopartikel, in wässrigen Medien mittels Nanopartikel-Tracking-Analyse (NTA) zu messen. Letzteres beinhaltet die Verfolgung der Bewegung von Teilchen aufgrund der Brownschen Bewegung und die Implementierung der Stokes-Einstein-Gleichung, um den hydrodynamischen Durchmesser zu erhalten.

Serie: Nanoparticle Tracking Analysis of Gold Nanoparticles in Aqueous Media through an Inter-Laboratory Comparison

Preparation of Silica Nanoparticles Through Microwave-assisted Acid-catalysis

Microwave-assisted synthetic techniques were used to quickly and reproducibly produce silica nanoparticle sols using an acid catalyst with nanoparticle diameters ranging from 30-250 nm by varying the reaction conditions. Through the selection of a microwave compatible solvent, silicic acid precursor, catalyst, and microwave irradiation time, these microwave-assisted methods were capable of overcoming the previously reported shortcomings associated with synthesis of silica nanoparticles using microwave reactors. The siloxane precursor was hydrolyzed using the acid catalyst, HCl. Acetone, a low-tan &#948; solvent, mediates the condensation reactions and has minimal interaction with the electromagnetic field. Condensation reactions begin when the silicic acid precursor couples with the microwave radiation, leading to silica nanoparticle sol formation. The silica nanoparticles were characterized by dynamic light scattering data and scanning electron microscopy, which show the materials&#39; morphology and size to be dependent on the reaction conditions. Microwave-assisted reactions produce silica nanoparticles with roughened textured surfaces that are atypical for silica sols produced by St&#246;ber&#39;s methods, which have smooth surfaces.

Silica nanoparticles were prepared using acid-catalysis of a siloxane precursor and microwave-assisted synthetic techniques resulting in the controlled growth of nanomaterials ranging from 30-250 nm in diameter. The growth dynamics can be controlled by varying the initial silicic acid concentration, time of the reaction, and temperature of reaction.

Herstellung von Silica-Nanopartikeln durch Mikrowellen-unterstützte Säure-Katalyse

Microwave-assisted synthetic techniques were used to quickly and reproducibly produce silica nanoparticle sols using an acid catalyst with nanoparticle ...

Forschung

Chemie

An Optimized Protocol for the Efficient Radiolabeling of Gold Nanoparticles by Using a 125I-labeled Azide Prosthetic Group

Here, we demonstrate a detailed protocol for the radiosynthesis of a 125I-labeled azide prosthetic group and its application to the efficient radiolabeling of DBCO-group-functionalized gold nanoparticles using a copper-free click reaction. Radioiodination of the stannylated precursor (2) was carried out by using [125I]NaI and chloramine T as an oxidant at room temperature for 15 min. After HPLC purification of the crude product, the purified 125I-labeled azide (1) was obtained with high radiochemical yield (75 &plusmn; 10%, n = 8) and excellent radiochemical purity (&gt;99%). For the synthesis of radiolabeled 13-nm-sized gold nanoparticles, the DBCO-functionalized gold nanoparticles (3) were prepared by using a thiolated polyethylene glycol polymer. A copper-free click reaction between 1 and 3 gave the 125I-labeled gold nanoparticles (4) with more than 95% of radiochemical yield as determined by radio-thin-layer chromatography (radio-TLC). These results clearly indicate that the present radiolabeling method using a strain-promoted copper-free click reaction will be useful for the efficient and convenient radiolabeling of DBCO-group-containing nanomaterials.

An Optimized Protocol for the Efficient Radiolabeling of Gold Nanoparticles by Using a 125I-labeled Azide Prosthetic Group

A detailed procedure for the synthesis of a 125I-labeled azide and the radiolabeling of dibenzocyclooctyne (DBCO)-group-conjugated, 13-nm-sized gold nanoparticles using a copper-free click reaction is described.

Ein optimiertes Protokoll für die effiziente radioaktive Markierung von Gold-Nanopartikeln durch eine Verwendung von<sup&gt; 125</sup&gt; I-markiertem Azide prosthetische Gruppe

Here, we demonstrate a detailed protocol for the radiosynthesis of a 125I-labeled azide prosthetic group and its application to the efficient ...

Liquid-cell Transmission Electron Microscopy for Tracking Self-assembly of Nanoparticles

Drying a nanoparticle dispersion is a versatile way to create self-assembled structures of nanoparticles, but the mechanism of this process is not fully understood. We have traced the trajectories of individual nanoparticles using liquid-cell transmission electron microscopy (TEM) to investigate the mechanism of the assembly process. Herein, we present the protocols used for liquid-cell TEM studies of the self-assembly mechanism. First, we introduce the detailed synthetic protocols used to produce uniformly sized platinum and lead selenide nanoparticles. Next, we present the microfabrication processes used to produce liquid cells with silicon nitride or silicon windows and then describe the loading and imaging procedures of the liquid-cell TEM technique. Several notes are included to provide helpful tips for the entire process, including how to manage the fragile cell windows. The individual motions of nanoparticles tracked by liquid-cell TEM revealed that changes in the solvent boundaries caused by evaporation affected the self-assembly process of nanoparticles. The solvent boundaries drove nanoparticles to primarily form amorphous aggregates, followed by flattening of the aggregates to produce a 2-dimensional (2D) self-assembled structure. These behaviors are also observed for different nanoparticle types and different liquid-cell compositions.

Here we introduce experimental protocols for the real-time observation of a self-assembly process using liquid-cell transmission electron microscopy.

Flüssigkeit-Cell Transmissions-Elektronenmikroskopie zur Nachverfolgung Selbstmontage von Nanopartikeln

Drying a nanoparticle dispersion is a versatile way to create self-assembled structures of nanoparticles, but the mechanism of this process is not fully ...

Rapid Nanoprobe Signal Enhancement by In Situ Gold Nanoparticle Synthesis

The use of nanoprobes such as gold, silver, silica or iron-oxide nanoparticles as detection reagents in bioanalytical assays can enable high sensitivity and convenient colorimetric readout. However, high densities of nanoparticles are typically needed for detection. The available synthesis-based enhancement protocols are either limited to gold and silver nanoparticles or rely on precise enzymatic control and optimization. Here, we present a protocol to enhance the colorimetric readout of gold, silver, silica, and iron oxide nanoprobes. It was observed that the colorimetric signal can be improved by up to a 10000-fold factor. The basis for such signal enhancement strategies is the chemical reduction of Au3+ to Au0. There are several chemical reactions that enable the reduction of Au3+ to Au0. In the protocol, Good&#39;s buffers and H2O2 are used and it is possible to favor the deposition of Au0 onto the surface of existing nanoprobes, in detriment of the formation of new gold nanoparticles. The protocol consists of the incubation of the microarray with a solution consisting of chloroauric acid and H2O2 in 2-(N-morpholino)ethanesulfonic acid pH 6 buffer following the nanoprobe-based detection assay. The enhancement solution can be applied to paper and glass-based sensors. Moreover, it can be used in commercially available immunoassays as demonstrated by the application of the method to a commercial allergen microarray. The signal development requires less than 5 min of incubation with the enhancement solution and the readout can be assessed by naked eye or low-end image acquisition devices such as a table-top scanner or a digital camera.

Rapid Nanoprobe Signal Enhancement by In Situ Gold Nanoparticle Synthesis

In this work, a protocol for signal enhancement of nanoprobe-based biosensing is presented. The protocol is based on the reduction of chloroauric acid onto the surface of existing nanoprobes that consist of gold, silver, silica or iron-oxide nanoparticles.

Schnelle Nanoprobe Signal-Verbesserung durch In Situ -Gold-Nanopartikel-Synthese

The use of nanoprobes such as gold, silver, silica or iron-oxide nanoparticles as detection reagents in bioanalytical assays can enable high sensitivity ...

Heterogeneous Removal of Water-Soluble Ruthenium Olefin Metathesis Catalyst from Aqueous Media Via Host-Guest Interaction

A highly efficient transition metal catalyst removal method is developed. The water-soluble catalyst contains a newly-designed NHC ligand for the catalyst removal via host-guest interactions. The new NHC ligand possesses an adamantyl (guest) tethered linear ethylene glycol units for hydrophobic inclusion into the cavity of a &#946;-cyclodextrin (&#946;-CD) host compound. The new NHC ligand was applied to a Ru-based olefin metathesis catalyst. The Ru catalyst demonstrated excellent activity in representative ring-closing metathesis (RCM) and ring-opening metathesis polymerization (ROMP) reactions in aqueous media as well as organic solvent, CH2Cl2. After the reaction was complete, the lingering Ru residue was removed from the aqueous solution with the efficiency of more than 99% (53 ppm of Ru residue) by simple filtration utilizing a host-guest interaction between insoluble silica-grafted &#946;-CD (host) and the adamantyl moiety (guest) on the catalyst. The new Ru catalyst also demonstrated high removal efficiency via extraction when the reaction is run in organic solvent by partitioning the crude reaction mixture between layers of diethyl ether and water. In this way, the catalyst stays in aqueous layer only. In organic layer, the residual Ru amount was only 0.14 ppm in the RCM reactions of diallyl compounds.

A removable water-soluble N-heterocyclic carbene (NHC) ligand in aqueous media via host-guest interaction has been developed. We demonstrated representative olefin metathesis reactions in water as well as in dichloromethane. Via either host-guest interaction or extraction, the residual ruthenium (Ru) catalyst was as low as 0.14 ppm after the reaction.

Heterogene Entfernung von wasserlöslichen Ruthenium Olefin-Metathese-Katalysator von wässrigen Medien über Wirt-Gast-Interaktion

A highly efficient transition metal catalyst removal method is developed. The water-soluble catalyst contains a newly-designed NHC ligand for the catalyst ...

Synthesis and Characterization of Amphiphilic Gold Nanoparticles

Gold nanoparticles covered with a mixture of 1-octanethiol (OT) and 11-mercapto-1-undecane sulfonic acid (MUS) have been extensively studied because of their interactions with cell membranes, lipid bilayers, and viruses. The hydrophilic ligands make these particles colloidally stable in aqueous solutions and the combination with hydrophobic ligands creates an amphiphilic particle that can be loaded with hydrophobic drugs, fuse with the lipid membranes, and resist nonspecific protein adsorption. Many of these properties depend on nanoparticle size and the composition of the ligand shell. It is, therefore, crucial to have a reproducible synthetic method and reliable characterization techniques that allow the determination of nanoparticle properties and the ligand shell composition. Here, a one-phase chemical reduction, followed by a thorough purification to synthesize these nanoparticles with diameters below 5 nm, is presented. The ratio between the two ligands on the surface of the nanoparticle can be tuned through their stoichiometric ratio used during synthesis. We demonstrate how various routine techniques, such as transmission electron microscopy (TEM), nuclear magnetic resonance (NMR), thermogravimetric analysis (TGA), and ultraviolet-visible (UV-Vis) spectrometry, are combined to comprehensively characterize the physicochemical parameters of the nanoparticles.

Amphiphilic gold nanoparticles can be used in many biological applications. A protocol to synthesize gold nanoparticles coated by a binary mixture of ligands and a detailed characterization of these particles is presented.

Synthese und Charakterisierung von amphiphilen Gold-Nanopartikeln

Gold nanoparticles covered with a mixture of 1-octanethiol (OT) and 11-mercapto-1-undecane sulfonic acid (MUS) have been extensively studied because of ...

Gold Nanoparticle Modified Carbon Fiber Microelectrodes for Enhanced Neurochemical Detection

For over 30 years, carbon-fiber microelectrodes (CFMEs) have been the standard for neurotransmitter detection. Generally, carbon fibers are aspirated into glass capillaries, pulled to a fine taper, and then sealed using an epoxy to create electrode materials that are used for fast scan cyclic voltammetry testing. The use of bare CFMEs has several limitations, though. First and foremost, the carbon fiber contains mostly basal plane carbon, which has a relatively low surface area and yields lower sensitivities than other nanomaterials. Furthermore, the graphitic carbon is limited by its temporal resolution, and its relatively low conductivity. Lastly, neurochemicals and macromolecules have been known to foul at the surface of carbon electrodes where they form non-conductive polymers that block further neurotransmitter adsorption. For this study, we modify CFMEs with gold nanoparticles to enhance neurochemical testing with fast scan cyclic voltammetry. Au3+ was electrodeposited or dipcoated from a colloidal solution onto the surface of CFMEs. Since gold is a stable and relatively inert metal, it is an ideal electrode material for analytical measurements of neurochemicals. Gold nanoparticle modified (AuNP-CFMEs) had a stability to dopamine response for over 4 h. Moreover, AuNP-CFMEs exhibit an increased sensitivity (higher peak oxidative current of the cyclic voltammograms) and faster electron transfer kinetics (lower &#916;EP or peak separation) than bare unmodified CFMEs. The development of AuNP-CFMEs provides the creation of novel electrochemical sensors for detecting fast changes in dopamine concentration and other neurochemicals at lower limits of detection. This work has vast applications for the enhancement of neurochemical measurements. The generation of gold nanoparticle modified CFMEs will be vitally important for the development of novel electrode sensors to detect neurotransmitters in vivo in rodent and other models to study neurochemical effects of drug abuse, depression, stroke, ischemia, and other behavioral and disease states.

In this study, we modify carbon-fiber microelectrodes with gold nanoparticles to enhance the sensitivity of neurotransmitter detection.

Gold Nanopartikel Modifizierte Kohlenstofffaser-Mikroelektroden für verbesserte neurochemische Detektion

For over 30 years, carbon-fiber microelectrodes (CFMEs) have been the standard for neurotransmitter detection. Generally, carbon fibers are aspirated into ...

Synthesis of Aptamer-PEI-g-PEG Modified Gold Nanoparticles Loaded with Doxorubicin for Targeted Drug Delivery

Due to drug resistance and toxicity in healthy cells, use of doxorubicin (DOX) has been limited in clinical cancer therapy. This protocol describes the designing of poly(ethylenimine) grafted with polyethylene glycol (PEI-g-PEG) copolymer functionalized gold nanoparticles (AuNPs) with loaded aptamer (AS1411) and DOX through amide reactions. AS1411 is specifically bonded with targeted nucleolin receptors on cancer cells so that DOX targets cancer cells instead of healthy cells. First, PEG is carboxylated, then grafted to branched PEI to obtain a PEI-g-PEG copolymer, which is confirmed by 1H NMR analysis. Next, PEI-g-PEG copolymer coated gold nanoparticles (PEI-g-PEG@AuNPs) are synthesized, and DOX and AS1411 are covalently bonded to AuNPs gradually via amide reactions. The diameter of the prepared AS1411-g-DOX-g-PEI-g-PEG@AuNPs is ~39.9 nm, with a zeta potential of -29.3 mV, indicating that the nanoparticles are stable in water and cell medium. Cell cytotoxicity assays show that the newly designed DOX loaded AuNPs are able to kill cancer cells (A549). This synthesis demonstrates the delicate arrangement of PEI-g-PEG copolymers, aptamers, and DOX on AuNPs that are achieved by sequential amide reactions. Such aptamer-PEI-g-PEG functionalized AuNPs provide a promising platform for targeted drug delivery in cancer therapy.

In this protocol, doxorubicin-loaded AS1411-g-PEI-g-PEG modified gold nanoparticles are synthesized via three-step amide reactions. Then, doxorubicin is loaded and delivered to target cancer cells for cancer therapy.

Synthese von Aptamer-PEI-g-PEG Modifizierte Gold-Nanopartikel, die mit Doxorubicin für die gezielte Arzneimittelabgabe geladen werden

Due to drug resistance and toxicity in healthy cells, use of doxorubicin (DOX) has been limited in clinical cancer therapy. This protocol describes the ...

Preparation of Nanoparticles for ToF-SIMS and XPS Analysis

Nanoparticles have gained increasing attention in recent years due to their potential and application in different fields including medicine, cosmetics, chemistry, and their potential to enable advanced materials. To effectively understand and regulate the physico-chemical properties and potential adverse effects of nanoparticles, validated measurement procedures for the various properties of nanoparticles need to be developed. While procedures for measuring nanoparticle size and size distribution are already established, standardized methods for analysis of their surface chemistry are not yet in place, although the influence of the surface chemistry on nanoparticle properties is undisputed. In particular, storage and preparation of nanoparticles for surface analysis strongly influences the analytical results from various methods, and in order to obtain consistent results, sample preparation must be both optimized and standardized. In this contribution, we present, in detail, some standard procedures for preparing nanoparticles for surface analytics. In principle, nanoparticles can be deposited on a suitable substrate from suspension or as a powder. Silicon (Si) wafers are commonly used as substrate, however, their cleaning is critical to the process. For sample preparation from suspension, we will discuss drop-casting and spin-coating, where not only the cleanliness of the substrate and purity of the suspension but also its concentration play important roles for the success of the preparation methodology. For nanoparticles with sensitive ligand shells or coatings, deposition as powders is more suitable, although this method requires particular care in fixing the sample.

A number of different procedures for preparing nanoparticles for surface analysis are presented (drop casting, spin coating, deposition from powders, and cryofixation). We discuss the challenges, opportunities, and possible applications of each method, particularly regarding the changes in the surface properties caused by the different preparation methods.

Präparation von Nanopartikeln für die ToF-SIMS- und XPS-Analyse

Nanoparticles have gained increasing attention in recent years due to their potential and application in different fields including medicine, cosmetics, ...

Gold Nanoparticle Synthesis

Gold nanoparticles (Au nanoparticles) that are ~12 nm in diameter were synthesized by rapidly injecting a solution of 150 mg (0.15 mmol) of tetrachloroauric acid in 3.0 g (3.7 mmol, 3.6 mL) of oleylamine (technical grade) and 3.0 mL of toluene into a boiling solution of 5.1 g (6.4 mmol, 8.7 mL) of oleylamine in 147 mL of toluene. While boiling and mixing the reaction solution for 2 hours, the color of the reaction mixture changed from clear, to light yellow, to light pink, and then slowly to dark red. The heat was then turned off, and the solution was allowed to gradually cool down to room temperature for 1 hour. The gold nanoparticles were then collected and separated from the solution using a centrifuge and washed three times; by vortexing and dispersing the gold nanoparticles in 10 mL portions of toluene, and then precipitating the gold nanoparticles by adding 40 mL portions of methanol and spinning them in a centrifuge. The solution was then decanted to remove any remaining byproducts and unreacted starting materials. Drying the gold nanoparticles in a vacuum environment produced a solid black pellet; which could be stored for long periods of time (up to one year) for later use, and then redissolved in organic solvents such as toluene.

A protocol for synthesizing ~12 nm diameter gold nanoparticles (Au nanoparticles) in an organic solvent is presented. The gold nanoparticles are capped with oleylamine ligands to prevent agglomeration. The gold nanoparticles are soluble in organic solvents such as toluene.