Name: nanoparticle tracking analysis of gold nanoparticles in aqueous media through an inter-laboratory comparison
Uploaded: 2020-10-20T13:30:00
Duration: 7 min 8 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Nanoparticle Tracking Analysis of Gold Nanoparticles in Aqueous Media through an Inter-Laboratory Comparison at JoVE.com

Les auteurs reconnaissent le soutien financier du projet financé par la grippe H2020 : ACEnano (Accord de subvention no 720952). Ces travaux ont également été partiellement soutenus par le Programme international coopératif de R&D financé par le Ministère du commerce, de l’industrie et de l’énergie de Corée (numéro de subvention N053100009, « Horizon2020 Kor-EU collaborative R&BD sur ACEnano Toolbox ») qui a permis la participation des partenaires coréens au consortium du projet Horizon 2020 ACEnano.

La méthodologie décrite ici a été utilisée pour la troisième série de comparaisons inter-laboratoires.
1. Préparation de l’échantillon
<ol><li>Filtrer l’eau à travers un filtre à seringues de 0,02 μm. La filtration de l’eau est nécessaire pour éliminer les particules de contamination avant de les utiliser pour la dilution de l’échantillon.</li>
	<li>Pour analyser un échantillon fraîchement préparé, diluer un échantillon de 60 nm de dispersion colloïde d’or volumetrically par un facteur de 50 dans l’eau ultrapure filtrée. La concentration suggérée pour l’analyse NTA est de 1 x 107 à 1 x10 9 particules par mL.</li>
</ol>2. Effectuer la mesure
<ol><li>Allumer le système<ol>
<li>Connectez l’instrument NTA, la pompe à seringues et l’ordinateur. Allumez le matériel et les logiciels. Le logiciel associé (voir tableau des matériaux) garantitque toutes les communications matérielles sont en cours d’exécution et qu’une lecture de température en direct est affichée.</li>
		<li>Retirez le module laser de la NTA et à l’aide d’un tissu et d’un air comprimé séchez complètement les surfaces vitrées et les canaux internes, les tubes et les ports fluidiques de la cellule à faible volume (LVFC).</li>
	</ol>
</li>
	<li>Amorçage du tube<ol>
<li>Rincez le tube fluidique de l’entrée avec de l’eau ultrapure pour éliminer les particules et réduire la probabilité de bulles d’air qui interféreraient avec les mesures. Pour le rinçage, l’extrémité du tube d’entrée à l’intérieur de l’enveloppe de l’instrument est placée dans un conteneur à déchets.</li>
		<li>Insérez une seringue de 1 mL (sans aiguille) d’eau filtrée dans le port de Luer et poussez ~900 μL de liquide à travers le tube d’entrée aussi vite que la pression arrière le permet. Laissez la seringue contenant le liquide restant attaché pour éviter tout syphoning.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Connexion de tube de pompe de seringue<ol>
<li>Assemblez le LVFC sur le module laser pour créer la chambre d’échantillon comme on le voit dans la figure 1. Fixez le tube de sortie au port latéral droit du LVFC. REMARQUE : Les tubes d’entrée et de sortie sont de diamètres différents, l’entrée étant de plus petit diamètre que la prise. L’échange de la connexion de tubes de sortie d’entrée peut provoquer une surreformation de la cellule d’écoulement et une fuite.</li>
		<li>Déconnecter la seringue du tube d’entrée et échanger contre une nouvelle seringue contenant 1 mL d’eau filtrée, assurant ainsi un contact liquide-liquide. Connectez le tube d’entrée au port gauche du LVFC. Introduisez lentement ~500 μL de liquide dans la chambre de l’échantillon. Veillez à ce qu’aucune bulle d’air ne soit introduite pendant le chargement. La configuration finale du tube est indiquée dans la figure 2.</li>
	</ol>
</li>
</ol><img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61741/61741fig1v2.jpg"> Figure 1 : Assemblage de cellules à faible volume monté sur module laser. 
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61741/61741fig02.jpg"> Figure 2 : Configuration du tube cell à faible volume. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61741/61741fig02large.jpg" target="_blank">S’il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.</a>
<ol start="4"><li>Chargement du module laser et vérification du système<ol>
<li>Insérez le module laser avec le LVFC rempli d’eau dans l’instrument et verrouillez-le en place.</li>
		<li>Placez la seringue dans le berceau de la pompe à seringues et fixez-la. Initialisez la caméra en cliquant sur Démarrer la caméra dans l’interface logicielle. Dans l’onglet Hardware de l’interface, cliquez sur Scatter pour déplacer la position de référence.</li>
		<li>Réglez le niveau de la caméra à 16 et ajustez la mise au point manuellement pour vérifier le diluant pour toutes les particules. Ajustez la position du champ de vision en cliquant à gauche sur la fenêtre de visualisation principale et en utilisant la souris pour faire glisser de haut en bas pour vérifier les particules. S’il y a plus de trois particules dans le champ de vision, cela implique un problème avec la pureté de l’eau ou le processus de nettoyage et, par conséquent, le processus de nettoyage doit être répété ou l’eau doit être remplacée ou filtrée.</li>
		<li>Retirez le module laser de l’instrument.</li>
		<li>Déconnecter la seringue du tube d’entrée et la remplacer par une seringue pleine d’air seulement. Introduire lentement l’air dans la chambre de l’échantillon pour enlever le liquide à l’intérieur. Retirez le LVFC du module laser et déconnectez les tubes. Nettoyez les surfaces vitrées du LVFC et le verre optique du module laser avec de l’eau et séchez-les avec un tissu et de l’air comprimé. Sécher le tube avec de l’air comprimé. Remontez le LVFC sur le module laser et connectez le tube, prêt pour le chargement de l’échantillon. REMARQUE: Cette étape n’est pas toujours nécessaire, cependant, dans ce cas, il a été ajouté comme une précaution supplémentaire pour réduire davantage toute variation possible.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Échantillon de chargement<ol>
<li>Répétez l’étape 2.2.2. Connectez une seringue contenant 1 mL de la dispersion des nanoparticules d’or de 60 nm faite à l’étape 1.1 au port de Luer. Injectez lentement 750 μL de l’échantillon dans le LVFC via le tube d’entrée avec le module laser vu à l’extérieur de l’instrument pour s’assurer qu’aucune bulle n’est introduite.</li>
		<li>Chargez le module laser vers l’instrument NTA et initialisez la caméra en cliquant sur Démarrer la caméra dans l’interface logicielle. Dans l’onglet Hardware de l’interface, cliquez sur Scatter pour passer à la position de mise au point de référence, vérifiez que cela est réglé correctement pour donner une image claire des particules.</li>
		<li>Vérifiez que le champ de vision est placé au centre par rapport à la position du faisceau laser. Réglez en conséquence en cliquant à gauche sur la fenêtre de visualisation principale dans le logiciel et la souris traînant de haut en bas.</li>
		<li>Exécutez la fonction AutoSetup pour optimiser automatiquement le niveau de mise au point et de caméra en veillant à ce que la qualité d’image optimale soit atteinte. REMARQUE : La caméra automatique et les paramètres de mise au point permettent une plus grande cohérence entre les différents laboratoires puisqu’il s’agit d’un utilisateur indépendant.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Analyse d’échantillons<ol>
<li>Créez un script de mesure dans la mesure standard, onglet SOP, pour obtenir 5 vidéos répétées de 60 s sous lent (les particules doivent passer d’un côté de l’écran à l’autre dans environ 10 s) et le flux constant (Fichier supplémentaire 1). REMARQUE : Le débit est recommandé pour s’assurer qu’une meilleure représentation de l’échantillon global est présentée aux fins de mesure. La précision et la répétabilité des mesures de concentration sont considérablement améliorées lorsqu’un débit lent est donné sur l’échantillon afin de s’assurer qu’un plus grand nombre de nouvelles particules circulent dans la zone de mesure et sont analysées au cours d’une expérience. La longueur de la vidéo dépend de la distribution du profil et de sa variable au cours du temps d’analyse. 5 vidéos de 60 s sont considérées comme une durée de mesure typique.</li>
		<li>Définissez le nom et l’emplacement du fichier d’expérience pour les données et démarrez l’exécuter. L’analyse suivant la procédure décrite a été effectuée par les sept laboratoires du projet Horizon 2020 ACEnano17.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. Analyse des données
REMARQUE : Toutes les analyses de données ont été effectuées dans le cadre du logiciel v 3.4 (voir tableau des matériaux),aucune conversion ou calcul manuel supplémentaire n’est utilisé. Les données de dimensionnement des particules sont présentées sous forme brute comme une distribution d’histogramme et sont calculées à partir du changement mesuré de position de la particule à l’aide de l’équation Stokes-Einstein. Le logiciel détermine la distance moyenne parcourue par chaque particule dans les plans x et y. Cette valeur permet de déterminer le coefficient de diffusion des particules (D) à partir duquel, si la température de l’échantillon T et la viscosité du solvant η sont connues, le rayon hydrodynamique sphérique équivalent, RH, des particules peut être calculé. La température de l’échantillon est automatiquement enregistrée par le NTA. La viscosité par défaut de l’échantillon utilisée par le logiciel est pour l’eau et est incluse dans le script de mesure indiqué ci-dessus, bien que la viscosité puisse être modifiée par l’utilisateur lorsque différents diluants d’échantillons sont utilisés, avant ou après la prise de la mesure.
<ol><li>Définissez le seuil de détection (DT) en faisant glisser la barre de curseur ou en cliquant sur les boutons + et - dans le logiciel sous seuil de détection, qui est le paramètre d’analyse pour le suivi optimal des particules visualisées, entre 2 et 20. Assurez-vous que la valeur DT choisie identifie et traque autant de particules visibles que possible (marquée automatiquement sous forme de croix rouges sur l’écran de l’image logicielle).<ol>
<li>Comme indication pour fixer le seuil de détection, le nombre de particules identifiées dans une image devrait être d’environ 30-80 où pas plus de 10 croix rouges ne devraient correspondre à des sites non considérés comme des particules par l’observateur. Il ne devrait pas y avoir plus de 5 croix bleues (indiquant le bruit) observées.</li>
	</ol>
</li>
</ol><img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61741/61741fig03.jpg"> Figure 3 : Observation du seuil. Une mauvaise (gauche) et un bon seuil de détection (à droite) fixant l’observation. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61741/61741fig03large.jpg" target="_blank">S’il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.</a>
<ol start="2"><li>Traiter automatiquement les vidéos d’analyse de suivi des particules en appuyant sur le bouton Processus dans le logiciel. Laissez tous les paramètres de traitement réglés automatiquement et exportez les données sous forme de fichier de résultats de format .csv avec la distribution complète de la taille des particules et des métadonnées supplémentaires décrivant la configuration de mesure. Pour vérifier la qualité de la mesure, consultez l’onglet Analyser dans le logiciel ou vérifiez le fichier de sortie .csv pour tout message d’avertissement ou alertes. Un exemple du rapport de résultats PDF est montré dans le fichier supplémentaire 2.
</li>
	<li>Lisez les résultats de la taille du mode et l’écart type associé par rapport au rapport PDF. REMARQUE : Les résultats de la taille du mode ont été utilisés pour comparer les tailles obtenues parmi les sept laboratoires et sont présentés et discutés à la section 5.</li>
</ol>4. Nettoyage et séchage
<ol><li>Après utilisation, rincer le système à fond avec de l’eau propre pour enlever toutes les traces d’échantillon des tubes et des surfaces optiques. L’efficacité du nettoyage peut être surveillée par l’observation de la quantité de particules dans le champ de vision.</li>
	<li>Retirez le module laser de l’instrument NTA.</li>
	<li>Chargez une seringue d’air à travers le système pour vider le tube et le LVFC.</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. Environmental and Human Health Impacts of Nanotechnology. , 211-266 (2009).</li><li>Hoet, P., Br&#252;ske-hohlfeld, I., Salata, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanoparticles+and+known+and+unknown+health+risks.">Nanoparticles and known and unknown health risks.</a> Journal of Nanobiotechnology. 2 (1), 12 (2004).</li><li>Briffa, S. 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=Thermal+transformations+of+manufactured+nanomaterials+as+a+proposed+proxy+for+ageing.">Thermal transformations of manufactured nanomaterials as a proposed proxy for ageing.</a> Environmental Science: Nano. 5, 1618-1627 (2018).</li><li>Kestens, V., Bozatzidis, V., De Temmerman, P. J., Ramaye, Y., Roebben, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Validation+of+a+particle+tracking+analysis+method+for+the+size+determination+of+nano-+and+microparticles.">Validation of a particle tracking analysis method for the size determination of nano- and microparticles.</a> Journal of Nanoparticle Research. 19 (8), 271 (2017).</li><li>Walker, J. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Improved+nano-particle+tracking+analysis.">Improved nano-particle tracking analysis.</a> Measurement Science and Technology. 23 (6), 065605 (2012).</li><li>Using NTA to Study Aggregation Behavior of Liposome-Protein Complexes. 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>

L’auteur Jo Sullivan, Agnieszka Siupa, Pauline Carnell-Morris et Michele Carboni sont des employés de Malvern Panalytical Ltd. qui fabrique des instruments utilisés dans cet article.

Les résultats incohérents obtenus lors de la première série de la CIT ont mis en évidence la nécessité de vérifier la santé des instruments pour les anciens systèmes ainsi que l’élaboration d’un SOP plus détaillé, la nécessité d’une formation pratique et une meilleure compréhension des paramètres de mesure et d’analyse afin d’assurer des résultats plus cohérents dans les différents laboratoires. En fait, Hole et coll. ont constaté que l’absence de lignes directrices communes sur la façon d’utiliser un système de LNR et de préparer des échantillons a entraîné une variabilité entre les laboratoires, même pour les échantillons relativement monopersés16. Par conséquent, tous les participants du CEI ont assisté à un atelier de formation portant sur les meilleures pratiques pour le fonctionnement et les conditions de mesure du système, ainsi que sur les directives de nettoyage et d’entretien de l’instrument spécifique de l’ONT. Tous les participants ont également effectué des mesures sur le même instrument dans leurs propres laboratoires pour les rondes ultérieures du CEI. La procédure consistait d’abord à mettre à l’essai le système localement dans chaque laboratoire en exécutant un CIT sur des échantillons standard en latex (ilc round 2), avant d’être utilisée par les partenaires pour répéter les mesures d’or (ilc round 3). L’objectif de la mesure de ces échantillons d’or au moyen de la NTA était d’introduire la confiance et la clarté dans les méthodes et les pratiques d’évaluation des risques nanomatériaux nécessaires pour avoir un impact sur les protocoles de guidage de nanosécurité.
NTA est une technique qui peut mesurer le diamètre équivalent sphérique hydrodynamique des particules et peut être utilisé pour les particules par particule, l’analyse visuelle en temps réel des systèmes polydispersés allant de 10 nm - 50 nm, à environ 1000 nm de taille (selon les propriétés de l’échantillon et la configuration de l’instrument). Une préparation minimale de l’échantillon est nécessaire. Malgré une préparation minimale de l’échantillon, cette étape est essentielle pour le protocole et un grand soin doit être pris lors de la dilution d’un échantillon et le choix d’un diluant. La forme peut être un facteur limitatif en ce qui concerne nta que les mesures de taille équivalent sphérique sont obtenus et les particules non sphériques auront une valeur de taille moins précise.
Pour la technologie NTA, il faut toujours s’attendre à une certaine variation des résultats, car seul un échantillon représentatif est observé à partir de l’ensemble de l’échantillon. Quoi qu’il en soit, tous les résultats répondent à la norme ISO 19430 pour le dimensionnement des particules. La concentration optimale à fournir est généralement d’environ 108 particules/ml dans un temps d’analyse de 30-60 secondes. Pour les échantillons ayant des concentrations de particules plus faibles, des temps d’analyse plus longs seront nécessaires pour assurer des résultats reproductibles. Pour les échantillons contenant une concentration de particules supérieures à 109 particules/mL, il est plus probable que les problèmes de suivi et les échantillons devront être dilués jusqu’à une plage appropriée pour la mesure de la NTA.
Dans l’ensemble, les résultats de la3ème ronde ILC montrent une bonne reproductibilité des mesures de nanoparticules d’or avec NTA avec une précision et une répétabilité accrues. Toutes les mesures NTA ont été effectuées en utilisant le niveau de la caméra automatique et les paramètres de mise au point pour ajuster l’image, tel que sélectionné par la fonction Auto-Setup dans le logiciel. Le niveau de la caméra fixé par le logiciel était très cohérent, avec un niveau de caméra de 10 ou 11 étant défini dans tous les cas montrant que, comme prévu, plus un processus comprend l’automatisation, plus la cohérence est atteinte. Les résultats de dimensionnement étaient comparables à ceux obtenus par le fabricant au moyen de TEM indiquant que les résultats étaient reproductibles, mais des différences minimales sont à prévoir à partir de différentes techniques puisque TEM ne détermine pas le diamètre hydrodynamique. L’amélioration significative de la cohérence des résultats montre l’importance et les avantages de la maintenance des instruments, des SOP détaillés, des mises à jour des meilleures pratiques, des connaissances des utilisateurs et de l’automatisation appliquée des mesures pour la NTA. En conclusion, la CIT a validé ce SOP NTA spécifique et a donc introduit la confiance et la clarté dans cette méthode spécifique d’évaluation des risques nanomatériaux.

Les nanomatériaux (NMs) peuvent varier dans les caractéristiques physiques et chimiques qui à leur tour influencent leur comportement, stabilité, et toxicité1,2,3,4,5. L’une des principales difficultés, lors de l’élaboration d’une compréhension approfondie des propriétés, des dangers et des comportements nm, est la capacité d’obtenir des informations reproductibles sur les caractéristiques des nanomatériaux physiques et chimiques. Des exemples de telles propriétés physiques incluent la taille et la distribution de taillede particules 6,7,8. Il s’agit de paramètres importants car ils sont un aspect clé de la définition par la Commission européenne (CE) du terme « nano »9.
La réalisation de mesures précises de la taille des particules est également essentielle pour de nombreuses applications et processus industriels et de recherche, en plus de comprendre le sort et les effets de toxicité des MR6,10. Il est important d’avoir des méthodes bien établies capables de mesurer avec précision, fiabilité et reproductibilité la taille des MR. De plus, les renseignements communiqués devraient fournir une compréhension approfondie de la technique utilisée, par exemple, indiquer le type de paramètre de taille (p. ex., taille réelle ou taille hydrodynamique) ainsi que l’état de l’échantillon, par exemple, le milieu spécifique dans lequel le MN est présent, et pour que la méthode fonctionne de façon fiable dans différents médias. Afin de mesurer la taille, un certain nombre de techniques peuvent être utilisées, y compris la microscopie électronique (EM), la diffusion dynamique de la lumière (DLS), la spectrométrie de masse plasmatique couplée inductivement à une seule particule (SPICP-MS), la sédimentation centrifuge différentielle (DCS), la microscopie de sonde à balayage (SPM), la diffusion de rayons X à petit angle (SAXS) et l’analyse de suivi des nanoparticules (NTA).
La NTA est une technologie relativement nouvelle qui a été bien avancée ces dernières années et qui a été démontrée pour mesurer de façon fiable le diamètre hydrodynamique des MR sphériques dans des médias complexes et aqueux comme ceux qui ont une pertinence environnementale, par exemple les systèmes d’eau douce. Le diamètre hydrodynamique est « la taille d’une sphère dure hypothétique qui se diffuse de la même manière que celle de la particule mesurée »11; en termes pratiques et dans un média aqueux, cela décrit un diamètre plus grand que celui de la particule elle-même, qui comprend également une couche de molécules (principalement de l’eau) maintenues à la surface de la particule par de faibles forces électrostatiques. Le diamètre hydrodynamique d’une particule varie selon les médias, de plus en plus petit à mesure que la force ionique du média dans lequel elle est mesurée devient plus élevée.
Une autre caractéristique importante de la technique NTA est qu’elle permet à l’analyste d’obtenir des mesures de taille pondérées en fonction du nombre, qui sont requises dans le contexte de la définition des nanomatériaux des CE. L’analyse à haute résolution, particules par particules, rend cette technique moins sujette aux interférences causées par les aggloméates ou les particules plus grosses lorsqu’elles sont présentes dans un échantillon d’essai hétérogène avec un taux élevé de débit departicules 10,12.
La procédure de mesure consiste à préparer une suspension appropriée de l’échantillon, ce qui nécessite souvent une dilution de l’échantillon, suivie d’un enregistrement vidéo du comportement de mouvement brownien des particules et de l’analyse vidéo. De la chambre d’échantillon, un faisceau laser est passé, et les particules de suspension dans le chemin du faisceau laser dispersent la lumière menant à leur visualisation à l’aide d’un microscope optique avec une caméra montée. La caméra capture un fichier vidéo de la lumière laser éparse des particules se déplaçant sous le mouvement brownien. Beaucoup de particules peuvent être suivies individuellement pour déterminer leurs coefficients de diffusion et leurs diamètres hydrodynamiques peuvent être calculés à l’aide de l’équation Stokes-Einstein: d = kT/3ννD où d est le diamètre hydrodynamique, k est la constante Boltzmann, T est la température, η est la viscosité et D est le coefficient de diffusion10. NTA peut également être utilisé pour suivre le comportement d’agrégation des particules qui sont généralement colloïdes instables (les particules doivent, cependant, être colloïdally stable sur l’échelle de temps de mesure)13,14. NTA est une méthode absolue et aucun étalonnage du système n’est requis sur l’instrument utilisé dans ce travail. Si les utilisateurs veulent vérifier les performances du système cela peut être facilement fait en mesurant les matériaux standard de taille aussi fréquemment que voulu.
L’instrument NTA est facile à utiliser avec un temps d’analyse rapide (moins de 10 min par échantillon). Pour les mesures de haute qualité avec une bonne répétabilité et reproductibilité des données, un certain nombre de facteurs devraient être pris en compte à la fois dans la préparation de l’échantillon ainsi que dans le fonctionnement des instruments. Si ces facteurs ne sont pas soigneusement pris en compte, les mesures effectuées sur le même matériau dans différents laboratoires et opérateurs peuvent être sujettes à des incertitudes inconnues ou mal quantifiées. Au cours de la caractérisation du PN, l’utilisation de sops développés à l’interne ne garantit pas toujours la cohérence avec les autres laboratoires, comme le montrent Roebben et coll. pour la technique DLS15.
En fait, un CNT NTA précoce (premier tour) entre différents laboratoires, utilisateurs et instruments a révélé des résultats incohérents. L’un des principaux problèmes était l’utilisation de divers instruments hérités plus anciens qui n’avaient pas eu de services réguliers ou de vérifications d’étalonnage, ainsi que des différences dans l’interprétation des méthodes. Une étude du CIT de Hole et coll. a révélé qu’en l’absence de lignes directrices communes sur la façon d’utiliser un système et de préparer des échantillons, la variabilité entre les laboratoires peut être importante même pour les échantillons relativement monopersés16. Ceci, ainsi que les résultats de la première série de la CIT, souligne la nécessité d’une bonne maintenance des instruments ainsi que d’une formation aux méthodes et de procédures d’exploitation standard (SSP) bien développées. Ces derniers agissent comme un outil puissant pour décrire et documenter le respect des bonnes pratiques. Si elles sont bien détaillées, les procédures d’exploitation normalisées peuvent offrir clarté, explication, compréhension, normalisation et assurance de la qualité.
La recommandation d’adopter une étude du CEI est donc idéale pour l’élaboration et l’essai de protocoles16. L’exercice du CEI a servi à valider ce SOP NTA spécifique et a donc introduit la confiance et la clarté dans cette méthode spécifique d’évaluation des risques nanomatériaux. Il a impliqué trois tours. La première ronde a analysé des nanoparticules d’or de 60 nm sur les instruments de chaque participant avant l’entraînement. La deuxième série consistait à analyser le latex de 100 nm à l’aide d’un nouvel instrument avec une configuration commune comme simple test afin de déterminer que l’instrument a été mis en place correctement et que les utilisateurs avaient une bonne connaissance de la façon d’utiliser l’instrument. La troisième série comprenait l’analyse de nanoparticules d’or de 60 nm sur le nouvel instrument à configuration commune, après l’entraînement. Les participants à la CIT provenaient de sept laboratoires différents, tous membres du consortium du projet Horizon 2020 ACEnano17.
L’objectif de cet article est de discuter de la méthode et des résultats d’une troisième série d’analyses comparatives pour la technologie NTA où les PN or de 60 nm ont été ré-analysés par sept partenaires à la suite d’une formation détaillée et du développement du SOP. La comparaison et la référence aux résultats obtenus au premier tour de la CIT seront également faites. Toutes les analyses de la troisième série d’ILC ont été réalisées à l’aide du même instrument (voir tableau des matériaux)d’une configuration identique fournie avec un laser de 405 nm et une caméra sCMOS haute sensibilité. L’analyse comparative évalue le rendement de la technologie sur les échantillons et mène donc à l’élaboration de protocoles de « meilleures pratiques ». Ainsi, cet article partage et met également la méthode NTA pour l’instrument utilisé dans ce CIT à la disposition de la communauté scientifique car elle a été harmonisée par la conduite et l’évaluation des CDI selon les normes internationales.

<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

Dans le domaine de la nanotechnologie, la caractérisation analytique joue un rôle essentiel dans la compréhension du comportement et de la toxicité des nanomatériaux (NM). La caractérisation doit être approfondie et la technique choisie doit être bien adaptée à la propriété à déterminer, au matériau analysé et au milieu dans lequel il est présent. En outre, le fonctionnement et la méthodologie des instruments doivent être bien développés et clairement compris par l’utilisateur pour éviter les erreurs de collecte de données. Toute anomalie dans la méthode ou la procédure appliquée peut entraîner des différences et une mauvaise reproductibilité des données obtenues. Cet article vise à clarifier la méthode de mesure du diamètre hydrodynamique des nanoparticules d’or au moyen de l’analyse de suivi des nanoparticules (NTA). Cette étude a été réalisée à titre de comparaison inter-laboratoire (ILC) entre sept laboratoires différents afin de valider les performances et la reproductibilité de la procédure d’exploitation standard. Les résultats obtenus dans le cadre de cette étude du CEI révèlent l’importance et les avantages des procédures d’exploitation normalisées détaillées (SSP), des mises à jour des pratiques pratiques, des connaissances des utilisateurs et de l’automatisation des mesures.

Les résultats de la série 1 de l’ILC à l’aide de diverses configurations d’instruments NTA sont indiqués à la figure 4. À l’exception du laboratoire 6, la répétabilité entre les 5 répétitions de capture était bonne, mais plusieurs laboratoires ont enregistré une taille de mode plus élevée que prévu. Les résultats du laboratoire 6 ont montré une mauvaise répétabilité et une taille de mode beaucoup plus élevée mesurée. Après l’enquête, il a été constaté que les systèmes signalant les plus grandes variations de taille n’ont pas été maintenus comme recommandé ou l’analyse a été affectée par l’incohérence dans la préparation de l’échantillon par laquelle l’étape de dilution peut créer des variations causées par différents équipements de pipetage, le fonctionnement et la technique de l’utilisateur, et / ou la mesure mis en place, y compris la cellule d’écoulement n’étant pas propre, le mauvais niveau de la caméra utilisée, l’image n’étant pas ciblée correctement, et la fixation du seuil de détection d’analyse incorrectement.
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61741/61741fig4v2.jpg"> Figure 4 : Résultats de taille du mode ILC Round 1. La taille du mode résulte de tous les partenaires de benchmarking NTA pour la dispersion des nanoparticules d’or de la première ronde 60 nm effectuée sur différents instruments NTA (abrégés dans l’axe x).
La précision des résultats NTA de la troisième série a été améliorée par tous les laboratoires qui mettent en œuvre les mêmes paramètres SOP et instruments. Les résultats de taille du mode obtenus pour cette série 3 de l’ILC peuvent être vus dans la figure 5. Le mode moyen dans tous les laboratoires était de 62,02 ± 1,97 nm. Tous les résultats mesurés de la troisième ronde ont été plus cohérents que les résultats de la première étape, les résultats se faisant bien en moins de 10 % de la taille moyenne de 60,5 nm pour le lot, comme l’a indiqué le fabricant. Le coefficient de variation pour les échantillons d’or indiqué par le fabricant était ≤8 %.
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61741/61741fig5v2.jpg"> Figure 5 : Résultats de taille du mode ILC Round 3. Résultats de taille de mode de tous les partenaires de benchmarking NTA pour 60 nm or ILC Round 3 analysés sur le même instrument NTA. Le mode moyen dans tous les laboratoires était de 62,02 ± 1,97 nm.
Pour vérifier la taille des particules, fournie par le fabricant, un petit nombre (N=82) de particules ont été analysés par microscopie électronique de transmission (TEM). Environ 10 μl de la dispersion non diluée ont été coulés sur une grille cu TEM recouverte de carbone et séchés dans l’air avant d’être imagerie dans un TEM analytique à 200 kV. Des images comme la figure supplémentaire 1 ont été prises à partir de zones où les particules se chevauchent peu et analysées à l’aide d’un processus d’analyse d’image semi-automatique. Une méthode automatique de bassin versant a été appliquée aux particules et artefacts distincts de ce processus ont été exclus ainsi que sur les particules debord 18. Le diamètre moyen a été calculé soit en moyenne à partir de l’axe majeur et mineur (61 ± 7 nm) soit en conversion de la zone mesurée (62 ± 6 nm) en supposant des particules sphériques. Les particules semblent être pour la plupart sphériques avec un rapport d’aspect moyen de 1,1. Les résultats du TEM montrent un diamètre légèrement plus élevé que la valeur du fabricant (60,5 nm) mais sont dans le niveau de tolérance. En outre, il existe un très bon accord avec la valeur dérivée NTA du diamètre hydrodynamique.
Figure supplémentaire 1 : Image TEM de 60 nanoparticules d’or de nm. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/61741/61741supfig01.jpg" target="_blank">S’il vous plaît cliquez ici pour télécharger ce chiffre.</a>
Fichier supplémentaire 1 : Script de mesure. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/61741/Measurement_script.docx" target="_blank">S’il vous plaît cliquez ici pour télécharger ce fichier.</a>
Dossier supplémentaire 2 : Exemple de rapport de résultats PDF. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/61741/PDF_results_report.pdf" target="_blank">S’il vous plaît cliquez ici pour télécharger ce fichier.</a>

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

Le protocole décrit ici vise à mesurer le diamètre hydrodynamique des nanoparticules sphériques, plus particulièrement les nanoparticules d’or, dans un média aqueux au moyen de l’analyse de suivi des nanoparticules (NTA). Ce dernier consiste à suivre le mouvement des particules en raison du mouvement brownien et à mettre en œuvre l’équation Stokes-Einstein pour obtenir le diamètre hydrodynamique.

Analyse du suivi des nanoparticules d’or dans les médias aqueux par le biais d’une comparaison inter-laboratoire

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