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

Forfatterne anerkjenner økonomisk støtte fra H2020-finansiert prosjekt: ACEnano (Grant Agreement no 720952). Dette arbeidet ble også delvis støttet av International Cooperative R&D Program finansiert av Ministry of Trade, Industry, and Energy of Korea (tilskuddsnummer N053100009, "Horizon2020 Kor-EU samarbeids-R&BD på ACEnano Toolbox") som gjorde det mulig å delta av de koreanske partnerne i konsortiet til Horizon 2020 ACEnano Project.

Metodikken som er beskrevet her ble brukt til tredje runde av interlaboratoriesammenligningene.
1. Prøve forberedelse
<ol><li>Filtrer vann gjennom et sprøytefilter på 0,02 μm. Vannfiltrering er nødvendig for å fjerne eventuelle kontamineringspartikler før du bruker den til prøvefortynning.</li>
	<li>For å analysere en nylaget prøve, fortynne en prøve på 60 nm gull kolloid dispersjon volumetrically med en faktor på 50 i filtrert ultrapure vann. Den foreslåtte konsentrasjonen for NTA-analyse er 1 x 107 – 1 x10 9 partikler per ml.</li>
</ol>2. Utføre målingen
<ol><li>Slå på systemet<ol>
<li>Koble til NTA-instrumentet, sprøytepumpen og datamaskinen. Slå på maskinvaren og programvaren. Den tilknyttede programvaren (se Materials tabell)sikrer at all maskinvarekommunikasjon kjører og at en live temperaturavlesning vises.</li>
		<li>Fjern lasermodulen fra NTA og bruk et vev og trykkluft helt tørke glassflatene og lavt volum strømningscelle (LVFC) interne kanaler, rør og fluidiske porter.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Priming slangen<ol>
<li>Skyll innløpsvæskeslangen med ultrarent vann for å fjerne partikler og redusere sannsynligheten for luftbobler som vil forstyrre målinger. For skylling plasseres enden av innløpsslangen inne i instrumenthuset i en avfallsbeholder.</li>
		<li>Sett inn en 1 ml sprøyte (uten kanyle) filtrert vann i Luer-porten og skyv ~900 μL væske gjennom innløpsslangen så fort baktrykket tillater det. La sprøyten inneholde den gjenværende væsken festet for å hindre at syphoning.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Tilkobling av sprøytepumperør<ol>
<li>Monter LVFC på lasermodulen for å lage prøvekammeret som vist i figur 1. Fest utløpsslangen til høyre sideport på LVFC. MERK: Innløps- og utløpsslangen er forskjellige i diameter, og innløpet er mindre i diameter enn uttaket. Bytte av innløpsrørtilkoblingen kan føre til at strømningscellen trykkes over og lekker.</li>
		<li>Koble sprøyten fra innløpsslangen og byr etter en ny sprøyte som inneholder 1 ml filtrert vann, noe som sikrer væske-til-væske-kontakt. Koble innløpsslangen til venstre port på LVFC. Sakte innføre ~ 500 μL væske i prøvekammeret. Pass på at det ikke blir introdusert luftbobler under lasting. Den endelige rørkonfigurasjonen vises i Figur 2.</li>
	</ol>
</li>
</ol><img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61741/61741fig1v2.jpg"> Figur 1: Lav volum flow celle montering montert på lasermodul. 
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61741/61741fig02.jpg"> Figur 2: Konfigurasjon av lav volumflytceller. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61741/61741fig02large.jpg" target="_blank">Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.</a>
<ol start="4"><li>Lasermodullasting og systemkontroll<ol>
<li>Sett lasermodulen med den vannfylte LVFC inn i instrumentet og lås på plass.</li>
		<li>Plasser sprøyten i sprøytepumpeholderen og fest den. Initialiser kameraet ved å klikke på Start kamera i programvaregrensesnittet. I kategorien Maskinvare i grensesnittet klikker du på Scatter for å flytte referanseposisjonen.</li>
		<li>Sett kameranivået til 16, og juster fokuset manuelt for å kontrollere fortynningsmiddelet for partikler. Juster synsfeltet ved å klikke på hovedvisningsvinduet og bruke musen til å dra opp og ned for å se etter partikler. Hvis det er mer enn tre partikler i synsfeltet, innebærer dette et problem med vannrensen eller rengjøringsprosessen, og derfor må rengjøringsprosessen gjentas eller vannet må skiftes ut eller filtreres.</li>
		<li>Fjern lasermodulen fra instrumentet.</li>
		<li>Koble sprøyten fra innløpsslangen og skift den ut med en sprøyte kun full av luft. Sakte introdusere luften i prøvekammeret for å fjerne væsken inne. Fjern LVFC fra lasermodulen og koble fra slangene. Rengjør glassflatene til LVFC og optisk glass i lasermodulen med vann og tørk med vev og trykkluft. Tørk slangen med trykkluft. Monter LVFC igjen på lasermodulen og koble slangen, klar for prøvelasting. MERK: Dette trinnet er ikke alltid nødvendig, men i dette tilfellet ble det lagt til som en ekstra forholdsregel for å ytterligere redusere eventuell variasjon.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Legge i prøve<ol>
<li>Gjenta trinn 2.2.2. Koble en sprøyte som inneholder 1 ml av 60 nm gull nanopartikler dispersjon gjort i trinn 1.1 til Luer-porten. Injiser sakte 750 μL av prøven i LVFC via innløpsslangen med lasermodulen som vises utenfor instrumentet for å sikre at det ikke blir introdusert bobler.</li>
		<li>Last lasermodulen tilbake til NTA-instrumentet og initialiser kameraet ved å klikke på Start kamera i programvaregrensesnittet. Klikk Punktsett i kategorien Maskinvare i grensesnittet for å flytte til referansefokusposisjonen, kontroller at dette er riktig angitt for å gi et klart bilde av partiklene.</li>
		<li>Kontroller at synsfeltet er satt sentralt med hensyn til laserstråleposisjonen. Juster deretter ved å klikke på hovedvisningsvinduet i programvaren og musen som drar opp og ned.</li>
		<li>Kjør AutoSetup-funksjonen for å optimalisere fokus- og kameranivået automatisk for å sikre at den optimale bildekvaliteten oppnås. MERK: De automatiske kamera- og fokusparametrene gir mer konsistens blant de ulike laboratoriene, siden dette er brukeruavhengig.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Eksempelanalyse<ol>
<li>Opprett et måleskript i Standardmåling, SOP-fanen, for å få 5 gjentatte videoer på 60 s under langsom (partikler skal passere over fra den ene siden av skjermen til den andre i ca. 10 s) og konstant flyt (Tilleggsfil 1). MERK: Flyt anbefales for å sikre en bedre representasjon av den samlede prøven for måling. Presisjon og repeterbarhet av konsentrasjonsmålinger forbedres betydelig når en langsom strømning formidles på prøven for å sikre at et større antall nye partikler strømmer gjennom målesonen og analyseres under et eksperiment. Videolengden avhenger av profilfordelingen og hvor variabel den er over analysetiden. 5 videoer på 60 s anses som en typisk målevarighet.</li>
		<li>Angi navnet på eksperimentfilen og plasseringen for dataene, og start kjøringen. Analysen etter den skisserte prosedyren ble utført av de syv laboratoriene i Horizon 2020 ACEnano-prosjektet17.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. Dataanalyse
MERK: All dataanalyse ble gjort i v 3.4-programvaren (se Materials tabell), brukes ingen ekstra manuelle konverteringer eller beregninger. Partikkelstørrelsesdataene presenteres i rå form som en histogrammefordeling og beregnes ut fra den målte endringen i partikkelens posisjon ved hjelp av Stokes-Einstein-ligningen. Programvaren bestemmer den gjennomsnittlige avstanden flyttet av hver partikkel i x og y fly. Denne verdien gjør at partikkeldiffusjonskoeffisienten (D) bestemmes av hvilken, hvis prøvetemperaturen T og løsemiddelviskositet η er kjent, kan tilsvarende sfærisk hydrodynamisk radius, RH, av partiklene beregnes. Temperaturen på prøven registreres automatisk av NTA. Standard prøveviskositet som brukes av programvaren er for vann og er inkludert i måleskriptet vist ovenfor, selv om viskositeten kan endres av brukeren når forskjellige prøvediluepter brukes, enten før eller etter at målingen er tatt.
<ol><li>Angi deteksjonsterskelen (DT) ved å dra glidebryteren eller klikke på knappene + og - i programvaren under Detection Threshold, som er analyseparameteren for optimal sporing av de visualiserte partiklene, mellom 2 og 20. Kontroller at DT-verdien som er valgt, identifiserer og sporer så mange synlige partikler som mulig (merket automatisk som røde kryss på skjermbildet for programvarebilde).<ol>
<li>Som veiledning for å sette deteksjonsterskelen, bør antall identifiserte partikler i et bilde være i området ca. 30-80 der ikke mer enn 10 røde kors skal tilsvare steder som ikke anses å være partikler av observatøren. Det bør ikke være mer enn 5 blå kors (indikerer støy) observert.</li>
	</ol>
</li>
</ol><img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61741/61741fig03.jpg"> Figur 3: Terskelinnstillingsobservasjoner. En dårlig (venstre) og god (høyre) deteksjonsterskelinnstilling observasjon. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61741/61741fig03large.jpg" target="_blank">Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.</a>
<ol start="2"><li>Behandle analysevideoene for partikkelsporing automatisk ved å trykke på Prosess-knappen i programvaren. La alle behandlingsparameterne være satt til automatisk og eksportere dataene som en resultatfil i .csv format med full partikkelstørrelsesfordeling og flere metadata som beskriver måleoppsettet. Hvis du vil kontrollere målekvaliteten, kan du se kategorien Analyser i programvaren eller se etter .csv for advarsler eller varsler. Et eksempel på PDF-resultatrapporten vises i tilleggsfil 2.
</li>
	<li>Les resultatene for modusstørrelse og tilhørende standardavvik fra PDF-rapporten. MERK: Resultatene for modusstørrelse ble brukt til å sammenligne størrelsene som er oppnådd blant de syv laboratoriene og vises og diskuteres i avsnitt 5.</li>
</ol>4. Rengjøring og tørking
<ol><li>Etter bruk, skyll systemet grundig med rent vann for å fjerne alle spor av prøve fra slangen og optiske overflater. Rengjøringseffektiviteten kan overvåkes ved observasjon av mengden partikler i synsfeltet.</li>
	<li>Fjern lasermodulen fra NTA-instrumentet.</li>
	<li>Legg en sprøyte med luft gjennom systemet for å tømme slangen og 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>

Forfatteren Jo Sullivan, Agnieszka Siupa, Pauline Carnell-Morris og Michele Carboni er ansatte i Malvern Panalytical Ltd. som produserer instrumenter som brukes i denne artikkelen.

De inkonsekvente resultatene fra Runde 1 ILC understreket behovet for instrumenthelsekontroller for eldre systemer, samt utviklingen av en mer detaljert SOP, behovet for praktisk opplæring og en bedre forståelse av måle- og analyseinnstillinger for å sikre mer konsistente resultater på tvers av de ulike laboratoriene. Faktisk fant Hole et al. at fraværet av delte retningslinjer for hvordan du bruker et NTA-system og forberede prøver resulterte i variasjon på tvers av laboratorier selv for relativt monodispede prøver16. Derfor deltok alle ILC-deltakere på et opplæringsverksted som dekker de beste praksisene for systemdrift og måleforhold, samt rengjørings- og vedlikeholdsveiledning for det spesifikke NTA-instrumentet. Alle deltakerne utførte også målinger på samme instrument i sine egne laboratorier for de påfølgende ILC-rundene. Prosedyren involverte først en runde som testet systemet lokalt i hvert laboratorium ved å kjøre et ILC på lateksstandardprøver (ILC Runde 2), før de ble brukt av partnerne til å gjenta gullmålingene (ILC Runde 3). Målet med å måle disse gullprøvene ved hjelp av NTA var å introdusere tillit og klarhet i nanomateriale risikovurderingsmetoder og praksis som trengs for å påvirke nanosikkerhetsveiledningsprotokoller.
NTA er en teknikk som kan måle den hydrodynamiske sfæriske ekvivalentdiameteren av partikler og kan brukes til partikkel ved partikkel, sanntids visuell analyse av polydispede systemer fra 10 nm – 50 nm, til ca. 1000 nm i størrelse (avhengig av prøveegenskapene og instrumentkonfigurasjonen). Minimal prøveforberedelse er nødvendig. Til tross for minimal prøveforberedelse er dette trinnet avgjørende for protokollen, og det bør tas stor forsiktighet når du fortynner en prøve og velger et fortynningsmiddel. Form kan være en begrensende faktor med hensyn til NTA som sfæriske tilsvarende størrelsesmålinger oppnås og ikke-sfæriske partikler vil ha en mindre nøyaktig størrelsesverdi.
For NTA-teknologi er det alltid noe resultatvariasjon som alltid forventes, da bare et representativt utvalg observeres fra hele prøven. Uansett oppfyller alle resultatene ISO 19430-standarden for partikkelstørrelse. Den optimale konsentrasjonen å gi er vanligvis rundt 108 partikler/ ml innen en 30-60 sekunders analysetid. For prøver med lavere partikkelkonsentrasjoner vil det være nødvendig med lengre analysetider for å sikre reproduserbare resultater. For prøver som inneholder en konsentrasjon av partikler som er større enn 109 partikler/ml, er det større sannsynlighet for å spore problemer, og prøver må fortynnes ned til et egnet område for NTA-måling.
Samlet sett viser resultatene fra 3rd Round ILC god reproduserbarhet av gull nanopartikkelmålinger med NTA med økt nøyaktighet og repeterbarhet. Alle NTA-målinger ble utført ved hjelp av automatisk kameranivå og fokusinnstillinger for å justere bildet, som valgt av funksjonen Automatisk oppsett i programvaren. Kameranivået satt av programvaren var svært konsistent, med et kameranivå på 10 eller 11 som angis i alle tilfeller som viser at som forventet, jo mer automatisering en prosess inkluderer mer konsistens oppnås. Størrelsesresultatene var sammenlignbare med de som ble oppnådd av produsenten ved hjelp av TEM som indikerer at resultatene var reproduserbare, men minimale forskjeller forventes fra forskjellige teknikker siden TEM ikke bestemmer den hydrodynamiske diameteren. Den betydelige forbedringen i konsistensen av resultatene viser viktigheten og fordelene ved instrumentvedlikehold, detaljerte, beste praksisoppdateringer, brukerkunnskap og anvendt måleautomatisering for NTA. Til slutt validerte ILC denne spesifikke NTA SOP og introduserte dermed tillit og klarhet i denne spesifikke nanomaterialrisikovurderingsmetoden.

Nanomaterialer (NMs) kan variere i både fysiske og kjemiske egenskaper som igjen påvirker deres atferd, stabilitet ogtoksisitet 1,2,3,4,5. En av de store vanskelighetene, når man utvikler en grundig forståelse av NM-egenskaper, farer og atferd, er evnen til å skaffe reproduserbar informasjon om fysiske og kjemiske nanomaterialer. Eksempler på slike fysiske egenskaper inkluderer partikkelstørrelse ogstørrelsesfordeling 6,7,8. Dette er viktige parametere, da de er et sentralt aspekt ved Europakommisjonens (EC) definisjon av begrepet "nano"9.
Å oppnå nøyaktige målinger av partikkelstørrelse er også avgjørende for mange ulike industrielle og forskningsapplikasjoner og prosesser i tillegg til å forstå skjebnen og toksisitetseffektene til NMs6,10. Det er viktig å ha veletablerte metoder som er i stand til å måle nøyaktig, pålitelig og reprodusere størrelsen på NMs. Videre bør rapportert informasjon gi dyp forståelse av teknikken som brukes, for eksempel angi type størrelsesparameter (f.eks. faktisk størrelse eller hydrodynamisk størrelse) samt prøvebetingelsen, for eksempel det spesifikke mediet der NM er til stede, og for metoden for å utføre pålitelig i forskjellige medier. For å måle størrelsen kan en rekke teknikker brukes, inkludert elektronmikroskopi (EM), dynamisk lysspødning (DLS), enkeltpartikkel induktivt sammenlignet plasmamassespektrometri (spICP-MS), differensial sentrifugalsedimentering (DCS), skanning av sondemikroskopi (SPM), småvinklet røntgenspøningsanalyse (SAXS) og nanopartikkelsporingsanalyse (NTA).
NTA er en relativt ny teknologi som har vært godt avansert de siste årene og har vist seg å måle den hydrodynamiske diameteren til sfæriske NMs i komplekse vandige medier som de med miljørelevans, for eksempel ferskvannssystemer. Den hydrodynamiske diameteren er "størrelsen på en hypotetisk hard sfære som sprer seg på samme måte som partikkelens måles"11; i praksis og i vandige medier beskriver dette en diameter større enn selve partikkelen, som også inkluderer et lag av molekyler (for det meste vann) som holdes på overflaten av partikkelen av svake elektrostatiske krefter. Den hydrodynamiske diameteren til en partikkel vil variere i forskjellige medier, og blir mindre etter hvert som den ioniske styrken i mediene der den måles blir høyere.
Et annet viktig trekk ved NTA-teknikken er at det gjør det mulig for analytikeren å oppnå tallvektede størrelsesmålinger, som kreves i sammenheng med EC nanomaterialedefinisjonen. Høy oppløsning, partikkel-for-partikkelanalyse gjør denne teknikken mindre utsatt for forstyrrelser forårsaket av agglomerater eller større partikler når den finnes i en heterogen testprøve med høy partikkelgjennomstrømning10,12.
Måleprosedyren består av å forberede en passende suspensjon av prøven, som ofte krever prøvefortynning, etterfulgt av videoopptak av partiklenes Brownian bevegelsesatferd og videoanalyse. Fra prøvekammeret blir en laserstråle passert, og suspensjonspartiklene i banen til laserstrålen sprer lys som fører til visualiseringen ved hjelp av et optisk mikroskop med et montert kamera. Kameraet fanger en videofil av det spredte laserlyset fra partiklene som beveger seg under Brownian-bevegelse. Mange partikler kan spores individuelt for å bestemme deres diffusjonskoeffisienter og deres hydrodynamiske diametre kan beregnes ved hjelp av Stokes-Einstein-ligningen: d = kT/3πηD der d er den hydrodynamiske diameteren, k er Boltzmann konstant, T er temperaturen, η er viskositeten og D er diffusjonskoeffisienten10. NTA kan også brukes til å spore aggregeringsatferden til partikler som generelt er kolloidalt ustabile (partiklene må imidlertid være kolloidalt stabile over måletidsskalaen)13,14. NTA er en absolutt metode, og det kreves ingen systemkalibrering på instrumentet som brukes i dette arbeidet. Hvis brukerne ønsker å sjekke systemytelsen, kan dette enkelt gjøres ved å måle størrelse standardmaterialer så ofte som ønsket.
NTA-instrumentet er enkelt å betjene med rask analysetid (under 10 min per prøve). For målinger av høy kvalitet med god datare repeatabilitet og reproduserbarhet, bør en rekke faktorer vurderes både i prøveforberedelse og i instrumentdrift. Hvis slike faktorer ikke vurderes nøye, kan målinger på samme materiale på tvers av ulike laboratorier og operatører være gjenstand for ukjente eller dårlig kvantifisert usikkerhet. Under NP karakterisering, ved hjelp av beste praksis in-house utviklet SOPs garanterer ikke alltid konsistens med andre laboratorier, som vist av Roebben et al. for DLS teknikk15.
Faktisk viste en tidlig (første runde) NTA ILC mellom ulike laboratorier, brukere og instrumenter inkonsekvente resultater. Et av hovedproblemene var bruk av ulike eldre eldre instrumenter som ikke hadde hatt regelmessige tjenester eller kalibreringskontroller, samt forskjeller i metodetolkning. En NTA ILC studie av Hole et al. fant at med fravær av felles retningslinjer for hvordan du bruker et system og forberede prøver, kan variabilitet på tvers av laboratorier være stor selv for relativt monodispede prøver16. Dette sammen med resultatene fra første runde av ILC understreker behovet for godt instrumentvedlikehold samt metodeopplæring og velutviklede standard driftsprosedyrer (SOPer). Sistnevnte fungerer som et kraftig verktøy for å beskrive og dokumentere overholdelse av god praksis. Hvis godt detaljerte, standard driftsprosedyrer (SOPer) kan tilby klarhet, forklaring, forståelse, standardisering og kvalitetssikring.
Anbefalingen for å vedta en ILC-studie er derfor ideell for både utvikling og testing av protokoller16. ILC-øvelsen handlet for å validere denne spesifikke NTA SOP og introduserte dermed tillit og klarhet i denne spesifikke nanomaterialrisikovurderingsmetoden. Det involverte tre runder. Runde 1 analyserte 60 nm gull nanopartikler på hver deltakers egne instrumenter før trening. Runde 2 involverte å analysere 100 nm latex ved hjelp av et nytt instrument med felles konfigurasjon som en enkel test for å fastslå at instrumentet ble satt opp riktig og brukerne hadde god kunnskap om hvordan de skulle bruke instrumentet. Runde 3 involverte analysen av 60 nm gull nanopartikler på det nye instrumentet med felles konfigurasjon, etter trening. Deltakerne i ILC kom fra syv forskjellige laboratorier, alle konsortiummedlemmer av Horizon 2020 ACEnano-prosjektet17.
Målet med denne artikkelen er å diskutere metoden og resultatene fra en tredje runde med benchmarking for NTA-teknologien der 60 nm gull-NPer ble analysert på nytt av syv partnere etter detaljert opplæring og SOP-utvikling. Sammenligning og referanse til resultatene oppnådd i første runde av ILC vil også bli gjort. Alle analyser fra runde 3 av ILC ble utført ved hjelp av samme instrument (se Materials tabell) av identisk konfigurasjon levert med en 405 nm laser og et høysensitivt sCMOS-kamera. Benchmarking vurderer teknologiens ytelse på prøver og fører dermed til utvikling av "beste praksis" protokoller. Dermed deler denne artikkelen også og gjør NTA-metoden for instrumentet som brukes i dette ILC tilgjengelig for det vitenskapelige samfunnet, da det har blitt harmonisert via å gjennomføre og evaluere ILCs i henhold til internasjonale standarder.

<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

Innen nanoteknologi spiller analytisk karakterisering en viktig rolle i å forstå atferden og toksisiteten til nanomaterialer (NMs). Karakterisering må være grundig og teknikken som velges, skal være godt egnet til egenskapen som skal bestemmes, materialet som analyseres og mediet der det er tilstede. Videre må instrumentdriften og metodikken være godt utviklet og tydelig forstått av brukeren for å unngå datainnsamlingsfeil. Eventuelle avvik i den anvendte metoden eller prosedyren kan føre til forskjeller og dårlig reproduserbarhet av innsytne data. Dette papiret tar sikte på å klargjøre metoden for å måle den hydrodynamiske diameteren av gullnanopartikler ved hjelp av Nanopartikkelsporingsanalyse (NTA). Denne studien ble utført som en inter-laboratoriesammenligning (ILC) blant syv forskjellige laboratorier for å validere standard driftsprosedyrens ytelse og reproduserbarhet. Resultatene fra denne ILC-studien avslører viktigheten og fordelene ved detaljerte standard driftsprosedyrer (SOPer), beste praksisoppdateringer, brukerkunnskap og måleautomatisering.

Runde 1 ILC-resultatene ved hjelp av ulike NTA-instrumentkonfigurasjoner vises i figur 4. Med unntak av Lab 6 var repeterbarheten mellom 5-opptaksg repeatene gode, men flere laboratorier registrerte en modusstørrelse høyere enn forventet. Lab 6-resultatene viste dårlig repeterbarhet og en mye høyere modusstørrelse målt. Etter undersøkelsen ble det funnet at systemene som rapporterte store størrelsesvariasjoner enten ikke ble opprettholdt som anbefalt, eller analysen ble påvirket av inkonsekvens i prøveforberedelsen der fortynningstrinnet kan skape variasjon forårsaket av forskjellig pipetteringsutstyr, brukerdrift og teknikk, og / eller måling satt opp, inkludert flytcellen som ikke er ren, feil kameranivå som brukes, bildet ikke blir fokusert riktig, og sette analysen Threshold Detection feil.
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61741/61741fig4v2.jpg"> Figur 4: Resultater fra ILC Runde 1 Modusstørrelse. Modusstørrelse resultater fra alle NTA benchmarking partnere for Runde 1 60 nm gull nanopartikkel dispersjon utført på forskjellige NTA instrumenter (som forkortet i x aksen).
NTA-resultatnøyaktigheten fra runde 3 ble forbedret av alle laboratoriene som implementerte de samme SOP- og instrumentinnstillingene. Modusstørrelsesresultatene som er oppnådd for denne ILC Runde 3, kan ses i figur 5. Gjennomsnittlig modus på tvers av alle laboratorier var 62,02 ± 1,97 nm. Alle målte resultater fra runde 3 var mer konsistente enn resultatene i første fase, og resultatene falt godt innenfor 10 % av gjennomsnittsstørrelsen på 60,5 nm for partiet som angitt av produsenten. Variasjonskoeffisienten for gullprøvene som ble oppgitt av produsenten, var ≤8%.
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61741/61741fig5v2.jpg"> Figur 5: Resultater fra ILC Runde 3 Modusstørrelse. Modusstørrelse resultater fra alle NTA benchmarking partnere for 60 nm gull ILC Runde 3 analysert på samme NTA instrument. Gjennomsnittlig modus på tvers av alle laboratorier var 62,02 ± 1,97 nm.
For å verifisere partikkelstørrelsen, som levert av produsenten, ble et lite antall (N = 82) av partikler analysert av Transmission Electron Microscopy (TEM). Omtrent 10 μl av den ufortynnede spredningen ble dråpestøpt på et karbonbelagt Cu TEM-rutenett og tørket i luft før avbildning i en analytisk TEM ved 200 kV. Bilder som supplerende figur 1 ble hentet fra områder med minimal partikkeloverlapping og analysert ved hjelp av en halvautomatisk bildeanalyseprosess. En automatisk vassdragsmetode ble brukt på separate partikler og gjenstander av denne prosessen ble utelukket, så vel som på kantpartikler18. Gjennomsnittlig diameter ble beregnet enten som gjennomsnitt fra den store og mindre aksen (61 ± 7 nm) eller som en konvertering fra det målte området (62 ± 6 nm) forutsatt sfæriske partikler. Partikler ser for det meste ut til å være sfæriske med et gjennomsnittlig sideforhold på 1,1. TEM-resultatene viser en litt høyere diameter enn produsentens verdi (60,5 nm), men er innenfor toleransenivået. I tillegg er det en veldig god avtale med NTA avledet verdi av hydrodynamisk diameter.
Tilleggstall 1: TEM-bilde av 60 nm gull nanopartikler. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/61741/61741supfig01.jpg" target="_blank">Vennligst klikk her for å laste ned dette tallet.</a>
Tilleggsfil 1: Måleskript. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/61741/Measurement_script.docx" target="_blank">Vennligst klikk her for å laste ned denne filen.</a>
Tilleggsfil 2: Eksempel på PDF-resultatrapport. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/61741/PDF_results_report.pdf" target="_blank">Vennligst klikk her for å laste ned denne filen.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Nanoparticle Tracking Analysis of Gold Nanoparticles in Aqueous Media through an Inter-Laboratory Comparison at JoVE.com

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

Protokollen som er beskrevet her tar sikte på å måle den hydrodynamiske diameteren av sfæriske nanopartikler, mer spesifikt gullnanopartikler, i vandige medier ved hjelp av Nanopartikkelsporingsanalyse (NTA). Sistnevnte innebærer å spore bevegelsen av partikler på grunn av Brownian bevegelse og implementere Stokes-Einstein ligningen for å oppnå den hydrodynamiske diameteren.

Nanopartikkelsporingsanalyse av gull nanopartikler i vandige medier gjennom en inter-laboratoriesammenligning

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

Research

JoVE Journal

Chemistry

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 ...

A Simple Method for the Size Controlled Synthesis of Stable Oligomeric Clusters of Gold Nanoparticles under Ambient Conditions

En enkel metode for størrelsen Kontrollert Syntese av Stabile Oligomere Klynger av gull nanopartikler under omgivelses

Reducing dilute aqueous HAuCl4 with sodium thiocyanate (NaSCN) under alkaline conditions produces 2 to 3 nm diameter nanoparticles. Stable grape-like ...

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

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

En optimalisert Protokoll for effektiv Radiomerking av gull nanopartikler ved hjelp av en<sup&gt; 125</sup&gt; I-merket Azid Prosthetic 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

Væske-celle overføring elektronmikroskop for sporing selvstendig montering av nanopartikler

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

Rapid Nanoprobe Signal Enhancement by In Situ Gold Nanoparticle Synthesis

Rask Nanoprobe Signal forsterkning av i Situ gull hydrogenion syntese

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

Heterogen fjerning av vannløselige Ruthenium olefiner Metathesis Catalyst vandige Media Via Host-gjest interaksjon

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

Syntese og karakterisering av Amfifile Gold nanopartikler

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

Gullet Nanopartikkel modifisert karbon fiber Microelectrodes for forsterket nevrokjemiske oppdagelsen

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

Syntese av Aptamer-PEI-g-PEG Modifisert Gull Nanopartikler Lastet med Doxorubicin for målrettet legemiddellevering

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

Forberedelse av nanopartikler for ToF-SIMS og XPS-analyse

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