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

Os autores reconhecem o apoio financeiro do projeto financiado pelo H2020: ACEnano (Grant Agreement nº 720952). Este trabalho também foi parcialmente apoiado pelo Programa Internacional de P&D Cooperativo financiado pelo Ministério do Comércio, Indústria e Energia da Coreia (número de subvenção N053100009, "Horizon2020 Kor-EU colaborativo R&BD on ACEnano Toolbox") que possibilitou a participação dos parceiros coreanos no consórcio do Horizon 2020 ACEnano Project.

A metodologia aqui descrita foi utilizada para a terceira rodada das comparações intersetórios.
1. Preparação da amostra
<ol><li>Filtrar a água através de um filtro de seringa de 0,02 μm. A filtragem da água é necessária para remover quaisquer partículas de contaminação antes de usá-la para diluição amostral.</li>
	<li>Para analisar uma amostra recém-preparada, diluir uma amostra de dispersão coloide de ouro de 60 nm volumetricamente por um fator de 50 em água ultrapura filtrada. A concentração sugerida para análise de NTA é de 1 x 107 – 1 x 109 partículas por mL.</li>
</ol>2. Realizar a medição
<ol><li>Ligando o sistema<ol>
<li>Conecte o instrumento NTA, a bomba de seringa e o computador. Ligue o hardware e o software. O software associado (ver Tabela de Materiais) garante que todas as comunicações de hardware estejam em execução e que uma leitura de temperatura ao vivo seja exibida.</li>
		<li>Remova o módulo laser da NTA e usando um tecido e ar comprimido seque completamente as superfícies de vidro e os canais internos da célula de baixo volume (LVFC), tubos e portas fluidas.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Escorraçando o tubo<ol>
<li>Enxágüe o tubo fluido de entrada com água ultrauso para remover quaisquer partículas e reduzir a probabilidade de bolhas de ar que interfeririam nas medições. Para enxaguar, a extremidade da tubulação de entrada dentro do invólucro do instrumento é colocada em um recipiente de resíduos.</li>
		<li>Insira uma seringa de 1 mL (sem agulha) de água filtrada na porta Luer e empurre ~900 μL de líquido através da tubulação de entrada tão rápido quanto a pressão traseira permite. Deixe a seringa contendo o líquido restante ligado para evitar qualquer sinfonia.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Conexão de tubulação de bomba de seringa<ol>
<li>Monte o LVFC no módulo laser para criar a câmara de amostra, como visto na Figura 1. Conecte a tubulação de saída à porta lateral direita do LVFC. NOTA: A entrada e a tubulação de saída são diferentes em diâmetros, com a entrada sendo menor de diâmetro do que a saída. A troca da conexão de tubo de saída de entrada pode causar sobre a pressão da célula de fluxo e o vazamento.</li>
		<li>Desconecte a seringa da tubulação de entrada e troque por uma nova seringa contendo 1 mL de água filtrada, garantindo contato líquido-líquido. Conecte a tubulação de entrada à porta esquerda do LVFC. Introduza lentamente ~500 μL de fluido na câmara de amostra. Tome cuidado para garantir que nenhuma bolha de ar seja introduzida durante o carregamento. A configuração final do tubo é mostrada na Figura 2.</li>
	</ol>
</li>
</ol><img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61741/61741fig1v2.jpg"> Figura 1: Montagem de célula de fluxo de baixo volume montada no módulo laser. 
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61741/61741fig02.jpg"> Figura 2: Configuração de tubulação de célula de fluxo de baixo volume. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61741/61741fig02large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<ol start="4"><li>Carregamento de módulo laser e verificação do sistema<ol>
<li>Insira o módulo laser com o LVFC cheio de água no instrumento e bloqueie no lugar.</li>
		<li>Coloque a seringa no berço da bomba de seringa e proteja. Inicialize a câmera clicando em Start Camera na interface de software. Na guia Hardware da interface, clique em Dispersar para mover a posição de referência.</li>
		<li>Ajuste o nível da câmera para 16 e ajuste o foco manualmente para verificar se há partículas em diluídas. Ajuste o campo de visão posição pela esquerda clicando na janela de visualização principal e usando o mouse para arrastar para cima e para baixo para verificar se há partículas. Se houver mais de três partículas no campo de visão, isso implica um problema com a pureza da água ou o processo de limpeza e, portanto, o processo de limpeza precisa ser repetido ou a água precisa ser substituída ou filtrada.</li>
		<li>Remova o módulo laser do instrumento.</li>
		<li>Desconecte a seringa da tubulação de entrada e substitua-a por uma seringa cheia de ar. Introduza lentamente o ar na câmara de amostra para remover o líquido dentro. Remova o LVFC do módulo laser e desconecte as tubulações. Limpe as superfícies de vidro do LVFC e vidro óptico do módulo laser com água e seque com tecido e ar comprimido. Seque a tubulação com ar comprimido. Remonte o LVFC no módulo laser e conecte a tubulação, pronta para o carregamento da amostra. NOTA: Este passo nem sempre é necessário, no entanto, neste caso foi adicionado como precaução extra para reduzir ainda mais qualquer possível variação.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Amostra de carregamento<ol>
<li>Repita o passo 2.2.2. Conecte uma seringa contendo 1 mL das nanopartículas de ouro de 60 nm de dispersão feitas na etapa 1.1 à porta Luer. Injete lentamente 750 μL da amostra no LVFC através da tubulação de entrada com o módulo laser visualizado fora do instrumento para garantir que não sejam introduzidas bolhas.</li>
		<li>Carregue o módulo laser de volta para o instrumento NTA e inicie a câmera clicando em Câmera inicial na interface de software. Na guia Hardware da interface, clique em Dispersar para mover-se para a posição de foco de referência, verifique se isso está configurado corretamente para dar uma imagem clara das partículas.</li>
		<li>Verifique se o campo de visão está definido centralmente em relação à posição do raio laser. Ajuste de acordo clicando à esquerda na janela de visualização principal do software e do mouse arrastando para cima e para baixo.</li>
		<li>Execute a função AutoSetup para otimizar automaticamente o foco e o nível da câmera garantindo que a qualidade ideal da imagem seja alcançada. NOTA: Os parâmetros automáticos de câmera e foco permitem mais consistência entre os diferentes laboratórios, uma vez que este é independente do usuário.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Análise amostral<ol>
<li>Crie um script de medição na medição padrão, guia SOP, para obter 5 vídeos repetidos de 60 s em lentidão (as partículas devem passar de um lado da tela para o outro em aproximadamente 10 s) e fluxo constante(Arquivo Suplementar 1). NOTA: Recomenda-se que o fluxo garanta uma melhor representação da amostra global para medição. A precisão e a repetibilidade das medições de concentração são significativamente melhoradas quando um fluxo lento é transmitido na amostra para garantir que um maior número de novas partículas fluam através da zona de medição e sejam analisadas durante um experimento. O comprimento do vídeo depende da distribuição do perfil e da variável que é ao longo do tempo de análise. 5 vídeos de 60 s são considerados como uma duração de medição típica.</li>
		<li>Defina o nome do arquivo do experimento e a localização dos dados e inicie a execução. A análise após o procedimento delineado foi realizada pelos sete laboratórios do projeto Horizon 2020 ACEnano17.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. Análise de dados
NOTA: Toda a análise de dados foi feita dentro do software v 3.4 (ver Tabela de Materiais),não são utilizadas conversões ou cálculos manuais adicionais. Os dados de dimensionamento de partículas são apresentados em forma bruta como distribuição de histograma e são calculados a partir da mudança medida na posição da partícula usando a equação de Stokes-Einstein. O software determina a distância média movida por cada partícula nos planos x e y. Este valor permite determinar o coeficiente de difusão de partículas (D) a partir do qual, se a temperatura da amostra T e a viscosidade de solventes η forem conhecidas, o raio hidrodinâmico esférico equivalente, RH,das partículas pode ser calculado. A temperatura da amostra é automaticamente registrada pela NTA. A viscosidade da amostra padrão usada pelo software é para água e está incluída no script de medição mostrado acima, embora a viscosidade possa ser alterada pelo usuário quando diferentes diluentes de amostra são usados, antes ou depois da medição ser tomada.
<ol><li>Defina o limiar de detecção (DT) arrastando a barra de controle deslizante ou clicando nos botões + e - no software em Detecção Limiar, que é o parâmetro de análise para o rastreamento ideal das partículas visualizadas, entre 2 e 20. Certifique-se de que o valor DT escolhido identifique e rastreie o maior número possível de partículas visíveis (marcada automaticamente como cruzes vermelhas na tela de imagem do software).<ol>
<li>Como orientação para definir o limiar de detecção, o número de partículas identificadas em uma imagem deve estar na faixa de aproximadamente 30-80 onde não mais de 10 cruzes vermelhas devem corresponder a locais não considerados como partículas pelo observador. Não devem ser observadas mais de 5 cruzes azuis (indicativas de ruído).</li>
	</ol>
</li>
</ol><img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61741/61741fig03.jpg"> Figura 3: Observações de definição de limiar. Uma observação de configuração do limiar de detecção ruim (esquerda) e boa (direita). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61741/61741fig03large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<ol start="2"><li>Processe automaticamente os vídeos de análise de rastreamento de partículas pressionando o botão Process no software. Deixe todos os parâmetros de processamento definidos para automático e exporte os dados como um arquivo de resultados de formato .csv com a distribuição completa do tamanho da partícula e metadados adicionais descrevendo a configuração de medição. Para verificar a qualidade da medição, procure a guia Analisar no software ou verifique o arquivo de saída .csv para obter qualquer mensagem de aviso ou alerta. Um exemplo do relatório de resultados PDF é mostrado no Arquivo Complementar 2.
</li>
	<li>Leia os resultados do tamanho do modo e o desvio padrão associado do relatório PDF. NOTA: Os resultados do tamanho do modo foram utilizados para comparar os tamanhos obtidos entre os sete laboratórios e são mostrados e discutidos na Seção 5.</li>
</ol>4. Limpeza e secagem
<ol><li>Após o uso, lave o sistema completamente com água limpa para remover todos os vestígios de amostra das superfícies tubulantes e ópticas. A eficácia da limpeza pode ser monitorada pela observação da quantidade de partículas no campo de visão.</li>
	<li>Remova o módulo laser do instrumento NTA.</li>
	<li>Carregue uma seringa de ar através do sistema para esvaziar a tubulação e o 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>

A autora Jo Sullivan, Agnieszka Siupa, Pauline Carnell-Morris e Michele Carboni são funcionárias da Malvern Panalytical Ltd. que fabrica instrumentos usados neste artigo.

Os resultados inconsistentes obtidos a partir do ILC Round 1 destacaram a necessidade de verificações de saúde de instrumentos para sistemas mais antigos, bem como o desenvolvimento de um SOP mais detalhado, a necessidade de treinamento prático e uma melhor compreensão das configurações de medição e análise, de modo a garantir resultados mais consistentes nos diferentes laboratórios. Na verdade, Hole et al. descobriram que a ausência de diretrizes compartilhadas sobre como usar um sistema NTA e preparar amostras resultou em variabilidade entre laboratórios mesmo para amostras relativamente monodispersed16. Por isso, todos os participantes do ILC participaram de um workshop de treinamento abrangendo as melhores práticas para as condições de operação e medição do sistema, bem como orientações de limpeza e manutenção para o instrumento específico da NTA. Todos os participantes também realizaram medições no mesmo instrumento em seus próprios laboratórios para as rodadas subsequentes do ILC. O procedimento envolveu primeiro uma rodada que testou o sistema localmente em cada laboratório, executando um ILC em amostras padrão de látex (ILC Round 2), antes de ser usado pelos parceiros para repetir as medidas de ouro (ILC Round 3). O objetivo de medir essas amostras de ouro por meio da NTA foi introduzir confiança e clareza nos métodos e práticas de avaliação de risco nanomaterial necessários para impactar os protocolos de orientação da nanossegurança.
NTA é uma técnica que pode medir o diâmetro equivalente hidrodinâmico das partículas e pode ser usada para partícula por partícula, análise visual em tempo real de sistemas polidispersed que variam de 10 nm a 50 nm, a aproximadamente 1000 nm de tamanho (dependendo das propriedades da amostra e configuração do instrumento). É necessária uma preparação mínima da amostra. Apesar da preparação mínima da amostra, esta etapa é fundamental para o protocolo e deve-se tomar muito cuidado ao diluir uma amostra e escolher um diluído. A forma pode ser um fator limitante em relação à NTA, pois as medidas de tamanho equivalente esférico são obtidas e partículas não esféricas terão um valor de tamanho menos preciso.
Para a tecnologia NTA, espera-se sempre alguma variação de resultado, pois apenas uma amostra representativa é observada a partir de toda a amostra. Independentemente disso, todos os resultados atendem ao padrão ISO 19430 para dimensionamento de partículas. A concentração ideal para fornecer é tipicamente em torno de10 8 partículas/ml dentro de um tempo de análise de 30-60 segundos. Para amostras com concentrações de partículas mais baixas, serão necessários tempos de análise mais longos para garantir resultados reprodutíveis. Para amostras contendo uma concentração de partículas maiores que109 partículas/mL, há uma maior probabilidade de problemas de rastreamento e as amostras precisarão ser diluídas até uma faixa adequada para a medição da NTA.
No geral, os resultados da3ª Rodada ILC mostram boa reprodutibilidade das medidas de nanopartículas de ouro com NTA com maior precisão e repetibilidade. Todas as medições NTA foram realizadas usando o nível automático da câmera e as configurações de foco para ajustar a imagem, conforme selecionado pelo recurso Auto-Setup no software. O nível de câmera definido pelo software foi muito consistente, com um nível de câmera de 10 ou 11 sendo definido em todos os casos mostrando que, como esperado, quanto mais automação um processo inclui, mais consistência é alcançada. Os resultados de dimensionamento foram comparáveis aos obtidos pelo fabricante por meio do TEM indicando que os resultados eram reprodutíveis, porém são esperadas diferenças mínimas a partir de diferentes técnicas, uma vez que o TEM não determina o diâmetro hidrodinamâmico. A melhoria significativa na consistência dos resultados mostra a importância e os benefícios da manutenção do instrumento, SOPs detalhados, atualizações de práticas recomendadas, conhecimento do usuário e automação de medição aplicada para NTA. Em conclusão, o ILC validou este SOP específico da NTA e, portanto, introduziu confiança e clareza neste método específico de avaliação de risco nanomaterial.

Os nanomateriais (NMs) podem variar tanto em características físicas quanto químicas que, por sua vez, influenciam seu comportamento, estabilidade e toxicidade1,2,3,4,5. Uma das maiores dificuldades, ao desenvolver uma compreensão completa das propriedades, perigos e comportamentos de NM, é a capacidade de obter informações reprodutíveis sobre características de nanomateriais físicos e químicos. Exemplos dessas propriedades físicas incluem tamanho de partícula e distribuição de tamanho6,7,8. Estes são parâmetros importantes, pois são um aspecto fundamental da definição da Comissão Europeia (CE) do termo 'nano'9.
Alcançar medições precisas de tamanho de partículas também é fundamental para muitas aplicações e processos industriais e de pesquisa diferentes, além de entender os efeitos do destino e toxicidade das NMs6,10. É importante ter métodos bem estabelecidos capazes de medir com precisão, confiabilidade e reprodução do tamanho de NMs. Além disso, as informações relatadas devem fornecer uma compreensão profunda da técnica utilizada, por exemplo, indicar o tipo de parâmetro de tamanho (por exemplo, tamanho real ou tamanho hidrodinâmico), bem como a condição amostral, por exemplo, o meio específico em que o NM está presente, e para que o método seja realizado de forma confiável em diferentes mídias. Para medir o tamanho, uma série de técnicas podem ser utilizadas, incluindo microscopia eletrônica (EM), dispersão dinâmica de luz (DLS), espectrometria de massa de massa plasmática acoplada indutivamente (spICP-MS), sedimentação centrífuga diferencial (DCS), microscopia de sonda de varredura (SPM), dispersão de raios-X de pequeno ângulo (SAXS) e análise de rastreamento de nanopartículas (NTA).
A NTA é uma tecnologia relativamente nova que tem sido bem avançada nos últimos anos e tem se mostrado para medir de forma confiável o diâmetro hidrodinâmico de NMs esféricos em mídias aquosas complexas, como aquelas com relevância ambiental, por exemplo, sistemas de água doce. O diâmetro hidrodinâmico é "do tamanho de uma esfera dura hipotética que se difunde da mesma forma que a da partícula que está sendo medida"11; em termos práticos e em meios aquosos isso descreve um diâmetro maior do que o da própria partícula, que também inclui uma camada de moléculas (principalmente água) mantidas na superfície da partícula por forças eletrostáticas fracas. O diâmetro hidrodinâmico de uma partícula vai variar em diferentes mídias, ficando menor à medida que a força iônica da mídia em que é medida fica mais alta.
Uma característica importante adicional da técnica NTA é que permite ao analista alcançar medidas de tamanho ponderada por números, que são necessárias no contexto da definição de nanomateriais ce. A análise de partículas por partículas de alta resolução torna essa técnica menos propensa a interferências causadas por aglomerações ou partículas maiores quando presentes em uma amostra de teste heterogênea com alta taxa de rendimento de partículas10,12.
O procedimento de medição consiste na preparação de uma suspensão adequada da amostra, que muitas vezes requer diluição amostral, seguida de gravação de vídeo do comportamento de movimento browniano das partículas e análise de vídeo. A partir da câmara de amostra, um raio laser é passado, e as partículas de suspensão no caminho do raio laser espalham luz que leva à sua visualização usando um microscópio óptico com uma câmera montada. A câmera captura um arquivo de vídeo da luz laser dispersa das partículas que se movem sob o movimento browniano. Muitas partículas podem ser rastreadas individualmente para determinar seus coeficientes de difusão e seus diâmetros hidrodinâmicos podem ser calculados usando a equação de Stokes-Einstein: d = kT/3πηD onde d é o diâmetro hidrodinâmico, k é a constante boltzmann, T é a temperatura, η é a viscosidade e D é o coeficiente de difusão10. O NTA também pode ser usado para rastrear o comportamento de agregação de partículas geralmente coloidalmente instáveis (as partículas devem, no entanto, ser coloidaticamente estáveis ao longo da escala de tempo de medição)13,14. O NTA é um método absoluto e não é necessária calibração do sistema no instrumento utilizado neste trabalho. Se os usuários quiserem verificar o desempenho do sistema, isso pode ser facilmente feito medindo materiais padrão de tamanho com tanta frequência quanto desejado.
O instrumento NTA é fácil de operar com tempo de análise rápida (menos de 10 minutos por amostra). Para medições de alta qualidade com boa repetibilidade e reprodutibilidade de dados, uma série de fatores devem ser considerados tanto na preparação da amostra quanto na operação do instrumento. Se tais fatores não forem cuidadosamente considerados, as medições sobre o mesmo material em diferentes laboratórios e operadores podem estar sujeitas a incertezas desconhecidas ou mal quantificadas. Durante a caracterização do NP, o uso das melhores práticas internamente desenvolvidas soPs nem sempre garante consistência com outros laboratórios, como mostrado por Roebben et al. para a técnica DLS15.
De fato, um ILC NTA (primeira rodada) inicial entre diferentes laboratórios, usuários e instrumentos revelou resultados inconsistentes. Uma das principais questões foi com o uso de vários instrumentos legados mais antigos que não possuíam serviços regulares ou verificações de calibração, bem como diferenças na interpretação do método. Um estudo da NTA ILC da Hole et al. descobriu que, com a ausência de diretrizes compartilhadas sobre como usar um sistema e preparar amostras, a variabilidade entre laboratórios pode ser grande mesmo para amostras relativamente monodispersed16. Isso juntamente com os resultados da primeira rodada do ILC destaca a necessidade de uma boa manutenção de instrumentos, bem como treinamento de métodos e procedimentos operacionais padrão bem desenvolvidos (SOPs). Estes últimos atuam como uma ferramenta poderosa para descrever e documentar o cumprimento das boas práticas. Se bem detalhados, os procedimentos operacionais padrão (SOPs) podem oferecer clareza, explicação, compreensão, padronização e garantia de qualidade.
A recomendação para a adoção de um estudo ilc é, portanto, ideal tanto para o desenvolvimento quanto para protocolos de teste16. O exercício ILC atuou para validar este SOP nta específico e, portanto, introduziu confiança e clareza neste método específico de avaliação de risco nanomaterial. Envolveu três tiros. A 1ª rodada analisou nanopartículas de ouro de 60 nm nos próprios instrumentos de cada participante antes do treinamento. A 2ª rodada envolveu a análise de 100 nm de látex usando um novo instrumento com configuração comum como um teste simples, a fim de determinar que o instrumento foi configurado corretamente e que os usuários tinham um bom conhecimento sobre como usar o instrumento. A 3ª rodada envolveu a análise de nanopartículas de ouro de 60 nm no novo instrumento com configuração comum, após o treinamento. Os participantes do ILC vieram de sete laboratórios diferentes, todos membros do consórcio do projeto Horizon 2020 ACEnano17.
O objetivo deste artigo é discutir o método e os resultados de uma terceira rodada de benchmarking para a tecnologia NTA, onde os NPs de ouro de 60 nm foram re-analisados por sete parceiros após treinamento detalhado e desenvolvimento de SOP. Também será feita comparação e referência aos resultados obtidos na primeira rodada do ILC. Todas as análises da 3ª rodada do ILC foram realizadas utilizando-se o mesmo instrumento (ver Tabela de Materiais)de configuração idêntica fornecida com um laser de 405 nm e uma câmera sCMOS de alta sensibilidade. O benchmarking avalia o desempenho da tecnologia em amostras e, portanto, leva ao desenvolvimento de protocolos de "boas práticas". Assim, este artigo também compartilha e disponibiliza o método NTA para o instrumento utilizado neste ILC para a comunidade científica, uma vez que foi harmonizado através da condução e avaliação dos ILCs de acordo com as normas internacionais.

<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

No campo da nanotecnologia, a caracterização analítica desempenha um papel vital na compreensão do comportamento e toxicidade dos nanomateriais (NMs). A caracterização precisa ser minuciosa e a técnica escolhida deve ser adequada ao imóvel a ser determinado, o material que está sendo analisado e o meio em que está presente. Além disso, a operação e a metodologia do instrumento precisam ser bem desenvolvidas e claramente compreendidas pelo usuário para evitar erros de coleta de dados. Qualquer discrepância no método ou procedimento aplicado pode levar a diferenças e baixa reprodutibilidade dos dados obtidos. Este artigo tem como objetivo esclarecer o método para medir o diâmetro hidrodinâmico das nanopartículas de ouro por meio da Análise de Rastreamento de Nanopartículas (NTA). Este estudo foi realizado como comparação intersecicial (ILC) entre sete laboratórios diferentes para validar o desempenho e a reprodutibilidade do procedimento operacional padrão. Os resultados obtidos neste estudo do ILC revelam a importância e os benefícios dos procedimentos operacionais padrão detalhados (SOPs), atualizações de práticas recomendadas, conhecimento do usuário e automação de medição.

Os resultados do ILC round 1 usando várias configurações de instrumentos NTA são mostrados na Figura 4. Com exceção do Lab 6, a repetibilidade entre as 5 repetições de captura foi boa, mas vários laboratórios registraram um tamanho de modo maior do que o esperado. Os resultados do laboratório 6 mostraram baixa repetibilidade e um tamanho de modo muito maior medido. Após a investigação, verificou-se que os sistemas que relataram maiores variações de tamanho não foram mantidos como recomendados ou a análise foi afetada pela inconsistência na preparação da amostra pela qual a etapa de diluição pode criar variação causada por diferentes equipamentos de tubulação, operação e técnica do usuário, e/ou configuração de medição, incluindo a célula de fluxo não estar limpa, o nível errado da câmera sendo usado, a imagem não estar focada corretamente e definir o limiar de detecção de análise incorretamente.
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61741/61741fig4v2.jpg"> Figura 4: ILC Round 1 Resultados de tamanho do modo. O tamanho do modo resulta de todos os parceiros de benchmarking da NTA para a dispersão de nanopartículas de ouro round 1 60 nm realizada em diferentes instrumentos NTA (abreviados no eixo x).
A precisão do resultado nta da Rodada 3 foi melhorada por todos os laboratórios que implementam as mesmas configurações de SOP e instrumentos. Os resultados de tamanho do modo obtidos para esta ILC Round 3 podem ser vistos na Figura 5. O modo médio em todos os laboratórios foi de 62,02 ± 1,97 nm. Todos os resultados medidos da Rodada 3 foram mais consistentes do que os resultados da primeira etapa, com os resultados caindo bem dentro de 10% do tamanho médio de 60,5 nm para o lote, conforme indicado pelo fabricante. O coeficiente de variação das amostras de ouro indicadas pelo fabricante foi de ≤8%.
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61741/61741fig5v2.jpg"> Figura 5: ILC Round 3 Resultados de tamanho do modo. O tamanho do modo resulta de todos os parceiros de benchmarking da NTA para 60 nm de ouro ILC Round 3 analisado no mesmo instrumento NTA. O modo médio em todos os laboratórios foi de 62,02 ± 1,97 nm.
Para verificar o tamanho das partículas, conforme fornecido pelo fabricante, um pequeno número (N=82) de partículas foi analisado pela Transmissão de Microscopia eletrônica (TEM). Aproximadamente 10 μl da dispersão não diluída foi lançada em uma grade TEM revestida de carbono e seca no ar antes de imagem em um TEM analítico a 200 kV. Imagens como Figura Suplementar 1 foram retiradas de áreas com sobreposição mínima de partículas e analisadas por meio de um processo de análise de imagem semiautomática. Um método de bacia hidrográfica automática foi aplicado a partículas separadas e artefatos desse processo foram excluídos, bem como nas partículas de borda18. O diâmetro médio foi calculado tanto como médio a partir do eixo maior e menor (61 ± 7 nm) ou como uma conversão da área medida (62 ± 6 nm) assumindo partículas esféricas. As partículas parecem ser principalmente esféricas com uma proporção média de 1,1. Os resultados tem mostram um diâmetro ligeiramente maior do que o valor do fabricante (60,5 nm), mas estão dentro do nível de tolerância. Além disso, há um acordo muito bom com o valor derivado da NTA de diâmetro hidrodinâmico.
Figura suplementar 1: Imagem TEM de 60 nm Nanopartículas de Ouro. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/61741/61741supfig01.jpg" target="_blank">Clique aqui para baixar este número.</a>
Arquivo complementar 1: Script de medição. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/61741/Measurement_script.docx" target="_blank">Clique aqui para baixar este arquivo.</a>
Arquivo suplementar 2: Exemplo do relatório de resultados pdf. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/61741/PDF_results_report.pdf" target="_blank">Clique aqui para baixar este arquivo.</a>

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

O protocolo aqui descrito visa medir o diâmetro hidrodinâmico das nanopartículas esféricas, mais especificamente nanopartículas de ouro, em meio aquoso por meio da Análise de Rastreamento de Nanopartículas (NTA). Este último envolve rastrear o movimento das partículas devido ao movimento browniano e implementar a equação de Stokes-Einstein para obter o diâmetro hidrodinâmico.

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