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

Författarna erkänner ekonomiskt stöd från H2020-finansierat projekt: ACEnano (Bidragsavtal nr 720952). Detta arbete stöddes också delvis av det internationella kooperativa FoU-programmet som finansierades av Koreas handels-, industri- och energiministerium (bidragsnummer N053100009, "Horizon2020 Kor-EU collaborative R&BD on ACEnano Toolbox") som gjorde det möjligt för de koreanska partnerna att delta i konsortiet för Horizon 2020 ACEnano Project.

Den metod som beskrivs här användes för den tredje omgången av jämförelserna mellan laboratorier.
1. Provberedning
<ol><li>Filtrera vatten genom ett 0,02 μm sprutfilter. Vattenfiltrering är nödvändig för att avlägsna eventuella föroreningspartiklar innan du använder den för provutspädning.</li>
	<li>För att analysera ett nyberedt prov, späd ett prov på 60 nm guld kolloid dispersion volymetriskt med en faktor 50 i filtrerat ultrapurevatten. Den föreslagna koncentrationen för NTA-analys är 1 x 107 – 1 x10 9 partiklar per ml.</li>
</ol>2. Utföra mätningen
<ol><li>Slå på systemet<ol>
<li>Anslut NTA-instrumentet, sprutpumpen och datorn. Slå på maskinvaran och programvaran. Den tillhörande programvaran (se Materialförteckning) säkerställeratt all maskinvarukommunikation körs och att en avläsning av levande temperatur visas.</li>
		<li>Ta bort lasermodulen från NTA och använd en vävnad och tryckluft helt torka glasytorna och de inre kanalerna för lågvolymflödescellen (LVFC), slangar och fluida portar.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Priming av slangen<ol>
<li>Skölj inloppsvätskans slangar med ultrapurvatten för att avlägsna eventuella partiklar och minska sannolikheten för luftbubblor som skulle störa mätningarna. För sköljning placeras änden av inloppsslangen inuti instrumenthöljet i en avfallsbehållare.</li>
		<li>För in en 1 ml spruta (utan nål) filtrerat vatten i Luer-porten och tryck ~900 μL vätska genom inloppsslangen så snabbt som baktrycket tillåter. Lämna sprutan som innehåller den återstående vätskan fastsatt för att förhindra syfoning.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Anslutning till sprutpumpsrör<ol>
<li>Montera LVFC på lasermodulen för att skapa provkammaren enligt figur 1. Fäst utloppsslangen på LVFC:s högra sidoport. OBS: Inlopps- och utloppsrören är olika i diametrar, och inloppet är mindre i diameter än utloppet. Byte av inloppsröranslutning kan orsaka överpressning av flödescellen och läckage.</li>
		<li>Koppla bort sprutan från inloppsslangen och byt ut mot en ny spruta som innehåller 1 ml filtrerat vatten, vilket säkerställer vätske-till-vätskekontakt. Anslut inloppsslangen till LVFC:s vänstra port. För långsamt in ~500 μL vätska i provkammaren. Var noga med att se till att inga luftbubblor införs under lastning. Den slutliga slangkonfigurationen visas i figur 2.</li>
	</ol>
</li>
</ol><img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61741/61741fig1v2.jpg"> Bild 1: Lågvolymflödescellenhet monterad på lasermodul. 
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61741/61741fig02.jpg"> Bild 2: Konfiguration av cellrör med låg volymflöde. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61741/61741fig02large.jpg" target="_blank">Klicka här om du vill visa en större version av den här figuren.</a>
<ol start="4"><li>Lasermodulbelastning och systemkontroll<ol>
<li>Sätt in lasermodulen med den vattenfyllda LVFC i instrumentet och lås på plats.</li>
		<li>Placera sprutan i sprutpumpens vagga och säkra. Initiera kameran genom att klicka på Startkamera i programvarugränssnittet. På fliken Maskinvara i gränssnittet klickar du på Punkt för att flytta referenspositionen.</li>
		<li>Ställ in kameranivån på 16 och justera fokus manuellt för att kontrollera spädningen efter eventuella partiklar. Justera visningsfältets position genom att vänsterklicka på huvudvisningsfönstret och använda musen för att dra upp och ner för att söka efter eventuella partiklar. Om det finns mer än tre partiklar i synfältet innebär detta ett problem med vattenrenhet eller rengöringsprocess och därför måste rengöringsprocessen upprepas eller vattnet måste bytas ut eller filtreras.</li>
		<li>Ta bort lasermodulen från instrumentet.</li>
		<li>Koppla bort sprutan från inloppsslangen och byt ut den mot en spruta full med luft. För långsamt in luften i provkammaren för att avlägsna vätskan inuti. Ta bort LVFC från lasermodulen och koppla bort slangarna. Rengör glasytorna på lasermodulens LVFC och optiska glas med vatten och torka med en vävnad och tryckluft. Torka slangen med tryckluft. Sätt ihop LVFC igen på lasermodulen och anslut slangen, redo för provbelastning. OBS: Detta steg krävs inte alltid, men i detta fall lades det till som en extra försiktighetsåtgärd för att ytterligare minska eventuella variationer.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Ladda exempel<ol>
<li>Upprepa steg 2.2.2. Anslut en spruta som innehåller 1 ml av 60 nm guldnanopartiklar som är gjorda i steg 1.1 till Luerporten. Injicera långsamt 750 μL av provet i LVFC via inloppsslangen med lasermodulen sedd utanför instrumentet för att säkerställa att inga bubblor införs.</li>
		<li>Ladda tillbaka lasermodulen till NTA-instrumentet och initiera kameran genom att klicka på Startkamera i programvarugränssnittet. På fliken Maskinvara i gränssnittet klickar du på Punkt för att gå till referensfokuspositionen och kontrollerar att den är korrekt inställd för att ge en tydlig bild av partiklarna.</li>
		<li>Kontrollera att synfältet är centralt inställt med avseende på laserstrålens läge. Justera därefter genom att vänsterklicka på huvudvisningsfönstret i programvaran och musen som drar upp och ner.</li>
		<li>Kör funktionen AutoSetup för att automatiskt optimera fokus- och kameranivån så att den optimala bildkvaliteten uppnås. OBS: De automatiska kamera- och fokusparametrarna möjliggör mer konsekvens mellan de olika labben eftersom detta är användaroberoende.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Exempelanalys<ol>
<li>Skapa ett mätskript i standardmätning, SOP-fliken, för att få 5 upprepade videor på 60 s under långsamt (partiklar ska passera över från ena sidan av skärmen till den andra på cirka 10 s) och konstant flöde (Kompletterande fil 1). OBS: Flödet rekommenderas för att säkerställa att en bättre representation av det övergripande provet presenteras för mätning. Koncentrationsmätningens precision och repeterbarhet förbättras avsevärt när ett långsamt flöde förmedlas på provet för att säkerställa att ett större antal nya partiklar flödar genom mätzonen och analyseras under ett experiment. Videolängden beror på profilfördelningen och hur variabel den är över analystiden. 5 videor på 60 s anses vara en typisk mättid.</li>
		<li>Ange experimentfilens namn och plats för data och starta körningen. Analysen efter det skisserade förfarandet utfördes av de sju laboratorierna i AcEnano-projektet Horisont 202017.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. Dataanalys
OBS: All dataanalys gjordes inom v 3.4-programvaran (se Materialförteckning),inga ytterligare manuella konverteringar eller beräkningar används. Partikelstorleksdata presenteras i rå form som en histogramfördelning och beräknas utifrån den uppmätta förändringen i partikelns position med hjälp av Stokes-Einstein-ekvationen. Programvaran bestämmer det genomsnittliga avståndet som flyttas av varje partikel i x- och y-planen. Detta värde gör det möjligt att bestämma partikeldiffusionskoefficienten (D) från vilken, om provtemperaturen T och lösningsmedelsviskositeten η är kända, motsvarande sfäriska hydrodynamiska radie, RH, av partiklarna kan beräknas. Provets temperatur registreras automatiskt av NTA. Standardprovviskositeten som används av programvaran är för vatten och ingår i mätskriptet som visas ovan, även om viskositeten kan ändras av användaren när olika provspänningar används, antingen före eller efter mätningen.
<ol><li>Ställ in detekteringströskeln (DT) genom att dra skjutreglaget eller klicka på knapparna + och - i programvaran under Detekteringströskel, som är analysparametern för optimal spårning av de visualiserade partiklarna, mellan 2 och 20. Se till att det valda DT-värdet identifierar och spårar så många synliga partiklar som möjligt (markeras automatiskt som röda kors på programvarubildskärmen).<ol>
<li>Som vägledning för att fastställa detektionströskeln bör antalet identifierade partiklar i en bild ligga inom intervallet cirka 30–80, där högst 10 röda kors bör motsvara platser som observatören inte anser vara partiklar. Det bör inte finnas mer än 5 blå kors (tecken på buller) observeras.</li>
	</ol>
</li>
</ol><img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61741/61741fig03.jpg"> Figur 3: Observationer av tröskelvärden. En dålig (vänster) och bra (höger) identifieringströskelinställningsobservation. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61741/61741fig03large.jpg" target="_blank">Klicka här om du vill visa en större version av den här figuren.</a>
<ol start="2"><li>Bearbeta automatiskt partikelspårningsanalysvideorna genom att trycka på processknappen i programvaran. Lämna alla bearbetningsparametrar inställda på automatisk och exportera data som en .csv-formatresultatfil med full partikelstorleksfördelning och ytterligare metadata som beskriver mätinställningarna. För att verifiera mätkvaliteten, titta på fliken Analysera i programvaran eller kontrollera .csv-utdatafilen för eventuella varningsmeddelanden eller varningar. Ett exempel på PDF-resultatrapporten visas i kompletterande fil 2.
</li>
	<li>Läs lägesstorleksresultaten och den tillhörande standardavvikelsen från PDF-rapporten. OBS: Resultaten av lägesstorleken användes för att jämföra de storlekar som erhållits bland de sju laboratorierna och visas och diskuteras i avsnitt 5.</li>
</ol>4. Rengöring och torkning
<ol><li>Efter användning, spola systemet noggrant med rent vatten för att ta bort alla spår av prov från slangen och optiska ytor. Rengöringseffektiviteten kan övervakas genom observation av mängden partiklar inom synfältet.</li>
	<li>Ta bort lasermodulen från NTA-instrumentet.</li>
	<li>Ladda en spruta luft genom systemet för att tömma slangen och 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>

Författaren Jo Sullivan, Agnieszka Siupa, Pauline Carnell-Morris och Michele Carboni är anställda på Malvern Panalytical Ltd. som tillverkar instrument som används i denna artikel.

De inkonsekventa resultaten från ILC i omgång 1 belyste behovet av instrumenthälsokontroller för äldre system samt utvecklingen av en mer detaljerad SOP, behovet av praktisk utbildning och en bättre förståelse för mät- och analysinställningar för att säkerställa mer konsekventa resultat i de olika laboratorierna. I själva verket fann Hole et al. att avsaknaden av gemensamma riktlinjer för hur man använder ett NTA-system och utarbetar prover resulterade i variabilitet mellan laboratorier även för relativt monodisperserade prover16. Därför deltog alla ILC-deltagare i en utbildningsworkshop som omfattade bästa praxis för systemets drifts- och mätförhållanden samt rengörings- och underhållsvägledning för det specifika NTA-instrumentet. Alla deltagare utförde också mätningar på samma instrument i sina egna labb för de efterföljande ILC-omgångarna. Förfarandet omfattade först en runda som testade systemet lokalt i varje laboratorium genom att köra ett ILC på latexstandardprover (ILC omgång 2), innan det användes av partnerna för att upprepa guldmätningarna (ILC omgång 3). Syftet med att mäta dessa guldprover genom NTA var att införa förtroende och tydlighet i de nanomaterial riskbedömningsmetoder och metoder som krävs för att påverka nanosäkerhetsprotokollen.
NTA är en teknik som kan mäta partiklarnas hydrodynamiska sfäriska ekvivalenter diameter och kan användas för partikel per partikel, visuell analys i realtid av polydisperserade system från 10 nm till cirka 1000 nm i storlek (beroende på provegenskaper och instrumentkonfiguration). Minimal provberedning krävs. Trots minimal provberedning är detta steg avgörande för protokollet och stor försiktighet bör vidtas när man späder ut ett prov och väljer ett spädning. Form kan vara en begränsande faktor när det gäller NTA eftersom sfäriska motsvarande storleksmätningar erhålls och icke-sfäriska partiklar kommer att ha ett mindre exakt storleksvärde.
För NTA-teknik kan viss resultatvariation alltid förväntas eftersom endast ett representativt prov observeras från hela provet. Oavsett uppfyller alla resultat ISO 19430-standarden för partikelstorlek. Den optimala koncentrationen att tillhandahålla är vanligtvis cirka10 8 partiklar/ml inom en 30-60 sekunders analystid. För prover med lägre partikelkoncentrationer krävs längre analystider för att säkerställa reproducerbara resultat. För prover som innehåller en koncentration av partiklar över 109 partiklar/ml är sannolikheten större för spårningsproblem och prover måste spädas ned till ett lämpligt intervall för NTA-mätning.
Sammantaget visar resultaten från 3rd Round ILC god reproducerbarhet av guldnanopartiklarmätningar med NTA med ökad noggrannhet och repeterbarhet. Alla NTA-mätningar utfördes med hjälp av den automatiska kameranivån och fokusinställningarna för att justera bilden, enligt vad som valts av funktionen Automatisk installation i programvaran. Kameranivån som ställts in av programvaran var mycket konsekvent, med en kameranivå på 10 eller 11 som i alla fall visar att som förväntat, desto mer automatisering innehåller en process desto mer konsekvens uppnås. Storleksresultaten var jämförbara med dem som tillverkaren erhållit genom TEM som visade att resultaten var reproducerbara, men minimala skillnader kan förväntas från olika tekniker eftersom TEM inte bestämmer hydrodynamisk diameter. Den betydande förbättringen av resultatens enhetlighet visar vikten och fördelarna med instrumentunderhåll, detaljerade sop, uppdateringar av bästa praxis, användarkunskap och tillämpad mätautomation för NTA. Sammanfattningsvis validerade ILC denna specifika NTA SOP och införde därför förtroende och tydlighet i denna specifika nanomaterialriskbedömningsmetod.

Nanomaterial (NMs) kan variera i både fysiska och kemiska egenskaper som i sin tur påverkar deras beteende, stabilitet ochtoxicitet 1,2,3,4,5. En av de största svårigheterna, när man utvecklar en grundlig förståelse av NM-egenskaper, faror och beteenden, är förmågan att få reproducerbar information om fysiska och kemiska nanomaterialegenskaper. Exempel på sådana fysiska egenskaper är partikelstorlek ochstorleksfördelning 6,7,8. Detta är viktiga parametrar eftersom de är en nyckelaspekt i Europeiska kommissionens (EG) definition av termen nano9.
Att uppnå exakta partikelstorleksmätningar är också avgörande för många olika industriella och forskningsapplikationer och processer förutom att förstå ödet och toxicitetseffekterna av NMs6,10. Det är viktigt att ha väletablerade metoder som på ett korrekt, tillförlitligt och reproducerbart sätt kan mäta storleken på NMs. Dessutom bör rapporterad information ge en djup förståelse för den teknik som används, t.ex. ange typen av storleksparameter (t.ex. faktisk storlek eller hydrodynamisk storlek) samt provtillståndet, t.ex. För att mäta storlek kan ett antal tekniker användas, inklusive elektronmikroskopi (EM), dynamisk ljusspridning (DLS), enkelpartikel induktivt kopplade plasmamasspektrometri (spICP-MS), differentialcentrifugalsedimentering (DCS), scanningsondmikroskopi (SPM), småvinkelröntgenspridning (SAXS) och nanopartikelspårningsanalys (NTA).
NTA är en relativt ny teknik som har kommit långt under de senaste åren och som har visat sig på ett tillförlitligt sätt mäta den hydrodynamiska diametern hos sfäriska NMs i komplexa vattenhaltiga medier, t.ex. Den hydrodynamiska diametern är "storleken på en hypotetisk hård sfär som sprids på samma sätt som den partikel som mäts"11. i praktiken och i vattenhaltiga medier beskriver detta en diameter större än själva partikelns, som också innehåller ett lager av molekyler (mestadels vatten) som hålls vid partikelns yta av svaga elektrostatiska krafter. En partikels hydrodynamiska diameter varierar i olika medier och blir mindre när den joniska styrkan hos det medium där den mäts blir högre.
En annan viktig egenskap hos NTA-tekniken är att den gör det möjligt för analytikern att uppnå nummerviktade storleksmätningar, som krävs inom ramen för EG:s nanomaterialdefinition. Högupplöst, partikel-för-partikelanalys gör denna teknik mindre benägen för interferens orsakad av agglomerat eller större partiklar när den finns i ett heterogent testprov med en hög partikelgenomströmningshastighet10,12.
Mätförfarandet består i att förbereda en lämplig suspension av provet, vilket ofta kräver provutspädning, följt av videoinspelning av partiklarnas brownska rörelsebeteende och videoanalys. Från provkammaren passeras en laserstråle och upphängningspartiklarna i laserstrålens väg sprider ljus som leder till deras visualisering med hjälp av ett optiskt mikroskop med en monterad kamera. Kameran fångar en videofil av det spridda laserljuset från partiklarna som rör sig under brownsk rörelse. Många partiklar kan spåras individuellt för att bestämma deras diffusionskoefficienter och deras hydrodynamiska diametrar kan beräknas med hjälp av Stokes-Einstein-ekvationen: d = kT/3πηD där d är den hydrodynamiska diametern, k är Boltzmann-konstanten, T är temperaturen, η är viskositeten och D är diffusionskoefficienten10. NTA kan också användas för att spåra aggregeringsbeteendet hos partiklar som i allmänhet är kolloidally instabila (partiklarna måste dock vara kolloidiskt stabila över mättidsskalan)13,14. NTA är en absolut metod och ingen systemkalibrering krävs på det instrument som används i detta arbete. Om användare vill kontrollera systemets prestanda kan detta enkelt göras genom att mäta standardmaterial i storlek så ofta som önskas.
NTA-instrumentet är lätt att använda med snabb analystid (under 10 min per prov). För högkvalitativa mätningar med god datarepeterbarhet och reproducerbarhet bör ett antal faktorer beaktas i både provberedningen och instrumentdriften. Om sådana faktorer inte beaktas noggrant kan mätningar av samma material mellan olika laboratorier och operatörer bli föremål för okänd eller dåligt kvantifierad osäkerhet. Under NP karakterisering, med hjälp av bästa praxis internt utvecklade SOPs garanterar inte alltid överensstämmelse med andra laboratorier, som visas av Roebben et al. för DLS teknik15.
I själva verket visade en tidig (första omgången) NTA ILC mellan olika laboratorier, användare och instrument inkonsekventa resultat. En av de viktigaste frågorna var användningen av olika äldre äldre instrument som inte hade haft regelbundna trafik- eller kalibreringskontroller samt skillnader i metodtolkning. En NTA ILC-studie av Hole et al. fann att med avsaknaden av gemensamma riktlinjer för hur man använder ett system och förbereder prover kan variabiliteten mellan laboratorier vara stor även för relativt monodisperserade prover16. Detta tillsammans med resultaten från den första omgången av ILC belyser behovet av bra instrumentunderhåll samt metodutbildning och välutvecklade standardrutiner. Det senare fungerar som ett kraftfullt verktyg för att beskriva och dokumentera efterlevnaden av god praxis. Om det är väl detaljerat kan standardrutiner (SOPs) erbjuda tydlighet, förklaring, förståelse, standardisering och kvalitetssäkring.
Rekommendationen att anta en ILC-studie är därför idealisk för både utvecklings- och testprotokoll16. ILC agerade för att validera denna specifika NTA SOP och införde därför förtroende och tydlighet i denna specifika nanomaterial riskbedömningsmetod. Det var tre ronder. Omgång 1 analyserade 60 nm guldnanopartiklar på varje deltagares egna instrument före träning. Omgång 2 involverade analys av 100 nm latex med ett nytt instrument med gemensam konfiguration som ett enkelt test för att fastställa att instrumentet var korrekt konfigurerat och användarna hade god kunskap om hur man använder instrumentet. Omgång 3 omfattade analys av 60 nm guldnanopartiklar på det nya instrumentet med gemensam konfiguration, efter träning. Deltagarna i ILC kom från sju olika laboratorier, alla konsortiemedlemmar i Horizon 2020 ACEnano-projektet17.
Syftet med denna artikel är att diskutera metoden och resultaten från en tredje omgång benchmarking för NTA-tekniken där 60 nm guld-NPs analyserades på nytt av sju partners efter detaljerad utbildning och SOP-utveckling. Jämförelse och hänvisning till de resultat som erhållits i den första omgången av ILC kommer också att göras. Alla analyser från omgång 3 av ILC utfördes med samma instrument (se Materialförteckning)med identisk konfiguration som levererades med en 405 nm laser och en sCMOS-kamera med hög känslighet. Benchmarking bedömer teknikens prestanda på proverna och leder därmed till utvecklingen av protokoll för bästa praxis. Således delar och gör denna artikel också NTA-metoden för det instrument som används i detta ILC tillgänglig för forskarsamhället eftersom den har harmoniserats genom att genomföra och utvärdera IDC enligt internationella 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

Inom nanotekniken spelar analytisk karakterisering en viktig roll för att förstå nanomaterialens beteende och toxicitet .In the field of nanotechnology, analytical characterization plays a vital role in understanding the behavior and toxicity of nanomaterials (NMs). Karakteriseringen måste vara grundlig och den teknik som väljs bör vara väl lämpad för den egenskap som ska bestämmas, materialet analyseras och det medium där det finns. Dessutom måste instrumentets funktion och metodik vara välutvecklad och tydligt förstådd av användaren för att undvika datainsamlingsfel. Eventuella avvikelser i den tillämpade metoden eller förfarandet kan leda till skillnader och dålig reproducerbarhet av erhållna uppgifter. Detta dokument syftar till att klargöra metoden för att mäta den hydrodynamiska diametern hos guldnanopartiklar med hjälp av Nanopartikelspårningsanalys (NTA). Denna studie utfördes som en jämförelse mellan laboratorier (ILC) mellan sju olika laboratorier för att validera standardrutinernas prestanda och reproducerbarhet. Resultaten från denna ILC-studie visar vikten och fördelarna med detaljerade standardrutiner (SOPs), bästa praxisuppdateringar, användarkunskap och mätautomation.

ILC-resultaten för omgång 1 med olika NTA-instrumentkonfigurationer visas i figur 4. Med undantag för Lab 6 var repeterbarheten mellan de 5 fångstrepetitionerna bra men flera labb registrerade en lägesstorlek som var högre än förväntat. Lab 6 resultat visade dålig repeterbarhet och en mycket högre läge storlek mätt. Efter undersökningen konstaterades det att de system som rapporterade största storleksvariationer antingen inte bibehölls som rekommenderat eller att analysen påverkades av inkonsekvens i provberedningen, varigenom utspädningssteget kan skapa variation orsakad av olika rörutrustning, användardrift och teknik och/eller mätningsinställning, inklusive att flödescellen inte är ren, att fel kameranivå används, att bilden inte fokuseras korrekt och att analysens detekteringströskel ställs in felaktigt.
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61741/61741fig4v2.jpg"> Bild 4: Resultat av storlek på ILC omgång 1.Bild 4: ILC Round 1 Mode size results. Lägesstorleken beror på alla NTA-benchmarkingpartners för spridning av guldnanopartiklar i runda 1 60 nm som utförs på olika NTA-instrument (som förkortas i x-axeln).
NTA:s resultatnoggrannhet från omgång 3 förbättrades av alla laboratorier som implementerade samma SOP- och instrumentinställningar. De lägesstorleksresultat som erhålls för denna ILC omgång 3 kan ses i figur 5. Det genomsnittliga läget i alla labb var 62,02 ± 1,97 nm. Alla uppmätta resultat från omgång 3 var mer konsekventa än resultaten i första etappen, och resultaten låg väl inom 10 % av den genomsnittliga storleken på 60,5 nm för partiet enligt tillverkarens uppgifter. Variationskoefficienten för de guldprover som tillverkaren angav var ≤8%.
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61741/61741fig5v2.jpg"> Bild 5: Resultat av storlek på ILC omgång 3-läge. Lägesstorleksresultat från alla NTA-benchmarkingpartners för 60 nm guld ILC Round 3 analyseras på samma NTA-instrument. Det genomsnittliga läget i alla labb var 62,02 ± 1,97 nm.
För att verifiera partikelstorleken, som tillhandahålls av tillverkaren, analyserades ett litet antal partiklar (N=82) av Transmission Electron Microscopy (TEM). Cirka 10 μl av den outspädda dispersionen var droppgjuten på ett kolbelagt Cu TEM-nät och torkades i luft före avbildning i en analytisk TEM vid 200 kV. Bilder som kompletterande figur 1 togs från områden med minimal partikel överlappning och analyserades med hjälp av en halvautomatisk bildanalysprocess. En automatisk vattendelare metod tillämpades på separata partiklar och artefakter av denna process uteslöts samt på kant partiklar18. Medeldiametern beräknades antingen som medelvärde från den större och mindre axeln (61 ± 7 nm) eller som en omvandling från det uppmätta området (62 ± 6 nm) förutsatt sfäriska partiklar. Partiklar verkar mestadels vara sfäriska med ett genomsnittligt bildförhållande på 1,1. TEM-resultaten visar en något högre diameter än tillverkarens värde (60,5 nm) men ligger inom toleransnivån. Dessutom finns det ett mycket bra avtal med NTA härlett värde av hydrodynamisk diameter.
Kompletterande figur 1: TEM-bild av 60 nm guldnanopartiklar. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/61741/61741supfig01.jpg" target="_blank">Klicka här för att ladda ner den här siffran.</a>
Kompletterande fil 1: Mätskript. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/61741/Measurement_script.docx" target="_blank">Klicka här för att ladda ner den här filen.</a>
Kompletterande fil 2: Exempel på PDF-resultatrapport. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/61741/PDF_results_report.pdf" target="_blank">Klicka här för att ladda ner den här 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

Det protokoll som beskrivs här syftar till att mäta den hydrodynamiska diametern hos sfäriska nanopartiklar, närmare bestämt guldnanopartiklar, i vattenhaltiga medier med hjälp av Nanopartikelspårningsanalys (NTA). Det senare innebär att spåra partiklarnas rörelse på grund av brownsk rörelse och genomföra Stokes-Einstein-ekvationen för att få den hydrodynamiska diametern.

Nanopartikelspårningsanalys av guldnanopartiklar i vattenhaltiga medier genom en jämförelse mellan laboratorier

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 metod för storleken Kontrollerad Syntes av stabila Oligomera Kluster av guld nanopartiklar under normala förhållanden

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 optimerat protokoll för effektiv Radiomärkning av guld nanopartiklar med hjälp av en<sup&gt; 125</sup&gt; I-märkt Azid prostetisk grupp

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

Vätska-cell transmissionselektronmikroskopi för spårning självmontering av nanopartiklar

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

Snabb Nanoprobe Signal förbättring genom In Situ guld nanopartiklar syntes

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

Heterogena borttagning av vattenlösliga rutenium Olefin metates katalysator från vattenmedium Via Host-gäst interaktion

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

Synthesis and Characterization of Amphiphilic Gold Nanoparticles

Syntes och karakterisering av Amphiphilic Gold nanopartiklar

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

Guld Nanoparticle modifierade kolfiber mikroelektroder för förbättrad neurokemisk detektion

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

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

Syntes av Aptamer-PEI-g-PEG modifierade guldnanopartiklar laddade med Doxorubicin för riktad läkemedelsleverans

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

Förberedelse av nanopartiklar för ToF-SIMS och XPS-analys

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