CN114184527A - 纳米颗粒跟踪分析仪在表面活性剂聚集体表征中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纳米颗粒跟踪分析仪在表面活性剂聚集体表征中的应用。步骤包括：校准仪器；将温度控制单元的温度参数设置为25±1℃；填充样品；设置摄像机参数和激光光源参数，检查浓度范围；若表面活性剂浓度过高，需稀释样品，调整样品的稀释度为对应稀释倍数并确认漂移值在绿色范围内；运行视频采集，设置文件名，设置测量位置数、循环次数、视频长度和分辨率；待采集和分析完成后，根据报告中所示参数对数据进行取舍。本发明仅使用纳米颗粒跟踪分析仪一台仪器，即可表征表面活性剂聚集体的形态、大小和运动情况而不破坏其结构，还能对表面活性剂聚集体进行粒径分布测定、体积分布测定和Zeta电位分析。
Description
技术领域
本发明涉及表面活性剂聚集体表征技术领域，特别涉及纳米颗粒跟踪分析仪在表面活性剂聚集体表征中的应用。
背景技术
目前可用于表征表面活性剂聚集体的仪器主要有透射电子显微镜、冷冻蚀刻透射电子显微镜、动态光散射仪和Zeta电位仪等。但这些仪器在表征表面活性剂聚集体方面存在制样流程复杂、成本高昂、表征结果严重依赖制样和难以一体化表征等问题。
透射电子显微镜和冷冻蚀刻透射电子显微镜用于直接观察表面活性剂聚集体的形态和大小。其中，透射电子显微镜的使用需要事先对样品进行负染色处理才能观察。这种负染色处理通常采用磷钨酸和醋酸铀等重金属盐，而且观察效果严重依赖制样。与透射电子显微镜不同的是，冷冻蚀刻透射电子显微镜搭载了冷冻蚀刻台，能够将表面活性剂聚集体瞬间固定而不破坏其结构，但其制样流程非常复杂，且成本高昂，不适宜大批量样品观察。
动态光散射仪是通过溶液中处于布朗运动的微小颗粒对光的散射而引发的散射光强随时间的波动来测量微小颗粒在溶液中的运动信息，进而得出微小颗粒的粒径分布。这种微小颗粒仅限于实心颗粒，因此动态光散射不适宜表征表面活性剂囊泡。而且动态光散射仪的测量需要被测颗粒的几何形态维持在球形或近似球形，而且颗粒浓度不能太低。通常而言，对于表面活性剂水溶液，表面活性剂浓度在10倍临界胶束浓度及以下才能使聚集体几何形态维持在球形或近似球形。但该浓度对动态光散射仪来说仍然较低。
Zeta电位仪通过测量连续相与分散颗粒上的流体稳定层之间的电位差来表征胶体分散体系的稳定性。大多数Zeta电位仪采用电泳光散射法测量Zeta电位，而且常见的Zeta电位仪并不是以独立的仪器存在，一般与动态光散射仪设计在同一个仪器中。
目前表面活性剂聚集体的表征方法存在诸多局限性，而且操作分散且繁琐；提供一种操作简单、可实时观察表面活性剂聚集体且集各类分析手段于一体的表面活性剂聚集体表征方法，对表面活性剂聚集体的表征具有重大意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种纳米颗粒跟踪分析仪在表面活性剂聚集体表征中的应用。通过使用纳米颗粒跟踪分析仪来表征表面活性剂聚集体，不仅可以在同一台仪器中实时观察表面活性剂聚集体的形态、大小和运动情况而不破坏其结构，还能对表面活性剂聚集体进行粒径分布测定、体积分布测定和Zeta电位分析。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
提供一种纳米颗粒跟踪分析仪Nanoparticle Tracking Analyzer在表面活性剂聚集体表征中的应用，包括以下步骤：校准仪器；将温度控制单元的温度参数设置为25±1℃；填充样品；在“Measurement”部分设置摄像机参数和激光光源参，检查浓度范围Concentration Range是否过高或过低；若表面活性剂浓度过高，需稀释样品，调整样品的稀释度Dilution为对应稀释倍数并确认漂移值Drift在绿色范围内；运行视频采集RunVideo Acquisition，设置文件名，选择实验类型为“Size”，设置测量位置数Number ofPositions、循环次数Number of Cycles、视频长度Length of Video和分辨率Resolution；待采集和分析完成后，根据报告中所示参数对数据进行取舍。
本发明中数据取舍的依据为：待采集和分析完成后，根据报告中所示参数对数据进行取舍，如报告中显示样品池中有效测量数据高于50％，则认定整体数据有效，否则认定整体数据无效需重新采集和分析。
优选地，所述校准仪器的具体步骤包括：将蒸馏水通过注射器注入样品池进行冲洗，冲洗至粒子计数读数小于10为止且样品池质量结果Cell Quality Result显示为良好Good或非常好Very Good；将粒度标准溶液通过注射器注入样品池，对激光光源和显微镜进行校准。
更优选地，所述粒度标准溶液通过将粒度标准物溶于水中制得，其中粒度标准物的粒径为100nm，粒度标准物与水的质量比为1:25000。
更优选地，所述粒度标准物为聚苯乙烯微球。
优选地，所述确定表面活性剂聚集体溶液的浓度的具体步骤包括：将表面活性剂聚集体溶液注入样品池中，若漂移显示在绿色范围内则可进行视频采集及分析，否则需要对表面活性剂水溶液浓度进行稀释。
优选地，所述摄像机参数和激光光源参数包括灵敏度、快门值、帧速率、激光脉冲时间长度和最低亮度。
优选地，所述检测浓度范围是否过高或过低所依据的数据为：散射强度Scattering Intensity和检测到的粒子计数读数No.of Detected Particles是否在合适范围内。
优选地，所述纳米颗粒跟踪分析仪为德国Particle Metrix公司生产的Zetaview纳米颗粒跟踪分析仪。
本发明通过使用纳米颗粒跟踪分析仪来表征表面活性剂聚集体，不仅可以在同一台仪器中实时观察表面活性剂聚集体的形态、大小和运动情况而不破坏其结构，还能对表面活性剂聚集体进行粒径分布测定、体积分布测定和Zeta电位分析。纳米颗粒跟踪分析仪所需样品量远少于动态光散射仪，而且能在表面活性剂10倍临界胶束浓度及以下很好地测量其溶液中聚集体的各种参数。纳米颗粒跟踪分析仪原本应用于细胞外泌体(即细胞分泌出的囊泡)的分析研究，发明人发现纳米颗粒跟踪分析仪对内部中空的纳米颗粒具有很好的分析能力，因此本发明将其应用于表面活性剂囊泡的表征并取得了很好的效果。综上，纳米颗粒跟踪分析仪在表征表面活性剂聚集体方面具有很好的应用前景。
本发明的有益技术效果如下：
(1)本发明对表面活性剂聚集体各种性能进行表征，仅需使用纳米颗粒跟踪分析仪一台仪器，大大简化了分析过程，提高了分析效率。
(2)纳米颗粒跟踪分析仪的实时成像功能可以在不破坏表面活性剂聚集体的基础上对其进行更为精准的观察和测量，提高了数据的可信度。
(3)纳米颗粒跟踪分析仪能在表面活性剂10倍临界胶束浓度及以下的浓度范围内进行相比动态光散射仪更为精准的测量，为表面活性剂稀溶液的研究提供了新的思路。
动态光散射(DLS)利用光射到远小于其波长的微小颗粒时产生的瑞利散射现象，根据散射光的强度随时间的变化推算出溶液中颗粒的大小，但该技术会受到被测物质的颜色、电性和磁性等理化性质的影响，且加之对灰尘等杂质十分敏感，因此在测量尺寸较小的粒子时常出现较大的偏差。纳米颗粒跟踪分析(NTA)采用激光散射显微成像技术，通过记录纳米颗粒在溶液中的布朗运动轨迹，并结合Stokes-Einstein方程推算粒子大小，能够对30-1000nm粒径的粒子进行精准地测量，而且在诸多文献的测试中均取得了较DLS更好的测量精度。
附图说明
图1为本发明所用德国Particle Metrix公司生产的Zetaview纳米颗粒跟踪分析仪的图片。
图2为实施例1中AES水溶液的纳米颗粒跟踪分析报告。
图3为实施例2中LAS水溶液的纳米颗粒跟踪分析报告。
图4为实施例1中AES和实施例2中LAS中表面活性剂聚集体的粒度和体积分布图；其中(a)为AES的粒径分布图，(b)为LAS的粒径分布图，(c)为AES的体积分布图，(d)为LAS的体积分布图。
图5为实施例1中AES和实施例2中LAS的扫描90°散射显微镜照片；其中(a)为AES的扫描90°散射显微镜照片，(b)为LAS的扫描90°散射显微镜照片。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。
另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
本发明实施例所使用的纳米颗粒跟踪分析仪为德国Particle Metrix公司生产的Zetaview纳米颗粒跟踪分析仪。
本发明所用粒度标准溶液的配制方法为：取粒径为100nm的聚苯乙烯微球0.04g，加纯水1000mL，配制成粒度标准溶液。
实施例1
使用纳米颗粒跟踪分析仪对表面活性剂聚集体进行表征的步骤如下：
(1)开启电源，并启动程序，将蒸馏水通过注射器注入样品池进行冲洗、粒度标准溶液先后注入样品池中进行冲洗和激光光源、显微镜的校准，水对样品池的冲洗，冲洗至粒子计数读数小于10为止且样品池质量结果Cell Quality Result显示为良好Good或非常好Very Good；将粒度标准溶液通过注射器注入样品池，对激光光源和显微镜进行校准；
(2)配制15mmol/L的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(AES)水溶液；
(3)设置温度控制单元的温度参数为25℃后，将步骤(2)中的AES水溶液通过注射器注入样品池中进行测量；
(4)在“Measurement”部分设置摄像机参数和激光光源参数(灵敏度Sensitivity设定为80、快门值Shutter设定为40、帧速率Frame rate设定为30fps、激光脉冲时间长度Laser pulse length设定为Camera Frequency,Laser Pulse Duration＝ShutterDuration和最低亮度值Minimum brightness设定为20)，检查样品浓度范围ConcentrationRange是否过高或过低(散射强度Scattering Intensity是否处于0～8之间和检测到的粒子计数读数No.of Detected Particles是否在1～1000之间)；若表面活性剂浓度过高，需稀释样品，调整样品的稀释度Dilution为对应稀释倍数并确认漂移值Drift在绿色范围内；确定表面活性剂聚集体溶液的浓度，运行视频采集Run Video Acquisition，设置文件名，选择实验类型为“Size”，选择测量位置数Number of Positions为11、循环次数Number ofCycles为3、视频长度Length of Video为60s和分辨率Resolution为0.713μm/px；待采集和分析完成后，根据报告中所示参数对数据进行取舍；
(5)步骤(4)中所得到的分析报告如图2所示。从图2中可以看到，样品池中11个不同位置的测量数据中有7个有效，本次测量数据可信度高。此外，还可以得到AES水溶液中聚集体的粒径分布图(见图4(a))、体积分布图(见图4(c))、扫描90°散射显微镜照片(见图5(a))以及溶液的浓度参数，这对于研究AES稀溶液中的聚集体具有很好的参考价值。
实施例2
使用纳米颗粒跟踪分析仪对表面活性剂聚集体进行表征的步骤如下：
(1)开启电源，并启动程序，将蒸馏水通过注射器注入样品池进行冲洗、粒度标准溶液先后注入样品池中进行冲洗和激光光源、显微镜的校准，水对样品池的冲洗，冲洗至粒子计数读数小于10为止且样品池质量结果Cell Quality Result显示为良好Good或非常好Very Good；将粒度标准溶液通过注射器注入样品池，对激光光源和显微镜进行校准；
(2)配制6mmol/L的直链烷基苯磺酸钠(LAS)水溶液；
(3)设置温度控制单元的温度参数为25℃后，将步骤(2)中的LAS水溶液通过注射器注入样品池中进行测量；
(4)在“Measurement”部分设置摄像机参数和激光光源参数(灵敏度Sensitivity设定为80、快门值Shutter设定为40、帧速率Frame rate设定为30fps、激光脉冲时间长度Laser pulse length设定为Camera Frequency,Laser Pulse Duration＝ShutterDuration和最低亮度值Minimum brightness设定为20)，检查浓度范围ConcentrationRange是否过高或过低(散射强度Scattering Intensity是否处于0～8之间和检测到的粒子计数读数No.of Detected Particles是否在1～1000之间)；若表面活性剂浓度过高，需稀释样品，调整样品的稀释度Dilution为对应稀释倍数并确认漂移值Drift在绿色范围内；确定表面活性剂聚集体溶液的浓度，运行视频采集Run Video Acquisition，设置文件名，选择实验类型为“Size”，选择测量位置数Number of Positions为11、循环次数Number ofCycles为3、视频长度Length of Video为60s和分辨率Resolution为0.713μm/px；待采集和分析完成后，根据报告中所示参数对数据进行取舍；
(5)步骤(4)中所得到的分析报告如图3所示。从图3中可以看到，样品池中11个不同位置的测量数据中有8个有效，本次测量数据可信度高。此外，还可以得到LAS水溶液中聚集体的粒径分布图(见图4(b))、体积分布图(见图4(d))、扫描90°散射显微镜照片(见图5(b))以及溶液的浓度参数，这对于研究LAS稀溶液中的聚集体具有很好的参考价值。
实施例3
使用纳米颗粒跟踪分析仪对表面活性剂聚集体进行表征的步骤如下：
(1)开启电源，并启动程序，将蒸馏水通过注射器注入样品池进行冲洗、粒度标准溶液先后注入样品池中进行冲洗和激光光源、显微镜的校准，水对样品池的冲洗，冲洗至粒子计数读数小于10为止且样品池质量结果Cell Quality Result显示为良好Good或非常好(Very Good)；将粒度标准溶液通过注射器注入样品池，对激光光源和显微镜进行校准；
(2)配制6mmol/L的直链烷基苯磺酸钠(LAS)水溶液；
(3)设置温度控制单元的温度参数为25℃后，将步骤(2)中的LAS水溶液通过注射器注入样品池中进行测量；
(4)在“Measurement”部分设置摄像机参数和激光光源参数(灵敏度Sensitivity设定为80、快门值Shutter设定为40、帧速率Frame rate设定为30fps、激光脉冲时间长度Laser pulse length设定为Camera Frequency,Laser Pulse Duration＝ShutterDuration和最低亮度值Minimum brightness设定为20)，检查浓度范围ConcentrationRange是否过高或过低(散射强度Scattering Intensity是否处于0～8之间和检测到的粒子计数读数No.ofDetectedParticles是否在1～1000之间)；若表面活性剂浓度过高，需稀释样品，调整样品的稀释度Dilution为对应稀释倍数并确认漂移值(Drift)在绿色范围内；确定表面活性剂聚集体溶液的浓度，运行视频采集RunVideoAcquisition，设置文件名，选择实验类型为“Zeta Potential”，设置测量位置数Number of Positions为11、循环次数Number of Cycles为3、视频长度Length of Video为60s和分辨率Resolution为0.713μm/px；待采集和分析完成后，根据报告中所示参数对数据进行取舍。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (5)
1.纳米颗粒跟踪分析仪在表面活性剂聚集体表征中的应用，其特征在于，包括以下步骤：校准仪器；将温度控制单元的温度参数设置为25±1℃；填充样品；在“Measurement”部分设置摄像机参数和激光光源参数，检查浓度范围是否过高或过低；若表面活性剂浓度过高，需稀释样品，调整样品的稀释度为对应稀释倍数并确认漂移值在绿色范围内；运行视频采集，设置文件名，选择实验类型为“Size”，设置测量位置数、循环次数、视频长度和分辨率；待采集和分析完成后，根据报告中所示参数对数据进行取舍。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述校准仪器的具体步骤包括：将蒸馏水通过注射器注入样品池进行冲洗，冲洗至粒子计数读数小于10为止且样品池质量结果显示为良好或非常好；将粒度标准溶液通过注射器注入样品池，对激光光源和显微镜进行校准。
3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，所述粒度标准溶液通过将粒度标准物溶于水中制得，其中粒度标准物的粒径为100nm，粒度标准物与水的质量比为1:25000。
4.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述摄像机参数和激光光源参数包括灵敏度、快门值、帧速率、激光脉冲时间长度和最低亮度。
5.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述检测浓度范围是否过高或过低所依据的数据为：散射强度和检测到的粒子计数读数是否在合适范围内。
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|---|---|---|---|
| CN202111534289.1A Pending CN114184527A (zh) | 2021-12-15 | 2021-12-15 | 纳米颗粒跟踪分析仪在表面活性剂聚集体表征中的应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114184527A (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101915855A (zh) * | 2010-07-30 | 2010-12-15 | 天津大学 | 二次光散射法检测细胞仪中颗粒飞行速度的方法和装置 |
| US20140152978A1 (en) * | 2011-08-05 | 2014-06-05 | Nanosight Limited | Optical Detection and Analysis of Particles |
| CN105765364A (zh) * | 2013-11-20 | 2016-07-13 | 马尔文器械有限公司 | 在仪器校准方面或涉及仪器校准的改进 |
| CN109100454A (zh) * | 2018-10-24 | 2018-12-28 | 中国日用化学研究院有限公司 | 一种同时测定表面活性剂产品中亚硫酸盐和硫酸盐含量的方法 |
-
2021
- 2021-12-15 CN CN202111534289.1A patent/CN114184527A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101915855A (zh) * | 2010-07-30 | 2010-12-15 | 天津大学 | 二次光散射法检测细胞仪中颗粒飞行速度的方法和装置 |
| US20140152978A1 (en) * | 2011-08-05 | 2014-06-05 | Nanosight Limited | Optical Detection and Analysis of Particles |
| CN105765364A (zh) * | 2013-11-20 | 2016-07-13 | 马尔文器械有限公司 | 在仪器校准方面或涉及仪器校准的改进 |
| CN109100454A (zh) * | 2018-10-24 | 2018-12-28 | 中国日用化学研究院有限公司 | 一种同时测定表面活性剂产品中亚硫酸盐和硫酸盐含量的方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 孟自强 等: "基于光学的粒径测量方法研究进展", 《激光技术》, pages 207 - 218 * |
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