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nCS1 微流控纳米粒度仪应用于LNP脂质纳米粒粒径与浓度测定

作者:www.willnano.com 日期:2022-09-18 点击:192
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Part 1 以马尔文粒度仪为主的动态光散射粒度仪与nCS1微流控纳米粒度仪(微流控电阻脉冲粒度仪) 的工作原理与精度差异

与其他光散射技术一样,DLS在收集光散射信号与收集数据二次换算过程中,信号的大小与粒子直径的六次方成正比:换句话说,直径为500纳米的粒子光散射信号算出的数据是直径为5纳米的粒子的10的12次方倍,如果待测样品池中,粒子有大有小混在一起,小颗粒会被大颗粒“遮挡”,大颗粒的光散射数据强度更大,会使得测试出的拟合曲线数据与实际样品颗粒的存在情况偏离。DLS和光学跟踪等光学技术显著放大了大粒子的相对数量,并且在两种粒径接近的均匀分布情况下,实际上会在大尺寸上显示甚至不存在的峰值。

nCS1微流控纳米粒度仪采用非光学的微流控+电阻脉冲技术,纳米级微流控芯片技术的引入,使得颗粒可以实现一个一个通过微流控芯片孔道区,而颗粒产生的电压脉冲信号只与颗粒体积成正比,与颗粒材质、吸光性、光散射信号强弱等无关。nCS1微流控纳米粒度仪工作原理如图1所示,颗粒一个一个经过纳米级微流控芯片孔道区时会产生对应的电阻脉冲信号。


图 1 nCS1微流控纳米粒度仪工作原理

图 1 nCS1微流控纳米粒度仪工作原理


通过精确测定每个颗粒产生的电压脉冲信号大小以及颗粒数量得统计,nCS1可以更高精度得给出与实际更相符得粒径与数量分析结果,微分析复杂的多分散样品提供了前所未有的能力。此外,由于粒子在nCS1中是电测量的,而不是光学测量,所有材料的粒子都同样好地测量,包括一些具有与介质(比如水或者乙醇)相似折射率的生物粒子(与介质近似折射率的样品,在用光学方法测定时无法给出准确的散射信号,粒度仪无法很好的区分粒子与介质)。

 

多分散性的样品不同设备测定结果

将经nist认证的已知平均直径为52、94、122和150 nm的纳米颗粒悬浮液混合在一起,每种样品终浓度均为5×109颗粒/mL。样品被送到对应设备平台,三种技术的结果被并排展示出来如图2。每种情况下的灰色虚线表示4种颗粒的预期分布。只有nCS1清晰分辨出了混合物的四个组分,并得到了在粒子制造商认可的范围内的每个亚种群的浓度测量值。光学跟踪NTA和动态光散射DLS的二次换算拟合结果都没能精确测量出真实的成分。

图2 DLS技术对4种已知粒径样品的测定结果

图2 nCS1技术对4种已知粒径样品的测定结果

图2 NTA技术对4种已知粒径样品的测定结果

图2 DLS nCS1 NTA技术对4种已知粒径样品的测定结果

虚线为4种颗粒混合后的理论分布情况


图3  DLS nCS1 NTA技术对4种已知粒径样品的测定结果同框显示

图3  DLS nCS1 NTA技术对4种已知粒径样品的测定结果同框显示

 

这些结果表明,典型的DLS或光学跟踪仪器在精细分辨粒子直径方面存在明显的困难,同时也严重放大了大粒子比小粒子的相对数量。对分布非常均匀或者多种颗粒均存在的样品情况,理论上应该产生近似梯形的结果,单通常在DLS测量中也会产生峰值,即使混合样品没有这样的粒子群,而nCS1微流控纳米粒度仪没有显示出这样的峰值,而是可以显示出更精确的多分散分布。

 

Part 2 nCS1微流控纳米粒度仪在LNP脂质纳米粒与脂质体测定时的表现


图 4  nCS1微流控纳米粒度仪与微流控芯片样品池外观

图 4  nCS1微流控纳米粒度仪与微流控芯片样品池外观

 

nCS1微流控纳米粒度仪占用一个小的桌面面积,约1.5平方英尺(左)。使用一次性微流控芯片样品池(右)进行分析,样品只需要3 μL,还可以防止测量之间的污染,并消除了清洗要求。


图 5 使用nCS1和DLS测量的两个LNP样品。

图 5 使用nCS1和DLS测量的两个LNP样品。(DLS结果此处仅标记平均粒径结果,如图中虚线所示)

DLS测量表明两个样本之间没有差异(PDI除外),而nCS1结果显示在两个样本的平均大小、分布和浓度上存在关键差异。


图 6 脂质体挤出膜大小对脂质体尺寸的影响。

图 6 脂质体挤出膜大小对脂质体尺寸的影响。

同样的配方通过一个小孔和一个大孔进行挤压处理,nCS1结果显示出颗粒尺寸分布的显著差异,使用DLS给出了近似的峰形,无法分辨出细小的差异。

nCS1测量时加入样品中的150nm标准粒子也同时验证了测量结果。

 

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