Con el rápido desarrollo de la nanotecnología, los nanomateriales han demostrado un gran potencial de aplicación en biomedicina, catálisis, dispositivos electrónicos, protección del medio ambiente y otros campos, y gradualmente han penetrado en nuestra vida diaria. NanopartículasPor lo general, entre 10 - 1000 nm, hacen que muestren propiedades físicas, químicas y biológicas muy diferentes de los materiales macroscópicos tradicionales. Estas características hacen que las nanopartículas tengan un gran valor de aplicación en el campo de la biomedicina, como la entrega de medicamentos, el diagnóstico y el tratamiento. Por lo tanto, la caracterización de las nanopartículas se ha convertido en un eslabón importante en la investigación de los nanomateriales. el análisis preciso del tamaño de las partículas, la cantidad, la concentración, la morfología, las características de la superficie y las propiedades eléctricas no solo ayuda a comprender profundamente su relación estructura - actividad, sino que también proporciona una base científica para el Desarrollo de nuevas nanotecnologías y la optimización de las aplicaciones existentes. Según los diferentes principios y algoritmos, diferentes métodos de caracterización del tamaño de las nanopartículas proporcionarán a los usuarios una variedad de resultados de datos. este artículo detallará los datos más importantes y el significado de los parámetros en los experimentos de caracterización de las nanopartículas.

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Claves relacionadas con el tamaño de las partículasparámetro

Tamaño medio de las partículas()Tamaño medio):

El tamaño medio de las partículas se refiere a la distribución media del tamaño de todas las partículas en la muestra, que representa el tamaño general de la muestra. Por lo general, el cálculo se realiza utilizando una media aritmética, es decir, la suma de todos los tamaños de partículas detectados divididos por el número total de partículas. Es un parámetro característico importante de la distribución de partículas, pero en sistemas multidispersos, es vulnerable a la influencia del rango de partículas y métodos de detección (lod), por lo que solo puede usarse como referencia para estimaciones aproximadas.

Fórmula:

Entre ellos,Es el tamaño de cada partícula,nEs el número de partículas.

Desviación estándar del tamaño de las partículas (stddev tamaño):

La desviación estándar del tamaño de las partículas (std) es un indicador cuantitativo del grado de dispersión de la distribución del tamaño de las partículas, que indica el grado en que el tamaño de las partículas se desvía de su promedio. Cuanto mayor sea la desviación estándar, mayor será el cambio en el tamaño de las partículas y mayor será la dispersión múltiple de la muestra. La desviación estándar generalmente se calcula a partir de la distribución del tamaño de las partículas y puede reflejar la uniformidad de la distribución del tamaño de las partículas.

Fórmula:

Entre ellos,Es el tamaño de una sola partícula,Es el tamaño promedio de las partículas.

Tamaño de partícula concentrado()Modo Tamaño):

El tamaño de partícula concentrado es el tamaño de partícula con mayor frecuencia en la distribución del tamaño de partícula de la muestra. Representa el tamaño de partícula más común en la distribución de partículas. En comparación con el tamaño promedio de las partículas, el tamaño concentrado de las partículas puede reflejar mejor el Grupo de partículas más importante en la muestra. En muestras altamente monodispersas, el tamaño de las partículas concentradas suele ser muy cercano al tamaño promedio de las partículas.

Tamaño medio de las partículas()Tamaño medio):

Tamaño medio de las partículas..D₅₀, también conocido como el valor medio del tamaño de las partículas), se refiere a que en la distribución de las partículas, exactamente la mitad del tamaño de las partículas es mayor que este valor, y la otra mitad es menor que este valor. Es el valor central de la distribución del tamaño de las partículas y puede reflejar mejor las características típicas de la distribución del tamaño de las partículas, especialmente para muestras con distribución asimétrica o multipunto.

D₅₀deSignificado físico: es decir, el volumen (número de partículas) superior o inferior a este diámetro representa el 50% del volumen total (total) de las partículas.

D₉₀ :

D₉₀Indica que en la distribución del tamaño de las partículas, el 90% del volumen (número) de partículas es menor que este tamaño de partícula. Especialmente en sistemas multidescentralizados,D₉₀yD₁₀Los valores son relativos, representan una parte mayor de la distribución de las partículas y generalmente están relacionados con el tamaño máximo de las partículas (tamaño máximo). A menudo se escribe y se haceD_{versión 0.9}OD_v09.

D₁₀ :

D₁₀Indica que en la distribución del tamaño de las partículas, el 10% del volumen (número) de partículas es menor que este tamaño de partícula. yD₉₀El valor es relativo,D₁₀Representa una parte más pequeña de la distribución de partículas y generalmente está relacionada con el tamaño mínimo de las partículas (tamaño min). A menudo se escribe y se haceD_{versión 0.1}OD_v01.

Además, se puede usarD₀₃yD₉₇Esperar para expresar la distribución de las partículas.D₀₃OD_v03Indica que las partículas menores de este diámetro representan el 3% del volumen total (número) de partículas, y así sucesivamente.

Tramo..Span):

El tramo (span) es un parámetro utilizado para cuantificar el ancho de distribución del tamaño de las partículas, reflejando el grado de dispersión del tamaño de las partículas.PasaD₉₀,D₅₀yD₁₀Para calcular, generalmente se utiliza para describir la distribución desigual del tamaño de las partículas.Cuanto mayor sea el valor de lapso, mayor será la distribución del tamaño de las partículas y más desigual será la muestra.

Fórmula:

Entre ellos,D₉₀,D₁₀yD₅₀El número de partículas del 90%, 10% y 50%, respectivamente, es menor que este tamaño de partícula.

Coeficiente de dispersión..Coeficiente de dispersión):

El coeficiente de dispersión se utiliza para describir cuantitativamente el grado de dispersión de cada componente en una muestra de partículas multidispersas o distribuidas de manera desigual, y es más adecuado para representar la distribución de cada componente en una muestra multidistribuida. El coeficiente de dispersión se utiliza a menudo junto con la desviación estándar del tamaño de las partículas, lo que puede mejorar el efecto de dispersión de las partículas características de la superficie.

Descripción del algoritmo: después de obtener la distribución real de la muestra; Si la muestra es una muestra mixta de varios picos, se analizan varios grupos de distribución. Para cada grupo de distribución, se calcula la relación entre el valor STD (desviación estándar del tamaño de las partículas) y el tamaño promedio de las partículas de este componente, y la relación más grande de cada grupo es el valor del coeficiente de dispersión.

El coeficiente de dispersión también se puede utilizar en combinación con el parámetro span para analizar la dispersión de la muestra con un coeficiente de dispersión más fino, especialmente en el caso de la distribución múltiple, el coeficiente de dispersión puede caracterizar con mayor precisión la dispersión de la muestra sin verse afectado por la distribución múltiple; Al usarlo, el coeficiente de dispersión y el valor span se pueden seleccionar simultáneamente para evaluar exhaustivamente la situación de la muestra. En el caso de una sola distribución, el coeficiente de dispersión y el span son solo diferentes formas de caracterización, y se puede elegir uno de ellos como referencia.

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Partículas relevantesConcentración numéricaParámetros clave

Factor de dilución:

El múltiplo de dilución se refiere a la relación proporcional entre la muestra original y el volumen de la solución diluida cuando la muestra se diluye antes del ensayo. Se utiliza para garantizar que el instrumento de prueba funcione dentro de su rango de detección adecuado, evitando al mismo tiempo la interferencia de partículas superpuestas o efectos múltiples debido a concentraciones excesivas. En la caracterización de las nanopartículas, el múltiplo de dilución es uno de los parámetros clave para calcular la concentración de la muestra original.

Hay que tener en cuenta que puede introducirse un error durante la dilución, por lo que es necesario utilizar una herramienta de pipeta precisa y mezclar bien la muestra para garantizar la uniformidad de la dilución.

Número de partículas probadas:

El número de partículas se refiere específicamente al número total de nanopartículas detectadas en una prueba, generalmente el tamaño de la muestra registrado directamente por el instrumento y utilizado para el análisis estadístico. Este parámetro refleja el número de partículas que participan en la medición en la muestra real medida durante el proceso de prueba y es una base importante para calcular la concentración de partículas. El número de partículas es crucial para el análisis de datos aguas abajo: muestras de baja concentración: el número insuficiente de partículas puede conducir a errores estadísticos; Muestras de alta concentración: el número excesivo de partículas puede causar superposición de partículas o reducir la eficiencia de detección.

En aplicaciones prácticas, el número de partículas suele calcularse o medirse mediante los siguientes métodos:

• Método de inducción de pulso de Resistencia (rps): las partículas individuales se detectan y cuentan una por una, por lo que el número de partículas proviene directamente del registro de prueba;
• Método dinámico de dispersión de la luz (dls): estimación indirecta de la concentración de partículas;
• Método de microimagen: contar el número de partículas a través del análisis de imágenes;
• En otros métodos de prueba, el número de partículas también se puede calcular por instrumento, y la concentración se puede determinar en combinación con el volumen de la muestra.
  
  

Concentración de la prueba:

La concentración de prueba (es decir, la concentración de la muestra anterior) se refiere a la concentración real de la muestra diluida en el momento de la prueba. Es la concentración que se utiliza para la detección instrumental dispersando nanopartículas en un disolvente y después de un tratamiento de dilución adecuado, y es el valor de concentración medido directamente en el experimento, generalmente expresado en unidades de número de partículas (por ejemplo, partículas / ml) o masa (por ejemplo, mg / ml).El rango de concentraciones probadas refleja la sensibilidad y precisión de las mediciones instrumentales, y las concentraciones excesivas pueden causar superposición o bloqueo de partículas, mientras que las concentraciones demasiado bajas pueden causar una relación señal - ruido insuficiente.

Fórmula:

Entre ellos,C_pruebaIndica la concentración de la prueba,N_partículasEs el número de partículas probadas,V_muestraEs el volumen de la muestra de prueba real.

Consideraciones para la detección de concentraciones:

• Rango de detección de concentración del equipo de prueba (como el método de inducción de pulso de resistencia, el método de seguimiento de partículas ópticas).

• Uniformidad y dispersión de las partículas de la muestra.

• En última instancia, es necesario invertir la concentración original calculada.

  
  

Concentración original:

La concentración original se refiere a la concentración inicial de nanopartículas en muestras no diluidas después de la preparación o purificación, generalmente el valor objetivo del análisis final. Es la concentración de referencia de la muestra en aplicaciones o estudios prácticos, refleja el estado total y de distribución de las nanopartículas durante el proceso de preparación y puede ayudar a los investigadores a comprender el proceso de preparación de las nanopartículas, la tasa de producción y el rango de concentración en aplicaciones prácticas. La determinación precisa de la concentración original es de gran importancia en muchos campos, como el control de dosis en el sistema de entrega de medicamentos, la evaluación de la sensibilidad de los reactivos de diagnóstico, etc. Combinando el múltiplo de dilución y la concentración de prueba, se puede calcular con precisión la concentración del número de nanopartículas en la muestra original.

Fórmula:

Entre ellos,C_originalIndica la concentración original,C_pruebaIndica la concentración de la prueba,nIndica el múltiplo de dilución.

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Partículas relevantesCarga superficialParámetros clave

Zeta ElectricBit..Potencial Zeta):

El potencial Zeta se refiere a la diferencia de potencial en la superficie de corte deslizante (shear capa) de la doble capa eléctrica en la superficie de las nanopartículas y es un parámetro importante para caracterizar las características de carga eléctrica en la superficie de las partículas. Refleja el Estado de carga eléctrica de las partículas en el medio líquido y afecta directamente la estabilidad, dispersión e interacción de las partículas. El potencial Zeta se indica generalmente en unidades de milivoltios (mv), cuanto mayor sea su valor absoluto, mayor será la repulsión estática de las partículas y mayor será la estabilidad de la suspensión. Los cambios en el potencial Zeta pueden deberse a condiciones ambientales como la modificación química de la superficie de las partículas, el pH de la solución y la intensidad iónica, por lo que son indicadores clave para el estudio de la funcionalidad de las nanopartículas y las propiedades de respuesta ambiental.

Los métodos tradicionales de medición del potencial Zeta generalmente se basan en mediciones ópticas o electroquímicas, proporcionando el potencial Zeta promedio del conjunto de la muestra. Sin embargo, estos métodos son difíciles de reflejar las características individuales de diferentes partículas en la muestra, especialmente en muestras mixtas con alta heterogeneidad. La detección del potencial Zeta de una sola partícula puede proporcionar información más crítica midiendo las características de carga superficial de cada partícula una por una:

• Diferencias de carga entre partículas: revelar la heterogeneidad de la distribución de carga eléctrica de la muestra y proporcionar datos más precisos para el estudio de la modificación de partículas, la modificación de la superficie, etc. El análisis del potencial de partículas únicas basado en la tecnología RPS también puede proporcionar la relación entre el potencial de partículas y el tamaño de las partículas.
• Uniformidad de la carga eléctrica de la muestra: ayuda a evaluar la estabilidad y consistencia del proceso de preparación de la muestra.
• Resolución de una mezcla de partículas heterogéneas: en sistemas complejos, como las muestras biológicas, es capaz de distinguir las características de carga superficial de diferentes partículas, lo que ayuda a estudiar la interacción entre partículas.

La detección del potencial Zeta de una sola partícula tiene ventajas significativas, especialmente en el campo de la biomedicina, como el control de calidad de las partículas de entrega de medicamentos, la caracterización precisa de la carga superficial de las vesículas extracelulares (evs), etc.

Media Zeta eléctricaBit..Potencial Zeta medio):

El potencial Zeta promedio se refiere a la media aritmética del potencial Zeta de todas (o todas las partículas detectadas) en la muestra, uno de los parámetros comúnmente utilizados para describir las características generales de carga superficial de la muestra. El potencial Zeta promedio puede proporcionar rápidamente el estado general de carga eléctrica de la muestra para evaluar la estabilidad y las propiedades de dispersión de la muestra.

Fórmula:

Entre ellos,Para el potencial Zeta de cada partícula,nEs el número de partículas.

Cabe señalar que el potencial Zeta medio puede ocultar las características de distribución de la carga superficial de las partículas en la muestra, por lo que en las muestras con poca homogeneidad, se debe realizar un análisis exhaustivo en combinación con otros parámetros, como el potencial Zeta medio y la distribución del potencial zeta.

Potencial zeta medio:

Potencial zeta MedioZ₅₀), es decir, el 50% de las partículas de la muestra tienen un potencial Zeta inferior a este valor y el otro 50% tienen un potencial Zeta superior a este valor, similar al tamaño medio de las partículas en la caracterización del tamaño de las partículas..D₅₀). el potencial Zeta medio es un parámetro estadístico que refleja el Centro de distribución de carga de la muestra y puede reducir en cierta medida el impacto de unos pocos valores anormales en la descripción general de los datos.

En comparación con el potencial Zeta promedio, el potencial Zeta medio es más representativo de las muestras con distribución asimétrica de la carga superficial, especialmente adecuado para describir muestras complejas o heterogéneas más altas.

Z₉₀yZ₁₀:

Z₉₀: se refiere a que el potencial Zeta del 90% de las partículas en la muestra es inferior a este valor, que se utiliza para caracterizar la distribución superior de la carga eléctrica en la superficie de las partículas.Z₁₀: se refiere a que el potencial Zeta del 10% de las partículas en la muestra es inferior a este valor, que se utiliza para caracterizar la distribución del límite inferior de la carga eléctrica en la superficie de las partículas.

Z₉₀yZ₁₀La combinación se puede utilizar para describir el rango de distribución y la uniformidad del potencial Zeta de la muestra. Del mismo modo, en el análisis de la distribución del tamaño de las partículas, se puede cuantificar aún más la dispersión de la distribución de la carga eléctrica en la superficie de las partículas calculando el tramo del potencial zeta.

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Resumen

La caracterización de las nanopartículas es el eslabón central en la investigación y aplicación de los nanomateriales. a través de la medición y análisis precisos de parámetros clave como el tamaño de las partículas, la concentración y la carga superficial, se pueden revelar completamente las propiedades físico - químicas de las nanopartículas y su interacción con el entorno externo. Estos parámetros no son solo datos experimentales, sino también una ventana para deconstruir la relación estructura - actividad de los nanofármacos y los nanomateriales.

A través de la innovación continua y la estandarización de la tecnología de caracterización, la nanociencia está trayendo más descubrimientos innovadores y aplicaciones prácticas en biomedicina, catálisis, dispositivos electrónicos y otros campos. El núcleo de todo esto es utilizar métodos científicos y rigurosos para transformar las nanopartículas de un mundo microscópico invisible a datos macro medibles, comprensibles y controlables, promoviendo así una conexión perfecta entre la nanotecnología y las necesidades reales, promoviendo el proceso de industrialización de la nanotecnología y abriendo perspectivas de innovación más amplias.