纳米颗粒追踪分析与可调谐电阻脉冲传感的比较

精确的纳米颗粒测量在科学界得到越来越广泛的应用。然而，可用于准确、可靠测量纳米颗粒的技术彼此存在很大不同。纳米颗粒追踪分析 (NTA) 和可调谐电阻脉冲传感 (TRPS) 都是众所周知的纳米颗粒分析技术，但它们使用非常不同的技术。为确保未来研究的科学准确性，这些技术需要能够以可靠和可重复的方式进行多模态样品测量、粒径和浓度分析。

图 1.

纳米颗粒追踪分析和可调谐电阻脉冲传感的技术方法示意图。纳米颗粒追踪分析监测样品中粒子从应用的光束散射的光。

图 2.

纳米颗粒追踪分析和可调谐电阻脉冲传感的技术方法示意图。可调谐电阻脉冲传感通过分析施加在纳米孔上的电流阻塞来分析表征通过纳米孔的每个粒子。

NTA 通过监测所施加的光的散射来追踪样品中单个粒子的布朗运动 (图 1)。根据 Stokes-Einstein 方程，扩散常数与粒径相关。此理论的应用可用于计算粒子的流体动力学直径。通过在一个估算照明量中追踪到的粒子数目计算得出粒子浓度。

TRPS 监测流过可调节纳米孔的电流。颗粒穿过孔隙会引起离子电流的瞬时变化，而变化的大小与粒径成正比 (图 2)。测定所有单个粒子的粒径。根据在几种不同施加压力下测量的粒子流速精确计算出粒子浓度。根据颗粒穿过孔的速度计算电泳迁移率和表面电荷。

应用和合适的样品

此外，对于直径 <150 nm 的颗粒，DLS 的分辨率较低，原因是光散射剖面的角度依赖性较低。对于 DLS，需要准确了解颗粒和分散剂的光学特性；因此，无法以合理的方式分析未知样品。

目前，NTA 通常用于分析直径为 30-600 nm 的纳米颗粒 (不过检测的上限和下限取决于样品)。然而，对于直径 <250 nm 的颗粒，分辨率和准确度较低，因为多元高斯拟合通常不明显，这意味着 NTA 的尺寸范围受到限制。

相比之下，TRPS 能够对直径从 40 nm 到 20 µm 的颗粒进行高精度和准确度的测量，即使在尺度的最小端也可以进行高分辨率测量。

图 3.

四模态样品的纳米颗粒追踪分析和可调谐电阻脉冲传感的分析结果 (CPN100/CPN150/CPN200/CPN240 比为 1/1/1/1，总浓度为 1010/ml)。可调谐电阻脉冲传感提供四个亚群数据集的高分辨率基线分离。纳米粒子追踪分析显示出亚群的一定程度的分辨率，但并未实现明确的分离。

异质性和多模态样品

NTA 和 TRPS 均为单颗粒技术，意味着理论上这两种技术都可以解析多模态样品中的亚群。但最近的比较研究表明，当平均直径足够不同时，NTA 只能充分解析双模态样品中的亚群。此外，三模态或四模态样品的分辨率在 NTA 分析中非常有限，并且多模态样品中的总浓度可能被高估。即使当亚群的平均直径相似时，TRPS 也能准确测量多模态样品中所有颗粒的粒径和浓度。已证实 TRPS 能够解析多达四个亚群，而通过单孔设置有可能解析多达六个亚群。

粒径和浓度分析

TRPS 精确测量通过孔隙的每个颗粒的实际直径，以确保报告的是真实的粒径分布。对于每个粒径带和各种颗粒类型以及多模态混合物，TRPS 也可进行非常准确的浓度分析。NTA 只能为简单的单模态制剂中的标准颗粒提供准确的浓度。虽然此技术测量的是颗粒的流体动力学直径 (可能不代表真实的粒径)，但已证明此粒径可准确反映聚苯乙烯珠粒的已知直径。

图 4.

Exoid 能够测量宽粒径分布的异质性样品而不需要多次测量或调整设置。可以以高分辨率鉴别并准确地单独量化亚群。

可重复性和可靠性

TRPS 获得的数据具有高度的可重复性和可再现性。TRPS 最新系统的半自动化操作与自动化预分析处理一起进一步提高了测量的可靠性。仪器设置的自动优化可确保错误不会影响测量，且无需了解粒子的光学特性，从而降低了因用户错误而导致不准确的可能性。相比之下，不同 NTA 平台之间测得的浓度和粒度分布存在差异，意味着 NTA 的可重复性和可再现性较低，并且测量值可能会受到仪器设置的影响。此外，还必须根据被测粒子的粒度和光学特性仔细选择 NTA 仪器设置，这可能会导致用户错误。

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