Com o rápido desenvolvimento da nanotecnologia, os nanomateriais mostraram um enorme potencial de aplicação em várias áreas, como biomedicina, catálise, eletrônica e proteção ambiental, e gradualmente se infiltraram em nossa vida diária. NanopartículasGeralmente entre 10 e 1000 nm, eles apresentam propriedades físicas, químicas e biológicas muito diferentes dos macromateriais tradicionais. Essas propriedades permitem que as nanopartículas tenham um grande valor de aplicação em áreas biomédicas como administração de medicamentos, diagnóstico e tratamento. Assim, a caracterização de nanopartículas tornou-se um elemento importante na pesquisa de nanomateriais, e a análise precisa do tamanho, quantidade, concentração, morfologia, propriedades de superfície e propriedades elétricas das partículas não só ajuda a entender a sua composição, mas também fornece uma base científica para o desenvolvimento de novas nanotecnologias e a otimização de aplicações existentes. Dependendo dos princípios e algoritmos, diferentes métodos de caracterização de tamanho de partículas de nanopartículas fornecerão aos usuários uma variedade de resultados de dados, este artigo detalhará os significados dos dados e parâmetros mais importantes em experimentos de caracterização de nanopartículas.

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A chave sobre o tamanho das partículasparâmetro

Tamanho médio das partículas(Tamanho médio) ：

O tamanho médio das partículas é a média de todas as distribuições de tamanho das partículas na amostra, representando o tamanho geral da amostra. Normalmente, o cálculo é feito usando a média aritmética, ou seja, a soma de todos os tamanhos das partículas detectadas dividida pelo número total de partículas. É um parâmetro característico importante para a distribuição de partículas, mas em sistemas multidispersos, é vulnerável às partículas e ao alcance do método de detecção (LOD) e, portanto, pode ser referido apenas como uma estimativa aproximada.

Fórmula:

Entre eles,para o tamanho de cada partícula,npelo número de partículas.

Desvio padrão do tamanho da partícula (StdDev Size):

O desvio padrão (STD) é um indicador que quantifica o grau discreto da distribuição do tamanho da partícula, indicando o grau em que o tamanho da partícula desvia de sua média. Quanto maior a desvância padrão, significa que quanto maior a mudança no tamanho da partícula, maior a diversidade da amostra. O desvio padrão é geralmente calculado com base na distribuição do tamanho das partículas, refletindo a uniformidade da distribuição do tamanho das partículas.

Fórmula:

Entre eles,é o tamanho de uma única partícula,Tamanho médio das partículas.

Tamanho da partícula concentrada(Tamanho do modo) ：

O tamanho de partícula concentrado é o valor de tamanho de partícula que aparece com a maior frequência na distribuição de tamanho de partícula da amostra. Representa o tamanho de partícula mais comum na distribuição de partículas. O tamanho das partículas concentradas reflete melhor o maior grupo de partículas na amostra do que o tamanho médio das partículas. Em amostras altamente monodispersas, o tamanho das partículas concentradas é geralmente muito próximo do tamanho médio das partículas.

Tamanho médio da partícula(Tamanho médio) ：

Tamanho médio da partícula (D₅₀Também chamado de tamanho médio de partícula), refere-se ao tamanho da partícula na distribuição de partículas, exatamente metade do tamanho da partícula é maior do que este valor e a outra metade é menor do que este valor. É o valor central da distribuição de tamanho de partícula e pode refletir melhor as características típicas da distribuição de tamanho de partícula, especialmente para amostras com distribuições asimétricas ou de picos múltiplos.

D₅₀doSignificado físicoO volume (número) de partículas maiores ou menores que esse diâmetro representa 50% do volume total (número total) de partículas.

D₉₀ ：

D₉₀Em uma distribuição de tamanho de partícula, 90% do volume de partícula (número) é menor do que esse tamanho de partícula. Especialmente em sistemas de diversidade,D₉₀comD₁₀Os valores relativos representam uma parte maior da distribuição da partícula e geralmente estão associados ao tamanho máximo da partícula. Também escreve frequentemente.D_{versão 0.9}ouD_{versão 09}- É.

D₁₀ ：

D₁₀Em uma distribuição de tamanho de partícula, 10% do volume de partícula (número) é menor do que esse tamanho de partícula. comD₉₀valor relativo,D₁₀Representa uma parte menor da distribuição da partícula, geralmente associada ao tamanho mínimo da partícula (Min Size). Também escreve frequentemente.D_{versão 0.1}ouD_{versão 01}- É.

Além disso, pode ser usadoD₀₃eD₉₇para indicar a distribuição das partículas.D₀₃ouD_v03Indica que as partículas menores que esse diâmetro representam 3% do volume total (quantidade) das partículas, e assim por diante.

Distância (Span) ：

Span é um parâmetro usado para quantificar a largura da distribuição do tamanho da partícula, refletindo o grau de dispersão do tamanho da partícula.Está a passar.D₉₀eD₅₀eD₁₀Para o cálculo, geralmente é usado para descrever a distribuição desigual do tamanho das partículas.Quanto maior o valor da distância, indica que quanto maior a distribuição do tamanho das partículas, mais desigual a amostra.

Fórmula:

Entre eles,D₉₀eD₁₀eD₅₀Os números de partículas de 90%, 10% e 50% são menores do que esse tamanho de partícula, respectivamente.

coeficiente de dispersão (Coeficiente de dispersão) ：

O coeficiente de dispersão é usado para descrever quantitativamente o grau de dispersão de cada componente em uma amostra de partículas multidispersas ou desigualmente distribuídas e é mais adequado para representar a distribuição de cada componente em uma amostra multidispersa. Os coeficientes de dispersão são frequentemente usados ​​em conjunto com desvios padrão do tamanho das partículas para caracterizar melhor o efeito de dispersão das partículas.

Descrição do algoritmo: após a obtenção da distribuição real da amostra; Se a amostra for uma mistura de vários picos, a distribuição de vários conjuntos é analisada. O valor STD (desvio padrão de tamanho de partícula) é calculado em relação ao tamanho médio de partícula do componente para cada grupo de distribuições, tomando o maior valor do grupo como valor do coeficiente de dispersão.

O fator de dispersão também pode ser usado em combinação com o parâmetro span, o fator de dispersão para analisar a dispersão da amostra mais fina, especialmente no caso de distribuição múltipla, o fator de dispersão pode caracterizar a dispersão da amostra com mais precisão, sem ser afetado pela distribuição múltipla; É possível usar coeficientes de dispersão e valores de intervalo para uma avaliação integrada da amostra. No caso de distribuição única, o coeficiente de dispersão e o span são apenas formas diferentes de caracterização, escolhendo um deles como referência.

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Sobre partículasConcentraçãoParâmetros-chave

Factor de diluição (Dilution Factor):

O múltiplo de diluição refere-se à proporção entre a amostra original e o volume da solução diluída antes do teste. Ele é usado para garantir que o instrumento de teste funcione dentro de sua faixa de detecção adequada, evitando ao mesmo tempo a interferência de sobreposição de partículas ou efeitos múltiplos devido a concentrações excessivas. Na caracterização de nanopartículas, o múltiplo de diluição é um dos parâmetros chave para o cálculo da concentração da amostra original.

É importante notar que erros podem ser introduzidos durante o processo de diluição, por isso é necessário usar uma pipeta precisa e misturar adequadamente a amostra para garantir a uniformidade da diluição.

Número de partículas (Particle Number):

O número de partículas aqui refere-se especificamente ao número total de nanopartículas detectadas em um teste, geralmente o volume de amostra registrado diretamente pelo instrumento e usado para análise estatística. Este parâmetro reflete o número de partículas envolvidas na amostra real medida durante o teste e é uma base importante para o cálculo da concentração de partículas. Os níveis elevados e baixos do número de partículas são essenciais para a análise de dados a seguir: amostras de baixa concentração: o número insuficiente de partículas pode levar a erros estatísticos; Amostras de alta concentração: o número excessivo de partículas pode causar sobreposição de partículas ou redução da eficiência da detecção.

Em aplicações práticas, o número de partículas é geralmente calculado ou medido pelos seguintes métodos:

• Impulso de resistência (RPS)As partículas individuais são detectadas e contadas uma por uma, portanto, o número de partículas vem diretamente do registro de teste;
• Dispersião Dinâmica da Luz (DLS): Estimação indireta da concentração de partículas;
• Microimagem: contagem do número de partículas através da análise de imagem;
• Em outros métodos de ensaio, o número de partículas também pode ser calculado por meio de instrumentos, combinando o volume da amostra para determinar a concentração.
  
  

Concentração (Test):

A concentração de ensaio (ou seja, a concentração de amostra superior) refere-se à concentração real da amostra diluída no momento do ensaio. É a concentração usada para a detecção instrumental por dispersão das nanopartículas no solvente e após diluição adequada, é o valor de concentração medido diretamente no experimento, geralmente expresso em unidades de quantidade de partículas (por exemplo, partícula / mL) ou massa (por exemplo, mg / mL).A gama de concentrações de teste reflete a sensibilidade e a precisão das medições do instrumento, concentrações excessivas podem levar a sobreposição ou bloqueio de partículas, enquanto concentrações muito baixas podem levar a uma relação sinal-ruído insuficiente.

Fórmula:

Entre eles,O C_testeindicando a concentração de teste,N_partículasé o número de partículas testadas,O V_amostraÉ o volume da amostra de teste real.

Considerações para o teste de concentração:

• Alcance de detecção de concentração do equipamento de teste (por exemplo, indução de pulso de resistência, rastreamento óptico de partículas).

• Uniformidade e dispersão das partículas da amostra.

• Finalmente, a concentração original precisa ser calculada por contrapressão.

  
  

Concentração original (original):

A concentração original refere-se à concentração inicial de nanopartículas em amostras não diluídas após a preparação ou purificação, geralmente o valor alvo para a análise final. É a concentração de referência da amostra em aplicações práticas ou estudos que refletem a quantidade total e o estado de distribuição das nanopartículas durante a preparação e pode ajudar os pesquisadores a entender o processo de preparação das nanopartículas, a produtividade e a faixa de concentração em aplicações práticas. A determinação precisa das concentrações originais é importante em muitas áreas, como o controle de dose em sistemas de administração de medicamentos, a avaliação da sensibilidade dos reagentes de diagnóstico, etc. Combinando múltiplos de diluição e concentrações de teste, a concentração de número de nanopartículas na amostra original pode ser calculada com precisão.

Fórmula:

Entre eles,O C_originalconcentração original,O C_testeindicando a concentração de teste,nindica o múltiplo de diluição.

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Sobre partículasCarga de superfícieParâmetros-chave

eletricidade ZetaLocalização (Potencial Zeta)：

O potencial Zeta refere-se à diferença de potencial na camada de corte deslizante (Shear Layer) da dupla camada elétrica da superfície da nanopartícula e é um parâmetro importante para caracterizar as propriedades de carga da superfície da partícula. Reflete o estado de carga da partícula no meio líquido, afetando diretamente a estabilidade, a dispersão e o comportamento de interação da partícula. O potencial Zeta é geralmente expresso em milívoltes (mV), e quanto maior seu valor absoluto, maior a repulsão eletrostática da partícula e maior a estabilidade da suspensão. As mudanças no potencial Zeta podem derivar de alterações químicas na superfície das partículas, condições ambientais como o pH da solução, a intensidade iónica e, portanto, são indicadores-chave para a funcionalização das nanopartículas e o estudo do desempenho de resposta ambiental.

Os métodos tradicionais de teste de potencial Zeta são geralmente baseados em medições ópticas ou eletroforesis, fornecendo o potencial Zeta médio da amostra como um todo. No entanto, esses métodos são difíceis de refletir as propriedades individuais de diferentes partículas em amostras, especialmente em misturas com maior heterogeneidade. A detecção de potencial Zeta de partículas individuais pode fornecer mais informações críticas ao medir as propriedades de carga superficial de cada partícula, uma por uma:

• Diferenças de carga entre partículas: revela a heterogeneidade da distribuição de carga na amostra, fornecendo dados mais precisos para o estudo de modificações de partículas, modificações de superfície, etc. A análise de potencial de partícula única baseada na tecnologia RPS também fornece uma relação entre o potencial da partícula e o tamanho da partícula.
• Uniformidade de carga da amostra: ajuda a avaliar a estabilidade e a consistência do processo de preparação da amostra.
• Distinção de misturas de partículas heterogêneas: a capacidade de distinguir as propriedades de carga superficial de partículas diferentes em sistemas complexos, como amostras biológicas, ajuda a estudar as interações entre partículas.

A detecção de potencial Zeta de partícula única apresenta vantagens significativas, especialmente no campo biomédico, como o controle de qualidade das partículas de administração de medicamentos, a caracterização precisa da carga superficial das vesículas extracelulares (EVs), etc.

Energia média ZetaLocalização (Potencial Zeta médio) ：

O potencial Zeta médio refere-se à média aritmética dos valores de potencial Zeta de todas (ou todas as partículas detectadas) na amostra, um dos parâmetros comumente usados ​​para descrever as propriedades de carga superficial global da amostra. O potencial Zeta médio fornece rapidamente o estado de carga geral da amostra para avaliar a estabilidade e o desempenho de dispersão da amostra.

Fórmula:

Entre eles,para o potencial Zeta de cada partícula,npelo número de partículas.

É importante notar que o potencial Zeta médio pode ocultar as características da distribuição da carga da superfície da partícula na amostra e, portanto, em amostras com menor uniformidade, a análise integrada deve ser realizada em combinação com outros parâmetros, como o potencial Zeta médio e a distribuição de potencial Zeta.

Potencial Zeta Médio:

Potencial Zeta médio (Z₅₀refere-se a 50% do potencial de partícula Zeta na amostra abaixo desse valor e os outros 50% do potencial de partícula Zeta acima desse valor, semelhante ao tamanho médio de partícula na caracterização do tamanho de partícula (D₅₀). O potencial Zeta médio é um parâmetro estatístico que reflete o centro de distribuição de carga da amostra e é capaz de reduzir, até certo ponto, o impacto de alguns valores anormais na descrição geral dos dados.

O potencial Zeta médio é mais representativo de amostras com distribuição de carga de superfície assimétrica do que o potencial Zeta médio, especialmente para amostras que descrevem complexidade ou maior heterogeneidade.

Z₉₀eZ₁₀：

Z₉₀O potencial Zeta de 90% das partículas na amostra é inferior a esse valor e é usado para caracterizar a distribuição do limite superior da carga da superfície da partícula.Z₁₀O potencial Zeta de 10% das partículas na amostra é inferior a esse valor e é usado para caracterizar a distribuição do limite inferior da carga da superfície da partícula.

Z₉₀eZ₁₀A combinação pode ser usada para descrever a gama de distribuição de potencial Zeta e a uniformidade da amostra. De acordo com a análise da distribuição do tamanho da partícula, o grau discreto da distribuição da carga na superfície da partícula pode ser quantificado ainda mais através do cálculo da distância do potencial Zeta.

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Resumo

A caracterização das nanopartículas é um elemento central na pesquisa e aplicação de nanomateriais, e através da medição precisa e análise de parâmetros-chave como tamanho de partícula, concentração, carga superficial, pode revelar completamente as propriedades físicas e químicas das nanopartículas e suas interações com o ambiente externo. Estes parâmetros não são apenas dados experimentais, mas também uma janela para deconstruir a relação de composição de nanodrogas e nanomateriais.

Através da inovação contínua e padronização da tecnologia de caracterização, a nanociência está trazendo mais descobertas inovadoras e aplicações reais em áreas como biomedicina, catálise e eletrônica. O núcleo de tudo isso é usar uma abordagem científica rigorosa para transformar as nanopartículas do mundo microscópico invisível em dados macroscópicos mensuráveis, compreensíveis e controláveis, promovendo assim a conexão perfeita da nanotecnologia com as necessidades reais, impulsionando o processo de industrialização da nanotecnologia e abrindo perspectivas mais amplas de inovação.