Mit der rasanten Entwicklung der Nanotechnologie haben Nanomaterialien ein großes Anwendungspotenzial in vielen Bereichen wie Biomedizin, Katalyse, Elektronik, Umweltschutz und allmählich in unseren Alltag durchdringen. NanopartikelNormalerweise liegen sie zwischen 10 und 1000 nm, wodurch sie physikalische, chemische und biologische Eigenschaften aufweisen, die sich stark von herkömmlichen Makromaterialien unterscheiden. Diese Eigenschaften machen Nanopartikel in den Bereichen der Biomedizin wie der Drogenverabreichung, Diagnose und Therapie von großem Anwendungswert. Daher ist die Charakterisierung von Nanopartikeln ein wichtiger Bestandteil der Nanomaterialforschung geworden, und die genaue Analyse von Partikelgröße, Menge, Konzentration, Morphologie, Oberflächeneigenschaften und elektrischen Eigenschaften hilft nicht nur zu einem tieferen Verständnis ihrer Kompositionsverhältnisse, sondern liefert auch wissenschaftliche Grundlagen für die Entwicklung neuer Nanotechnologien und die Optimierung bestehender Anwendungen. Je nach Prinzip und Algorithmus können verschiedene Methoden zur Charakterisierung der Nanopartikelgröße den Benutzern eine Vielzahl von Datenergebnissen liefern. Dieser Artikel beschreibt die Bedeutung der wichtigeren Daten und Parameter im Charakterisierungsexperiment von Nanopartikeln.

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Schlüssel zur PartikelgrößeParameter

Durchschnittliche Partikelgröße(Durchschnittliche Größe) ：

Die durchschnittliche Partikelgröße bezieht sich auf die Durchschnittsverteilung aller Partikelgrößen in der Probe und repräsentiert die allgemeine Größe der Probe. Die Berechnung erfolgt in der Regel anhand eines arithmetischen Durchschnitts, d. h. der Summe aller detektierten Partikelgrößen geteilt durch die Gesamtzahl der Partikel. Es ist ein wichtiger charakteristischer Parameter für die Partikelverteilung, aber in Multi-Dispersionssystemen ist es anfällig für Partikel und Messbereich der Detektionsmethode (LOD) und kann daher nur als grobe Schätzung verwendet werden.

Formel:

Unter ihnen,für jede Partikelgröße,nAnzahl der Partikel.

Standardabweichung der Partikelgröße (StdDev Size):

Die Standardabweichung (STD) ist ein Indikator für die Quantifizierung der Diskretion der Partikelgrößenverteilung und zeigt an, wie weit die Partikelgröße von ihrem Durchschnittswert abweicht. Je größer die Standardabweichung ist, bedeutet dies, dass je größer die Partikelgröße variiert, desto stärker die Multidispersivität der Probe ist. Die Standardabweichung wird in der Regel auf der Grundlage der Partikelgrößenverteilung berechnet und spiegelt die Gleichmäßigkeit der Partikelgrößenverteilung wider.

Formel:

Unter ihnen,ist die Partikelgröße eines einzelnen Teilchens,Durchschnittliche Partikelgröße.

Konzentrierte Partikelgröße(Modusgröße) ：

Die konzentrierte Partikelgröße ist der am häufigsten auftretende Partikelgrößenwert in der Partikelgrößenverteilung der Probe. Es repräsentiert die häufigste Partikelgröße in der Partikelverteilung. Die konzentrierte Partikelgröße spiegelt die wichtigste Partikelgruppe in der Probe besser wider als die durchschnittliche Partikelgröße. In hoch monodispersen Proben liegt die konzentrierte Partikelgröße in der Regel sehr nahe der durchschnittlichen Partikelgröße.

Mittelgröße(Mittelgröße) ：

Mittelgröße (D₅₀Die Partikelgröße (auch als Partikelgröße-Mittelwert bezeichnet) bezieht sich auf die Partikelgröße, bei der genau die Hälfte der Partikel größer ist als dieser Wert und die andere Hälfte kleiner ist als dieser Wert. Es ist der zentrale Wert der Partikelgrößenverteilung und spiegelt die typischen Merkmale der Partikelgrößenverteilung besser wider, insbesondere für Proben mit asymmetrischer oder mehrspitziger Verteilung.

D₅₀derPhysische BedeutungDas Volumen (Anzahl) der Partikel, die größer oder kleiner als dieser Durchmesser sind, macht jeweils 50% des Gesamtvolumens (Gesamtzahl) der Partikel aus.

D₉₀ ：

D₉₀In der Partikelgrößenverteilung sind 90% des Partikelvolumens (Anzahl) kleiner als diese Partikelgröße. Insbesondere im Multi-System,D₉₀undD₁₀Relative Werte repräsentieren einen größeren Teil der Partikelverteilung und sind in der Regel mit der maximalen Partikelgröße (Max Size) verbunden. Auch oft geschrieben.D_v0.9oderD_v09.

D₁₀ ：

D₁₀In der Partikelgrößenverteilung sind 10% des Partikelvolumens (Anzahl) kleiner als diese Partikelgröße. undD₉₀Wert relativ,D₁₀Repräsentiert einen kleineren Teil der Partikelverteilung und ist in der Regel mit der Mindestgröße des Partikels (Min Size) verbunden. Auch oft geschrieben.D_v0.1oderD_v01.

Außerdem kann auch verwendet werdenD₀₃undD₉₇Zeigen Sie die Verteilung der Partikel.D₀₃oderD_v03Partikel, die kleiner als dieser Durchmesser sind, machen 3% des Gesamtvolumens (Anzahl) der Partikel aus und so weiter.

Abstand (Spannung) ：

Span ist ein Parameter, der zur Quantifizierung der Breite der Partikelgrößenverteilung verwendet wird und das Ausmaß der Partikelgrößenverteilung widerspiegelt.Es geht durch.D₉₀undD₅₀undD₁₀Zur Berechnung wird es in der Regel verwendet, wenn eine ungleichmäßige Partikelgrößenverteilung beschrieben wird.Je größer der Abstandswert ist, je breiter die Partikelgrößenverteilung ist, desto ungleichmäßiger ist die Probe.

Formel:

Unter ihnen,D₉₀undD₁₀undD₅₀Die Partikelzahlen von 90%, 10% und 50% sind kleiner als diese Partikelgröße.

Dispersionskoeffizient (Dispersionskoeffizient) ：

Der Dispersionskoeffizient wird verwendet, um den Grad der Dispersion jeder Komponente in einer multidispersen oder ungleichmäßig verteilten Partikelprobe quantitativ zu beschreiben und eignet sich besser für die Darstellung der Verteilung der einzelnen Komponenten in einer multidispersen Probe. Der Dispersionskoeffizient wird oft zusammen mit der Standardabweichung der Partikelgröße verwendet, um die Dispersionswirkung von Partikeln besser zu charakterisieren.

Beschreibung des Algorithmus: Nach Erhalt der tatsächlichen Verteilung der Probe; Wenn die Probe eine Mischung von mehreren Spitzen ist, werden mehrere Gruppenverteilungen analysiert. Das Verhältnis der STD-Werte (Standardabweichung der Partikelgröße) zu der durchschnittlichen Partikelgröße dieser Komponente wird für jede Gruppe berechnet, wobei das größte Verhältnis in jeder Gruppe als Diffusionskoeffizient bezeichnet wird.

Der Dispersionskoeffizient kann auch in Kombination mit dem Parameter span verwendet werden, der Dispersionskoeffizient kann die Dispersion der Probe genauer analysieren, insbesondere im Falle einer Mehrverteilung, der Dispersionskoeffizient kann die Dispersion der Probe genauer charakterisieren, ohne von der Mehrverteilung beeinflusst zu werden; Bei der Verwendung können sowohl Differenzkoeffizienten als auch Spannwerte zur umfassenden Beurteilung der Proben verwendet werden. Im Fall einer einzelnen Verteilung sind der Streuungskoeffizient und die Spanne nur unterschiedliche Charakterisierungsformen, wobei eine als Referenz ausgewählt werden kann.

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Über PartikelZahlliche KonzentrationSchlüsselparameter

Verdünnungsfaktor (Dilution Factor):

Das Verdünnungsmultipal bezieht sich auf das Verhältnis zwischen dem Volumen der Originalprobe und der verdünnten Lösung, wenn die Probe vor dem Test verdünnt wird. Es wird verwendet, um sicherzustellen, dass die Prüfgeräte innerhalb ihres geeigneten Prüfbereichs arbeiten und gleichzeitig Störungen vermeiden, die durch übermäßige Konzentrationen zu Partikelüberlappungen oder mehreren Effekten führen. Bei der Charakterisierung von Nanopartikeln ist das Verdünnungsvermöglichte einer der Schlüsselparameter für die Berechnung der Originalprobenkonzentration.

Beachten Sie, dass Fehler während der Verdünnung eingeführt werden können, so dass eine präzise Pipette verwendet werden muss und die Probe ausreichend vermischt wird, um die Gleichmäßigkeit der Verdünnung zu gewährleisten.

Teilchenzahl (Particle Number):

Die Teilchenzahl bezieht sich hier spezifisch auf die Gesamtzahl der Nanopartikel, die in einem Test detektiert werden, und ist in der Regel die Probenmenge, die direkt durch ein Instrument aufgezeichnet und für die statistische Analyse verwendet wird. Dieser Parameter spiegelt die Anzahl der Teilchen wider, die in der tatsächlich gemessenen Probe während des Testprozesses gemessen wurden, und ist eine wichtige Grundlage für die Berechnung der Teilchenkonzentration. Höhe und Tiefe der Partikelzahl sind für die nachgelagerte Datenanalyse entscheidend: Proben mit niedriger Konzentration: Eine unzureichende Partikelzahl kann zu statistischen Fehlern führen; Proben mit hoher Konzentration: Übermäßige Partikelmengen können zu einer Überlappung von Partikeln oder einer verringerten Detektionseffizienz führen.

In praktischen Anwendungen wird die Partikelmenge in der Regel durch folgende Methoden berechnet oder gemessen:

• Widerstandsimpulssensorik (RPS)Einzelpartikel werden einzeln getestet und gezählt, so dass die Anzahl der Partikel direkt aus den Testaufzeichnungen stammt;
• Dynamische Lichtstreuung (DLS): indirekte Schätzung der Partikelkonzentration;
• Mikrobildgebung: Die Anzahl der Partikel durch Bildanalyse zählen;
• Bei anderen Testmethoden kann auch die Partikelzahl mittels eines Instruments berechnet werden und die Konzentration in Verbindung mit dem Probenvolumen bestimmt werden.
  
  

Konzentration (Konzentration):

Die Prüfkonzentration (d. h. die obere Probenkonzentration) bezieht sich auf die tatsächliche Konzentration der verdünnten Probe zum Zeitpunkt des Tests. Es handelt sich um eine Konzentration, die für die instrumentale Detektion verwendet wird, indem Nanopartikel in einem Lösungsmittel gestreut und nach einer geeigneten Verdünnung verarbeitet werden, und ist ein Konzentrationswert, der direkt im Experiment gemessen wird und normalerweise in Einheiten der Teilchenmenge (z. B. Partikel / ml) oder der Masse (z. B. mg / ml) angegeben wird.Der Bereich der Prüfkonzentrationen spiegelt die Empfindlichkeit und Genauigkeit der Messungen des Instruments wider. Zu hohe Konzentrationen können zu einer Überlappung oder Blockade von Partikeln führen, während zu niedrige Konzentrationen zu einem unzureichenden Signal-Rausch-Verhältnis führen können.

Formel:

Unter ihnen,C_Testdie Prüfkonzentration,N_Partikelist die Anzahl der getesteten Partikel,V_ProbeIst das Volumen der tatsächlichen Testprobe.

Überlegungen zur Konzentrationsprüfung:

• Konzentrationserfassungsbereich der Prüfgeräte (z. B. Widerstandsimpulsinduktion, optische Partikelverfolgung).

• Homogenität und Dispersion der Probenpartikel.

• Die ursprüngliche Konzentration muss schließlich umgerechnet werden.

  
  

Originalkonzentration (Originalkonzentration):

Die ursprüngliche Konzentration bezieht sich auf die ursprüngliche Konzentration von Nanopartikeln in unverdünnten Proben nach der Vorbereitung oder Reinigung und ist in der Regel der Zielwert für die endgültige Analyse. Es ist die Referenzkonzentration der Probe in praktischen Anwendungen oder Studien, die die Gesamtmenge und den Verteilungszustand der Nanopartikel während der Zubereitung widerspiegelt und Forschern helfen kann, den Zubereitungsprozess, die Ertragsquote und den Konzentrationsbereich der Nanopartikel in praktischen Anwendungen zu verstehen. Die genaue Messung der Rohkonzentration ist in vielen Bereichen von Bedeutung, wie z. B. die Dosiskontrolle in Arzneimittelverabreichungssystemen, die Empfindlichkeitsbewertung von Diagnosereagenzien usw. Durch die Kombination von Verdünnungsvervielfachen und Testkonzentrationen können die Konzentrationen der Anzahl der Nanopartikel in der Originalprobe genau berechnet werden.

Formel:

Unter ihnen,C_Originaldie ursprüngliche Konzentration,C_Testdie Prüfkonzentration,nZeigt ein Verdünnungsvervielfaches an.

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Über PartikelOberflächenladungSchlüsselparameter

Zeta ElektrizitätStelle (Zeta-Potenzial)：

Das Zeta-Potential bezieht sich auf die Potentialdifferenz an der Schierschicht (Shear Layer) der doppelten elektrischen Schicht der Oberfläche von Nanopartikeln und ist ein wichtiger Parameter für die Charakterisierung der Ladungseigenschaften der Oberfläche von Partikeln. Es spiegelt den elektrischen Zustand der Partikel im flüssigen Medium wider und beeinflusst direkt die Stabilität, die Dispersion und das Wechselwirkungsverhalten der Partikel. Das Zeta-Potenzial wird in der Regel in Millivolt (mV) angegeben und je höher sein absoluter Wert ist, desto stärker ist die elektrostatische Abwehr der Partikel und desto höher ist die Stabilität der Suspension. Veränderungen des Zeta-Potenzials können auf chemische Modifikationen der Partikeloberfläche, pH-Werte der Lösung, Ionenstärke und andere Umweltbedingungen zurückzuführen sein und sind daher ein Schlüsselindikator für die Funktionalisierung von Nanopartikeln und die Forschung der Umweltreaktionseigenschaften.

Die herkömmlichen Zeta-Potentialtests basieren in der Regel auf optischen oder elektrophoresischen Messungen und liefern das durchschnittliche Zeta-Potential für die gesamte Probe. Diese Methoden haben jedoch Schwierigkeiten, die individuellen Eigenschaften verschiedener Partikel in der Probe widerzuspiegeln, insbesondere in Mischproben mit hoher Heterogenität. Durch die Messung der Oberflächenladungseigenschaften jedes einzelnen Partikels liefert die Einzelpartikel-Zeta-Potenzialerkennung weitere wichtige Informationen:

• Ladungsdifferenzen zwischen den Partikeln: Entdecken Sie die Heterogenität der Ladungsverteilung der Probe und liefern genauere Daten für die Untersuchung von Partikelmodifikationen, Oberflächenmodifikationen usw. Eine Einzelpartikelpotentialanalyse auf der Grundlage der RPS-Technologie kann auch eine Beziehung zwischen Partikelpotential und Partikelgröße liefern.
• Ladungseinheitlichkeit der Probe: Unterstützt bei der Bewertung der Stabilität und Konsistenz des Probenvorbereitungsprozesses.
• Unterscheidung von heterogenen Partikelmischungen: Die Fähigkeit, die Oberflächenladungseigenschaften verschiedener Partikel in komplexen Systemen wie biologischen Proben zu unterscheiden, hilft bei der Untersuchung der Wechselwirkungen zwischen den Partikeln.

Einzelpartikel-Zeta-Potenzialerkennung bietet insbesondere im Bereich der Biomedizin erhebliche Vorteile, wie die Qualitätskontrolle von Arzneimittellieferungspartikeln, die präzise Charakterisierung der Oberflächenladung von extrazellulären Veskeln (EVs) usw.

Durchschnittliche ZetaStelle (Mittel Zeta Potenzial) ：

Das durchschnittliche Zeta-Potenzial bezieht sich auf den arithmetischen Durchschnitt der Zeta-Potenzialwerte aller (oder aller detektierten) Teilchen in der Probe, einer der häufig verwendeten Parameter zur Beschreibung der gesamten Oberflächenladungseigenschaften der Probe. Das durchschnittliche Zeta-Potenzial ermöglicht eine schnelle Bereitstellung des Gesamtladezustands der Probe zur Beurteilung der Stabilität und der Dispersionsleistung der Probe.

Formel:

Unter ihnen,Das Zeta-Potenzial jedes Teilchens,nAnzahl der Partikel.

Es ist wichtig zu beachten, dass das mittlere Zeta-Potential die Verteilungscharakteristiken der Partikeloberflächenladung in der Probe maskieren kann, daher sollte eine umfassende Analyse in Kombination mit anderen Parametern wie dem mittleren Zeta-Potential und der Zeta-Potentialverteilung in Proben mit schlechter Homogenität durchgeführt werden.

Das mittlere Zeta-Potential:

Mittel-Zeta-Potenzial (Z₅₀50 % der Partikel-Zeta-Potentialwerte in der Probe liegen unter diesem Wert und die anderen 50 % der Partikel-Zeta-Potentialwerte liegen über diesem Wert, ähnlich der mittleren Partikelgröße in der Partikelgrößencharakterisierung (D₅₀. Das mittlere Zeta-Potenzial ist ein statistischer Parameter, der die Ladungsverteilungszentren der Probe widerspiegelt und die Auswirkungen einiger weniger Anomalien auf die Gesamtbeschreibung der Daten bis zu einem gewissen Grad reduzieren kann.

Im Vergleich zum mittleren Zeta-Potential ist das mittlere Zeta-Potential repräsentativer für Proben mit asymmetrischer Oberflächenladungsverteilung, insbesondere für die Beschreibung von Proben mit höherer Komplexität oder Heterogenität.

Z₉₀undZ₁₀：

Z₉₀Das Zeta-Potenzial von 90% der Partikel in der Probe liegt unter diesem Wert und wird verwendet, um die oberste Grenzverteilung der Partikeloberflächenladung zu charakterisieren.Z₁₀Das Zeta-Potenzial von 10% der Partikel in der Probe liegt unter diesem Wert und wird verwendet, um die untere Grenzverteilung der Partikeloberflächenladung zu charakterisieren.

Z₉₀undZ₁₀Die Kombination kann verwendet werden, um den Zeta-Potentialverteilungsbereich und die Gleichmäßigkeit der Probe zu beschreiben. Analog zur Partikelgrößenverteilungsanalyse kann der Grad der Diskretion der Ladungsverteilung der Partikeloberfläche durch Berechnung der Spannweite des Zeta-Potentials weiter quantifiziert werden.

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Zusammenfassung

Die Charakterisierung von Nanopartikeln ist ein zentraler Bestandteil der Nanomaterialforschung und -anwendung. Durch die genaue Messung und Analyse von Schlüsselparametern wie Partikelgröße, Konzentration und Oberflächenladung können die physikalisch-chemischen Eigenschaften von Nanopartikeln und ihre Wechselwirkungen mit der Umgebung umfassend aufgedeckt werden. Diese Parameter sind nicht nur experimentelle Daten, sondern auch ein Fenster zur Dekonstruktion der Zusammensetzungsbeziehungen zwischen Nanomaterialien und Nanomaterialien.

Durch die kontinuierliche Innovation und Standardisierung der Charakterisierungstechnik bringt die Nanowissenschaft weitere bahnbrechende Entdeckungen und Anwendungen in den Bereichen Biomedizin, Katalyse und Elektronik. Der Kern all dessen ist die wissenschaftliche Ansatz, um Nanopartikel aus der unsichtbaren Mikrowelt in messbare, verständliche und kontrollierbare Makrodaten zu verwandeln, um die nahtlose Verbindung der Nanotechnologie mit den tatsächlichen Bedürfnissen zu fördern, den Industrialisierungsprozess der Nanotechnologie zu fördern und breitere Innovationsperspektiven zu eröffnen.