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NanoCET纳米颗粒跟踪分析系统
NanoCET纳米颗粒跟踪分析系统
荷兰乌得勒支大学的科学家发明了基于光纤照明的增强型NTA技术。Dispertech公司负责该领先专利技术的商业化,并推出了第一款产品nanoCET增强版纳米颗粒跟踪分析系统,整合先进的纳米流式和光学成像来分析纳米颗粒的光散射信号。该技术可测量单个纳米粒子的光散射强度和扩散系数,将纳米粒子精确测量下限拓展到20nm以下。
产品介绍

光纤照明增强型NTA技术原理

NTA也称作SPT(单粒子追踪),基于长时间记录粒子的定位,并获得其扩散系数,是检测独立纳米粒子非常有效的方法。传统的NTA,因为纳米粒子的运动会导致失去焦点,可追踪粒子运动图像的数量是有限的,可以用来分析的数据太少,最检测的结果和真实值差异较大。


光纤照明增强型NTA的技术核心是粒子在光纤的“纳米微流道”中运动,将粒子跟踪时间延长了四个数量级。激光沿光纤照射,纳米颗粒会散射激光,光学显微成像系统可对粒子进行单独检测和分析。


光纤照明NTA技术比传统NTA技术空间分辨率提高100倍,跟踪分析时间提高10000倍,进而可通过成像系统检测分析每一个纳米粒子。分析过程仅需5ul样品,最低检测限可致20nm。

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图1: 一束633nm的激光从光纤中穿过,单个粒子的光散射通过显微镜头被记录在感光芯片上。



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图2 微流毛细管内60nm金纳粒子在外部电场驱动下的漂移


NanoCET技术采用单个粒子在穿过微流通道时的散射光来测量散射的强度和扩散系数。定制的光学光纤,可以确保粒子在1D空间运动,而且时刻保持在显微光学系统的焦平面上,不会失焦。通过数千张的图像采集,达到高精确性的要求(图1, 图2)


系统的低背景可以满足用户对更小的粒子的高精度测量。高质量的均一的照明光谱沿着光纤轴传导,保证了对光散射强度的精确测量。将扩散系数和散射强度结合起来分析是nanoCET的特别之处。定制的软件以及自校准程序采用粒子的运动和强度来计算纳米粒子的直径。


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图3样品为 19、35 和 51 nm纳米乳胶颗粒的混合物



产品特性

微流毛细管光纤技术,可通过成像系统检测分析每一个纳米粒子


更准:精度高,重现性好,终身无需校准

更快:测量周期短3min

更灵敏: 20nm-150nm

更简单:无需样品前处理,无需标记

更省样本:上样量只需 5ul



输出结果

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应用范围

1.外泌体:EVs 在细胞间通讯中发挥重要作用,有强有力的证据表明 EVs 可用作诊断生物标志物和用于许多疾病(包括癌症)的治疗监测


2.病毒:慢病毒(Lentivirus,LV)载体,腺病毒(Adenovirus,AdV)载体和腺相关病毒(Adeno-associated virus)载体. 


3.纳米医学:纳米医学是纳米技术的医学应用。 纳米医学的范围从纳米材料的医学应用,包括纳米粒子,到纳米电子生物传感器,甚至分子纳米技术未来可能的应用


4.纳米材料:纳米粒子在几乎每个市场领域都具有广泛的潜在和实际应用



应用案例

1.细胞外囊泡和外泌体分析:<70 nm

细胞外囊泡,如外泌体,大量存在于人体体液中。由于这些囊泡的大小、浓度和组成在疾病期间会发生变化,因此囊泡具有广阔的临床应用前景,包括癌症诊断。然而,由于约 70% 的囊泡直径 <70 nm,单个囊泡的检测仍然具有挑战性。到目前为止,<70 nm 的囊泡仅通过需要将囊泡粘附到表面的技术进行研究。因此,大多数囊泡从未在其生理环境中进行过研究。这里我们采用了一种新的无标记光学技术来跟踪悬浮液中 <70 nm 的单个囊泡。方法:尿囊包含在含有 600 nm 纳米流体通道的单模光导二氧化硅纤维中。来自二极管激光器(660 nm 波长)的光与光纤耦合,从而在纳米流体通道中产生强烈限制的光学模式,从而持续照亮通道内的自由扩散囊泡。使用显微镜物镜(NA = 0.95)收集囊泡在与纤维轴正交的方向上散射的弹性光,并用自制显微镜成像。结果:我们通过弹性光散射跟踪了小至 35 nm 的单个尿囊。请注意,囊泡是低折射率 (n<1.4) 颗粒,我们通过结合热扩散和光散射截面的数据证实了这一点。结论:我们第一次研究了<70 nm 在悬浮液中自由扩散的囊泡[3]。

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检测纳米流体纤维中的介电纳米粒子。(a) 装置示意图:光耦合到纤维的核心,粒子通过毛细力被拉入纳米通道。散射光通过垂直于传播方向的物镜成像。(b) 光纤横截面的扫描电子显微照片显示,通道直径为 247 ( 6 nm,纤芯直径为 2.92 ( 0.01 μm)。(c) 假设通道在 670 nm 处计算的光模强度充满水。右边的图显示了模式的轮廓。蓝色区域对应于(d)部分,它显示了液体纳米通道内的纤维结构、光学模式和粒子的示意图。(e) 物镜捕获的散射光图像(曝光时间 1 ms),减去静态背景散斑。样品是 19、35 和 51 nm 乳胶颗粒的混合物。(f) 以伪彩和对数强度标度显示的同一图像可以看到所有三种尺寸的粒子。(g) 检测到的强度作为图像中位置函数的半对数图。



2.病毒粒子分析:20nm

nanoCET基于弹性光散射的跟踪方法,以每秒数千帧的速率对纳米粒子动力学进行长时间测量。平台可以跟踪小至 20 nm 的未标记介电颗粒或 (CCMV) 病毒粒子监测过程中可以超过 3 kHz 的速率持续数十秒,该技术的易用性和性能在医学诊断和微全分析系统中具有广泛应用[2]。

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无标记CCEV病毒追踪(a)CCEV轨迹图(b)轨迹特写图,CCEV粒子位置由红线显示(c)CCMV病毒粒子分布直方图



3.纳米药物分析:60nm金纳米粒子

nanoCET,这是一种光流体平台,用于在体外连续测量单个胶体纳米颗粒或大分子的电泳迁移率,具有毫秒时间分辨率和高电荷灵敏度。该平台基于使用纳米毛细管光纤,其中液体可以在嵌入光导芯内的通道内流动,并且使用弹性光散射跟踪纳米颗粒。使用这个平台,我们通过实验测量了 60 nm 金纳米粒子在水环境中的电泳迁移率。此外,使用数值模拟,我们展示了纳米毛细管内部的潜在电动动力学以及将该方法扩展到探测单个生物分子的必要步骤,这可以通过现有技术实现。这一成就将极大地促进在广泛的时间范围内监测单个实体上的生化或催化反应的艰巨挑战。该平台独特的测量能力为胶体科学、分析生物化学和医学诊断领域的广泛发现铺平了道路[1]。



4.纳米材料分析:60nm聚苯乙烯颗粒

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图 (a) 每个粒子的粒径,每个粒子的直径波动范围很窄。测量数值的标准误小于4%。(b) 显示经过对160帧图像进行分析后得到的粒径分布图。理论值是9.1nm,计算给出的数值是9.5nm。


部分文献

1. Faez S, Samin S, Baasanjav D, et al. Nanocapillary electrokinetic tracking for monitoring charge fluctuations on a single nanoparticle. Faraday Discuss. (2016).

2. Faez, S, Yoav L, Stefan W, et al. Fast, Label-Free Tracking of Single Viruses and Weakly Scattering Nanoparticles in a Nanofluidic Optical Fiber. ACS Nano 9, (2015).

3. Pol, E, Stefan W, Yoav L, et al. Label-Free Tracking of Single Extracellular Vesicles in a Nano-Fluidic Optical Fiber (Conference Presentation). In Optical Fibers and Sensors for Medical Diagnostics and Treatment Applications XVI, 9702:970208. International Society for Optics and Photonics, (2016).

4. Priest, L., Peters, J. S., & Kukura, P. Scattering-based Light Microscopy: From Metal Nanoparticles to Single Proteins. Chemical reviews, (2021).

 

产品参数

检测方法:非标记检测

检测原理: 光纤照明NTA

测定范围:10nm-150nm

单次测定时间:3min

激光波长:635nm

最大激光功率:50Mw

样本体积:5ul

散射强度尺寸精度:1nm

扩散系数的尺寸精度:15%