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使用BeNano检测VB1和溶菌酶的粒径分布

2022-05-12

关键词:VB1、溶菌酶、粒径分布、动态光散射

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      动态光散射技术的粒径有效检测分辨率通常在2.5-3倍粒径。在大部分该类设备仪器的宣传资料中通常使用60-300nm范围的窄分布标准样品的混合样检测结果来体现。很少报道动态光散射技术在10纳米以下的混合样品的分辨率能力。这一方面是由于缺乏这种小粒径范围内的标样,另一方方面是由于受到仪器的灵敏度,相关器低通道的运算能力的影响。


      在这个应用报告中,使用丹东百特公司出品的BeNano 180系列纳米粒度仪检测了VB1和溶菌酶混合样品。这两个样品本身粒径都非常小,散射极弱,对于动态光散射设备的灵敏度,相关曲线的通道设置和算法都提出了较高的挑战。


原理


      动态光散射技术DLS,也称作光子相关光谱PCS或者准弹性光散射QELS,是利用激光照射在样品溶液或者悬浮液上,通过光电检测器检测样品颗粒布朗运动产生的散射光波动随时间的变化。利用相关器的时间相关性统计学计算可以得到相关曲线,进而得到颗粒的布朗运动速度,即扩散系数D。通过斯托克斯-爱因斯坦方程,我们把颗粒的布朗运动速度和其粒径DH联系起来:

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      其中kB为玻尔兹曼常数,T为环境温度,𝜂为溶剂粘度,DH为颗粒的流体力学直径。


      通过累积距法对于相关曲线的拟合,得到颗粒的平均粒径和PD.I分布系数,通过多指数的分布算法得到颗粒的粒径分布信息。


设备


      采用丹东百特公司的BeNano 180 纳米粒度仪。仪器使用波长671 nm,功率50 mW激光器作为光源,设置在173°的APD检测器进行散射光信号采集。采用单模光纤进行信号传导,以最大程度的提高信噪比。


       BeNano采用纳秒级别高速相关器,为小颗粒的快速衰减相关曲线提供充足的短期相关计算范围。


样品制备和测试条件


我们配置了VB1和溶菌酶溶液,具体样品信息如下表:


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将VB1和溶菌酶混合,形成混合溶液,具体信息如下:


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      通过BeNano内置的温度控制系统将测试温度控制为25℃±0.1℃。


      由于样品的颗粒极小,散射极弱,所以灰尘等杂质的存在对于检测具有较大影响。实验过程中,利用100 nmPES水性膜进行样品过滤。滤液直接注入样品池。


      每一个样品在放入样品池后进行至少三次测试,以检测结果的重复性和得到结果的标准偏差。


粒径测试


通过样品的原始散射光信号,我们得到这些样品的相关曲线和粒径分布结果:


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图1.  VB1,溶菌酶以及VB1和溶菌酶混合溶液的相关曲线


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图2.  40% VB1溶液的粒径分布曲线


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图3.  5mg/mL溶菌酶溶液的粒径分布曲线


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图4. VB1和溶菌酶混合溶液的粒径分布曲线


我们将检测结果列于下表中:


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      通过图1、图2、图3和表3中不同样品的相关曲线和粒径结果可以看出,相对而言单纯的溶菌酶溶液的相关曲线衰减时间更长,这是由于溶菌酶的粒径相对于VB1更大,布朗运动速度更慢造成的。


      图4中为VB1溶液、溶菌酶溶液以及VB1和溶菌酶溶液混合样品的粒径分布图。通过粒径分布图可以看出VB1和溶菌酶溶液混合样品粒径分布中非常明显的具有一个粒径较小的组分的分布峰,和一个相对而言粒径较大的组分的分布峰。这两个峰分别对应对于混合溶液中的VB1分子和溶菌酶,且小颗粒粒径峰的位置与VB1溶液的粒径峰位置基本符合,大颗粒粒径峰的位置与溶菌酶溶液的粒径峰的位置基本符合。


结论


     通过检测结果,我们可以看到BeNano 180系统极高的灵敏度和分辨率。其优异的光路设计和算法设置,即使对于粒径在10个纳米以下的混合样品也能提供可靠的粒径分布信息,这为动态光散射在极小颗粒的应用提供了有力的检测工具。