Avec le développement rapide de la nanotechnologie, les nanomatériaux ont montré un énorme potentiel d'application dans de nombreux domaines tels que la biomédecine, la catalyse, les dispositifs électroniques, la protection de l'environnement et ont progressivement pénétré notre vie quotidienne. NanoparticulesTypiquement entre 10 et 1000 nm, ils présentent des propriétés physiques, chimiques et biologiques très différentes de celles des matériaux macroscopiques traditionnels. Ces propriétés rendent les nanoparticules extrêmement utiles dans les domaines biomédicaux tels que la délivrance de médicaments, le diagnostic, la thérapie, etc. Par conséquent, la caractérisation des nanoparticules devient un lien important dans la recherche sur les nanomatériaux, et l'analyse précise de la taille des particules, de la quantité, de la concentration, de la morphologie, des propriétés de surface et des propriétés électriques contribue non seulement à une compréhension approfondie de leurs relations de structure et d'effet, mais fournit également une base scientifique pour le développement de nouvelles nanotechnologies et l'optimisation des applications existantes. Selon le principe et l'algorithme, différentes méthodes de caractérisation de la taille des particules de nanoparticules fourniront aux utilisateurs une variété de résultats de données, et cet article détaillera les données les plus importantes et les implications des paramètres dans les expériences de caractérisation des nanoparticules.

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Clés concernant la taille des particulesparamètre

Taille moyenne des particules(Taille moyenne):

La taille moyenne des particules est la moyenne de la distribution de la taille de toutes les particules dans un échantillon et représente la taille générale de l'échantillon. Le calcul est généralement effectué à l'aide d'une moyenne arithmétique, c'est - à - dire la somme des tailles de particules de toutes les particules détectées divisée par le nombre total de particules. Il s'agit d'un paramètre caractéristique important de la distribution des particules, mais dans les systèmes polydispersés, il est sensible aux particules et à l'échelle de la méthode de détection (LOD) et ne peut donc être utilisé qu'à titre d'estimation approximative.

Formule:

Parmi eux,Pour la taille des particules de chaque particule,nNombre de particules.

Différence type de taille des particules (STDDEV Size):

L'écart type de taille des particules (STD) est un indicateur qui quantifie le degré de discrétisation de la distribution de la taille des particules, indiquant à quel point la taille des particules s'écarte de sa valeur moyenne. Plus l'écart type est grand, cela signifie que plus la taille des particules varie et plus la polydispersité de l'échantillon est forte. L'écart type est généralement calculé à partir de la distribution granulométrique des particules, capable de refléter l'uniformité de la distribution granulométrique.

Formule:

Parmi eux,Est la taille des particules d'une seule particule,La taille moyenne des particules.

Taille des particules concentrée(Taille du mode):

La taille des particules concentrée est la valeur de la taille des particules qui apparaît le plus souvent dans la distribution de la taille des particules d'un échantillon. Il représente la taille de particule la plus courante dans la distribution des particules. La taille des particules concentrée reflète mieux la population de particules la plus dominante dans l'échantillon que la taille moyenne des particules. Dans les échantillons fortement monodispersés, la taille des particules concentrées est généralement très proche de la taille moyenne des particules.

Taille médiane des particules(Taille moyenne):

Taille médiane des particules (D₅₀, également la valeur médiane de la taille des particules), se réfère à la taille des particules qui, dans la distribution des particules, exactement la moitié des particules ont une taille supérieure à cette valeur et l'autre moitié est inférieure à cette valeur. Il s'agit de la valeur centrale de la distribution granulométrique et permet de mieux refléter les caractéristiques typiques de la distribution granulométrique, en particulier pour les échantillons de distribution asymétrique ou multimodale.

D₅₀deSignification physique: C'est - à - dire que le volume (nombre de particules) supérieur ou inférieur à ce diamètre représente chacun 50% du volume total (total) des particules.

D₉₀ Pour:

D₉₀Indique que dans la distribution de la taille des particules, 90% des particules ont un volume (nombre) inférieur à cette taille. En particulier dans un système polydispersé,D₉₀AvecD₁₀Les valeurs sont relatives et représentent une plus grande partie de la distribution des particules, généralement associée à la taille maximale des particules (Taille max). Souvent écrit aussiD_{version 0.9}ouD_v09- Oui.

D₁₀ Pour:

D₁₀Indique que dans la distribution de la taille des particules, 10% des particules ont un volume (nombre) inférieur à cette taille. AvecD₉₀Valeur relative,D₁₀Représente une fraction plus petite de la distribution des particules, généralement associée à la taille minimale des particules (min Size). Souvent écrit aussiD_{version 0.1}ouD_v01- Oui.

En outre, il peut être utiliséD₀₃etD₉₇Etc. pour représenter la distribution des particules.D₀₃ouD_v03Indique que les particules inférieures à ce diamètre représentent 3% du volume total (nombre) des particules, et ainsi de suite.

La portée (Span):

Span est un paramètre utilisé pour quantifier la largeur de la distribution de la taille des particules, reflétant le degré de dispersion de la taille des particules.C'est parD₉₀Et,D₅₀etD₁₀Pour le calcul, il est généralement utilisé pour décrire une distribution inégale de la taille des particules.Plus la valeur de l'intervalle est grande, ce qui signifie que plus la distribution de la taille des particules est large et moins l'échantillon est homogène.

Formule:

Parmi eux,D₉₀Et,D₁₀etD₅₀Respectivement 90%, 10% et 50% des particules ont un nombre inférieur à cette taille.

Coefficient de dispersion (Coefficient de dispersion):

Le coefficient de dispersion est utilisé pour décrire quantitativement le degré de dispersion de chaque composant dans un échantillon de particules polydispersées ou inégalement réparties et est plus approprié pour représenter la distribution de chaque composant dans un échantillon multidistribué. Le coefficient de dispersion, souvent utilisé avec l'écart type de taille des particules, permet de mieux caractériser l'effet de dispersion des particules.

Description de l'algorithme: après avoir obtenu la distribution réelle de l'échantillon; Si l'échantillon est un mélange de plusieurs pics, plusieurs groupes de distributions sont analysés. Le rapport de la valeur STD (écart type de taille des particules) à la taille moyenne des particules de ce composant est calculé séparément pour chaque groupe de distributions, en prenant le rapport le plus grand de chaque groupe, c'est - à - dire la valeur prise pour le coefficient de dispersion.

Le coefficient de dispersion peut également être utilisé conjointement avec le paramètre span, le coefficient de dispersion est plus fine pour analyser la dispersion de l'échantillon, en particulier dans le cas de multi - distribution, le coefficient de dispersion peut caractériser plus précisément la dispersion de l'échantillon, qui n'est pas affectée par multi - distribution; Lors de l'utilisation, le facteur de dispersion et la valeur span peuvent être sélectionnés pour une évaluation complète de l'échantillon. Dans le cas d'une distribution unique, le coefficient de dispersion et le span ne sont que des formes de caractérisation différentes, dont l'une est choisie comme référence.

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Particules concernéesNombre concentrationParamètres clés

Facteur de dilution (dilution factor):

Le multiple de dilution est la proportion de l'échantillon d'origine par rapport au volume de solution après dilution lorsque l'échantillon est dilué avant l'essai. Il est utilisé pour s'assurer que l'instrument d'essai fonctionne dans sa plage de détection appropriée, tout en évitant les interférences dues à des concentrations trop élevées entraînant des chevauchements de particules ou des effets multiples. Dans la caractérisation des nanoparticules, le multiple de dilution est l'un des paramètres clés pour calculer la concentration de l'échantillon d'origine.

Il est à noter que des erreurs peuvent être introduites lors de la dilution, il est donc nécessaire d'utiliser un outil de pipetage précis et de bien mélanger l'échantillon pour garantir l'uniformité de la dilution.

Nombre de particules testées (particle Number):

Le nombre de particules se réfère ici spécifiquement au nombre total de nanoparticules détectées en un seul test, généralement la taille de l'échantillon enregistré directement par l'instrument et utilisé pour l'analyse statistique. Ce paramètre reflète le nombre de particules qui ont participé à la mesure dans l'échantillon réellement testé au cours de l'essai et constitue une base importante pour le calcul de la concentration de particules. Les hauts et les bas du nombre de particules sont cruciaux pour l'analyse des données en aval: échantillons à faible concentration: un nombre insuffisant de particules peut entraîner des erreurs statistiques; Échantillons à forte concentration: un nombre excessif de particules peut entraîner un chevauchement des particules ou une réduction de l'efficacité de la détection.

Dans les applications pratiques, le nombre de particules est généralement calculé ou mesuré par:

• Méthode d'induction par impulsions résistives (RPS): les particules individuelles sont détectées une par une et comptées, de sorte que le nombre de particules provient directement des enregistrements de test;
• Méthode dynamique de diffusion de la lumière (DLS): estimation indirecte de la concentration de particules;
• Microimagerie: comptage du nombre de particules par analyse d'image;
• Dans d'autres méthodes d'essai, le nombre de particules peut également être calculé à l'aide de calculs instrumentaux et la concentration peut être déterminée en combinaison avec le volume de l'échantillon.
  
  

Concentration (concentration):

La concentration d'essai (c. - à - d. La concentration de l'échantillon supérieur) est la concentration réelle de l'échantillon dilué au moment de l'essai. Il s'agit de la concentration utilisée pour la détection instrumentale en dispersant les nanoparticules dans un solvant et après un traitement de dilution approprié, qui est la valeur de la concentration mesurée directement dans une expérience et généralement exprimée en nombre de particules (par exemple, section / ML) ou en masse (par exemple, mg / ML).La plage de concentrations testées reflète la sensibilité et la précision des mesures de l'instrument, des concentrations trop élevées pouvant entraîner un chevauchement ou un blocage des particules, tandis que des concentrations trop faibles peuvent entraîner un rapport signal sur bruit insuffisant.

Formule:

Parmi eux,C_testReprésente la concentration testée,N_particulesEst le nombre de particules testées,V_échantillonEst le volume de l'échantillon d'essai réel.

Considérations pour la détection de la concentration:

• Plage de détection de la concentration de l'équipement d'essai (p. ex., méthode d'induction par impulsions résistives, méthode de suivi optique des particules).

• Uniformité et dispersion des particules de l'échantillon.

• Il faut finalement inverser la concentration initiale calculée.

  
  

Concentration originale:

La concentration initiale se réfère à la concentration initiale des nanoparticules dans un échantillon non dilué après la préparation ou la purification est terminée et est généralement la valeur cible pour l'analyse finale. Il s'agit de la concentration de référence d'un échantillon dans une application pratique ou une recherche qui reflète la quantité totale et l'état de distribution des nanoparticules pendant la préparation et peut aider les chercheurs à comprendre le processus de préparation des nanoparticules, le rendement et la gamme de concentrations dans une application pratique. La détermination précise de la concentration initiale est importante dans de nombreux domaines, tels que le contrôle de la dose dans les systèmes de délivrance de médicaments, l'évaluation de la sensibilité des réactifs de diagnostic, etc. En combinant les multiples de dilution et les concentrations testées, il est possible de calculer avec précision la concentration en nombre de nanoparticules dans l'échantillon d'origine.

Formule:

Parmi eux,C_originalReprésente la concentration initiale,C_testReprésente la concentration testée,nReprésente le multiple de dilution.

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Particules concernéesCharge de surfaceParamètres clés

Zeta électriqueBIT (potentiel zéta)Pour:

Le potentiel Zeta fait référence à la différence de potentiel au niveau de la surface de cisaillement glissante (Shear Layer) de la couche diélectrique à la surface des nanoparticules et est un paramètre important pour caractériser les propriétés de charge à la surface des particules. Il reflète l'état de charge des particules dans un milieu liquide et affecte directement leur stabilité, leur dispersibilité ainsi que leur comportement en interaction. Le potentiel Zeta est généralement exprimé en millivolts (MV) et plus sa valeur absolue est élevée, plus la répulsion électrostatique des particules est forte et plus la stabilité de la suspension est élevée. Les variations du potentiel de Zeta peuvent provenir de conditions environnementales telles que la modification chimique de la surface des particules, le pH de la solution, la Force ionique, etc., et sont donc des indicateurs clés de la fonctionnalisation des nanoparticules et des études de performance de la réponse environnementale.

Les méthodes traditionnelles de test du potentiel Zeta sont généralement basées sur des mesures optiques ou électrophorétiques et fournissent le potentiel Zeta moyen de l'échantillon dans son ensemble. Cependant, ces méthodes sont difficiles à refléter les caractéristiques individuelles des différentes particules de l'échantillon, en particulier dans les échantillons mixtes plus hétérogènes. La détection potentiométrique Zeta à particule unique peut fournir des informations plus critiques en mesurant les caractéristiques de charge de surface de chaque particule une par une:

• Différences de charge entre les particules: révèle l'hétérogénéité de la distribution de charge de l'échantillon, fournissant des données plus précises pour étudier la modification des particules, la modification de surface, etc. L'analyse du potentiel des particules individuelles basée sur la technologie RPS peut également fournir une corrélation entre le potentiel des particules et la taille des particules.
• Homogénéité de charge de l'échantillon: aide à évaluer la stabilité et la cohérence du processus de préparation de l'échantillon.
• Résolution des mélanges hétérogènes de particules: dans les systèmes complexes, tels que les échantillons biologiques, la capacité de distinguer les propriétés de charge de surface de différentes particules peut aider à étudier les interactions entre les particules.

La détection potentiométrique Zeta monoparticule présente notamment des avantages significatifs dans le domaine biomédical, tels que le contrôle de la qualité des particules délivrées, la caractérisation précise de la charge de surface des vésicules extracellulaires (ve), etc.

Moyenne électrique ZetaBIT (Potentiel Zeta moyen):

Le potentiel Zeta moyen est la moyenne arithmétique des valeurs du potentiel Zeta de toutes les particules (ou de toutes les particules détectées) d'un échantillon, l'un des paramètres couramment utilisés pour décrire les caractéristiques de la charge de surface globale d'un échantillon. Le potentiel moyen de Zeta peut fournir rapidement l'état de charge global de l'échantillon pour évaluer la stabilité et les propriétés de dispersion de l'échantillon.

Formule:

Parmi eux,Potentiel Zeta pour chaque particule,nNombre de particules.

Il convient de noter que le potentiel Zeta moyen peut masquer les caractéristiques de distribution de la charge de surface des particules dans l'échantillon, de sorte que dans les échantillons moins homogènes, une analyse complète doit être effectuée en combinaison avec d'autres paramètres tels que le potentiel Zeta médian et la distribution du potentiel Zeta.

Potentiel médian de Zeta (Median Zeta potential):

Potentiel médian de Zeta (Z₅₀), signifie que 50% des particules de l'échantillon ont une valeur de potentiel Zeta inférieure à cette valeur et que les 50% restants ont une valeur de potentiel Zeta supérieure à cette valeur, similaire à la taille médiane des particules dans la caractérisation de la taille des particules (D₅₀). Le potentiel médian de Zeta est un paramètre statistique qui reflète le Centre de la distribution de charge de l'échantillon et est capable de réduire dans une certaine mesure l'effet de quelques valeurs anormales sur la description globale des données.

Le potentiel médian de Zeta est plus représentatif des échantillons présentant une asymétrie dans la distribution des charges de surface que le potentiel moyen de Zeta et est particulièrement adapté pour décrire des échantillons complexes ou plus hétérogènes.

Z₉₀etZ₁₀Pour:

Z₉₀: signifie que 90% des particules de l'échantillon ont un potentiel Zeta inférieur à cette valeur et sert à caractériser la distribution supérieure de la charge à la surface des particules.Z₁₀: signifie que 10% des particules de l'échantillon ont un potentiel Zeta inférieur à cette valeur et sert à caractériser la distribution inférieure de la charge à la surface des particules.

Z₉₀etZ₁₀La combinaison peut être utilisée pour décrire la gamme de distribution de potentiel Zeta et l'uniformité de l'échantillon. L'analyse de la distribution granulométrique permet en outre de quantifier le degré de discrétisation de la distribution de charge à la surface des particules en calculant la portée du potentiel Zeta.

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résumé

La caractérisation des nanoparticules est un lien central dans la recherche et l'application des nanomatériaux et, grâce à la mesure précise et à l'analyse de paramètres clés tels que la taille des particules, la concentration, la charge de surface, etc., les propriétés physico - chimiques des nanoparticules et leurs interactions avec l'environnement extérieur peuvent être entièrement révélées. Ces paramètres ne sont pas seulement des données expérimentales, mais aussi une fenêtre pour déconstruire les relations d'efficacité des nanomédicaments et des nanomatériaux.

Grâce à l'innovation et à la normalisation constantes des technologies de caractérisation, la Nanoscience apporte des découvertes plus révolutionnaires et des applications réelles dans les domaines de la biomédecine, de la catalyse et de l'électronique. Au cœur de tout cela, il y a une approche scientifique rigoureuse pour transformer les nanoparticules du microcosme invisible en données macroscopiques mesurables, compréhensibles et contrôlables, ce qui favorise l'articulation transparente de la nanotechnologie avec les besoins réels, stimule le processus d'industrialisation de la nanotechnologie et ouvre des perspectives d'innovation plus larges.