O exame quantitativo e qualitativo dos Interações partícula-partícula coloidal Usando Probe Nanoscopia
Summary
Colloidal probe nanoscopy can be used within a variety of fields to gain insight into the physical stability and coagulation kinetics of colloidal systems and aid in drug discovery and formulation sciences using biological systems. The method described within provides a quantitative and qualitative means to study such systems.
Abstract
Colloidal Probe Nanoscopy (CPN), the study of the nano-scale interactive forces between a specifically prepared colloidal probe and any chosen substrate using the Atomic Force Microscope (AFM), can provide key insights into physical interactions present within colloidal systems. Colloidal systems are widely existent in several applications including, pharmaceuticals, foods, paints, paper, soil and minerals, detergents, printing and much more.1-3 Furthermore, colloids can exist in many states such as emulsions, foams and suspensions. Using colloidal probe nanoscopy one can obtain key information on the adhesive properties, binding energies and even gain insight into the physical stability and coagulation kinetics of the colloids present within. Additionally, colloidal probe nanoscopy can be used with biological cells to aid in drug discovery and formulation development. In this paper we describe a method for conducting colloidal probe nanoscopy, discuss key factors that are important to consider during the measurement, and show that both quantitative and qualitative data that can be obtained from such measurements.
Introduction
Microscopia de força atómica (AFM) é uma técnica que permite a imagiologia quantitativa e qualitativa e sondagem de uma superfície do material. 4-6 Tradicionalmente, a AFM é utilizado para a avaliação da topografia da superfície, morfologia e estrutura dos materiais multi-fásicos. AFM tem a capacidade de avaliar quantitativamente as interações nano-escala, tais como carga, atração, repulsão e de adesão forças entre uma sonda e substrato específico no ar e meios líquidos 7,8 A AFM originalmente desenvolvido pela Binning, Quate e Gerber 9 usos. uma sonda de conhecida determinada sensibilidade / e constante da mola para se aproximar e / ou digitalização de uma amostra. Devido às interacções físicas entre a sonda e a amostra, o braço de suporte é desviado durante o contacto ou a proximidade e, dependendo do modo de operação, este desvio pode ser traduzido para adquirir a topografia das forças de amostra ou medir presentes entre a sonda e amostra. Modificações para o téc AFMOpaco, como Nanoscopia sonda coloidal, 10 têm permitido cientista para avaliar diretamente as interações nano-força entre dois materiais presentes em um sistema coloidal de interesse.
Em Nanoscopia sonda coloidal, uma partícula esférica de escolha é anexado ao ápice de um cantilever, substituindo os tradicionais cônicos e piramidais dicas. Uma partícula esférica é ideal para permitir a comparação com modelos teóricos, tais como a Johnson, Kendal, Roberts (JK) 11 e Derjaguin, Landau, Vervwey, Overbeek (DLVO) 12-14 teorias e para minimizar a influência da rugosidade da superfície na medição. 15 Estas teorias são utilizadas para definir o mecanismo de contacto e das forças inter-partículas esperados dentro de um sistema coloidal. A teoria DLVO combina as forças de van der Waal atraente e forças eletrostáticas repulsivas (devido a camadas duplas elétricas) para explicar quantitativamente o comportamento de agregação de sistemas coloidais aquosas, enquanto a JTeoria KR incorpora o efeito da pressão de contacto e a adesão ao modelo de contacto elástica entre dois componentes. Uma vez que uma sonda apropriada é produzida, que é usado para se aproximar de qualquer outro material / partículas para avaliar as forças entre os dois componentes. Usando uma ponta de um padrão fabricado será capaz de medir forças interativas entre a ponta e um material de escolha, mas a vantagem de usar uma sonda coloidal custom made permite a medição de forças presentes entre os materiais presentes no sistema estudado. Interacções mensuráveis incluem:.. Adesiva, atractivo, repulsivo, carga, e as forças electrostáticas presentes mesmo entre as partículas 16 Além disso, a técnica de sonda coloidal pode ser utilizada para explorar as forças tangenciais presentes entre as partículas e material de elasticidade 17,18
A capacidade de realizar medições em vários meios é uma das principais vantagens da Nanoscopia sonda coloidal. Condições ambientais, líquido mEDIA, ou condições controladas de umidade podem ser usados para simular as condições ambientais do sistema estudado. A capacidade de realizar medições em um meio líquido permite o estudo dos sistemas coloidais em um ambiente que ocorre naturalmente; assim, ser capaz de adquirir quantitativamente dados que é directamente transponível para o sistema no seu estado natural. Por exemplo, as interacções de partículas presentes dentro de inaladores de dose calibrada (MDI) podem ser estudados utilizando um modelo de propulsor líquido com propriedades semelhantes às do propulsor usado no IDC. As mesmas interacções medidos no ar não seria representativo do sistema existente no inalador. Além disso, o meio líquido pode ser modificado para se avaliar o efeito da entrada de humidade, um agente tensioactivo secundário, ou de temperatura sobre as interacções de partículas em um MDI. A capacidade de controlar a temperatura pode ser utilizado para imitar certos passos na fabricação de sistemas coloidais para avaliar o modo como a temperatura, quer na fabricação de ouarmazenamento dos sistemas coloidais podem ter um impacto sobre as interações de partículas.
Medidas que podem ser obtidos utilizando as sondas coloidais incluem; Digitalização Topografia, curvas individuais força-distância, mapas de adesão força-distância, e habita medições força-distância. Principais parâmetros que são medidos utilizando o método Nanoscopia sonda coloidal apresentada neste artigo incluem os valores de energia de separação snap-in, carga máxima, e. Snap-in é uma medida das forças atrativas, máx carregar o valor da força máxima aderência, ea energia separação transmite a energia necessária para retirar a partícula de contato. Estes valores podem ser medidos através de medições instantâneas ou de força habitar. Dois tipos diferentes de medidas de parada incluem deflexão e recuo. O comprimento e tipo de medição de permanência pode ser especificamente escolhido para imitar as interacções específicas que estão presentes no interior de um sistema de interesse. Um exemplo é o uso de deflexão de permanência – que detémas amostras em contato em um valor deflexão desejada – para avaliar as ligações adesivas que se desenvolvem em agregados formados em dispersões. As ligações adesivas formadas podem ser medidos como uma função do tempo, e pode fornecer informações sobre as forças necessárias para redispersar os agregados após armazenamento prolongado. A multiplicidade de dados que podem ser obtidos com este método é uma prova da versatilidade do método.
Protocol
Representative Results
Discussion
Várias fontes de instabilidade do sistema presente durante líquido Nanoscopia sonda coloidal podem ser facilmente mitigados por meio de procedimentos de equilíbrio adequados. Instabilidades como discutido anteriormente resultar em resultados errôneos e curvas de força que são mais difíceis de analisar objetivamente. Se todas as fontes de instabilidade foram cuidadas e gráficos semelhantes ao que é mostrado na figura 4 estão ainda presentes, outro parâmetro de medição pode ser o motivo. Outr…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Os autores reconhecem (1) apoios financeiros do Departamento de Ciência e NanoBioMedicina BK21 PLUS NBM Global Research Center de Medicina Regenerativa na Universidade Dankook, e da prioridade do programa Centros de Pesquisa (n º 2009-0093829) financiado pela NRF, República da Coreia, ( 2) as instalações, bem como a assistência técnica e científica, do Centro Australiano de Microscopia e Microanálise da Universidade de Sydney. HKC é grato ao Conselho de Pesquisa Australiano para os apoios financeiros através de uma bolsa de Descoberta de Projetos (DP0985367 & DP120102778). HAB é grato ao Conselho de Pesquisa Australiano para os apoios financeiros através de uma bolsa de ligação do projeto (LP120200489, LP110200316).
Materials
| Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| Double-Bubble Epoxy | Hardman | 4004 | |
| Veeco Tipless Probes | Veeco | NP-O10 | |
| Porous Particles | Pearl Therapeutics | N/A | |
| Atomic Force Microscope (MFP) | Asylum | MFP-3D | |
| SPIP Scanning Probe Image Processor Software | NanoScience Instruments | N/A | |
| 35 mm Coverslips | Asylum | 504.003 | |
| Tempfix | Ted Pella. Inc. | 16030 |
Riferimenti
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