コロイドプローブナノスを使用して、粒子間相互作用の定量的および定性的調査
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
原子間力顕微鏡（AFM）は、定性的および定量的画像化を可能にし、材料表面のプロービング技術である。4-6伝統的に、AFMは、多相材料の表面形状、形態および構造の評価のために使用される。 AFMは、定量的な空気と液体媒体の両方に特異的なプローブと基板との間の電荷、アトラクション、反発や接着力などのナノスケールの相互作用を評価する機能を備えています。7,8もともとビニング、クエートおよびガーバー9用途が開発した原子間力顕微鏡決定された/既知の感度および接近および/または試料を走査するバネ定数のプローブ。 、プローブと試料との間の物理的相互作用に、カンチレバーが接触又は近接中に偏向され、動作モードに応じて、このたわみは、プローブと試料との間に存在する試料または測定力のトポグラフィを取得するために翻訳することができる。 AFMテクニへの変更QUE、コロイドプローブナノスなど、10の科学者が直接関心のコロイド系に存在する2つの材料間のナノ力の相互作用を評価することができました。
コロイドプローブナノスでは、選択球状粒子は、従来の円錐形及びピラミッド状の先端を交換する、カンチレバーの頂部に取り付けられている。球状粒子は、ジョンソン、ケンダル、ロバーツ（JKR）11とDerjaguin、ランダウ、Vervwey、オーバービーク（DLVO）12月14日の理論と測定の表面粗さの影響を最小限に抑えるために理論モデルとの比較を可能にするために理想的です。 15これらの理論は、コロイド系の中に予想される接触機構と粒子間の力を定義するために使用される。 JながらDLVO理論は、定量的に水性コロイド系の凝集挙動を説明するために魅力的なファンデルワールス力と反発静電力（起因電気二重層への）を組み合わせたKR理論は、2つの構成要素間の弾性接触をモデル化するための接触圧力および接着の効果を組み込む。適当なプローブが生成されると、2つのコンポーネント間の力を評価するために、任意の他の材料/粒子に接近するために使用される。標準製造されたチップ1を使用すると、その先端と、選択した材料との間の相互作用力を測定することができるが、カスタムメイドのコロイドプローブを使用する利点を検討し、システム内に存在する物質との間に存在する力の測定を可能にします。測定可能な相互作用としては、接着剤、魅力的で、反発性、電荷、粒子間に存在しても、静電力を16加えて、コロイドプローブ技術は粒子材料の弾力性との間に存在する接線方向の力を探求するために使用することができる17,18。
様々なメディアでの測定を行う能力は、コロイドプローブナノスの主な利点の一つである。周囲条件、液体mをEDIA、又は湿度制御された条件は、すべて検討し、システムの環境条件を模倣するために使用することができる。液体環境での測定を行う能力は、それが自然に発生する環境でのコロイド系の研究を可能にします。このようにして、定量的にその天然の状態でシステムに直接並進可能であるデータを取得することができる。例えば、定量噴霧式吸入器（MDI）内に存在する粒子の相互作用は、MDIのに用いられる推進剤と同様の特性を有するモデルの液体推進剤を使用して研究することができる。空気中で測定し、同一の相互作用は、吸入器のシステム存在の代表ではないでしょう。さらに、液体媒体は、湿気の侵入、二次界面活性剤、又はMDI中の粒子の相互作用に及ぼす温度の影響を評価するために修飾することができる。温度を制御する能力は、どのように温度の製造において又はいずれか評価するために、コロイド系の製造における特定のステップを模倣するために使用することができるコロイド系のストレージは、粒子の相互作用に影響を与えることができる。
コロイドプローブを用いて得ることができる測定が挙げられる;トポグラフィースキャン、個々の力 – 距離曲線、力 – 距離接着マップ、および力 – 距離測定ドエル。本論文で提示コロイド状プローブナノス法を用いて測定している主要なパラメータは、スナップイン、マックス負荷、分離エネルギー値が含まれています。スナップインが引力の測定値で、maxは最大の接着力の値をロードし、分離エネルギーが接触から粒子を引き出すために必要なエネルギーを伝達する。これらの値は、瞬時の又はドエル力の測定を介して測定することができる。ドエルの測定の2つの異なるタイプのたわみやインデントなどがあります。測定ドエルの長さおよび種類は特に関心のあるシステム内に存在する特異的相互作用を模倣するように選択することができる。例では、偏向滞留を使用している – 保持する希望の偏向値で接触サンプル – 分散液中で形成された凝集体に発展接着結合性を評価する。形成された接着結合は、時間の関数として測定することができ、長期保存後の凝集体を再分散するために必要とされる力への洞察を提供することができる。この方法を用いて得ることができるデータの過多は、本方法の汎用性を証明するものである。
Protocol
Representative Results
Discussion
液体のコロイドプローブナノスの間に存在し、システムの不安定性のいくつかのソースは、簡単に適切な平衡化手続きを緩和することができる。前述のように不安定性を客観的に分析するのがより困難であり、誤った結果と力曲線をもたらす。不安定性のすべてのソースが傾向にされており、 図4に示したものと同様のグラフがまだ存在する場合、他の測定パラメータが理由であ…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
著者らは、確認応答（1）Nanobiomedical科学檀大学再生医療のためのBK21 PLUS NBMグローバルリサーチセンター、省からの財政支援の優先順位からNRF、韓国、（資金による研究センタープログラム（番号2009から0093829） 2）シドニー大学の顕微鏡および微量分析のためのオーストラリアのセンターの設備、科学的·技術的支援を、。 HKCディスカバリープロジェクト無償（DP0985367＆DP120102778）を通じて金融支援のためのオーストラリアの研究評議会に感謝している。 WCHリンケージプロジェクト無償（LP120200489、LP110200316）を通じて金融支援のためのオーストラリアの研究評議会に感謝している。
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 |
References
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