콜로이드 프로브 Nanoscopy을 사용하여 입자 간 상호 작용의 양적 및 질적 시험
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
원자 힘 현미경 (AFM)을 정량적 이미징을 가능하게하고 재료 표면의 프로빙 기술이다. 4-6 전통적, AFM은 표면 지형, 형태학 및 멀티 phasic 재료의 구조의 평가에 사용된다. AFM은 정량적으로 공기와 액체 매체 모두에서 특정 프로브와 기판 사이의 책임, 매력, 반발과 접착 힘으로 나노 크기의 상호 작용을 평가하는 기능을 가지고 있습니다. 7,8 원래 비닝, Quate에와 거버 9 용도로 개발 된 AFM 알려진 결정 / 감도와 샘플에 접근 및 / 또는 스캔 스프링 상수의 프로브. 인해 탐침과 시료 사이의 물리적 상호 작용, 캔틸레버가 접촉 또는 근접하는 동안 편향되며, 동작 모드에 따라, 이러한 편향은 탐침과 샘플 사이에 샘플 또는 계수의 힘의 지형을 취득 번역 될 수있다. AFM의 TECHNI에 대한 수정생각도, 콜로이드 프로브 nanoscopy로, (10)는 직접 그 콜로이드 시스템에있는 두 물질 사이의 나노 힘의 상호 작용을 평가하기 위해 과학자를 허용했다.
콜로이드 프로브 nanoscopy에서 선택의 구형 입자는 전통적인 원뿔과 피라미드 팁을 교체, 캔틸레버의 정점에 연결되어 있습니다. 구형 입자는 존슨, 켄달, 로버츠 (JKR) 11 Derjaguin, 랜도, Vervwey, Overbeek (DLVO) 12-14 이론과 측정에 대한 표면 거칠기의 영향을 최소화하기위한 이론적 모델과 비교를하는 것이 이상적입니다. 15이 이론은 콜로이드 시스템 내에서 예상되는 접촉 역학과 입자 간 힘을 정의하는 데 사용됩니다. DLVO 이론 동안 J, 정량적으로 수성 콜로이드 시스템의 집계 동작을 설명하는 매력적인 반 데르 발스의 힘과 (때문에 전기 더블 레이어) 반발 정전기력을 결합KR 이론은 두 개의 구성 요소 사이의 탄성 접촉을 모델링하는 접촉 압력과의 접착 효과를 통합한다. 적절한 프로브가 생성되면, 그것은 두 개의 구성 요소 사이의 힘을 평가하기 위해 다른 물질 / 입자를 접근하는데 사용된다. 표준 제조 된 팁을 사용하는 팁과 선택의 재료 사이에서 쌍방향의 힘을 측정 할 수 있지만, 주문품 콜로이드 프로브를 사용하는 이점은 조사 시스템 내에 존재하는 물질 사이에 힘의 측정을 허용한다. 측정의 상호 작용은 다음과 같습니다.. 접착제, 매력, 반발, 충전 및 입자 사이에 존재도 정전기력을 16 또한, 콜로이드 프로브 기술은 입자와 재료 탄성 사이에 접선 방향의 힘을 탐구하는 데 사용할 수 있습니다 (17, 18)
다양한 미디어에서 측정을 수행 할 수있는 능력은 콜로이드 프로브 nanoscopy의 주요 장점 중 하나입니다. 주변 조건, 액체 Media 또는 습도 제어 된 조건 모두 공부 시스템의 환경 조건을 모방하기 위해 사용될 수있다. 액체 환경에서 측정을 수행 할 수있는 능력은 자연적으로 발생하는 환경에서 콜로이드 시스템의 연구를 가능하게; 따라서, 양적으로 자연 상태에서 시스템으로 직접 변환 가능한 데이터를 취득 할 수있는. 예를 들어, 정량 흡입기 (MDI) 내에 존재하는 입자의 상호 작용은 MDI를 사용 추진제와 유사한 특성을 가진 모델 액체 추진제를 사용하여 공부하실 수 있습니다. 공기 중에서 측정 된 동일한 상호 작용은 흡입기의 시스템의 대표적인 존재하지 않을 것이다. 또한, 액상 매질이 수분 유입, 보조 계면 활성제, 또는 MDI에서 입자의 상호 작용에 대한 온도의 영향을 평가하기 위해 수정 될 수있다. 온도를 제어하는 능력은 어떻게 온도에서 제조하거나 또는 평가하는 콜로이드 시스템의 제조에서 특정 단계를 모방하는 데 사용될 수있다콜로이드 성 시스템의 저장소는 입자의 상호 작용에 영향을 미칠 수있다.
콜로이드 프로브를 사용하여 얻을 수있다 측정은 다음과 같습니다; 지형 스캐닝 개별 힘 – 거리 곡선, 힘 – 거리 점착 맵, 힘 – 거리 측정치 드웰. 이 논문에서 제시 한 콜로이드 프로브 nanoscopy 방법을 사용하여 측정하는 중요한 매개 변수는 스냅인, 최대 부하와 분리 에너지 값이 (가) 있습니다. 스냅인 흡인력의 측정이며, 최대는 최대 접착력의 값을로드하고, 박리 에너지가 접촉으로부터 입자를 인출하는 데 필요한 에너지를 전달한다. 이 값은 순간이나 체류 힘 측정을 통해 측정 할 수있다. 드웰 측정의 두 가지 유형의 편향 및 들여 쓰기를 포함한다. 드웰 측정의 길이와 종류는 특히 관심의 시스템 내에서 존재하는 특정 상호 작용을 모방하기 위해 선택 될 수있다. 예 편향 드웰를 사용 -하는 보유분산 형성 집계에서 개발 접착제 채권을 평가하기 – 원하는 편향 값에 접촉하는 샘플. 형성된 접착제 결합은 시간의 함수로서 측정 될 수 있고, 장기 보관 후의 응집물을 재 분산하는 데 필요한 힘에 대한 통찰력을 제공 할 수있다. 이 방법을 사용하여 얻을 수있는 데이터의 과다 방법의 다양성에 대한 선언 과도 같은 것입니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
액 콜로이드 프로브 nanoscopy 동안 본 시스템 불안정의 여러 소스를 쉽게 적절한 평형 절차를 통해 완화 될 수 있습니다. 논의 된 바와 같이 불안정 이전 객관적으로 분석하기 더 어렵다 잘못된 결과 강제 곡선 초래한다. 불안정성의 모든 소스가 한 경향 및도 4에 도시 된 것과 유사한 그래프가 여전히 존재하는 경우, 다른 측정 파라미터는 이유가 될 수있다. 콜로이드 프로브 nanoscopy시 ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
저자는 인정 (1) Nanobiomedical 과학 & 단국대 학교의 재생 의료에 대한 BK21 PLUS NBM 글로벌 연구 센터 및학과에서 자금 지원 우선 순위에서 NRF, 대한민국, (재정 지원 연구 센터 프로그램 (제 2009-0093829) 2) 시설, 시드니 대학의 현미경과 미세 분석에 대한 호주 센터의 과학 및 기술 지원. HKC는 디스커버리 프로젝트 보조금 (DP0985367 & DP120102778)을 통해 금융 지원을위한 호주 연구위원회에 감사합니다. WCH 링키지 프로젝트 부여 (LP120200489, LP110200316)을 통해 금융 지원을위한 호주 연구위원회에 감사합니다.
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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