Análisis de seguimiento de nanopartículas

El análisis de seguimiento de nanopartículas ( NTA ) es un método para visualizar y analizar partículas en líquidos que relaciona la velocidad del movimiento browniano con el tamaño de la partícula. La velocidad de movimiento está relacionada únicamente con la viscosidad y la temperatura del líquido; no se ve influenciada por la densidad de la partícula ni por el índice de refracción . El NTA permite determinar un perfil de distribución de tamaño de partículas pequeñas con un diámetro aproximado de10–1000 nm  en suspensión líquida.

La técnica se utiliza junto con un ultramicroscopio y una unidad de iluminación láser que, en conjunto, permiten visualizar pequeñas partículas en suspensión líquida moviéndose bajo el efecto browniano. La luz dispersada por las partículas se captura mediante una cámara CCD o EMCCD en múltiples fotogramas. Posteriormente, se utiliza un software informático para rastrear el movimiento de cada partícula fotograma a fotograma. La velocidad de movimiento de las partículas se relaciona con un radio hidrodinámico equivalente a una esfera , calculado mediante la ecuación de Stokes-Einstein . La técnica calcula el tamaño de las partículas individualmente, superando las limitaciones inherentes a las técnicas de conjunto, como la dispersión dinámica de la luz . ^{[ 1 ]} Dado que los videoclips constituyen la base del análisis, es posible una caracterización precisa de eventos en tiempo real, como la agregación y la disolución. Las muestras requieren una preparación mínima, lo que reduce al mínimo el tiempo necesario para procesar cada una. Se especula que, con el tiempo, el análisis podría realizarse en tiempo real sin preparación, por ejemplo, al detectar la presencia de virus en el aire o armas biológicas.

NTA actualmente opera para partículas de aproximadamenteEl tamaño de las partículas oscila entre 10 y 1000  nm de diámetro, según el tipo de partícula. El análisis de partículas en el extremo inferior de este rango solo es posible para partículas compuestas de materiales con un alto índice de refracción, como el oro y la plata. El límite superior de tamaño está restringido por el limitado movimiento browniano de las partículas grandes; debido a que una partícula grande se mueve muy lentamente, la precisión disminuye. La viscosidad del disolvente también influye en el movimiento de las partículas y, asimismo, contribuye a determinar el límite superior de tamaño para un sistema específico.

La NTA ha sido utilizada por laboratorios comerciales, académicos y gubernamentales que trabajan con toxicología de nanopartículas , administración de fármacos , exosomas , microvesículas , vesículas de membrana bacteriana y otras partículas biológicas pequeñas, virología y producción de vacunas , ecotoxicología , agregación de proteínas , implantes ortopédicos , tintas y pigmentos, y nanoburbujas .

El análisis de seguimiento de nanopartículas interferométricas (iNTA) representa la próxima generación de la tecnología NTA. Se basa en la microscopía de dispersión interferométrica (iSCAT), que mejora la señal de los dispersores débiles. A diferencia de NTA, iNTA ofrece una resolución superior gracias a un análisis de dos parámetros: el tamaño y la sección transversal de dispersión de la partícula. ^{[ 2 ]}

Tanto la dispersión dinámica de la luz (DLS) como el análisis de seguimiento de nanopartículas (NTA) miden el movimiento browniano de las nanopartículas, cuya velocidad de movimiento, o constante de difusión, Dt , está relacionada con el tamaño de la partícula a través de la ecuación de Stokes-Einstein.

${\displaystyle {(x,y)^{2} \over 4}=Dt={K_{b}T \over 3\pi \eta d}t}$

dónde

• Dt es la constante de difusión , un producto del coeficiente de difusión D y el tiempo t.
• k _B es la constante de Boltzmann ,
• T es la temperatura absoluta ,
• η es la viscosidad
• d es el diámetro de la partícula esférica.

En NTA, este movimiento se analiza mediante vídeo: se realiza un seguimiento de los cambios de posición de cada partícula en dos dimensiones, a partir de los cuales se determina su difusión. Conociendo Dt , se puede determinar el diámetro hidrodinámico de la partícula.

En contraste, la DLS no visualiza las partículas individualmente, sino que analiza, mediante un correlador digital , las fluctuaciones de la intensidad de dispersión dependientes del tiempo. Estas fluctuaciones se deben a efectos de interferencia derivados de los movimientos brownianos relativos de un conjunto de un gran número de partículas dentro de una muestra. Mediante el análisis de la función de autocorrelación exponencial resultante, se puede calcular el tamaño promedio de las partículas, así como un índice de polidispersidad. Para funciones de autocorrelación multiexponenciales derivadas de muestras polidispersas, la deconvolución puede proporcionar información limitada sobre el perfil de distribución del tamaño de las partículas.

NTA y tecnologías relacionadas fueron desarrolladas por Bob Carr. ^{[ 3 ]} Junto con John Knowles, Carr fundó NanoSight Ltd en 2003. Esta empresa con sede en el Reino Unido , cuyo presidente es Knowles y cuyo director de tecnología es Carr , fabrica instrumentos que utilizan NTA para detectar y analizar partículas pequeñas en laboratorios industriales y académicos. ^{[ 4 ]} En 2004, Hanno Wachernig fundó Particle Metrix GmbH en Alemania. Particle Metrix fabrica el ZetaView, que funciona con el mismo principio de NTA pero utiliza óptica y fluidodinámica diferentes en un intento de mejorar el muestreo, el potencial zeta y la detección de fluorescencia.

• Dispersión dinámica de la luz (DLS)
• Extinción y dispersión de partículas individuales (SPES)
• NanoSight Ltd