奈米粒徑及化學成分分析儀 CHDF4000 ( 真實大小 )

微脂體 & LNP & mRNA開發利器

MAS CHDF4000 包含獨有的毛細管流體動力分餾技術，按大小分離顆粒，能得到高解析度粒徑分佈分析(PSD)。

光散射的儀器主要提供平均粒徑資料，任何平均粒徑都可由無限多的 PSD 產生; 相反的 CHDF4000 在 5nm-2μm 範圍內提供完整、真實、詳細的 PSD 資料。

CHDF4000 自動取樣器（Auto Sampler）允許 CHDF4000 儀器，在無人看管的情況下，通過執行自動樣品分析。以下是 CHDF4000（A/S）提供的一些更重要的好處：

1. 無人參與自動運行分析: 可在白天、夜間或週末進行樣本分析，而無需操作員幹預。為了進行再現性檢查，亦可重複運行樣品。CHDF4000軟體提供在最後一次樣本運行後自動停止CHDF泵的選項，這可防止CHDF排出CHDF洗脫液（流動相）。

2. 操作簡單: A/S 由 CHDF4000 Windows 軟體操作。沒有必要訪問 A/S 前面板鍵盤或學習任何 A/S 操作程式。操作員簡單地啟動新的示例序列檔（或繼續現有的示例序列檔）。序列包括待分析樣品。

在分析其他樣本時，可以將樣本添加到序列（佇列）。樣品也可以添加到已完成的序列中。按一下採樣、按一下運行。樣品檔案將自動保存、匯出為 ASCII 格式，並在選取時列印。

3. 減少了操作員錯誤: A/S 最小化的採樣過程，減少操作員錯誤分析的可能性。樣本和標記注入由 A/S 執行。

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毛細管流體分離(CHDF)技術是以洗脫液或載體流體在毛細管中攜帶顆粒順流而下的形式發生的。大顆粒先於小顆粒流出分離毛細管，顆粒分離是由於洗脫物抛物線速度剖面(層流)、在毛細管內顆粒的尺寸排斥和膠體力的共同作用而發生的。

CHDF的顆粒分離圖

圖A. CHDF的顆粒分離示意圖

圖B. 兩個不同的樣品的CHDF測試

圖B 顯示了兩種不同的聚苯乙烯樣品的測試資料，即使他們具有相同的體積平均粒徑值226 nm，但是它們的PSD值有明顯的不同，這些資料說明了完全依賴平均粒徑資料的風險。儘管這些樣品的平均粒徑相同，但它們的PSD分佈卻不同。對於平均粒徑為226 nm的樣品，實際上卻可以並不包含任何226 nm的顆粒。這構成了僅依賴平均粒徑資料的另一個缺點。

此機台可在十分鐘內通過毛細管分餾,，得到真實的 PSD 資料。無需對粒徑分佈的形狀進行假設。

高解析度粒徑分佈(PSD)測量的最新技術，包括高顆粒檢測靈敏度、動態範圍和奈米顆粒優化分析。

非均勻樣品的精確分析，包括奈米顆粒歸功於其與顆粒密度無關的分析，並結合當今最先進的紫外線檢測系統，跟光散射儀器不一樣，CHDF4000 可以可靠地檢測樣品是否包含多個粒徑總體。而且可在大粒子的存在下，發現更小的粒子!

脂質奈米顆粒(LNP)，mRNA分離

小顆粒，特別是50nm以下的小顆粒，正在越來越廣泛地被製造和應用於各種膠體的中間和最終產品中。準確分析這些小顆粒的粒徑是至關重要的。小顆粒提供了很大的總表面積。在任何分散體中都可能出現次級較小粒徑的粒子群。如此小的粒子可以極大地影響任何分散體系的性能。此外，少數較大的顆粒會造成困難。例如，在噴墨印表機中較大的顆粒會堵塞通道。

多波長粒徑 & 化學成分測量分析

下圖1 顯示在8分鐘內六種尺寸分為50，150，320，440，600和802nm的聚苯乙烯標準品的分離圖。透過使用不同的毛細管ID或洗脫液的成分可以進一步增強這種分離。表面活性劑峰從分子種類來看主要集中在標準物中的50nm。分子峰最後退出是因為粒徑較小。

CHDF依據顆粒在毛細管的傳輸時間計算出PSD的數據。運行幾種已知校正標準品是為了創建一個與分離係數，Rf，顆粒直徑相關的校準曲線。Rf由標記物或內標物(通常是苯甲酸鈉溶液)的洗脫時間與粒度標準物(通常是單分三聚苯乙烯顆粒)的洗脫時間之比計算得出。Rf隨著粒徑的增加而增加，通常可以在1到2之間。

CHDF分餾與顆粒密度無關。在分析顆粒的密度或未知化學成分時這個功能非常有用。對多組分樣品如共聚物乳膠的顆粒成分分析也很有利，因為樣品中的顆粒密度可能不均勻。本文的其餘部分討論如何透過多波長顆粒分析顯著增強CHDF的分析。Lehigh University的Jai Venkatesan有另外對CHDF多波長檢測進行研究。

多波長檢測Multi-Wavelength Detection

下列顯示的CHDF分餾數據是從混合了四種尺寸30，152，240，499nm的聚苯乙烯乳膠標準品得來。時間範圍對應樣品注入後5分鐘。透過用光二極體陣列(PDA)檢測器代替CHDF可變波長檢測器，可以同時檢測4種不同的波長並產生四個分型圖。PDA檢測器可在220,235,254和275nm波長下檢測(不要與粒徑混淆)。

CHDF儀器搭配自動進樣器可以不需人力協助，全自動透過CHDF軟體分析粒徑分佈。CHDF軟體每一秒鐘讀取一次PDA的數據，並顯示分型圖。

如預期，UV-detection隨著粒徑和波長變化。30nm顆粒在220nm波長由於增強UV吸收會產生較強的UV值。相反的，499nm標準品由於在275nm波長有優異的UV散射能力因此在275nm產生較高的峰。

圖3 顯示了濁度比與時間的關係。濁度比由一個波長的響應除以另一個波長的響應。這種情況為220:254nm，220:235nm和275:235nm。

多長波依賴性已經被證明對絕對粒徑量測有用，不用對column校正，也可以獲得顆粒的化學成分信息。濁度比用來計算絕對粒徑，如果從常規CHDF分級可以得知粒徑，也可以提供顆粒化學成分測量信息。

圖2 和圖3 是四種混合聚苯乙烯校正標準品的PDA分散圖(上圖)和濁度比(下圖)。

圖4 依據圖2 的數據顯示濁度比與顆粒大小的關係。每個比值都是透過將每種校正標準品的分光光度峰值處的紫外線輸出量計算得出。

這些TR曲線也可以使用已知的粒子折射率值運用Mei理論計算生成。

圖4 中的曲線因不同的材料會有不同的折射率。例如，該折射率的依賴性可以用來確定CHDF分離的共聚物乳膠顆粒中的聚苯乙烯-丁二烯比例。另外，顆粒塗層可以通過它們對顆粒濁度比的影響被分辨，如下所示。

- 研究人員期望一定的顆粒組成，另外一位研究人員是研究表面塗層。顆粒折射率值就是顆粒組成和表面塗層的函數。

- CHDF軟體依據預期的粒子折射率生成Mie-Theory TR曲線。

- 研究人員同平常一樣在校正後的CHDF column運行樣品。

- CHDF軟體比較量測的TR曲線和Mei-calculated。如果Mie和測得的TR曲線不同，化學組成和/或表面屬性會變更。

- 一個簡單的例子是共聚物膠乳，例如聚苯乙烯_丁二烯(PSB)。聚苯乙烯(PS)和聚丁二烯(PB)分別具有自己的Mie TR曲線。研究人員運行共聚物樣品，CHDF軟體針對每個粒度數據點將測得的TR曲線與理論(Mie)曲線進行比較。那些與PS匹配的粒子表示此類粒子僅(或幾乎全部)由PS組成。PB曲線也是如此。中間的曲線表明那些顆粒包含兩種聚合物。那些更接近PS的TR曲線表示PS含量更高。同樣，可以從相應的TR曲線計算PS / PB比。

- 同樣，粒子塗層會改變粒子的折射率（因此，其TR曲線）。未鍍膜的顆粒會產生與顆粒的純物質相匹配的TR曲線。

總之，可以從TR數據中獲得CHDF絕對粒度。同樣，通過在校準的CHDF分餾色譜柱上運行樣品，然後使用每種顆粒材料特有的TR曲線來進行化學成分和表面性質分析。參考TR曲線既可以通過實驗也可以通過Mie Theory計算得出。