顆粒的運動速度與由斯托克斯-愛因斯坦方程(圖3)計算出來的球體等效流體力學半徑相關。NTA技術能逐粒計算粒度,且因有影像片段作分析基礎,用戶可精確表征實時動態。
圖3:斯托克斯-愛因斯坦方程
NTA技術能讓研究人員在同一時間觀察單個納米顆粒,因此除基礎的粒度分析以外,還能測定每個脂質體的相對光散射強度等。將數據結果與另行測得的粒度數據繪成坐標圖,能夠更加細致地分辨出由不同折射率(RI)或材料構成的顆粒。憑借這一獨特功能,研究人員可探究納米級藥物輸送載體(如脂質體)所封裝的內容是否有所不同:空心脂質體的折射率(光散射能力)可能低于載有較高折射率物質的脂質體。這樣的差異讓人們得以區分大小相似的脂質體。此外,NTA的單個粒子檢測系統使得顆粒濃度測量成為可能。
粒度和zeta電位
脂質體與細胞在體內發生作用的位置很大程度上是由脂質體的粒度決定。掌握脂質體制劑的zeta電位有助于預測脂質體在體內的變化趨勢。顆粒的zeta電位是指顆粒在特定媒介中獲得的總電荷。以基因治療為例, zeta電位的測量可用于優化特定脂質體與各種DNA質粒的比率,從而將配方的聚集度降到最低(圖4)。
圖4:陽離子脂質體(帶正電)與DNA(質粒)的絡合
動態光散射(DLS)是一項相對成熟的、廣泛應用的脂質體表征技術。此外,由于zeta電位也是一項重要參數,能夠同時測量粒度和zeta電位的分析系統也日漸普及,馬爾文儀器公司的ZetasizerNano系統正是其中之一。一般而言,研究人員使用動態光散射技術測量粒度,采用激光多普勒微電泳技術測量zeta電位。
由顆粒布朗運動產生的光散射也是DLS技術的核心所在。DLS技術測量散射光強度隨時間變化產生的波動,并確定顆粒的擴散系數。在此基礎上利用斯托克斯-愛因斯坦方程將數據轉化為粒度大小分布情況。
使用激光多普勒微電泳技術測量zeta電位時,向分子溶液或顆粒分散液施加電場,這些顆粒便會以一定的速率移動,而該速率正與zeta電位相關。通過測定該速率能夠計算出電泳遷移率,并據此算出顆粒的zeta電位和zeta電位分布。
結論
脂質體的物理表征對于理解脂質體在各種應用中的適用性十分重要,快速、可重復的表征是研發及質量管控過程中的一個重要考慮因素。本文介紹的技術能夠提供脂質體制劑的粒度、濃度、zeta電位等補充信息。