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關鍵詞：VB1、溶菌酶、粒徑分布、動態光散射

動態光散射技術的粒徑有效檢測分辨率通常在2.5-3倍粒徑。在大部分該類設備儀器的宣傳資料中通常使用60-300nm范圍的窄分布標準樣品的混合樣檢測結果來體現。很少報道動態光散射技術在10納米以下的混合樣品的分辨率能力。這一方面是由于缺乏這種小粒徑范圍內的標樣，另一方方面是由于受到儀器的靈敏度，相關器低通道的運算能力的影響。

在這個應用報告中，使用丹東百特公司出品的BeNano 180系列納米粒度儀檢測了VB1和溶菌酶混合樣品。這兩個樣品本身粒徑都非常小，散射極弱，對于動態光散射設備的靈敏度，相關曲線的通道設置和算法都提出了較高的挑戰。


原理

動態光散射技術DLS，也稱作光子相關光譜PCS或者準彈性光散射QELS，是利用激光照射在樣品溶液或者懸浮液上，通過光電檢測器檢測樣品顆粒布朗運動產生的散射光波動隨時間的變化。利用相關器的時間相關性統計學計算可以得到相關曲線，進而得到顆粒的布朗運動速度，即擴散系數D。通過斯托克斯-愛因斯坦方程，我們把顆粒的布朗運動速度和其粒徑DH聯系起來：

其中kB為玻爾茲曼常數，T為環境溫度，𝜂為溶劑粘度，DH為顆粒的流體力學直徑。

通過累積距法對于相關曲線的擬合，得到顆粒的平均粒徑和PD.I分布系數，通過多指數的分布算法得到顆粒的粒徑分布信息。


設備

采用丹東百特公司的BeNano 180 納米粒度儀。儀器使用波長671 nm，功率50 mW激光器作為光源，設置在173°的APD檢測器進行散射光信號采集。采用單模光纖進行信號傳導，以最大程度的提高信噪比。

BeNano采用納秒級別高速相關器，為小顆粒的快速衰減相關曲線提供充足的短期相關計算范圍。


樣品制備和測試條件

我們配置了VB1和溶菌酶溶液，具體樣品信息如下表：

將VB1和溶菌酶混合，形成混合溶液，具體信息如下：

通過BeNano內置的溫度控制系統將測試溫度控制為25℃±0.1℃。

由于樣品的顆粒極小，散射極弱，所以灰塵等雜質的存在對于檢測具有較大影響。實驗過程中，利用100 nmPES水性膜進行樣品過濾。濾液直接注入樣品池。

每一個樣品在放入樣品池后進行至少三次測試，以檢測結果的重復性和得到結果的標準偏差。


粒徑測試

通過樣品的原始散射光信號，我們得到這些樣品的相關曲線和粒徑分布結果：

圖1.  VB1，溶菌酶以及VB1和溶菌酶混合溶液的相關曲線

圖2.  40% VB1溶液的粒徑分布曲線

圖3.  5mg/mL溶菌酶溶液的粒徑分布曲線

圖4. VB1和溶菌酶混合溶液的粒徑分布曲線

我們將檢測結果列于下表中：
通過圖1、圖2、圖3和表3中不同樣品的相關曲線和粒徑結果可以看出，相對而言單純的溶菌酶溶液的相關曲線衰減時間更長，這是由于溶菌酶的粒徑相對于VB1更大，布朗運動速度更慢造成的。

圖4中為VB1溶液、溶菌酶溶液以及VB1和溶菌酶溶液混合樣品的粒徑分布圖。通過粒徑分布圖可以看出VB1和溶菌酶溶液混合樣品粒徑分布中非常明顯的具有一個粒徑較小的組分的分布峰，和一個相對而言粒徑較大的組分的分布峰。這兩個峰分別對應對于混合溶液中的VB1分子和溶菌酶，且小顆粒粒徑峰的位置與VB1溶液的粒徑峰位置基本符合，大顆粒粒徑峰的位置與溶菌酶溶液的粒徑峰的位置基本符合。


結論

通過檢測結果，我們可以看到BeNano 180系統極高的靈敏度和分辨率。其優異的光路設計和算法設置，即使對于粒徑在10個納米以下的混合樣品也能提供可靠的粒徑分布信息，這為動態光散射在極小顆粒的應用提供了有力的檢測工具。