篩查軟件實現非法添加物的自動快速定性分析
本文研究了單粒子ICP-MS(SP-ICP-MS)測定血中金和銀納米粒子的分析能力。只需要簡單稀釋，分析采用ICP-MS結合SyngistixNano Application 軟件模塊，能夠提供持續的數據采集、瞬時粒子計數和粒子大小測定。
納米技術及其潛在應用在臨床研究中的快速發展， 引起了納米粒子 (NPs)對人類健康方面負面影響的顧慮。小尺寸的納米粒子由于其單位體積里具有更大的表面積而意味著具有增強的反應性。在這種屬性可以加強預期效果的同時， 也有引入新的、 未知的有害的影響的可能性。兩種金屬納米粒子--金和銀粒子，金粒子由于其具有高化學穩定性、 易于控制顆粒大小和實現表面功能化被廣泛應用于研究，銀粒子具有抗菌效果經常被用于傷口滅菌、醫學部件和假體涂層， 以及商品化的紡織品、化妝品和日用商品。由此，越來越多的銀納米粒子將經過繃帶或醫療部件被引入開放性創口，直至遷移進入血液循環系統。近期的論文已經開始考慮納米粒子被暴露性接觸的器官直接吸收，并經由血液系統至第二級器官，例如中樞神經系統，可能影響到胚胎神經前驅細胞的生長特性。因此，科研人員需要檢測和測量血中納米粒子的分析方法。本文研究了單粒子ICP-MS(SP-ICP-MS)測定血中金和銀納米粒子的分析能力。
實驗條件
樣品和樣品前處理
血液標準物質 (Seronorm?Trace Elements in Whole Blood,Level I)，采用四甲基氫氧化銨 (TMAN) +0.1%Triton-X稀釋20倍后待測。 金和銀納米粒子 (金顆粒-30nm和/或60nm， NIST ? 8012\8013; 銀顆粒-40和/或60nm,TedPella?Inc.) 按不同濃度加入到血樣中。 為了打碎結塊的粒子，儲備液需要超聲5min后再加入到血樣中。 制備好的血樣搖勻后測定。
儀器條件
樣品使用PerkinElmer公司的NexION ? 350D ICP-MS， 配有Nano Application Module 軟件模塊。儀器條件如下表1，采用溶解和懸浮金或銀建立標準曲線，表2為建立標準曲線的標準信息。兩部淋洗，樣品間采用1% HCl + 0.1%Triton-X淋洗兩次去除殘留的金粒子，之后用去離子水入去除殘留HCl。采用1% HNO3 + 0.1%Triton-X 作為銀粒子沖洗液。這兩步淋洗方法是必要步驟，這是由于殘留酸可以溶解樣品中的粒子。每步淋洗需1min。
表1. 儀器條件設置
|
Parameter |
Value |
|
Nebulizer |
Glass concentric |
|
Spray Chamber |
Glass cyclonic |
|
RF Power |
1600 W |
|
Nebulizer Gas Flow |
Optimized for maximum Au signal |
|
Dwell Time |
100 μs |
|
Quadrupole Settling Time |
0 μs |
|
Data Acquisition Rate |
10,000 points/sec |
|
Analysis Time |
60 sec |
表2.采用溶解和懸浮金或銀建立標準曲線
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Gold |
||||
|
Particle Standard |
Particle Size (nm) |
Approx. Particle Concentration (Particles/mL) |
Dissolved Standard |
Concentration (μg/L) |
|
1 |
10 |
100.000 |
1 |
1 |
|
2 |
30 |
100.000 |
2 |
1.5 |
|
3 |
60 |
100.000 |
3 |
5 |
|
Silver |
||||
|
Particle Standard |
Particle Size (nm) |
Approx. Particle Concentration (Particles/mL) |
Dissolved Standard |
Concentration (μg/L) |
|
1 |
40 |
100.000 |
1 |
1 |
|
2 |
60 |
100.000 |
2 |
5 |
圖1.加入30nm和60nm金NPs(每種約100,000個粒子/mL)的血樣。
結果分析
初步實驗采用金納米粒子。圖1為加入30nm和60nm金NPs(每種約100,000個粒子/mL)的血樣，如圖所示，可以清晰的區分兩種粒子的粒徑分布，表明這兩種大小的金納米粒子可以被分析檢測。樣品連續測定3次，測定的粒子大小結果。見表3，表明方法的準確性和重復性。
圖2.樣品中40nm粒子數量比60nm粒子多。
表3.樣品連續測定3次粒子大小結果
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Replicate |
Nominal Size (nm) |
Most Frequent Size (nm) |
Mean Size (nm) |
Particle Concentration (Particles/mL) |
|
1 |
30 |
30 |
31 |
108,710 |
|
60 |
61 |
62 |
107,490 |
|
|
2 |
30 |
31 |
31 |
102,878 |
|
60 |
61 |
62 |
101,294 |
|
|
3 |
30 |
30 |
32 |
102,017 |
|
60 |
60 |
62 |
103,467 |
接下來， 將40nm和60nm的銀NPs加入到血樣中， 使每毫升樣品中總粒子濃度約為200,000個。 圖2顯示出檢測得到的粒子分布， 表4為連續測定3次的分析結果。 從圖2可以看
出， 樣品中40nm粒子數量比60nm粒子多， 除此之外， 測定結果對兩種粒子均具有好的準確性和重復性。
表4.連續測定3次的分析結果
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Replicate |
Nominal Size (nm) |
Most Frequent Size (nm) |
Mean Size (nm) |
Particle Concentration (Particles/mL) |
|
1 |
40 |
41 |
42 |
100,024 |
|
60 |
60 |
63 |
97,483 |
|
|
2 |
40 |
41 |
42 |
101,967 |
|
60 |
61 |
63 |
98,957 |
|
|
3 |
40 |
41 |
42 |
102,263 |
|
60 |
60 |
63 |
99,069 |
為考察血樣中低粒子濃度也可以被檢測，將40nm銀NPs加入到血樣中，使每毫升樣品中約含有50,000 個粒子，是前面實驗濃度的一半。圖3為粒子分析結果，同時，表5中數據表明，即使是低濃度的銀NPs采用本文方法檢測也可以得到好的準確性和重復性。
圖3.粒徑為40nm的Ag顆粒在血液中的分布，濃度為50,000個/ mL。
表5.連續測定3次數據結果重復性良好
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Replicate |
Nominal Size (nm) |
Most Frequent Size (nm) |
Mean Size (nm) |
Particle Concentration (Particles/mL) |
|
1 |
40 |
42 |
43 |
50,242 |
|
2 |
40 |
42 |
43 |
50,775 |
|
3 |
40 |
42 |
42 |
50,486 |
小結
本文證明SP-ICP-MS具有快速準確的檢測和分析血樣中金、銀納米粒子，適用于低粒子濃度和多種粒子混合物。這一方法只需要簡單的樣品制備方法(只需稀釋)，采用PerkinElmer的NexION 350 ICP-MS和SyngistixNano Application 軟件模塊，為科研應用提供持續的數據采集、瞬時粒子計數和粒子大小測定。