ナノパーティクル計測器

ナノ粒子マルチアナライザー解析システム
  「サイズ」「濃度」「表面電荷量」「粒子間相互作用」を計測

qNano ナノパーティクル計測器

FDA 21 CFR Part11に対応ソフトウェアをリリース


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インターフェックスジャパン2017へqNanoを展示します
■各部詳細 
ナノパーティクル各部詳細

<試料測定部セットアップ手順> 

試料測定部セットアップ手順

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測定原理:電気抵抗ナノパルス法

■電気抵抗ナノパルス法


ナノポアを挟んだ溶液中に電圧をかけると溶液中に含まれるナノ粒子が細孔を通過します。その際、電気抵抗ナノパルスが発生します。ナノパルスは粒子の体積を示しており、長いパルスほど体積の大きい粒子となります。
qNanoでは粒子を「1個ずつ」カウントするため、高分解能なサイズヒストグラムを取得します。

測定原理:電気抵抗ナノパルス法

電解溶液中のパルスは毎秒50,000回モニタリングしています。 検出したパルスより下記内容を解析することが出来ます。

① パルスの大きさ → 粒子の体積に比例します
② パルスの幅 → 粒子の速度と表面電荷
③ パルスの数 → 粒子の濃度

再現性高く濃度を定量化

■ 1mLの溶液中にある、粒子濃度を定量化(個数/mL)

1mLの溶液中にある、粒子濃度を定量化(個数/mL)


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上のグラフは凍結前と凍結後のリポソームの粒子サイズと濃度を示しています。
単分散であったリポソームは、凍結によって凝集量が増加し、多分散になっていることが分かります。


■ 高精度のサイズ別濃度の測定を実現

粒子の凝集を1量体と2量体で見分ける高分解能サイズ分布


 ▶ 関連文献はこちら

上のグラフはアデノウイルスの測定事例です。 ほとんどがウイルスの粒径を示す90-100nmの範囲にありますが、2つのウイルスがアグリゲーションした110nm付近(単一粒子の体積の2倍に相当)に2つ目のピークが確認できます。
qNanoでは粒子の1量体と2量体を見極める高精度サイズ分布とそれぞれの濃度の定量化ができます。


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低濃度のエクソソーム測定に最適

qNanoでは、圧力可変モジュール(VPM)を使用し、粒子と溶液を同時にナノポアを通過させることにより、 再現性高くサンプル濃度を「個数/mL」で算出することができます。

■ 他手法では計測不能な、低濃度サンプルでも測定できます

qNanoでは他手法では規定値外の低濃度サンプルでも計測ができ、濃度を絶対値で算出することができます。
また、1回の測定で必要なサンプル量は、35μLと少量でもサイズ・濃度を定量化します。
貴重なサンプルを無駄にすることなく、短時間で高精度な測定を実現しました。

当社qnanoと他手法との比較

エクソソームの抽出から測定まで総合サポート

qEVで抽出したエクソソームは、qNano測定ソフトにてアシスタントモードで簡単に測定が行えます。

当社qnanoと他手法との比較

 ▶ エクソソームの抽出専用キットもご用意しています。


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◎圧力可変モジュール<VPM>

 

qNanoのセルに圧力を加えると、サンプル分散液に含まれる粒子と溶液をフローで同時にナノポアを通過させることができます。

 

●再現性の高い濃度の計測
クリック式の圧力可変ゲージを採用することで、一定圧力を簡単に設定。 最大2.0kPaまで可変することで、希薄濃度のサンプルや電荷の無い粒子もスムーズに計測できます。

 

●表面電荷量の計測
圧力可変量を0.005kPaステップに改良し、微細に加圧/吸引圧力をコントロールできるため、微量な表面電荷変化量計測を実現しました。

 

圧力可変モジュール

 

■精密圧力調整ゲージを回転させ、加圧/吸引スケールを合わせます。

 

精密圧力調整ゲージ

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ナノ粒子の表面電荷を個別に計測

■ 1粒子からの表面電荷量測定

1粒子からの表面電荷量測定

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従来のDLS技術を利用した表面電位計測装置では、全分布の平均表面電荷量の計測しか出来ませんでした。
qNanoはTRPS技術により、粒子1つの表面電荷を計測することができ、従来のDLS技術と相関を持った表面電荷量計測(上表)と同時に粒子1つ1つの表面電位量も計測することも可能となりました。(上図)




■ 疾病由来のエクソソームを定量

疾病由来のエクソソームを定量

上のグラフので示したグラフは抗体がエクソソームに結合することで、エクソソームの表面チャージ量が変化し、ナノポアの通過時間が遅くなっていることを示しています。
エクソソームのみ()とエクソソームに非特異的な抗体を混ぜて、計測したサンプル()と比較してもナノポアの通過時間が遅くなっています。
回収された粒子が疾病由来のエクソソームであることが確認できます。

qNanoでは抗体を使用して計測した生体粒子の特定や抗体の評価ができます。

◎表面電荷の差を計測

 

ナノポアを粒子が通過する時間は粒子の表面電荷に関わる一次情報になります。
粒子の通過時間は電流遮断時間、つまりナノパルスの幅を見ることで計測できます。

 

表面電荷の差を計測

ナノ粒子の相互作用を計測

■高分子粒子とタンパク質の相互作用測定


高分子粒子とタンパク質の相互作用測定

In Situ で分子間の相互作用を
リアルタイムモニタリング


ナノポアを粒子が通過する時間はチャージ量によって変化します。 この変化量を見ることで粒子と分子の相互作用を測定します。
上図はマイナス電荷のカルボキシル化ポリスチレン粒子の計測10分後にプラス電荷のアビジンを滴下した時のナノポア通過時間を計測したグラフです。 アビジンの吸着により通過時間が長くなったことを示しています。

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TEMと高い相関性を持った高精度分布

■TEMと同等の高精度サイズ分布計測を実現



光学測定法と比較して、TEMと高い相関性

TEMと高い相関性

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【ポリスチレン粒子の計測事例
上のグラフは、220、330、410nmのポリスチレンパーティクルをそれぞれ個別に計測した事例です。 qNanoやDCSはTEMの計測結果との相関が非常に高いことがわかります。

一方、光散乱法を採用したDLS、PTAでは実際とは異なるブロードなサイズ分布しか得ることができません。

◎粒子1つ1つを測定して、高精度な解析を実現

 

1つ1つのナノパルスを確認


ナノポアを粒子が通過する時間は粒子の表面電荷に関わる一次情報になります。
粒子の通過時間は電流遮断時間、つまりナノパルスの幅を見ることで計測できます。

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■形の異なるサンプルでも正確にサイズ・濃度を定量

芽胞グラフ

 

【枯草菌と芽胞の測定】
芽胞は一部の細菌が形作る、極めて耐久性の高い細胞構造です。
上図左側のグラフでは、1.1μm付近に芽胞、2μm付近に枯草菌が見られます。
サイズ(横軸)と通過時間(縦軸)を表した右側のグラフも、それぞれ芽胞と枯草菌が確認できます。
球形に近い芽胞に比べて、円筒形の枯草菌は通過時間にばらつきがあります。これは、ナノポアを通過する際に、 円筒形の枯草菌の向きによって通過時間が異なることから見られます。

光学特性に影響ない、新技術のナノポア

◎特許技術のチューナブルナノポア

 

50nmから10μmの粒子を計測できます。
特許技術のナノポアは伸縮可能なポリウレタン素材を採用。測定粒子サイズに応じてポアサイズを調整できます。qNanoはナノポアを通過する粒子を「1個ずつ」カウントし、体積から粒子径を算出するため、光を透過するサンプルや、不定形サンプルの測定でも、高精度なサイズ分布の取得ができます。



■ DLS(動的光散乱法)より、高感度検出が実現

DLS(動的光散乱法)より、高感度検出が実現


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上のグラフは、大きさの異なる2種類のポリスチレン粒子を混合して、qNanoとDLSで計測した結果です。
DLSでは260.4nmに1つのピークしか検出されませんが、qNanoでは220、380nmにピークを検出できており、高感度なサイズ分布検出を実現しました。

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光学特性と比較して、高いTEMとの相関性

qNanoは電気抵抗ナノパルス方式を採用し、ナノ粒子を「1個ずつ」絶対値で計測します。
高精度なサイズ分布を、数分~20分の短時間で取得します。

■ 4種類の多分散性ポリマービーズでも、高分解能にサイズ分布を計測

4種類の多分散性ポリマービーズでも、高分解能にサイズ分布を計測

粒径の異なる多分散性サンプルでも、それぞれのサイズを正確に取得します。
上図のSEM画像に近似した結果が得られます。

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ゼータ電位の測定

■ サイズの異なる5つのPS粒子の粒径と電位同時測定


qNanoのTRPS技術はサイズ分布と同時に個々の粒子のζ電位の測定を可能にしました。
測定で使用する、粒子の1つずつのパルスの情報より表面の電荷の情報を得ています。
qNanoでは、数分で数百から数千の粒子の情報を得ることで、全体標本分布の非常に高い分解能と正確な測定を可能にしています。

各粒子のζ電位はSmoluchowski式から算出された電気泳動度から計算することが出来ます。
個々のパルスは、粒径とは個別にζ電位の正確な測定が行えます。



■ 2つ以上の混在した粒子も、個別にゼータ電位の測定が可能です。


TEMと高い相関性データ


一般的に使用されているζ電位測定のPALS法では個々のζ電位を測定することは出来ない為、問題となっていました。 TRPS法は、個々のゼータ電位を測定することで、問題を解決しました。

上記図は、ほぼ中性のPS粒子と、カルボキシル化した粒子、2つの粒子を混ぜた粒子の測定を行いました。
PALS法を使用した測定では、PS粒子では-15mV、カルボキシル化した粒子で-40mVと データが測定出来ていますが、両方の粒子を混ぜた粒子では、平均の-25mVと出てしまっています。
TRPS法ではPS粒子は-15mVに、カルボキシル化した粒子では-25mVから-40mVで粒子が検出されおり、PALS法と比べて相関が取れたデータが出ています。
また、2つの粒子を混ぜた測定でも、-15mVと-25mV~-40mV周辺で個別で測定したデータと同じデータが出ています。
複数の粒子が混在していても個別の粒径とζ電位が測定できるのはTRPS法を採用しているqNanoのみで行える測定です。

簡単操作の解析ソフトウェア

 

専用ソフトウェア「Izon Control」より計測データとキャリブレーションデータを開き、対応するファイルを選択するだけで解析レポートが簡単に作製できます。

 

【測定データ画面】

測定データ画面



【キャリブレーションデータ画面】

キャリブレーションデータ画面

 

 

【解析データグラフ取得】

 ※「jpg」など画像ファイルでアウトプットできます



解析データ1 解析データ2

 

解析データ3 解析データ4

 

解析データ5

 

 

【レポートサンプル】

spacer 解析レポートサンプルspacer解析レポートサンプル

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