經(jīng)過十年的投入，納米技術(shù)已步入成熟。如今納米醫(yī)用材料正逐步出現(xiàn)在臨床與醫(yī)學(xué)實踐中。從商業(yè)角度來說，到2015年底，這一悉心培育的研究成果有望使生物醫(yī)學(xué)納米技術(shù)市場產(chǎn)值突破700億美元。而從實際應(yīng)用來看，這意味著疾病靶向及治療的方法可能會發(fā)生變革。

納米級的膠體金在多重治療與生物科技應(yīng)用中具有很大潛力。以藥物輸送為例，通過控制膠體金*的化學(xué)、物理和電子特性，研究人員能夠開發(fā)出用于靶向藥物輸送的藥物-納米粒子復(fù)合物，提升藥物在病變組織、癌細(xì)胞等特定生物目標(biāo)中的生物分配和藥代動力。因此，對創(chuàng)新細(xì)胞內(nèi)輸送媒介以及控制配方過程中的納米粒子粒度而言，納米粒子便成為了一個重要平臺，對于這項功能的定義至關(guān)重要。

本文闡述了檢測顆粒大小在生物醫(yī)學(xué)納米技術(shù)中的重要性，并通過展示實驗數(shù)據(jù)來說明如何利用的動態(tài)光散射（DLS）技術(shù)測量納米級和亞納米級的膠體金。

閃光之物：療法簡史

自古時起，人們便認(rèn)為具有治療特性。然而直到18世紀(jì)，含氰金鹽的抗菌性才被發(fā)現(xiàn)。時光飛逝，百余年后的今天，金鹽已被用于風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎的常規(guī)治療和控制。但在這些傳統(tǒng)的治療手段以外，現(xiàn)代人對的膠體形態(tài)又燃起了新的興趣。

膠體金的許多特性使其非常適合于多種納米材料基質(zhì)的臨床應(yīng)用。它的化學(xué)和物理惰性確保其在活體內(nèi)安全無毒，而精細(xì)的粒度則使它能夠在無損細(xì)胞的情況下穿過細(xì)胞膜。此外，懸浮在水介質(zhì)中的納米粒子會形成帶負(fù)電的離子，對蛋白質(zhì)、抗體等生物大分子有很強的親合性，使它們在離子的周圍形成生物配體。目前，顯像探針、診斷劑、藥物輸送等各種生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用都在開發(fā)這些*的物理特性。在藥物輸送這一領(lǐng)域中，利用納米粒子為口服胰島素、基因療法所需靶向抗癌藥及DNA復(fù)合物等一系列傳統(tǒng)和創(chuàng)新療法提供輸送機制的研發(fā)活動也正在進(jìn)行之中。

和所有的微粒療法一樣，膠體金復(fù)合物的生物利用度和臨床療效等藥代動力學(xué)特性會在很大程度上受粒度影響。因此，控制膠體金的粒度是確保治療方法在活體內(nèi)符合療效與安全標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵。顆粒表征是納米粒子研發(fā)及質(zhì)量控制中非常重要的一方面，為此需在配方的中間及終階段進(jìn)行常規(guī)分析，以確保顆粒直徑均勻，且分散中不存在聚集體。這需要一項強有力的分析技術(shù)，將整個樣本內(nèi)穩(wěn)健可靠的顆粒表征與常規(guī)分析所要求的率相結(jié)合。作為一項滿足此類行業(yè)需求的高效技術(shù)，動態(tài)光散射（DLS）的優(yōu)勢正在凸顯。

引入動態(tài)光散射

在納米粒子的開發(fā)中，有幾種常規(guī)使用的顆粒表征技術(shù)。采用電子顯微鏡的顆粒顯像技術(shù)已廣泛用于細(xì)致了解系統(tǒng)內(nèi)各個顆粒的結(jié)構(gòu)與形態(tài)（圖1）。然而，該技術(shù)存在的若干局限性限制了其在常規(guī)分析中的實際應(yīng)用。

電子顯微鏡僅僅能夠測量少數(shù)樣本分布，且測得的是基于數(shù)量的粒度平均值。而膠體金產(chǎn)品由成千上萬的顆粒組成，因此從統(tǒng)計角度來說，根據(jù)此類數(shù)據(jù)來推斷產(chǎn)品的整體均勻性或聚集體濃度可能并不是好方法。即使出現(xiàn)低量的聚集體，臨床療效也會受影響，而且這通常還表示加工或配方存在問題，因此質(zhì)量控制不能僅依靠電子顯微鏡。此外，用電子顯微鏡分析通常耗時長、強度大，既費成本又費人力。因此需要一項集合技術(shù)來做補充，以體積或質(zhì)量為基準(zhǔn)，確定整個分散體中的粒度分布，從而識別出不合規(guī)格的聚集體。

動態(tài)光散射（DLS）是一項非入侵式技術(shù)，通常用于分析分散粒子及膠態(tài)納米粒子。DLS技術(shù)檢測做無規(guī)則布朗運動的懸浮顆粒得到散射光強度隨時間產(chǎn)生的波動。分析這些光強波動后便可以得到擴散系數(shù)，然后用斯托克斯-愛因斯坦方程算出顆粒大小。

近年來，DLS技術(shù)的一些已經(jīng)提升了DLS測量在納米級范圍中的靈敏度和分辨率。例如，獲得的非侵入式背散射（NIBS）光學(xué)儀器現(xiàn)已能在動態(tài)粒度范圍內(nèi)進(jìn)行測量，可測顆粒直徑在0.3nm至10微米之間，溶液濃度涵蓋0.1ppm至40%w/v。用DLS技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集速度快，不影響樣本回收，無論在研究領(lǐng)域，還是質(zhì)量控制中，都能夠有效發(fā)揮作用。

以下案例分析探討了DLS技術(shù)用于納米粒子表征的優(yōu)勢。膠體金的實驗數(shù)據(jù)重點說明了通過DLS技術(shù)獲得的結(jié)果與電子顯微鏡技術(shù)之間的差別，以及如何借此更好地了解納米粒子體系。

案例研究：使用DLS技術(shù)進(jìn)行膠體金表征

實驗利用DLS系統(tǒng)（英國馬爾文儀器Zetasizer Nano S）對某一膠體金樣本進(jìn)行了測量。所有測量都在25℃時進(jìn)行， DLS系統(tǒng)使用633nm激光光源，雪崩光電二極管（APD）作為光電探測器，檢測散射光角度為173度。

圖2展示了膠體金樣本的光強粒度分布。圖中顯示了粒子的光散射在不同粒度等級中所占的相對百分比。分別位于13.6nm和339nm處的兩個不同峰值表示粒子呈雙峰分布，說明樣本內(nèi)存在聚集體。

首先，從粒度分布峰值的相對光強來看，樣本內(nèi)似乎存在的聚集體。然而，將其轉(zhuǎn)換成基于體積的分布時，如圖2所示，顯然實際上聚集體的濃度是相對較低的。這一轉(zhuǎn)換由智能儀器軟件實施，其中運用了米氏散射理論以及粒子的折光指數(shù)和吸收率。體積粒度分布顯示，在單位質(zhì)量內(nèi)，絕大多數(shù)樣本顆粒為13nm左右的小顆粒，且原始粒子與聚集體之比為9:1。

將基于體積或光強的粒度測量與基于數(shù)量的分析方法相比較，便會發(fā)現(xiàn)DLS技術(shù)與傳統(tǒng)納米粒子分析技術(shù)相互補充的價值所在。如圖4所示，基于體積的分布轉(zhuǎn)換成了基于數(shù)量的分布。由于樣本所含的聚集體極少，因此數(shù)量分布為單峰，峰均值為12.4，且僅考慮了原始粒子。該結(jié)果表明，如果用電子顯微鏡等技術(shù)對該樣本進(jìn)行表征，所呈現(xiàn)的大部分顆粒將會是小顆粒，因而難以地推斷出聚集體的整體濃度。

動態(tài)光散射分辨率相對低于電鏡技術(shù)，通常來講如果顆粒粒徑相差三倍或者更多，可以通過動態(tài)光散射技術(shù)得到分開的分布峰。然而，通過智能數(shù)據(jù)解讀，我們還是可以了解到相當(dāng)多的樣品的粒徑分布信息。比如，當(dāng)單個顆粒與由2、3或4個顆粒組成的聚集體相混合時可能會產(chǎn)生一個寬峰。由于較大的顆粒散射了大部分光，因此相較于顆粒較小的原始粒子，聚集體對于峰值的影響更大。Z-均直徑和多分散指數(shù)值都對聚集體的存在表現(xiàn)敏感，因此可以很好地指示樣本內(nèi)是否存在聚集體。Z-均直徑是光強加權(quán)流體力學(xué)直徑的平均值，多分散指數(shù)PDI表征了顆粒粒徑分布寬度。這兩項參數(shù)均由系統(tǒng)根據(jù)動態(tài)光散射標(biāo)準(zhǔn)ISO22412計算得出。

關(guān)于動態(tài)光散射

納米粒子的開發(fā)和配方需要對整個樣本進(jìn)行快速可靠的質(zhì)量控制分析，而動態(tài)光散射提供了滿足這一需求的解決方案。通過具有*統(tǒng)計學(xué)意義的粒度分布圖，DLS技術(shù)使用戶能夠快速地識別出聚集體或不合規(guī)格顆粒，而如果僅利用基于數(shù)量的粒度測量技術(shù)則可能無法做到。如今，商用DLS系統(tǒng)已經(jīng)可以使用這一技術(shù)，為生物醫(yī)藥應(yīng)用中的納米粒子均勻性與聚集研究提供所需高靈敏度、高度和高分辨率分析。

Stephen Ball 為馬爾文儀器納米粒子與分子表征產(chǎn)品營銷。他于英國薩里大學(xué)獲得計算機輔助化學(xué)學(xué)位，期間作為研究化學(xué)師在瑞士豪爾根的陶氏化學(xué)公司進(jìn)行了為期一年的產(chǎn)業(yè)實習(xí)。在加入馬爾文儀器之前，他曾在Polymer Laboratories擔(dān)任應(yīng)用化學(xué)師，隨后又在安捷倫科技擔(dān)任光散射儀器產(chǎn)品一職。