Zetasizer Advance 시리즈는 동적, 전기영동, 정적 광산란(각각 DLS, ELS, SLS)을 통해 분산된 나노물질의 입도, 제타 전위, 분자량을 측정하는 새로운 다목적 광 산란 장비 시리즈입니다. 이 새로운 기기 시리즈는 시장을 선도하는 Zetasizer Nano 시리즈를 기반으로 개발되었습니다. Zetasizer Nano와 Zetasizer Advance 시스템 사이에는 많은 유사점이 있지만, 이 문서는 차이점을 이해하고 두 시리즈의 기기 간에 방법을 이전하는 데 확신을 가질 수 있도록 도와주는 것을 목표로 합니다.
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Zetasizer Advance 시리즈는 동적, 전기영동, 정적 광산란(각각 DLS, ELS, SLS)을 통해 분산된 나노물질의 입도, 제타 전위, 분자량을 측정하는 새로운 다목적 광 산란 장비 시리즈입니다. 이 새로운 기기 시리즈는 시장을 선도하는 Zetasizer Nano 시리즈를 기반으로 개발되었습니다. Zetasizer Nano와 Zetasizer Advance 시스템 사이에는 많은 유사점이 있지만, 이 문서는 차이점을 이해하고 두 시리즈의 기기 간에 방법을 이전하는 데 확신을 가질 수 있도록 도와주는 것을 목표로 합니다.
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Zetasizer Nano 시리즈와 Zetasizer Advance 시리즈는 모두 일관성이 높은 HeNe 레이저를 사용하여 샘플을 조명합니다. 샘플의 산란은 특정 각도로 배열된 단일 모드 섬유에 의해 검출됩니다. 사용 가능한 레이저 출력과 산란 각도는 각 제품군의 특정 기기 모델에 따라 다르지만, 조명과 광학이 동등한 경우 비슷한 것으로 간주할 수 있습니다. 동등한 기기 구성은 표 1에 나와 있습니다.
| Zetasizer Nano 모델 | Zetasizer Advance 모델 | 설명 |
|---|---|---|
Zetasizer Nano S90/ZS90
| Zetasizer Lab Blue label
|
|
Zetasizer Nano ZS 
| Zetasizer Pro Blue label
|
|
Zetasizer Nano ZSP
| Zetasizer Pro Red label
|
|
Zetasizer Lab과 Zetasizer Nano S90은 모두 전통적인 측방 산란 각도의 검출 광학 장치를 가지고 있지만, 이 광학 장치는 미묘하게 다릅니다. Zetasizer Lab과 Zetasizer Ultra의 측방 산란 광학 장치는 초점이 맞춰져 있어 기기에서 더 작고 더 잘 정의된 검출 체적을 탐사합니다. 결과적으로 Zetasizer Lab과 Zetasizer Ultra 측방 산란 광학 장치는 Zetasizer Nano S90보다 더 민감하며 톨루엔과 같은 산란 표준과 같은 등가 샘플에 대해 더 높은 카운트 레이트를 측정할 수 있습니다(표 2 참조).
따라서 카운트 레이트를 사용하여 샘플 농도의 차이를 추론하는 경우, 다른 시스템으로 측정한 카운트 비율을 비교할 때는 주의해야 합니다. 그 결과는 섹션 5에서 논의됩니다.
| 톨루엔의 일반적인 산란 강도 | ||
|---|---|---|
| Zetasizer Nano S90/ZS90 | Zetasizer Lab(Blue label) | Zetasizer Lab(Red label) |
| >4kcps | 15kcps | 50kcps |
Zetasizer Pro와 Zetasizer Ultra 기기에는 후방 산란을 사용하여 크기 측정 시 사용할 수 있는 몇 가지 추가 광학 기능이 있습니다. 그중 하나는 전환 가능한 형광 필터입니다. 이 필터는 필터가 필요하지 않을 때 감도를 낮추지 않고 샘플 입자에서 방출되는 형광등을 검출기에 도달하지 못하도록 차단합니다. 또한, 광 편광기를 후방 산란 광학 경로로 이동하여 탈분극 동적 광산란 측정을 수행할 수 있습니다. 이러한 측정의 데이터는 입자에 대한 형상 관련 정보를 추론하는 데 사용될 수 있습니다[2]. 편광기는 경우에 따라 신호 품질을 개선하는 데 사용될 수도 있습니다.
ZS Xplorer 소프트웨어의 샘플 중심 워크플로에서는 Zetasizer Advance 기기와 함께 사용되는 다양한 셀 및 큐벳에 사용할 수 있는 방법과 측정을 보여 줍니다.
표준 10mm x 10mm 큐벳(예: 부품 번호 DTS0012, PCS8501, PCS1115)은 모든 Zetasizer 시스템과 모든 산란 각도에서 입도 측정에 사용할 수 있습니다.
측방 산란 광학의 고감도 초점 광학 구성으로 인해 두 개의 투명한 면을 가진 셀은 측방 산란 측정과 호환되기에 충분하지 않습니다. 셀 안팎의 광학 경로는 비교가 가능해야 하므로 샘플 부피가 단면에서 직사각형인 셀은 측방 산란 측정에 적합하지 않습니다. Zetasizer Advance 시스템을 사용한 측방 산란 측정과 호환되지 않는 셀의 예로는 ZEN0040 저용량 일회용 큐벳이 있습니다.
그러나 Zetasizer Advance 시리즈의 새로운 측방 산란 광학 장치는 새로운 셀인 저용량 일회용 크기 분석 셀(그림 1)을 사용할 수 있어 여러 가지 장점이 있습니다. 이 셀(부품 번호 ZSU1002)은 광학적인 품질이 우수한 1mm x 1mm 정방형 모세관으로 구성되어 있어 매우 작은 부피(~3µL)의 샘플을 측정할 수 있습니다. 일회용 모세관은 맞춤 홀더에 들어 있어 정렬과 우수한 열 접촉을 보장합니다. 모세관의 단면이 작기 때문에 다른 방법보다 더 큰 입도를 더 정확하게 측정할 수 있지만[3], 이 셀은 측방 산란 측정에만 사용할 수 있다는 단점이 있습니다.
그림 1: 3µL의 샘플을 측정하고 더 큰 입도에서 측정 무결성을 높이는 저용량 일회용 크기 분석 셀
입도 결과를 생성하기 위한 광 산란 강도의 처리에는 여러 분석 단계가 필요합니다. 아래 표 3에는 이러한 단계가 나와 있으며 Zetasizer Nano와 Zetasizer Advance 기기의 공정에서 주목할 만한 차이점이 설명되어 있습니다.
| 공정 | 설명 | Zetasizer Nano와 Zetasizer Advance의 차이점 | 데이터에 대한 의미 |
|---|---|---|---|
| 자기 상관 | 산란광의 변동을 분석하여 코릴로그램을 생성하는 공정입니다. | Zetasizer Advance 상관기의 최단 지연 시간은 Zetasizer Nano의 지연 시간보다 짧습니다. | 작은 입자(~<10nm)에 대한 감도 향상. |
| 분류 | 먼지나 오염이 측정에 미치는 영향을 줄이기 위해 측정 중 수집 또는 실행을 처리하는 방법. | Zetasizer Nano의 방진 알고리즘은 가장 높은 카운트 레이트로 데이터를 폐기했습니다. Zetasizer Advance의 알고리즘인 Adaptive Correlation은 나머지 측정된 데이터와 통계적으로 다른 것으로 판단되는 데이터만 분류합니다. | 잘 준비된 샘플은 비교 가능한 데이터를 제공하며 Zetasizer Advance 시스템에서 측정하는 데 걸리는 시간이 적습니다. 미량의 가짜 물질이 존재하는 경우 반복 측정하면 일관성이 향상됩니다. 가짜 물질이 지속적으로 검출되는 경우, 이는 최종 결과에 포함됩니다[5-7]. |
| 누적 분석 | Z 평균 및 다분산 지수를 계산하는 데 사용되는 분석 방법 | 이 분석은 Zetasizer Advance 시리즈 기기에서 변경되지 않습니다. | ZAve 또는 PdI의 모든 관련 불일치는 분석의 변경이 아닌 샘플 효과에 의해 발생합니다. |
| 분포 분석 | 입도 분포를 계산하는 데 사용되는 분석 방법. | Zetasizer Advance 시리즈 ZS Xplorer 소프트웨어의 범용(General purpose) 및 다중 협소 모드(Multiple Narrow Modes) 분석 모델은 Zetasizer Nano 소프트웨어와 동일하게 구현됩니다. 단백질 분석의 이름은 'L-커브'로 변경되었지만, 구현 방식은 동일합니다. Zetasizer Advance 시리즈 ZS Xplorer 소프트웨어에서는 CONTIN 및 이산 지수가 옵션으로 제공되지 않습니다. | PSD의 모든 관련 불일치는 분석의 변경이 아닌 샘플 효과에 의해 발생합니다. |
ZS Xplorer 소프트웨어에서 측정 방법 또는 SOP를 생성하는 방법에 대한 지침은 Zetasizer Advance 기본 안내서 및 사용 설명서[8]에서 확인할 수 있습니다.
Zetasizer Nano용 DTS 소프트웨어에서 생성되거나 저장된 SOP는 ZS Xplorer 소프트웨어에서 직접 열 수 없지만 표 4는 유사한 방법을 만드는 데 도움이 되는 새 소프트웨어의 동등한 설정 또는 옵션의 변경 사항을 설명합니다.
| SOP 설정(Zetasizer Nano 소프트웨어) | 동등한 설정 ZSXplorer |
|---|---|
| 샘플 이름 | 이름 |
| 사용자 지정 매개변수 | 매개변수 옵션 |
| 물질 | 물질 |
| 분산제 | 분산제 |
| 일반 옵션 | |
| Mark-Houwink 매개변수 | 현재 ZSXplorer 소프트웨어에서는 사용할 수 없습니다. |
| 샘플 점도 옵션 | 분산제 점도는 자동으로 샘플 점도로 사용됩니다. 점도는 분산제 드롭다운에 있는 분산제 편집 옵션을 사용하여 편집할 수 있습니다. |
| 온도 | 온도 |
| 안정화 시간 | 안정화 시간 |
| 셀 유형 | 셀 |
| 측정 | |
| 지침 | 이 옵션은 측면 탭에서 '기타' 카테고리를 클릭하여 찾을 수 있습니다. 필요에 따라 측정 위 또는 아래로 끌어서 놓아 측정 전 또는 후로 지침 타이밍을 변경할 수 있습니다. |
| 고급 설정 | |
| 상관기(Correlator) | 더 이상 측정 설정을 변경할 수 없습니다. |
| 측정 시간 | Adaptive Correlation은 샘플에 대한 최적의 하위 실행 길이와 실행 수를 자동으로 선택합니다. 고정된 횟수 및 기간의 하위 실행이 필요한 경우 측정 프로세스를 자동에서 수동으로 변경해야 합니다. 개별적인 하위 실행 길이 옵션 세트를 사용할 수 있습니다. |
| 위치 지정 분석법 | 위치 지정 분석법 드롭다운에서는 측정 위치를 수동으로 선택할 수 있는 옵션을 제공합니다. |
| 자동 감쇠 | 감쇠 드롭다운에는 감쇠기를 수동으로 선택할 수 있는 옵션이 제공됩니다. Zetasizer Nano와 Zetasizer Advance 사이의 감쇠 계수는 비슷합니다. |
| 데이터 처리 - 분석 모델 | |
| 범용(General purpose) | 범용(General purpose) |
| Multiple narrow modes | Multiple narrow modes |
| 단백질 분석 | L-커브 분석 |
| 사용할 수 없음 | 범용 확장 |
| CONTIN(연구 모드만 해당) | 더 이상 사용할 수 없음 |
| 이산 지수(연구 모드만 해당) | 더 이상 사용할 수 없음 |
| 보고서 | 페이지 상단의 '보고서' 탭에서 관리할 수 있습니다. |
| 내보내기 | '분석' 페이지에서 수행할 수 있습니다. |
| 측정을 시작합니다. | '재생' 버튼 |
다른 광학 구성을 사용하는 기기 간에 방법을 전송하는 경우 비슷한 결과를 기대할 수 있나요? 이에 대한 답은 다음과 같습니다. "상황에 따라 다릅니다". 감도 차이가 있는 경우 비슷한 신뢰도로 측정할 수 있는 농도 범위가 달라지지만, 적절한 데이터 품질이 확보된 경우 유일한 변수가 감도인 경우 비슷한 입도 매개변수를 얻을 수 있어야 합니다.
다른 검출 각도로 캡처한 결과를 비교할 때 보고된 입도에서 차이가 있을 가능성이 높습니다. 미에(Mie) 이론에 따르면, 특정 크기(레이저 측정의 경우 ~60nm) 이상의 입자는 크기에 따라 빛이 비등방성으로 산란합니다. 즉, 크기가 다른 입자는 상이한 산란 각도에서 상이한 감도로 검출됩니다.
그렇다고 해서 항상 크기에서 차이가 있다는 의미는 아니며, 모든 Zetasizer 시스템은 라텍스와 같은 단분산 입도 표준을 사용하여 검증할 수 있습니다. 단분산 특성을 고려할 때 격자는 후방 산란 구성으로 측정하든 측방 산란 구성으로 측정하든 인증된 크기 범위와 일치하는 비슷한 결과를 제공합니다(그림 2). 응집되지 않은 단백질과 같은 다른 소량 및/또는 단분산 샘플에 대해서도 유사한 비교를 할 수 있습니다.
그림 2: 10mM NaCl에 분산된 NIST 추적 가능한 100nm 폴리스티렌 라텍스 샘플과 아세테이트 완충액의 5mg/mL의 라이소자임 분산액에 대한 강도 가중 입도 분포 두 데이터 세트에서 후방 산란 광학 구성(파란색)을 사용하여 측정된 분포는 측방 산란 광학 구성(노란색)을 사용하여 측정된 분포와 매우 일치합니다.
샘플에 다양한 크기의 분포가 포함되어 있거나 다중 모드인 경우 다른 시스템을 사용하여 측정한 입도의 차이가 나타날 수 있습니다. 예를 들어, 알려진 크기의 격자가 혼합된 경우 후방 산란 또는 측방 산란을 사용하여 측정하면 모드 값이 다른 단일 넓은 크기 분포를 생성합니다(그림 3). 다분산 샘플을 다양한 광학 구성에 걸쳐 전송되는 방법으로 측정하는 경우, 샘플 관련 변동성의 범위를 결정하기 위해 더 광범위한 반복성 연구를 수행해야 할 수 있습니다.
다른 광학 구성을 사용하여 전달된 데이터와 결과를 비교할 경우 Zetasizer Ultra 버전은 동일한 기기 내에서 측방 산란 및 후방 산란 옵션을 모두 제공하므로 편리하게 데이터를 비교할 수 있습니다. 또한, 감지된 산란의 각도 의존성을 사용하여 각도 독립적인 결과를 도출하기 위해 Zetasizer Ultra를 사용하여 다각도 동적 광산란(MADLS®) 측정을 수행할 수 있습니다[2,9].
그림 3: 왼쪽 - 150nm 및 300nm NIST 추적 가능 폴리스티렌 라텍스 입자가 10mM NaCl에 분산된 혼합물에 대한 강도 가중 입도 분포. 후방 산란 측정(파란색)의 분포는 측방 산란(노란색)을 사용하여 측정한 분포와 다른데, 이는 검출 각도에 따른 혼합물 내 각 입도에 대한 감도의 차이로 인해 발생합니다. 오른쪽 - 여러 산란 각도의 데이터를 MADLS 분석을 통해 결합하면 각도에 독립적인 측정으로 이러한 혼합물을 해결할 수 있습니다.
Zetasizer Nano S90에 비해 Zetasizer Lab의 감도가 높아졌기 때문에 측정된 카운트 레이트에 기초하여 정의된 샘플 희석 프로토콜을 개선해야 할 수 있습니다.
앞서 설명한 바와 같이, Zetasizer Lab 시스템은 Zetasizer Nano S90 시스템보다 동일한 샘플에서 약 3~4배 더 많은 산란광을 검출하므로 산란 강도에 기반한 농도에 대한 추론은 직접적으로 해석할 수 없습니다. 정의된 범위 내에서 카운트 레이트를 얻기 위해 샘플을 희석하면 Zetasizer Nano S90을 사용하여 측정 및 준비하는 경우보다 Zetasizer Lab에서 결과 농도가 낮아집니다. Zetasizer Lab은 또한 광학에 초점을 맞추고 있기 때문에 매우 낮은 농도에서 측정 중에 숫자 변동을 관찰할 수도 있습니다. 이 현상은 농도가 너무 낮아 기기가 레이저 빔을 통과하는 개별 입자에 민감해질 때 발생합니다.
이에 대한 예로, 감쇠기 9 또는 10을 사용할 때 150-400kcps의 카운트 레이트가 될 때까지 샘플을 희석해야 하는, 이전에 정의된 프로토콜을 사용하여 안료 샘플을 준비했습니다. 이 방법은 중앙 개발 연구소에서 정의한 후 전 세계 여러 사이트에서 구현된 품질 관리 프로토콜의 일부로 사용되었습니다.
Zetasizer Nano S90과 Zetasizer Lab 기기를 사용하여 이 절차를 독립적으로 수행하면 샘플 농도가 낮고 수치 변동이 시작되기 때문에 Zetasizer Lab에서 보고한 크기가 더 커지는 것을 확인할 수 있습니다. 두 기기가 비슷한 농도를 제공하려면 Zetasizer Lab의 카운트 레이트가 더 높을 것으로 예상해야 합니다. 각 기기가 카운트 레이트를 최적화하므로 샘플 준비 중에 카운트 레이트를 측정할 때 정의한 감쇠기를 조정해야 합니다.
감쇠기 7 또는 8에서 목표 카운트 레이트를 달성하도록 준비를 세분화하면 Zetasizer Nano S90과 Zetasizer Lab 모두에서 일관된 분포와 Z-평균 크기를 기록할 수 있습니다(그림 4).
그림 4: 물에 분산된 안정화된 안료 샘플에 대한 강도 가중 입도 분포입니다. Zetasizer Nano S90과 Zetasizer Lab을 사용하여 비슷한 카운트 레이트를 제공하기 위해 준비된 별도의 샘플은 모드 입도에서 오프셋이 있는 결과를 제공합니다. 감도의 차이를 고려하여 Zetasizer Lab 기기를 사용하여 준비 및 측정한 샘플은 Zetasizer Nano S90 기기와 더 밀접하게 일치하는 모드 크기와 더 높은 정밀도를 가진 결과를 제공합니다.
표 1에 언급된 시스템 외에도 Zetasizer Advance 제품군에는 기존 측방 산란 기능과 NIBS를 모두 갖춘 Zetasizer Ultra 버전도 포함되어 있어 이전에 두 구성이 모두 사용된 환경을 보완합니다. 예를 들어, Zetasizer Nano ZS를 사용하여 분석법 개발을 수행하고 Zetasizer Nano S90을 사용하여 QA/QC 측정을 수행했을 수 있습니다.
각 광학 구성: Zetasizer Lab, Zetasizer Pro, Zetasizer Ultra는 두 가지 레이저 출력 중에서 선택할 수 있으며, 특히 까다로운 응용 분야를 위한 전송 방법 개발을 원하는 경우 시스템을 보완하거나 업그레이드할 수 있는 다양한 옵션이 있습니다.
아래 표 5는 대체 기기 구성을 고려할 때 얻을 수 있는 몇 가지 잠재적 이점을 설명합니다.
| Zetasizer Nano 기기 | 무료/잠재적 업그레이드 Zetasizer Advanced 기기 | 설명 |
|---|---|---|
| Zetasizer Nano S90/ZS90 | Zetasizer Lab Red label | 고출력 레이저를 통해 더 높은 감도를 구현하여 바이오 제약 및 환경 샘플 응용 분야를 포함한 샘플 응용 분야와 호환됩니다. |
| Zetasizer Ultra Blue label | 동등한 레이저 출력. 동일한 기기에서 NIBS와 측방 산란을 조합하면 Zetasizer Nano S90과 Zetasizer Nano ZS를 모두 사용하는 응용 분야를 보완할 수 있습니다. 또한 각도에 구애받지 않는 결과(직경 500nm 미만의 샘플)를 위해 MADLS를 사용할 수 있습니다. | |
| Zetasizer Nano ZS | Zetasizer Pro Red label | 고출력 레이저를 통해 더 높은 감도를 구현하여 바이오 제약 및 환경을 포함한 샘플 응용 분야와 호환됩니다. |
| Zetasizer Ultra Blue label | 동등한 레이저 출력. 동일한 기기에서 NIBS와 측방 산란을 조합하면 Zetasizer Nano S90과 Zetasizer Nano ZS를 모두 사용하는 응용 분야를 보완할 수 있습니다. 적은 양의 샘플과 확장된 상부 입도를 위해 저용량 일회용 크기 분석 셀을 사용할 수 있습니다. 또한 각도에 구애받지 않는 결과를 위해 MADLS를 사용할 수 있습니다. | |
| Zetasizer Nano ZSP | Zetasizer Ultra Red label | 동등한 레이저 출력. 적은 양의 샘플과 확장된 상부 입도를 위해 저용량 일회용 크기 분석 셀을 사용할 수 있습니다. 또한 각도에 구애받지 않는 결과와 입자 농도 측정을 위해 MADLS를 사용할 수 있습니다. |
Zetasizer Nano 시리즈와 Zetasizer Advance 시리즈의 하드웨어와 소프트웨어 사이에는 약간의 차이가 있지만, 두 기기 제품군은 동일한 기초 위에 구축되어 있어 여러 시스템에서 방법과 데이터를 쉽게 비교할 수 있습니다. 이 문서에서는 기존 방법을 재현하고, 샘플을 준비하고, 데이터를 해석할 때 고려해야 할 몇 가지 사항에 대해 설명했습니다.
[1] - Explaining the difference between Non-Invasive BackScatter (NIBS) and Backscatter - they are NOT the same. https://www.malvernpanalytical.com/en/learn/knowledge-center/technical-notes/AN151119NIBSvsBackscatter
[2] - Measuring the size of gold nanoparticles using multi-angle dynamic light scattering (MADLS). https://www.malvernpanalytical.com/en/learn/knowledge-center/application-notes/AN180516GoldNanoparticlesZetasizerUltra
[3] - V.Ruseva, M.Lyons, J.Powell, J.Austin, A.Malm & J.Corbet, Capillary dynamic light scattering: Continuous hydrodynamic particle size from the nano to the micro-scale, Colloids Surf. A, 558 (2018), pp. 504-511
[4] - Pushing the limits of DLS: Measuring large particles on the Zetasizer Ultra with the Low-Volume Sizing Cell. https://www.malvernpanalytical.com/en/learn/knowledge-center/application-notes/AN180516LargeParticlesZetasizerUltra
[5] - A.V. Malm, J.C.W. Corbett, Improved Dynamic Light Scattering using an adaptive and statistically driven time resolved treatment of correlation data. Sci Rep 9, 13519 (2019).
[6] - Adaptive Correlation: Better insight to the presence of aggregates. https://www.malvernpanalytical.com/en/learn/knowledge-center/application-notes/AN180518AdaptiveCorrelationAggregateInsight
[7] - Adaptive Correlation: Better DLS data with less time and effort. https://www.malvernpanalytical.com/en/learn/knowledge-center/application-notes/AN180430IntroAdaptiveCorrelation
[8] - Zetasizer Advance Series Basic Guide, https://www.malvernpanalytical.com/en/learn/knowledge-center/user-manuals/MAN0593EN
[9] - J. Austin, C. Minelli, D. Hamilton et al. Nanoparticle number concentration measurements by multi-angle dynamic light scattering. J Nanopart Res 22, 108 (2020).
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