나노기술의 급속한 발전에 따라 나노재료는 생물의약, 촉매, 전자부품, 환경보호 등 여러 분야에서 거대한 응용잠재력을 보여주었고 점차 우리의 일상생활에 침투되였다.나노 입자일반적으로 10-1000 nm 사이이므로 전통적인 거시 재료와는 다른 물리적, 화학적 및 생물학적 특성을 나타냅니다.이러한 특성으로 인해 나노 입자는 약물 배달, 진단, 치료 등 생물 의약 분야에서 매우 큰 응용 가치를 가지고 있다.그러므로 나노립자의 표징은 나노재료연구에서 중요한 고리로 되였다. 정확한 립경, 수량, 농도, 형태, 표면특성 및 전기학적성질의 분석은 그 효능관계를 깊이있게 리해하는데 도움이 될뿐만아니라 신형의 나노기술을 개발하고 기존의 응용을 최적화하는데 과학적의거를 제공해주었다.원리와 알고리즘에 따라 서로 다른 나노 입자 입도 표징 방법은 사용자에게 다양한 데이터 결과를 제공하며, 본고는 나노 입자의 표징 실험에서 비교적 중요한 데이터와 파라미터의 의미를 상세히 소개할 것이다.

01

입자의 입경에 관한 관건매개변수

평균 입경(평균 크기) ：

평균 입경은 샘플의 모든 입경 분포의 평균을 의미하며 샘플의 일반 크기를 나타냅니다.일반적으로 산술 평균으로 계산하는데, 즉 모든 검측 입자의 입경의 합을 입자의 총수로 나눈다.이는 과립분포의 중요한 특징매개변수이지만 다분산체계에서는 과립과 검사방법량정 (LOD) 의 영향을 받기 쉬우므로 대략적인 추정으로만 참고할수 있다.

방정식:

여기서,각 입자의 입경을 위해,n과립 수.

입경 표준 차(StdDev Size):

입경 표준차(Standard Deviation, STD)는 입경이 평균치에서 벗어나는 정도를 나타내는 입자 크기 분포의 이산도를 계량화한 지표다.표준 차이가 클수록 입자 크기의 변화가 크고 시료의 다분산성이 강하다는 것을 의미한다.표준차는 일반적으로 입자의 입경 분포에 따라 계산된 것으로 입경 분포의 균일성을 반영할 수 있다.

방정식:

여기서,단일 입자의 입경입니다.과립의 평균 입경이다.

집중 입경(모드 크기) ：

집중 입경은 샘플의 입경 분포에서 가장 빈도가 높은 입경 값이다.입자 분포에서 가장 일반적인 입경 크기를 나타냅니다.평균 입경보다 집중 입경이 샘플 중 가장 주요한 입자 집단을 더 잘 반영한다.고도로 단분산된 샘플에서 집중 입경은 평균 입경과 일반적으로 매우 가깝다.

중위 입경(중간 크기) ：

중위 입경 (D₅₀, 입자 지름 중위 값이라고도 함) 입자 분포에서 입자의 절반은 이 값보다 크고 나머지 절반은 이 값보다 작은 입자 지름을 가리킨다.이는 입경분포의 중심값으로서 입경분포의 전형적특징을 비교적 잘 반영할수 있으며 특히 비대칭 또는 다봉분포의 견본에 적합하다.

D₅₀의물리적 의미: 지름보다 크거나 작은 입자의 볼륨 (개) 이 전체 입자 (전체) 의 50% 를 차지합니다.

D₉₀ ：

D₉₀입자 크기 분포의 90% 가 입자 크기 (수량) 보다 작음을 나타냅니다.특히 다중 분산 시스템에서는D₉₀와D₁₀값은 일반적으로 입자의 최대 크기(Max Size)와 관련된 입자 분포의 큰 부분을 나타내는 상대적인 값입니다.많이 써요.D_v0.9의또는D_v09。

D₁₀ ：

D₁₀입자 크기 분포에서 10% 의 입자 부피 (수량) 가 이 입자 지름보다 작음을 나타냅니다.와D₉₀상대적인 값,D₁₀일반적으로 입자의 최소 크기(Min Size)와 관련된 입자 분포의 작은 부분을 나타냅니다.많이 써요.D_v0.1의또는D_v01。

또한 사용 가능D₀₃화D₉₇등은 입자의 분포 상황을 나타낸다.D₀₃또는D_v03은이 지름보다 작은 입자가 전체 입자 볼륨 (수량) 의 3% 를 차지한다는 것을 나타냅니다.

크로스오버 (스팬) ：

스펀(Span)은 입자 크기의 분산 정도를 나타내는 입자 크기 분포 폭을 계량화하는 데 사용되는 매개변수입니다.통과D₉₀、D₅₀화D₁₀일반적으로 입경의 분포가 고르지 않다는 것을 설명하는 데 사용되는 계산입니다.스텝 값이 클수록 입경 분포가 넓어지고 샘플이 고르지 않음을 나타냅니다.

방정식:

여기서,D₉₀、D₁₀화D₅₀각각 90%, 10%, 50% 의 입자 수가 이 입자 지름보다 작다.

분산 계수 (분산 계수) ：

분산계수는 다분산 또는 분포가 고르지 않은 과립견본에서 매 조분의 분산정도를 정량적으로 묘사하는데 사용되며 다분포견본에서 각 조분의 분포상황을 표시하는데 더욱 적합하다.분산 계수는 항상 입경 표준 차이와 함께 사용되며 입자의 분산 효과를 더 잘 나타낼 수 있습니다.

알고리즘 설명: 샘플의 실제 분포를 얻은 후;샘플이 다중 피크 혼합 샘플인 경우 다중 그룹 분포가 분석됩니다.각 그룹의 분포에 대해 STD 값 (입경 표준 차이) 과 이 그룹의 평균 입경의 비율을 각각 계산하고, 각 그룹의 가장 큰 비율을 취하면 분산 계수의 값이다.

분산계수도 매개 변수span과 련합하여 사용할수 있으며 분산계수는 더욱 세밀하게 견본의 분산성을 분석할수 있다. 특히 다분포상황에서 분산계수는 견본의 분산상황을 더욱 정확하게 표징할수 있으며 다분포의 영향을 받지 않는다.사용 시 분산 계수와 span 값을 동시에 선택하여 샘플 상황을 종합적으로 평가할 수 있습니다.단일 분포 상황에서 분산 계수와 span은 서로 다른 표징 형식이므로 그 중 하나를 참조로 선택하면 된다.

02

관련 입자수농도에 대한 주요 매개 변수

희석배수(Dilution Factor):

희석 배수는 시료가 시험 전에 희석될 때 원시 시료와 희석 후 용액 부피의 비례 관계를 말한다.이는 농도가 너무 높아 입자가 중첩되거나 다중 효과로 인한 간섭을 피하면서 테스트 장비가 적절한 검사 범위 내에서 작동하도록 보장하는 데 사용됩니다.나노입자표징에서 희석배수는 원시견본의 농도를 계산하는 관건적인 매개 변수의 하나이다.

주의해야 할 점은 희석과정에 오차가 도입될수 있기에 정확한 이액도구를 사용하고 견본을 충분히 혼합하여 희석의 균일성을 보장해야 한다.

테스트 입자 수(Particle Number):

입자 수는 여기서 특별히 한 번의 테스트에서 검출된 나노 입자 총수를 가리키며, 일반적으로 기기를 통해 직접 기록하고 통계 분석에 사용되는 샘플의 양이다.이 매개변수는 테스트 과정에서 실제로 측정된 샘플에서 측정에 참여한 입자 수를 반영하며 입자 농도를 계산하는 중요한 근거입니다.과립 수량의 높낮이는 하류 데이터 분석에 매우 중요하다: 저농도 샘플: 과립 수량이 부족하면 통계학적 오차를 초래할 수 있다;고농도 샘플: 과립 수가 너무 많으면 과립이 중첩되거나 검사 효율이 떨어질 수 있습니다.

실제 응용 프로그램에서 입자 수는 일반적으로 다음과 같은 방법으로 계산되거나 측정됩니다.

• 저항 펄스 감지(RPS): 단일 입자는 하나씩 검사되고 계산되기 때문에 입자 수는 테스트 기록에서 직접 파생됩니다.
• 동적 광 산란법(DLS): 간접적으로 입자 농도를 추정합니다.
• 현미경 영상법: 이미지 분석을 통해 입자 수를 계산한다.
• 기타 시험방법에서도 립자의 수량은 계기를 통해 계산해낼수 있으며 견본의 부피와 결부하면 농도를 확정할수 있다.
  
  

농도 측정(Concentration):

테스트 농도 (즉, 위 샘플 농도) 는 희석된 샘플이 테스트 할 때의 실제 농도를 의미합니다.이는 나노입자를 용매에 분산시키고 적절한 희석처리를 거쳐 계측기에 사용되는 농도로서 실험에서 직접 측정한 농도값으로서 일반적으로 과립수량 (예: particle/mL) 이나 질량 (예: mg/mL) 단위로 표시된다.측정 농도의 범위는 계측 측정의 민감도와 정확성을 반영하며, 너무 높은 농도는 입자가 중첩되거나 막힐 수 있고, 너무 낮은 농도는 노이즈 비율이 부족할 수 있다.

방정식:

여기서,C_테스트테스트 농도를 나타냅니다.N_입자입자 수를 측정하는 건데,V_샘플실제 테스트 샘플의 부피입니다.

농도 측정의 고려 사항:

• 테스트 장비의 농도 측정 범위 (예: 저항 펄스 감지법, 광학 입자 추적법).

• 샘플 과립의 균일성과 분산성.

• 결국 환산된 원시 농도를 반추해야 한다.

  
  

원시 농도(Original Concentration):

원시 농도는 제조 또는 순화가 완료된 후 희석되지 않은 시료에서 나노입자의 초기 농도를 말하며, 일반적으로 최종 분석의 목표치입니다.이는 견본이 실제 응용 또는 연구에서의 기준농도로서 제조과정에서 나노립자의 총량과 분포상태를 반영하여 연구일군이 나노립자의 제조공정, 생산률 및 실제 응용에서의 농도범위를 료해하는데 도움을 줄수 있다.원시 농도의 정확한 측정은 약물 배달 시스템에서의 용량 제어, 진단 시약의 감도 평가 등 많은 분야에서 중요한 의미를 가진다.희석 배수와 테스트 농도를 결합해 원본 시료의 나노입자 수 농도를 정확하게 계산할 수 있다.

방정식:

여기서,C_원본원시 농도를 나타냅니다.C_테스트테스트 농도를 나타냅니다.n희석 배수를 나타내다.

03

관련 입자표면전하에 대한 주요 매개 변수

Zeta 전기비트 (제타 잠재력)：

제타 전위는 나노입자 표면의 이중 전층의 슬라이딩 절단면(Shear Layer) 부위 전위차를 의미하며, 입자 표면의 전하 특성을 나타내는 중요한 매개변수다.이는 액체매체에서의 립자의 전하상태를 반영하여 립자의 안정성, 분산성 및 상호작용행위에 직접적인 영향을 준다.Zeta 전위는 일반적으로 밀리볼트 (mV) 단위로 표시되며, 그 절대치가 높을수록 입자의 정전기 반발력이 강하고 부유액의 안정성도 높다.제타 전위의 변화는 입자 표면의 화학적 수식, 용액의 pH 값, 이온 강도 등 환경 조건에서 비롯될 수 있기 때문에 나노입자 기능화와 환경 응답 성능 연구의 핵심 지표다.

전통적인 Zeta 전위 테스트 방법은 일반적으로 광학 또는 전기 수영 측정을 기반으로 하며 샘플 전체의 평균 Zeta 전위를 제공합니다.그러나 이러한 방법은 특히 이질성이 높은 혼합 샘플에서 샘플의 다른 입자의 개별 특성을 반영하기 어렵습니다.단일 입자 Zeta 전위 검사는 각 입자의 표면 전하 특성을 하나씩 측정하여 더 많은 핵심 정보를 제공 할 수 있습니다.

• 입자 간의 전하 차이: 샘플의 전하 분포 이질성을 밝혀 입자 수식, 표면 변성 등을 연구하는 데 더 정확한 데이터를 제공한다.RPS 기술 기반의 단일 입자 전위 분석은 입자 전위와 입자 지름의 상호 관계도 제공할 수 있다.
• 샘플의 전하 균일성: 샘플 제조 과정의 안정성과 일관성을 평가하는 데 도움이됩니다.
• 이질성 과립 혼합물의 분별: 생물 샘플과 같은 복잡한 체계에서 서로 다른 과립의 표면 전하 특성을 구분할 수 있어 과립 간의 상호 작용을 연구하는 데 도움이 된다.

단일 입자 Zeta 전위 검사는 특히 약물 배달 입자의 품질 제어, 세포 외낭포 (EVs) 표면 전하의 정확한 표징 등 생물 의약 분야에서 현저한 우위를 가지고 있다.

평균 Zeta 전기비트 (평균 제타 잠재력) ：

평균 제타 전위는 샘플의 모든 (또는 검출된) 입자에 대한 제타 전위 값의 산술 평균으로, 샘플의 전체 표면 전하 특성을 설명하는 매개변수 중 하나로 많이 사용됩니다.평균 Zeta 전위는 샘플의 안정성 및 분산 성능을 평가하기 위해 샘플의 전체 전하 상태를 빠르게 제공 할 수 있습니다.

방정식:

여기서,각 입자에 대한 Zeta 전위,n과립 수.

주의해야 할 점은 평균 Zeta 전위가 샘플 중 입자 표면 전하의 분포 특징을 숨길 수 있기 때문에 균일성이 낮은 샘플에서는 중위 Zeta 전위와 Zeta 전위 분포와 같은 다른 매개변수와 결합하여 종합적으로 분석해야 한다.

중위 제타 전위(Median Zeta Potential):

중위 Zeta 전위(Z₅₀), 샘플 중 50% 의 입자 Zeta 전위 값이 이 값보다 낮고, 나머지 50% 의 입자 Zeta 전위 값이 이 값보다 높으며, 입경 표징의 중위 입경과 유사하다(D₅₀). 중위 제타 전위는 샘플 전하 분포 센터를 반영하는 통계 매개 변수로, 소수의 이상 값이 데이터 전체 설명에 미치는 영향을 어느 정도 줄일 수 있다.

중위 제타 전위는 평균 제타 전위보다 표면 전하 분포가 비대칭적인 샘플에 더 대표적이며, 특히 복잡하거나 이질성이 높은 샘플을 묘사하는 데 적합하다.

Z₉₀화Z₁₀：

Z₉₀: 시료 중 90% 의 입자의 Zeta 전위가 이 값보다 낮은 것을 가리키며, 입자 표면 전하의 상한 분포를 나타낸다.Z₁₀: 샘플 중 10% 의 입자의 Zeta 전위가 이 값보다 낮은 것을 가리키며, 입자 표면 전하의 하한 분포를 나타냅니다.

Z₉₀화Z₁₀의 결합은 샘플의 Zeta 전위 분포 범위와 균일성을 설명하는 데 사용될 수 있습니다.입경 분포 분석과 같이, Zeta 전위의 간격을 계산함으로써 입자 표면 전하 분포의 이산 정도를 계량화할 수 있다.

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요약

나노입자의 표징은 나노재료 연구와 응용에서의 핵심 부분으로, 입경, 농도, 표면전하 등 핵심 매개변수에 대한 정확한 측정과 해석을 통해 나노입자의 물리화학적 특성 및 외부 환경과의 상호작용을 전면적으로 밝혀낼 수 있다.이러한 매개변수는 실험 데이터뿐만 아니라 나노 약물 및 나노 재료의 효능 관계를 해체하는 창구입니다.

표징기술의 끊임없는 혁신과 표준화를 통해 나노과학은 생물의약, 촉매, 전자부품 등 분야에서 더욱 많은 획기적인 발견과 현실응용을 가져오고 있다.이 모든 것의 핵심은 과학적이고 엄밀한 방법으로 나노 입자를 보이지 않는 미시적 세계에서 측정 가능, 이해 가능, 통제 가능한 거시적 데이터로 전환시킴으로써 나노 기술과 실제 수요의 빈틈없는 연결을 추진하고 나노 기술의 산업화 과정을 추진하며 더욱 넓은 혁신 전망을 여는 것이다.