生醫粒徑分析儀介紹：藉由粒徑分析強化醫療與奈米科技進程

目錄 1.生醫粒徑分析儀可應用於哪裡？ 2.生醫粒徑分析儀功能介紹   a.粒徑分析   b.有效成分送達與吸收   c.保存   d.界達電位   e.表面修飾   f.藥物釋放 3.生醫粒徑分析儀推薦   a.高鹽度環境下zeta potential量測｜告別焦黑電極，正確量測界達電位   b.固體表面電位   c.濃度分析與NTA法結果比較:exosomes   d.黏彈性分析（Viscoelasticity）   e.散射強度 4.機台推薦｜界達電位粒徑分析儀ELSZneo

你有聽過生醫粒徑分析儀嗎？從📖 《奈米粒子是什麼？從定義了解特性，清楚知道產業應用在哪裡！》📖 一文中可發現，生醫產業中使用奈米微胞將藥物包覆後運送到人體目的地。而透過應用生醫粒徑分析儀，更可了解其藥物的粒徑大小是否有助於患者吸收。因此，對於生醫產業來說粒徑分析儀的應用就顯得格外的重要！除了粒徑以外還有什麼值得注意的地方嗎?一起看看吧!


 

生醫粒徑分析儀可應用於哪裡？

隨著奈米科技日新月異的進步，如何在「奈米」的尺度下控制產品就是一大課題。當然，奈米科技不止限於材料領域使用，在生醫領域中的應用也是五花八門。其中最常見且最直觀的產業，算是藥物的系統。
從藥物本身的有效成份粒徑大小，到裝載藥物送達的DDS（Drug delivery system）系統，可說是最典型的奈米科技應用於生物醫藥領域的範例。
延伸閱讀：📖藥物DDS(Drug delivery system)是什麼?粒徑與界達電位如何應用於藥物送達系統?📖
除了DDS以外還有什麼應用呢!?
 

奈米粒徑與界達電位關係說明

另外，提到奈米粒徑就不能不提到「界達電位」。以生物系統中的環境來說，相較於無機材料的單純溶劑配比會更加複雜。雖然生醫產品大多是以水為基底，但是生物環境的不確定性更增加了控制界達電位的挑戰難度。因為是直接接觸人體，甚至是吃進身體裡的藥品，安全性當然是最大的考量，故若無法直接量測或模擬生體環境下的量測是很危險的。
除了液態的藥品應用以外，固態的生物材料也是奈米科技應用的範圍。例如：人造皮膚的表面電位、生物傳感器的設計、載玻片的表面改質等，都可以用固體表面電位量測一窺液體與固體間交互作用預測。近期較熱門的研究題目外泌體（Exosomes）等，也可以量測濃度、粒徑大小等等，算是比較新的應用。
 

生醫粒徑分析儀功能介紹

1.粒徑分析

奈米科技應用於生醫領域上，最直觀的應用就是粒徑大小分析。而粒徑大小會直接影響到設計的藥物，能不能達到患部、吸收程度、保存等等關鍵。其主要分別為以下2種：

• 錠狀/粉狀藥物：主要是以微米粒徑分析儀量測（雷射繞射或是影像分析等方法），這方面藥物一般為學名藥。其藥物成分較固定，研究也較為成熟，例如：退熱感冒藥等常見藥物。
• 注射劑/小分子藥物：主要應用在奈米大小的新藥等等，較多以DLS動態光散射法量測。例如：蛋白質藥物、癌症用藥或疫苗等等較新型的藥物，一般比較常見是針劑或液體口服/外用等等液態劑型。（延伸閱讀：📖粒徑分析基本觀念，現行6種粒徑量測原理及方法完整說明📖)

2. 有效成分送達與吸收

除了藥物本身以外，也經常應用於DDS藥物送達系統。如上述DDS那篇文章所述，例如：一般認為癌症病變的患部血，管孔隙大概是200nm左右；若藥物大於這個尺寸，可能會讓藥物無法有效到達患部，也會影響到吸收度的快慢。
 

3.保存

藥物如果過期了，應該沒有人敢服用吧？！當藥物過期，其實就是裡面的有效成分產生了團聚凝集，會影響本來應該有的效用，甚至有可能有意想不到的毒性。如何在一定環境（溫度...）內保存，或是可以保存多久等等，從粒徑分析上可以看到一些端倪。例如：需要低溫保存的針劑，在使用前一段時間才能拿出冷藏處；當暴露在高溫太久，可能針劑裡面會產生一些懸浮物，也就是裡面的成分產生了凝集，就不能再用了。
 

4. 界達電位

界達電位比起粒徑來說，其應用較多面向一點。但一般來說，會與粒徑的結果相輔相成互相呼應。與粒徑相關來說，界達電位最經典的應用就是粒子的保存；在粒子間如果有較強的電荷斥力，就能維持較長時間不團聚進而延長保存期限。在生物醫學的研究環境下，粒子(成份)本身有較複雜的電位表現，例如表面修飾、官能基等等...除了分散性以外還有更多的應用方法!
 

5. 表面修飾

主要以奈米金為基底載體，在奈米金上修飾不同的官能基等等，以達到想要的效果與研究方向。其修飾官能基後，一般都伴隨著界達電位的改變，這時可以用界達電位去做一個初步的判斷。例如：將其修飾的不帶電，以通過人體環境識別不被免疫系統給破壞掉。

6. 藥物釋放

藥物以脂質體等包覆後，可利用不同的刺激（例如：溫度、計算藥物到達患部所需時間等等...）方法使藥物釋出。下圖是以溫度刺激為主做的藥物送達DDS機制例子，在高溫時膠體粒子產生收縮進而釋放出包裹在其中的有效成分。DDS除了脂質體以外，近來也有發展使用exosomes的新興方法。

生醫粒徑分析儀推薦

高鹽度環境下zeta potential量測｜告別焦黑電極，正確量測界達電位

根據《藥物DDS(Drug delivery system)是什麼?粒徑與界達電位如何應用於藥物送達系統?》一文顯示，使用ELSZ系列標配的界達電位樣品容器，可順利量測高鹽濃度下的界達電位。
ELSZ的界達電位樣品容器，配有大面積的圓頂白金電極及長直行流道設計，不僅是生理食鹽水（鹽濃度約150mM NaCl相當），亦可直接量測1000mM NaCl鹽濃度。


ELSZ採用長直型流道，配合圓鼎型白金電極可分散電流，使在高鹽度環境（如：人體buffer等等）可以直接進行量測，無須擔心它牌的U型管所產生的氣泡或是電極劣化等問題。
 

	直線型電泳(ELSZ)
樣品容器形狀示意圖
重複使用	可全部拆開清洗重複使用
電極	圓鼎型白金電極
流道形狀	長直型流道，粒子可直線電泳
高鹽度量測	直接量測高鹽度高導電度，最高實測到3M NaCl當量鹽度
量測高鹽度樣品後的電極外觀

 

ELSZ更多應用功能介紹:固體表面電位、濃度分析、黏彈性分析、散射強度

接下來為您介紹更多ELSZ界達電位粒徑分析儀可以做到的延伸功能，助攻生醫進程。
 

●固體表面電位

各種如人造皮膚等生物相似材料，或是生物材料基板上的表面改質，都可以使用固體表面電位量測方法，推測固體與液體間的交互作用。例如：下面是各種不同材質的基板使用於生物實驗中，理想是在不同酸鹼度或其他環境下，載板都不希望與我們的生物成分產生影響，所以希望將電位調到接近於0，減低電荷帶來的交互作用影響。

圖中的紅色PMPC，是將樹酯基板樹脂基板表面形成2-methacryloyloxyethylphosphorylcholine polymer的表面改質，不管在各pH環境下的表面電位絕對值都較另外兩種沒有修飾過的載板來得小。若以以這3種載板而言，PMPC是較為理想的。
 

●濃度分析與NTA法結果比較:exosomes

藥物或是有效成份的濃度，也可藉由大塚的粒徑分析機台量測。以exosomes為例，可直接分析粒徑大小、濃度、界達電位等寶貴資訊。下面為C2C12 myoblast和myofiber兩種exosomes(Extracellular Vesicles; EVs)。

照片1　醋酸鈾負染色的 EV 電子顯微鏡圖像
A) C2C12 myoblast EVs,　B) C2C12 myofiber EVs
由山口大学総合科学実験センター　吉村安寿弥講師、富永研究室（宮城雄太）　提供

Cell	Cell condition	平均粒徑	界達電位	粒子濃度(ELSZneo)	粒子濃度(NTA法)
C2C12	Myoblast	154.1 nm	-13.7 mV	1.80*10^10 p/mL	1.72*10^10 p/mL
C2C12	myofiber	137.5 nm	-16.0 mV	1.01*10^9 p/mL	0.87*10^9 p/mL

表 使用ELSZneo量測平均粒徑、界達電位、粒子濃度以及PTA(Particle-tracking analysis或稱NTA nanoparticle tracking analysis)法量測的粒子濃度結果比較。