Nanoparticle tracking analysis

Nanoparticle tracking analysis (NTA) atau Analisis pelacakan nanopartikel adalah metode untuk visualisasi dan analisis partikel dalam cairan dengan berdasarkan gerak Brown untuk menentukan ukuran partikel. Laju pergerakan dipengaruhi oleh viskositas dan suhu cairan; namun tidak dipengaruhi oleh kerapatan partikel atau indeks bias. NTA memungkinkan penentuan profil distribusi ukuran partikel kecil dengan diameter sekitar 10-1000 nanometer (nm) dalam suspensi cair.

Teknik ini digunakan bersama dengan ultramikroskop dan penyinaran laser yang secara bersamaan memungkinkan partikel kecil dalam suspensi cair divisualisasikan pergerakannya (gerak Brown). Cahaya yang dihamburkan oleh partikel ditangkap oleh kamera CCD atau EMCCD melalui beberapa bingkai (frames). Selanjutnya perangkat lunak komputer (software) digunakan untuk melacak gerakan setiap partikel dari bingkai ke bingkai. Laju pergerakan partikel berhubungan dengan jari-jari hidrodinamik setara bola yang dihitung melalui persamaan Stokes–Einstein. Teknik ini menghitung ukuran partikel berdasarkan partikel demi partikel, mengatasi kelemahan yang ditumui pada teknik hamburan cahaya dinamis (dynamic light scattering). Karena analisis dilakukan berdasarkan video, maka karakterisasi secara nyata (real time) seperti agregasi dan disolusi memungkinkan untuk dilakukan. Sampel membutuhkan persiapan minimal, meminimalkan waktu yang diperlukan untuk memproses setiap sampel. Spekulan menyarankan bahwa pada akhirnya analisis dapat dilakukan secara real-time tanpa persiapan, misalnya saat mendeteksi keberadaan virus di udara atau senjata biologis.

Saat ini NTA dapat digunakan untuk analisis partikel dengan diameter sekitar 10 hingga 1000 nm, bergantung jenis partikel. Analisis partikel pada ukuran terendah hanya dapat dilakukan untuk partikel yang memiliki indeks bias tinggi, seperti emas dan perak. Batas ukuran tertinggi dibatasi oleh gerakan Brown yang terbatas pada partikel besar; karena partikel besar bergerak sangat lambat, akurasi berkurang. Viskositas pelarut juga memengaruhi pergerakan partikel, dan juga berperan dalam menentukan batas ukuran tertinggi untuk sistem tertentu.

Aplikasi

NTA telah digunakan oleh banyak laboratorium, baik pada bidang industri maupun akademik. Berbagai jenis penelitian yang terkait dengan partikel nano yang memerlukan analisis konsentrasi dan distribusi ukuran partikel dapat dilakukan menggunakan NTA. Contoh aplikasinya adalah extracellular vesicles, agregasi protein, virus like protein, nanobubble, dll

Perbandingan dengan hamburan cahaya dinamis (dynamic light scattering, DLS)

Gambar khas yang dihasilkan oleh NTA.

Penentuan ukuran partikel pada Dynamic light scattering (DLS) dan nanoparticle tracking analysis (NTA) dilakukan berdasarkan gerak Brown.

Ketika partikel tersuspensi dalam larutan, partikel akan bergerak secara acak ke segala arah. Fenomena pergerakan ini disebut difusi dan diekspresikan sebagai koefisien difusi (D). Pergerakan partikel disebabkan oleh transfer energi dari molekul air disekitarnya. Teori mengenai koefisien difusi dikembangkan oleh Albert Einstein. Dengan tidak adanya gradien konsentrasi pada suspensi dan setelah pengamatan jangka panjang, jarak partikel yang bergerak ke segala arah harus saling menetralkan dari waktu ke waktu sehingga total pergerakan hampir nol. Namun, selama interval waktu tertentu, partikel difusi bergerak dalam elemen volume tertentu. Pada NTA waktu (t) antara dua tempat pengamatan sangat dingkat (~30 ms). Pergerakan partikel per interval waktu dicatat sebagai perpindahan kuadrat rata-rata (x^2) dengan bergantung pada jumlah dimensi (satu, dua, atau tida dimensi) . Hubungan antara koefisien difusi, waktu dan perpindahan kuadrat rata-rata adalah sebagai berikut.

${(x,y)^{2} \over 4}=Dt={K_{b}T \over 3\pi \eta d}t$

Di mana

• Dt adalah konstanta difusi, produk dari koefisien difusi D dan waktu t
• $K_{b}$ adalah konstanta Boltzmann ,
• T adalah suhu mutlak ,
• η adalah viskositas
• d adalah diameter partikel bola.

Pada NTA, gerakan ini dianalisis dengan video – perubahan posisi partikel individu dilacak dalam dua dimensi. Dengan mengetahui Dt, diameter hidrodinamika partikel dapat ditentukan.

Sebaliknya, DLS tidak memvisualisasikan partikel secara individual tetapi menganalisis melalui korelator digital, perubahan intensitas hamburan yang bergantung pada waktu. Perubahan intensitas hamburan disebabkan oleh efek interferensi yang timbul dari gerakan Brown relatif dari sejumlah besar partikel dalam sampel. Melalui analisis fungsi autokorelasi eksponensial yang dihasilkan, ukuran partikel rata-rata dapat dihitung serta dapat menentukan indeks polidispersitas. Fungsi multi-exponential autocorrelation memiliki keterbatasan untuk menentukan profil distribusi ukuran partikel sampel yang bersifat polidisperse. Oleh karena itu DLS lebih cocok digunakan untuk analisis sampel yang bersifat monodisperse.