納米粒徑與Zeta電位分析儀：納米材料表征的雙核利器

 隨著納米科技的迅猛發展，納米顆粒在藥物遞送、生物成像、催化、能源材料和化妝品等領域的應用日益廣泛。納米顆粒的物理化學性質，尤其是其粒徑大小和表面電荷特性，直接決定了其分散穩定性、生物相容性、細胞攝取效率及體內分布行為。因此，對納米體系進行精確的粒徑與表面電勢表征，成為研發和質量控制的關鍵環節。納米粒徑與Zeta電位分析儀（常稱“納米粒度電位儀”或“動態光散射儀”）正是集兩種核心功能于一體的表征設備，為科研人員提供了快速、無損、高精度的溶液態納米顆粒分析手段。

一、技術原理：動態光散射與電泳光散射的融合

現代納米粒徑與Zeta電位分析儀通常基于動態光散射（Dynamic Light Scattering,DLS）和激光多普勒測速（Laser Doppler Velocimetry,LDV）兩大物理原理，集成于同一平臺。

1.粒徑分析——動態光散射（DLS）

當一束激光照射到含有納米顆粒的溶液中時，顆粒會向各個方向散射光線。由于布朗運動，這些顆粒在溶液中不斷做無規則熱運動，導致散射光的強度隨時間發生快速波動。DLS技術通過高靈敏度光電探測器捕捉這些強度波動，并利用自相關函數分析其衰減速率。顆粒越小，布朗運動越劇烈，光強波動越快，自相關函數衰減越迅速。通過斯托克斯-愛因斯坦方程（Stokes-Einstein Equation），可將擴散系數轉換為流體力學直徑（Hydrodynamic Diameter），從而得到納米顆粒的粒徑及其分布（如多分散指數PDI）。

2.Zeta電位分析——電泳光散射（ELS）

Zeta電位是納米顆粒在溶液中滑動面與體相溶液之間的電勢差，反映其表面電荷狀態和膠體穩定性。測量時，樣品池內置電極，施加交變電場。帶電顆粒在電場作用下發生電泳運動（正電荷向負極，負電荷向正極）。利用激光多普勒效應，儀器檢測運動顆粒散射光頻率的變化（多普勒頻移），計算出顆粒的電泳遷移率（Electrophoretic Mobility），再通過亨利方程（Henry's Equation）和斯莫魯霍夫斯基（Smoluchowski）或亨利修正模型，最終換算為Zeta電位值（單位：mV）。

二、核心功能與性能優勢

1.一體化測量：在同一儀器上完成粒徑、PDI和Zeta電位的快速測定，僅需少量樣品（通常0.3–1 mL），極大提高實驗效率。

2.高靈敏度與寬測量范圍：

-粒徑范圍：通常為0.3 nm–10μm，可精確測量蛋白、脂質體、聚合物膠束、金屬納米顆粒等。

-Zeta電位范圍：±200 mV，適用于各種pH和離子強度條件下的樣品。

3.非侵入性與溶液態分析：無需干燥或固定，保持納米顆粒在真實溶液環境中的自然狀態，結果更具代表性。

4.溫度可控：內置帕爾貼溫控系統（通常4–90℃），可研究溫度對顆粒穩定性的影響。

5.自動化與智能化：自動優化測量參數、多重散射校正、數據擬合算法先進，支持批量測量和報告生成。

三、關鍵應用領域

1.納米藥物研發：

-評估脂質體、外泌體、聚合物納米粒的粒徑均一性（PDI<0.2為佳）和Zeta電位（通常|Zeta|>30 mV表示良好穩定性），優化處方工藝。

-研究藥物包封后粒徑與電位的變化，預測體內循環時間與靶向能力。

2.生物大分子研究：

-測定蛋白質、抗體、病毒樣顆粒的聚集狀態，監控儲存穩定性。

-分析pH、鹽濃度對生物分子構象和電荷的影響。

3.材料科學：

-表征量子點、金納米棒、二氧化硅納米顆粒等的分散性。

-研究表面修飾（如PEG化、配體偶聯）前后Zeta電位的變化，驗證修飾效果。

4.環境與食品科學：

-檢測水體中納米污染物的粒徑分布。

-評估食品乳液、納米乳的穩定性。

四、操作要點與注意事項

-樣品準備：需過濾或離心去除大顆粒雜質，避免堵塞或干擾。

-溶劑匹配：選擇合適的分散介質，注意其折射率、粘度和電導率對測量的影響。

-濃度控制：過高濃度會導致多重散射，過低則信號弱。通常推薦0.1–1 mg/mL。

-pH與離子強度：Zeta電位對環境敏感，需明確測量條件，可進行滴定實驗繪制Zeta-pH曲線。

-重復性驗證：建議每樣本測量3–5次，取平均值以提高可靠性。

納米粒徑與Zeta電位分析儀作為納米科技研究的“標配”設備，不僅提供了顆粒尺寸和表面電荷的基礎數據，更深入揭示了納米體系的穩定機制與界面行為。隨著人工智能算法和微流控技術的融合，未來的分析儀將向更高通量、更小樣品量、原位實時監測方向發展，持續推動納米材料從實驗室走向產業化應用。掌握這一工具，意味著掌握了理解納米世界動態行為的一把鑰匙。