Nanolytics verfügt über den 4-dimensionalen Multiwellenlängen-Absorptionsdetektor von Nanolytics Instruments. Weitere einzigartige Detektoren, die im Nanolytics-Labor verfügbar sind, werden unten beschrieben.
4D-AUZ erweitert klassische Absorptionsmessungen um eine spektrale Dimension. Während herkömmliche Absorptionsdetektoren Intensitäten als Funktion der Zeit und der Detektorposition bei einer festen Wellenlänge aufzeichnen, erfasst das 4D-System ganze Spektren, typischerweise von 200 bis 900 nm. Mehr als 2000 Einzelwellenlängen sind enthalten und können für die individuelle oder globale Datenanalyse verwendet werden.
Herkömmliche Absorptionsdetektoren können zwar so angesteuert werden, dass sie Scans bei mehreren Wellenlängen erfassen, jedoch erfordert jede Wellenlänge einen zusätzlichen Scan; die Wellenlängen werden sequentiell gemessen. Dadurch wird größtmögliche Anzahl von Scans bis zur vollständigen Sedimentation des Materials – oder die Anzahl der gleichzeitig zu messenden Proben – erheblich verringert; eben um den Faktor der zusätzlichen Wellenlängen. Der Multiwellenlängendetektor hingegen benötigt weniger Zeit für die Erfassung des gesamten Spektrums als ein herkömmlicher Detektor für eine einzelne Wellenlänge, so dass im Verlauf des Experiments eine maximale Anzahl von Messungen möglich ist.
4D-AUZ bietet eine Reihe von praktischen Vorteilen. Obwohl nur ein begrenzter Bereich innerhalb des Gesamtspektrums aussagekräftige Daten liefert, enthält dieser nutzbare Teil des Spektrums immer noch Dutzende von nutzbaren Einzelwellenlängen. Für die Analyse einzelner Wellenlängen kann die geeignete Wellenlänge im Nachhinein extrahiert werden, ohne dass für die Durchführung des Experiments Vorkenntnisse über die spektralen Eigenschaften, die Konzentration und die lokalen Extinktionskoeffizienten erforderlich sind. Dies verringert den Probenbedarf und macht eine vorherige Optimierung überflüssig. Bei mehreren zu analysierenden Wellenlängen hat die Spektralaufnahme den Vorteil, dass alle Daten für absolut reproduzierbare Wellenlängen erfasst werden – anders als bei klassischen Detektoren mit einem beweglichen Monochromatorgitter mit einer Fehlerspanne von mehreren Nanometern. Dies ermöglicht präzise Daten auch an steilen Flanken des Spektrums.
Diese Vorteile gelten für Messungen, bei denen eine einzige Wellenlänge für die Datenanalyse ausreicht, allein schon wegen des experimentellen Nutzens. Das große Potenzial von 4D-AUZ liegt jedoch darin, der Datenanalyse eine spektrale Dimension hinzuzufügen. Während mehrere Spezies mit individuellen spektralen Eigenschaften im Laufe der Sedimentation fraktionieren, wird die Summe ihrer Absorptionssignale aufgezeichnet. Geeignete Software ermöglicht eine Multiplex-Analyse, bei der dieses Signal in die entsprechenden Beiträge zerlegt wird – so können mehrere Spezies anhand ihrer hydrodynamischen und spektralen Eigenschaften identifiziert werden.
Literatur:
[1] Strauss HM, Karabudak E, Bhattacharyya S, Kretzschmar A, Wohlleben W, Coelfen H, Colloid Polym Sci (2008) 286:121–128
[2] Pearson J, Krause F, Haffke D, Demeler B, Schilling K, Coelfen H: Next Generation AUC (1): Multi-Wavelength Detectors for the Analytical Ultracentrifuge add a Spectral Dimension to AUC instrumentation, Methods in Enzymology, ed. J. Cole, 2015
AIDA – Fortgeschrittenes Interferenz-Detektions-Array
Die fortschrittlichen Interferenzoptiken, die ebenfalls von Nanolytics Instruments hergestellt werden, erweitern die Möglichkeiten der Interferenzdetektion. Die während eines AUZ-Experiments aufgezeichneten Interferogramme ergeben ein Profil von Brechzahldifferenzen, so dass alle sedimentierenden oder flotierenden Spezies unabhängig von ihren Absorptionseigenschaften detektiert werden. Dies ermöglicht die Unterscheidung von z. B. proteinösem und nicht proteinösem Material. Die Interferenzmessung umfasst theoretisch einen beliebig großen Konzentrationsbereich, ist aber nach dem Stand der Technik auf Konzentrationen von 0,25 bis 4-5 mg/ml (für typische Proteine, laut Hersteller) beschränkt. AIDA mit ihrem großen und hochauflösenden CMOS-Sensor ist bei niedrigen Konzentrationen empfindlicher – wir haben Messungen bei weniger als 50 µg/ml erreicht. Darüber hinaus ist er in der Lage, viel höhere Konzentrationen zu erfassen – bis zu 140 mg/ml sind für diesen Detektor veröffentlicht worden. Dies ist von besonderem Interesse für die Messung hochkonzentrierter Antikörperformulierungen in der tatsächlichen Konzentration, in welcher sie dem Patienten verabreicht wird.
Das Periskop des Detektors wurde mit hochwertigen optischen Komponenten ausgestattet, die eine perfekte optische Ausrichtung ermöglichen. Eine leistungsstarke Bildverarbeitung und eine optimierte Fourier-Transformation garantieren geringes Rauschen und ein hochpräzises Messergebnis.
Trübungs-Optik
Nanolytics verfügt über ein einzigartiges Trübungsdetektionssystem, das Partikel in einem Bereich von bis zu 10 µm Durchmesser registrieren kann. Das Gerät wurde speziell für extrem polydisperse Systeme entwickelt und erweitert den Anwendungsbereich um mehrere Größenordnungen des Partikeldurchmessers. Der Schwerpunkt liegt dabei auf synthetischen kolloidalen Partikeln aus industriellen Prozessen.
Kommerziell erhältliche Analytische Ultrazentrifugen stoßen bei größeren Partikeln an zwei Grenzen: (1) die Mindestgeschwindigkeit für Messungen liegt bei 3000 U/min, wodurch große Partikel der Analyse entgehen, die sich bereits abgesetzt haben, bevor die Analytische Ultrazentrifuge diese Mindestgeschwindigkeit erreicht hat, und (2) große Partikel verursachen Trübungen, die weder von klassischen Absorptions- noch von Interferenz-Detektionssystemen durchdrungen werden können. Die Trübungsoptik von Nanolytics Instruments überwindet diese Einschränkungen bei der Detektion, und das Gerät ist in der Lage, ein Gravitational-Sweep-Experiment durchzuführen, bei dem die Rotordrehzahl kontinuierlich erhöht und die Lichtquelle in Anpassung an die variable Geschwindigkeit gemultiplext wird. Die Registrierung beginnt bei weniger als 1000 Umdrehungen pro Minute, wobei Partikel im µm-Bereich erfasst werden, während bei höheren Geschwindigkeiten Partikel bis in den Sub-10-nm-Bereich nachgewiesen werden können. Wie bei der 4D-AUZ-Technik für die Absorption werden die Daten für das gesamte UV-Vis-Spektrum und nicht nur für eine einzelne Wellenlänge erfasst.
