Анализатор размеров, концентрации и флуоресценции Nanoplex

Принцип работы и технологические особенности анализатора Nanoplex

Анализатор размеров и концентрации частиц Nanoplex представляет собой современный программно-аппаратный комплекс, предназначенный для неразрушающего экспресс-анализа коллоидных систем непосредственно в жидкой среде. В основу работы прибора положен метод анализа траекторий наночастиц (NTA), который позволяет отслеживать броуновское движение отдельных объектов и вычислять их гидродинамический диаметр по уравнению Стокса-Эйнштейна. Ключевой особенностью данной модели является интеграция нейросетевых алгоритмов в процесс обработки видеоданных. Это фундаментально отличает прибор от классических NTA-систем, так как машинное обучение обеспечивает корректную идентификацию и характеризацию не только сферических, но и несферических наночастиц сложной геометрии.

Устройство выполняет одновременное измерение двух критически важных параметров: распределения частиц по размерам и их абсолютной концентрации в единице объема. Анализ проводится в режиме реального времени, что дает возможность наблюдать динамику физико-химических процессов, таких как агрегация, растворение или изменение конформации молекул, без необходимости сложной пробоподготовки. Запатентованная технология обработки траекторий гарантирует высокую точность результатов даже при работе с полидисперсными образцами, где традиционные методы светорассеяния могут давать существенную погрешность.

Оптическая система и возможности флуоресцентного анализа

Гибкая конфигурация оптической схемы позволяет адаптировать анализатор Nanoplex под специфические исследовательские задачи. Прибор регистрирует как сигнал рассеянного излучения, так и флуоресцентный отклик, что необходимо для селективного анализа многокомпонентных смесей. Оптическая система комплектуется сменными лазерными модулями с длинами волн 405 нм, 488 нм, 532 нм и 642 нм. Такой набор источников возбуждения охватывает спектры поглощения большинства распространенных флуорофоров, квантовых точек и биологических меток.

Для детекции эмиссионного сигнала используется колесо светофильтров, работающее в спектральном диапазоне 450–850 нм. Конструкция предусматривает масштабирование системы до четырех независимых флуоресцентных каналов без капитальной перестройки оптики. Это позволяет проводить мультиплексный анализ, например, одновременно детектировать несколько типов экзосом, меченных разными красителями, или контролировать многостадийные химические реакции. Возможность выбора конфигурации от одного до четырех каналов делает прибор универсальным инструментом для работы со сложными биологическими жидкостями и синтетическими наноматериалами.

Программное обеспечение и алгоритмы машинного обучения

Функционирование комплекса обеспечивается специализированным программным обеспечением, использующим современные алгоритмы машинного обучения для анализа видеозаписей броуновского движения. Интерфейс программы полностью локализован на русском языке и отличается интуитивной навигацией. ПО предоставляет пользователю три различных метода анализа, оптимизированных для разных типов образцов, а также инструменты для создания протоколов серийных измерений, что важно при рутинном контроле качества.

Программный комплекс выполняет следующие функции:

• Запись и хранение видеоматериалов движения частиц для последующей верификации данных;
• Расчет гидродинамического диаметра каждой отдельной частицы с учетом ее формы;
• Вычисление концентрации частиц с высокой статистической достоверностью;
• Раздельный анализ компонентов смеси на основе данных флуоресцентных каналов;
• Экспорт результатов в стандартные форматы для дальнейшей обработки и отчетности.

Использование нейронных сетей минимизирует влияние человеческого фактора и артефактов изображения, обеспечивая стабильность результатов при длительных сериях экспериментов.

Технические параметры и условия эксплуатации

Анализатор Nanoplex обладает следующими техническими характеристиками, определяющими его применимость в лабораторной практике:

• Метод анализа: анализ траекторий наночастиц (NTA) в сочетании с флуоресцентной детекцией;
• Диапазон измеряемых размеров: от 10 нм до 2 мкм;
• Оптические каналы: регистрация рассеянного света плюс от 1 до 4 флуоресцентных каналов;
• Анализ формы: поддержка алгоритмов машинного обучения для несферических объектов;
• Управление: персональный компьютер с подключением по USB, стандартные периферийные устройства;
• Электропитание: сеть 220 В, 50 Гц;
• Потребляемая мощность: не более 100 Вт.

Компактность и низкое энергопотребление позволяют размещать прибор непосредственно в рабочих зонах лабораторий без требований к специальной инфраструктуре.

Соответствие национальным и международным стандартам

Методология измерений, реализуемая в анализаторе Nanoplex, соответствует требованиям актуальных нормативных документов, регламентирующих характеристику наноматериалов и дисперсных систем. Прибор и методики анализа ориентированы на соблюдение следующих стандартов:

• ISO 19478:2020 — Нанотехнологии. Измерение размеров и концентрации наночастиц методом анализа траекторий наночастиц (NTA). Данный международный стандарт устанавливает базовые принципы и требования к проведению измерений, которые реализованы в аппаратной и программной части комплекса.
• ГОСТ Р 58399-2019 (ISO/TS 19478:2014) — Нанотехнологии. Определение размеров и концентрации наночастиц в жидких средах методом анализа траекторий наночастиц. Российский национальный стандарт, гармонизированный с международной практикой.
• ГОСТ ISO 22412-2020 — Анализ размера частиц. Метод динамического светорассеяния. Хотя прибор использует метод NTA, знание данного стандарта важно для корреляции результатов с данными DLS при комплексной характеризации образцов.
• СТБ ISO 19478-2022 — Белорусский государственный стандарт, идентичный международному ISO 19478, подтверждающий валидность методики NTA на территории Республики Беларусь.
• Руководства ICH Q2(R2) и Q14 — Международные рекомендации по валидации аналитических методик, применимые при использовании прибора в фармацевтическом контроле качества для подтверждения специфичности, линейности и точности измерений концентрации и размера частиц.

Соответствие данным стандартам обеспечивает юридическую значимость результатов измерений при публикации научных статей, регистрации лекарственных средств и сертификации продукции.

Области применения и целевые пользователи

Широкий функционал анализатора Nanoplex определяет его востребованность в различных секторах науки и промышленности. В биологических и медицинских исследованиях прибор применяется для изучения экзосом, вирусов, липопротеинов и тераностики онкологических заболеваний посредством анализа флуоресцентных наночастиц в биожидкостях. Уникальная способность мониторить агрегацию белков и ДНК в реальном времени делает его незаменимым инструментом в биофизике и разработке биопрепаратов.

В промышленном секторе оборудование используется для контроля производства наночастиц, включая проверку стабильности суспензий, размера и концентрации. Фармацевтические предприятия применяют анализатор для контроля качества на этапах синтеза препаратов и проверки исходного сырья. В материаловедении и оптоэлектронике прибор необходим для характеристики несферических наночастиц и коллоидных дисперсий при создании композитов и функциональных покрытий.

Основными потребителями технологии являются научно-исследовательские институты в области биологии, химии и медицины, лаборатории промышленных предприятий, центры контроля качества фармацевтической и пищевой отраслей, а также университетские и академические центры, занимающиеся передовыми разработками в сфере нанотехнологий.