納米粒徑分析儀：精準(zhǔn)表征納米世界的“顯微之眼”

隨著納米科技在材料科學(xué)、生物醫(yī)藥、能源環(huán)境、化妝品及食品工業(yè)等領(lǐng)域的迅猛發(fā)展，對納米顆粒（粒徑通常在1–1000 nm）的精確表征已成為研發(fā)與質(zhì)量控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。其中，粒徑分布作為納米材料最基本的物理參數(shù)之一，直接影響其穩(wěn)定性、生物相容性、催化活性、光學(xué)性能及體內(nèi)行為。為實現(xiàn)對納米顆粒尺寸的高精度、高靈敏度、非破壞性測量，納米粒徑分析儀應(yīng)運而生，并成為現(xiàn)代實驗室的核心設(shè)備。

一、什么是納米粒徑分析儀？

納米粒徑分析儀是一類專門用于測量納米級顆粒在液體或氣體中粒徑大小及其分布的精密儀器。它不依賴傳統(tǒng)顯微鏡的直接成像，而是通過物理信號（如光散射、電泳遷移、聲波衰減等）間接反演顆粒尺寸信息，具有測量快速、樣品用量少、重復(fù)性好等優(yōu)勢。目前主流技術(shù)包括動態(tài)光散射（DLS）、靜態(tài)光散射（SLS）、激光衍射（LD）、納米顆粒跟蹤分析（NTA）和電感耦合等離子體質(zhì)譜聯(lián)用（ICP-MS）等，其中動態(tài)光散射法因其操作簡便、適用范圍廣而成為應(yīng)用的技術(shù)。

二、核心技術(shù)原理

1.動態(tài)光散射（DLS，又稱光子相關(guān)光譜PCS）

DLS是當(dāng)前納米粒徑分析儀的主流技術(shù)。其原理基于布朗運動：懸浮在液體中的納米顆粒因熱擾動而不斷做無規(guī)則運動，顆粒越小，運動越快。當(dāng)一束激光照射到樣品上時，散射光強度會隨時間波動。

2.納米顆粒跟蹤分析（NTA）

NTA通過高靈敏度CCD相機實時追蹤單個納米顆粒在激光照明下的布朗運動軌跡，逐個計算粒徑并統(tǒng)計分布。相比DLS，NTA對多分散樣品（如含少量大顆粒的體系）分辨率更高，且可提供顆粒濃度估算，適用于病毒、外泌體、金納米顆粒等研究。

3.激光衍射（LD）

雖主要用于微米級顆粒，但激光衍射儀通過優(yōu)化光學(xué)系統(tǒng)也可延伸至亞微米范圍（低至0.1μm）。其優(yōu)勢在于動態(tài)范圍寬，適合乳液、懸浮液等工業(yè)產(chǎn)品的批量檢測。

三、關(guān)鍵性能指標(biāo)：

測量范圍：是否覆蓋目標(biāo)顆粒尺寸（如蛋白質(zhì)約5–10 nm，脂質(zhì)體80–200 nm）；

分辨率：能否區(qū)分粒徑相近的多峰分布；

重復(fù)性與準(zhǔn)確性：通常以相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）<2%為優(yōu)；

樣品需求量：儀器僅需3–10μL，適合珍貴生物樣品；

溫控精度：±0.1℃溫控對蛋白質(zhì)穩(wěn)定性至關(guān)重要；

Zeta電位聯(lián)測功能：許多儀器集成電泳光散射模塊，同步測量表面電荷，評估膠體穩(wěn)定性。

四、典型應(yīng)用領(lǐng)域

1.生物醫(yī)藥

納米藥物開發(fā)：脂質(zhì)體、聚合物納米粒、mRNA-LNP的粒徑控制直接影響載藥效率與體內(nèi)分布；

疫苗質(zhì)量控制：病毒樣顆粒（VLP）或腺病毒載體的均一性需嚴(yán)格監(jiān)控；

外泌體研究：NTA或DLS用于鑒定細胞外囊泡的尺寸與純度。

2.材料科學(xué)

納米金屬（金、銀）、量子點、碳納米管、石墨烯分散液的穩(wěn)定性評估；

催化劑載體孔徑與顆粒尺寸關(guān)聯(lián)分析。

3.化妝品與食品

乳液、防曬霜中納米二氧化鈦/氧化鋅的團聚狀態(tài)檢測；

蛋白飲料、功能性飲品中膠體顆粒的穩(wěn)定性測試。

4.環(huán)境與能源

水處理中納米吸附劑的分散性能；

鋰電池漿料中導(dǎo)電炭黑或活性材料的粒徑分布優(yōu)化。

納米粒徑分析儀作為探索納米世界的基礎(chǔ)工具，不僅為科研人員提供了洞察微觀結(jié)構(gòu)的“慧眼”，更為工業(yè)界保障產(chǎn)品質(zhì)量、加速產(chǎn)品上市提供了可靠支撐。從一支新冠mRNA疫苗的穩(wěn)定性驗證，到一塊高性能鋰電池的漿料優(yōu)化，背后都離不開這臺看似小巧卻功能強大的儀器。