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Tecniche

Potenziale Zeta

Il potenziale zeta per predire la stabilità delle dispersioni o le interazioni elettrostatiche, e per la misura del punto isoelettrico di proteine

La maggior parte delle particelle o nanoparticelle disperse in acqua presentano una carica superficiale, causata da fenomeni di ionizzazione o assorbimento di specie cariche. Le particelle caricate sono circondate in soluzione da diversi strati ionici, la cui composizione risulta diversa da quella del bulk. Quando si muovono in soluzione (movimento Browniano ad esempio) le particelle si spostano insieme ad un doppio strato ionico. Il potenziale Zeta è il potenziale al livello di questo doppio strato, anche chiamato piano di scivolamento (slipping plane).

Il potenziale zeta risulta essere la forza principale delle interazioni tra le particelle, ed è molto sensibile alla composizione delle specie caricate nella dispersione. Per le nanoparticelle, le particelle abbastanza piccole o di bassa densità per rimanere sospese, il valore del Potenziale Zeta consente di predire la loro stabilità. In effetti, un valore di potenziale zeta elevato (i.e. <-30mV e >+30mV) fa si che le nanoparticelle rimangano lontane l’una dall’altra, respingendosi abbastanza per eliminare la possibilità di agglomerazione, aggregazione e/o flocculazione.

Tipicamente, il potenziale zeta viene utilizzato in formulazione per caratterizzare la stabilità delle dispersioni, studiarla in funzione del pH o della concentrazione di diversi additivi. Nel caso delle biomolecole, la misura del potenziale zeta in funzione del pH consente di determinare il loro punto isoelettrico.

Il principio dell'Electrophoretic Light Scattering

L’Electrophoretic Light Scattering ci consente di misurare la mobilità elettroforetica di particelle sospese in un liquido, la quale è direttamente proporzionale al loro potenziale Zeta come descritto dall’equazione di Henry.
Per misurare la mobilità elettroforetica delle particelle, si applica un campo elettrico tra gli elettrodi della cella di misura con il campione ed illuminata da un raggio laser. Le particelle cariche si spostano verso l’elettrodo di segno opposto, creando una variazione di frequenza della luce diffusa dal campione direttamente proporzionale alla mobilità elettroforetica.
Grazie alla tecnologia brevettata M3-PALS della Malvern Instruments, la misura del potenziale zeta diventa possibile anche nei casi più difficili, come per i campioni a bassa mobilità elettroforetica (viscosi, o in solvente organico) o ad alta conduttività. Inoltre, la misura del potenziale zeta si può fare nelle rivoluzionarie cuvette usa-e-getta* della Malvern che eliminano i tipici problemi di cross-contamination delle celle ad elettrodi fissi.

* le celle ‘usa-e-getta’ per la misura del potenziale zeta sono riutilizzabili decine o centinaia di volte secondo il campione, fino all’inquinamento irreversibile degli elettrodi.

La Static Light Scattering per il peso molecolare assoluto di polimeri o biomolecole e lo screening di cristallizzazione di proteine

La misura accurata del peso molecolare è una tappa essenziale nella caratterizzazione delle macromolecole. Per le biomolecole, la determinazione del peso molecolare conferma lo stato di oligomerizzazione e la purezza del campione. Nel caso dei polimeri, il peso molecolare determina numerose proprietà fisiche e meccaniche. La Light Scattering consente di determinare il peso molecolare delle macromolecole, sia con una stima rapida basata sulla misura della dimensione con la DLS che tramite una caratterizzazione completa e assoluta del peso molecolare con la SLS.

Inoltre, con la SLS si determina il secondo coefficiente viriale, che associato alla misura della polidispersità è utilissimo per determinare le condizioni ideali per la cristallizzazione delle proteine.

Il principio dello Static Light Scattering

In un esperimento di Static Light Scattering, con lo stesso hardware del Dynamic Light Scattering, viene misurata l’intensità media di scattering del campione. Il peso molecolare assoluto è ottenuto dal Debye Plot, applicando l’equazione di Rayleigh per diverse concentrazioni del campione.
Si ottiene anche il secondo coefficiente viriale A2, proprietà termodinamica che corrisponde alla solubilità, ovvero all’affinità del campione con il solvente, utile per predire la formazione di aggregati o la cristallizzazione.