使用Zetasizer Nano优化配方稳定性的五种方法

配方开发是从油漆、涂料到制药等广泛行业的一项重要活动。仅在英国，据估计配方产品的年销售额约为1800亿英镑¹．因此，配方具有重要的价值，正确的配方是非常重要的。

稳定性是许多产品的一个重要属性，直接影响到路沿的吸引力、性能、保质期，并最终影响到产品的价值。因此，了解和发展稳定性的系统方法可以帮助提高长期稳定性试验的成功机会，并最终加快配方的制定。

Malvern Panalytical公司的Zetasizer系列被认为是世界上应用最广泛的胶体、纳米颗粒和蛋白质尺寸和zeta电位测量系统。本文讨论如何利用这些功能来开发稳定的分散。

我们说的稳定是什么意思?为什么它很重要?

对于乳液和悬浮液来说，稳定性是指分散相随时间的推移保持不变并均匀分布在连续液相中的趋势。凝聚或聚集，沉降或沉淀，以及一个或多个粒子的结合是不稳定的关键机制。欧洲杯猜球平台

这些机制可能单独发生，也可能联合发生，就像聚集后伴随较大颗粒的沉降一样——这是一个常见的问题。欧洲杯猜球平台

优化性能以满足特定的应用是配方的定义目标。如果得到的配方不稳定，这些优化后的特性很容易丧失或侵蚀。例如，在悬浮药物的情况下，均匀的颗粒分布确保了均匀的剂量，而分散的药物颗粒的大小与体内溶出度和生物利用度有关。欧洲杯猜球平台

如果药物颗粒聚集和/或沉淀，可能会影响临床疗效和安全性。欧洲杯猜球平台然而，在油墨或涂料中，分散粒子的大小会影响光与成品涂料相互作用的方式——观察到的色彩或色调、透明度和/或光泽水平欧洲杯猜球平台——以及应用的易用性和耐候性等实际特性。在这种情况下，聚合对性能、一致性和价值有直接影响。

配方的一个关键方面是稳定性测试。它定义了客户期望产品提供一致的、优化的和/或安全性能的时间，设定了保质期的规格。为了最大限度地提高产品的安全性、实用性和商业吸引力，理解和控制稳定性对于尽可能延长产品的保质期是很重要的。

下面的章节描述了可以采用Zetasizer Nano来实现这一目标的五种策略。

在相关条件下表征颗粒尺寸

在相关条件下，测量纯样品浓度或接近纯样品浓度的颗粒大小可检测聚集的开始。

悬浮液中颗粒的大小基本上不欧洲杯猜球平台是组成悬浮液的颗粒的大小。确定未稀释配方中的颗粒大小有助于检测“使用中”条件下的任何聚集趋势。

测量

利用动态光散射(DLS)技术，Zetasizer Nano可以测量0.3 nm到10 μ m的粒径。悬浮/弥散中的欧洲杯猜球平台小粒子受布朗运动的影响。布朗运动的速率可以直接由运动粒子产生的散射光模式来确定。欧洲杯猜球平台

DLS系统通过测量光散射强度的波动来确定粒子的扩散速率欧洲杯猜球平台，并使用Stokes Einstein方程将结果改变为粒子大小/粒子大小分布数据。

DLS对低浓度的聚集体或较大颗粒的存在高度敏感，因为光散射强度与颗粒大小的六次方相关。欧洲杯猜球平台

图1所示。以NIBS配置显示DLS系统关键组件的示意图-激光器、探测器、聚焦透镜和反应杯（用于容纳样品）。

增加价值的仪器特性

无创背散射（NIBS）技术-这种检测散射光相对于入射光束的大角度(在Zetasizer Nano的情况下为173°)，这不仅增加了灵敏度，而且扩大了浓度范围，通过减少多次散射，可以收集精确的尺寸数据。

多重散射是指散射光在检测前与多个粒子相互作用。在Zetasizer Nano中，NIBS技术还包括高质量的可移动光学元件，可自动优化透镜的焦点位置，以减少多次散射，提高信噪比，从而提高所有样本的精度。总体结果是在0.1 ppm至40%w/v的浓度范围内的准确、相关粒径数据，能够在无需稀释的情况下测量最广泛的配方。

示例数据：测量作为样品浓度函数的乳化液滴大小

在0.001至>5%w/v的样品浓度范围内测量药物乳剂的液滴大小，以评估浓度对记录值的影响（图2）。结果表明，测得的液滴尺寸数据与样品浓度无关，证明了随着样品浓度和后向散射可能性的增加，仪器能够提供一致的数据。

图2。用于制药乳液的数据显示，Zetasizer Nano使用NIBS技术，能够可靠地、重复地测量大范围样品浓度的粒径。

测量电动电势

Zeta电位与静电稳定性直接相关，提供了优化分散体内电荷效应所需的信息。

Zeta电位被定义为在分散中粒子之间的吸引或排斥力的静电力大小的量度。欧洲杯猜球平台当粒子相互排欧洲杯猜球平台斥时，不稳定和聚集的风险就降低了。较高的zeta电位(最好大于+/- 30 mV)与较高的稳定性有关。一个低的zeta电位，相对接近0，表明粒子倾向于吸引，并因此聚集。欧洲杯猜球平台

测量

采用激光多普勒微电泳或电泳光散射(ELS)技术测量zeta电位。当电场作用于悬浮体/弥散体时，任何带电粒子都以与其zeta势相关的速度和方向运动。欧洲杯猜球平台速度测量有助于计算电泳迁移率，并由此计算ζ电位。

增加价值的仪器特性

DLS和ELS测量的配置Zetasizer Nano被设计用于测量zeta电位和粒径，增加其稳定性评估的价值。

M3-PALS技术-为了精确地测定ζ电位，必须准确地测量粒子运动的速度。一种被称为M3-PALS(混合模式测量-相位分析光散射)被Zetasizer Nano使用，以提供前所未有的灵敏度²．M3-PALS有助于分析低电泳迁移率的样品，其迁移率分布准确且不受电渗透影响。

示例数据:使用Zeta电位测量优化有机硅乳液的稳定性

硅酮表现出高度的热稳定性，因此以乳剂的形式集成在一系列医疗和家用产品中。将三种不同硅胶乳液样品的Zeta电位测量结果与观察到的稳定性等级进行比较，以确定Zeta电位是否可以用于预测第四种样品的稳定性。

结果显示，测量的zeta电位与观测到的稳定性密切相关，只有一个样品(#3)显示了稳健的静电稳定性的zeta电位指示(图3)。根据结果，第四个样品的稳定性，其测量的zeta电位为13.2 mV，可以预测其稳定性较差，与样品A极为相似。

图3。硅酮乳化液样品的数据显示，所观察到的稳定性与ζ电位值密切相关。

测量稳定性预测参数

测量DLS相互作用参数k_D，以及zeta电位支持对长期悬浮稳定性的稳健预测。

DLS相互作用参数(k_D)是一个衡量大分子可逆分离成小分子的倾向的指标——与聚集相反。它受悬浮粒子之间的流体力学和热力学相互作用的影响。欧洲杯猜球平台

一个更正的k_D表明有很强的排斥作用，因此稳定性更强。测量k_D在相关条件下，了解zeta电位提供的制剂稳定性。

测量

k_D是由样品扩散系数的浓度依赖性来测量的，由DLS数据建立，使用如下表达式:

D_米= D₀(1 + k_dC)

在维_米表示相互(被测)扩散系数，D₀为自扩散系数(零浓度时的扩散系数)，C为样品浓度。因此，可以很容易地通过一系列的DLS测量来确定。

增加价值的仪器特性

高级软件Zetasizer Nano有计算K的软件_D通过测试测量，提供对所需数据的轻松访问。

示例数据:评估HSA分散体的稳定性作为pH值的函数

人血清白蛋白(HSA)的分散体通常被用作生物参考标准，并广泛应用于医疗应用，例如恢复血容量。通过生成k，确定了pH对HSA分散体系稳定性的影响_D在pH值为4和7时，通过动态德拜(Debye)图显示扩散系数与浓度的关系(图4)。根据得出的数据，如果分散的酸度增加，则稳定性更好。

图4。pH为7(左)和pH为4(右)的HSA动态德拜图与最适合测定k的线_D．结果表明，在酸性越强的条件下，分散越稳定。

探讨pH、离子强度和组分浓度对其影响

有效地确定pH值、离子强度和组成对稳定性的影响范围，可加速配方达到稳定目标的进展。

为了控制配方的组成以达到稳定性目标，需要更好地了解不同成分如何影响稳定性。一个有效的替代试验和错误的方法是测量ζ电位和/或作为感兴趣的参数的粒径的函数。

测量

pH值、离子强度和其他类似参数的影响需要重复测量与感兴趣的参数不同的样品。自动化可以帮助大大减少此类测试所需的手动输入，同时提高仪器的生产率。

增加价值的仪器特性

一个autotitrator-如Zetasizer Nano的MPT-2滴定器附件，进行自动电导率，pH值，添加剂滴定，加速稳定性研究。MPT-2滴定器附件自动改变样品组成，然后将其转移到光学单元，用于测量颗粒大小和ζ电位。它还允许自动测量IEP(等电点)-零点电位。

示例数据:评估脂内混合物作为氯化钙浓度的函数的稳定性

脂内乳是一种甘油三酯水包油乳剂，可单独用于肠外营养，也可与其他成分(如矿物质和维生素)结合，形成全肠外营养(TPN)溶液。脂内乳剂的ζ电位随氯化钙的作用如图5所示。

氯化钙被用来复制添加矿物的效果。结果表明，在没有氯化钙的情况下，脂内酯具有很高的稳定性，ζ值约为-50 mV。然而，当加入少量氯化钙时，这种稳定性会迅速被侵蚀，在大约4mm浓度下观察到IEP。

进一步加入氯化钙导致zeta电位的电荷逆转，表明Ca^2＋离子附着在乳化液滴的表面。

图5。zeta电位随氯化钙浓度的变化曲线显示了盐的加入对稳定性的影响。

确定温度的影响

温度会直接影响配方的稳定性，因此必须确定任何影响的范围。

极高的温度可以改变配方的稳定性，例如，降低连续相的粘度，从而可能发生沉淀，或者加速粒子的运动，从而可能增加聚集。欧洲杯猜球平台

因此，研究温度的影响对于那些需要在高温下使用或储存的配方是非常必要的。然而，在更广泛的层面上，非常相似的配方的稳定性可以通过在高温下测试来区分。

测量

类似于评估成分的影响，温度的影响可以通过在严密控制的条件下进行重复测量来探索，自动化有助于减轻分析负担。

增加价值的仪器特性

内置，高性能温度控制–这是外部水浴和循环系统的有效替代方案，效果更佳。对于所有DLS测量，需要良好的温度控制，因为分散剂的粘度和颗粒的布朗运动直接取决于温度。

的Zetasizer纳米提供完整的Peltier温度控制范围为0至90°C至+/-0.1°C(高温模型为0至120°C)，此外，系统快速预热和快速改变温度的能力-这两个特性都有助于在高温下的研究。

示例数据:评估温度对涂料稳定性的影响

稳定性是通过测量两个油漆样品(#305和#803)的ζ电位来量化的。不同的化学聚合方法被用来合成样品，在使用中，#803被观察到是稳定的，而#305则不是，几个月后会在油漆中形成沉淀。

对于这两个样品，zeta电位分别为55.0 mV和51.1 mV，这些结果和在环境温度下测定的尺寸数据都不能说明为什么涂料的性能不同。在80°C条件下，重复测量尺寸，观察高温测试是否能区分它们(图6)。

图6。#305样本(上)的尺寸数据(在80°C下测量)显示，它随着时间的推移而聚集，而#803(右)具有更大的稳定性。

结果在80°C下测量，40分钟后305样品开始聚集，而803样品的颗粒大小在4小时以上保持不变，显示出其优越的稳定性。欧洲杯猜球平台在这里，正确的测试有助于检测在相对较短的时间尺度上的稳定性差异，相对于观察使用效果所需的存储月份。

介绍Zeta电位:色散稳定性的可靠指标

Zeta电位测量经常被用来评估广泛的胶体体系的稳定性。Zeta电位被定义为粒子周围边界层电荷或静电斥力的大小，是已知影响系统稳定性的主要参数之一。

溶欧洲杯猜球平台液中的粒子被两层离子包围——外层扩散层和紧密结合的内斯特恩层——在这层离子结合不那么牢固。在扩散层中有一个被称为滑动面的概念边界，在滑动面之外粒子的影响最小。滑动平面上的电荷称为电势。

因此，zeta势测量的是粒子相互接近时所经历的吸引力和排斥力的平衡。欧洲杯猜球平台当电位接近于零时，这些力很低，系统不稳定，很可能聚集。另一方面，一个显著的正或负zeta电位(+/-30 mV)表明一个静电稳定的系统，抵抗粒子聚集。

工具书类

1.https://connect.innovateuk.org/web/formulation1

2.使用M3-PALS简化ζ电位的测量-可在Malvern Panalytical网站查看

是时候去了解更多了

Zetasizer Nano通过提供多种测量协议使配方商受益，而不是反复试验的方法，支持一种有效的知识主导的方法，并朝着实现性能目标的优化配方快速前进。请阅读以下内容，了解Zetasizer Nano对您的应用的更多价值:

泽塔潜力:30分钟介绍-可在Malvern Panalytical网站查看:http://www.malvern.com/en/support/resource-center/technical-notes/TN101104ZetaPotentialIntroduction.aspx

这些信息已经从Malvern Panalytical提供的材料中获得，审查和改编。欧洲杯足球竞彩

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