ナノ粒子分析・シングルセル分析 - PerkinElmer Japan

ナノ粒子分析・シングルセル分析

ナノ粒子分析
ナノ粒子は特有の物性を示すことから、研究開発が盛んに行われており、その適用範囲は生活用品から工業製品まで多岐に渡っています。一方で、一般消費財へのナノ粒子利用の増加に伴い、ナノ粒子が及ぼす環境や生体への影響が懸念されています。このようにナノ粒子を分析するニーズが高まっており、ナノ粒子を精確かつ簡便に測定することができるシングルパーティクル(SP)-ICP-MS法が新たな分析技術として注目されています。

シングルセル(単一細胞)分析
細胞内金属や細胞への金属取り込みに関する研究においては、細胞を酸分解 (均一化) してICP-MSで測定することが一般的です。しかし、この方法では細胞集団内の総金属量を把握できるものの、個々の細胞の金属量を把握できないという制約があります。近年、ライフサイエンスの領域では、一細胞単位で細胞の挙動を把握するニーズが高まっており、SP-ICP-MS法に基づく新しい細胞測定技術であるシングルセル(SC)-ICP-MS法は、細胞単位での細胞内金属や金属ナノ粒子を測定することを可能にします。

PerkinElmer社が提供するSP-ICP-MS、SC-ICP-MSシステムはナノ粒子および細胞懸濁液を直接イオン源に導入し、試料中の個々のナノ粒子や個々の細胞をそれぞれ検出することが可能です。さらに、業界初のナノ粒子および単一細胞分析に特化した専用ソフトウェアにより、高度な分析を簡便かつ迅速に実施することを可能にしました。

 

シングルパーティクルICP-MS法(SP-ICP-MS法)とは
ナノ粒子分析のための専用ソフトウェア
シングルセルICP-MS法(SC-ICP-MS法)とは
シングルセル分析のための専用ソフトウェア
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シングルパーティクルICP-MS法(SP-ICP-MS法)とは

粒子の粒径の測定手法としては動的光散乱法や電子顕微鏡法が代表的ですが、それぞれに特徴と課題があります。ICP-MS法は、多元素を一斉に測定できる分析手法として広く一般的に用いられており、元素を識別する能力と優れた検出下限値を有しています。SP-ICP-MS法は、混在する粒径の異なる金属ナノ粒子のサイズと濃度を把握できるとともに、溶存金属成分濃度情報も得ることができる手法であり、新しいナノ粒子分析法として注目を集めています。

溶存成分とナノ粒子から得られる信号の違い

ICP-MS法では通常、試料中に溶存している元素成分の測定を行いますが、SP-ICP-MS法では試料中に分散している粒子成分の測定も行うことができます。溶存成分と粒子成分から得られる信号には以下の図に示すような特徴があります。


上図:溶存成分の信号で一定の強度を持つ過渡信号
下図:ナノ粒子成分の信号でスパイク状のランダムな信号
(※画像をクリックすると拡大表示されます)

一定の強度を持つ溶存成分からの信号は、信号のどの部分を検出しても安定した信号が得られます。一方でナノ粒子の信号は、信号の取り込み間隔が適切でないと、信号を検出できなかったり、複数の信号を同時に検出してしまうなどの問題が生じます。

 

SP-ICP-MS法において、ICP-MSに求められる条件

ICP-MSは法において、信号の取り込みは“滞在時間(dwell time)”と“安定化時間(settling time)”で構成されています。安定化時間は、次の測定の前に電子制御系を安定させるためのオーバーヘッドおよびデータ処理時間で、この間は信号の取り込みは行われません。SP-ICP-MS法では、安定化時間を排除することと、十分短い滞在時間で測定を実施することが重要となります。ナノ粒子から得られる信号は約500 µ秒の幅を持っており、滞在時間は100 µ秒以下に設定することが望ましいと言われています(通常のICP-MS測定では50m秒に設定することが一般的)。以下の図では、滞在時間 50 µ秒と3000 µ秒で60 nm 金ナノ粒子分析を行った場合の測定結果を比較しました。50 µ秒では金ナノ粒子の分布が精確に得られているのに対し、3000 µ秒では試料中に存在しない粒径の大きな分布(約75 nm)が検出されています。この2つ目の分布は複数粒子を同時に誤検出したことで得られたピークです。
NexION350/2000ICP-MSでは滞在時間を10 µ秒から設定可能で、精確なSP-ICP-MS分析を行うことができます。


(※画像をクリックすると拡大表示されます)

 

SP-ICP-MS法で得られるナノ粒子の特性とナノ粒子の用途例

SP-ICP-MS法では以下のナノ粒子特性を一度の測定で得ることができます。
ナノ粒子の用途は多岐に渡っており、SP-ICP-MS法は様々な分野で活躍します。

SP-ICP-MS法で測定可能な
ナノ粒子の特性

  • 粒子サイズ
  • サイズ分布(粒度分布)
  • 粒子濃度
  • 無機元素組成
  • 凝集の有無
  • 金属膜厚の評価
  • 粒子形状の評価

ナノ粒子の用途例

  • 生活用品(食器、まな板、衣類消臭剤等)
  • 食品・パッケージ
  • 化粧品
  • 臨床薬剤
  • ドラッグデリバリーシステム
  • 繊維
  • 塗料・インク
  • プラスチック
  • ゴム
  • 化学機械研磨剤
  • 触媒

 

ナノ粒子分析のための専用ソフトウェア Syngistix ナノアプリケーションモジュール

Syngistixナノアプリケーションモジュールは、SP-ICP-MS分析専用として開発されたはじめてのプログラムです。このモジュールは、PerkinElmer社製 ICP 質量分析装置 NexION の制御ソフトウェアである Syngistix for ICP-MS Software の機能を拡張し、高速な連続データ収集能(最短10 µs の滞在時間、100,000 データポイント/s)を持つNexION 2000 ICP 質量分析装置による単一粒子の精確かつ迅速な分析を可能にします。ナノモジュールを用いた SP-ICP-MS 分析ではナノ粒子の元素組成・粒子濃度・粒子サイズ・粒子サイズ分布・凝集・溶存成分濃度等の情報を、簡便な操作により得ることができます。

 

  • 一回の測定で、試料中の粒子濃度・サイズ・サイズ分布・溶解成分に関する情報が得られます。
  • 10 µsからの高速データ取り込みによる豊富な情報量からナノ粒子の精確な分析が可能です。
  • 簡便な操作性により、データ取得から解析までが可能です。
  • 一検体の測定時間は約1分。

 

ナノモジュールについての詳細は下記技術資料をご請求ください。

  • ナノ粒子分析 “SP-ICP-MS”専用Syngistix™ ナノアプリケーションモジュール

 

シングルセルICP-MS法(SC-ICP-MS法)とは

細胞中金属の測定手法としては電子顕微鏡法や酸分解したサンプルをICP-MSで測定する方法が代表的ですが、それぞれに特徴と課題があります。SC-ICP-MS法は、ナノ粒子分析法として定着しつつあるSP-ICP-MS法を応用した新たな細胞分析手法です。細胞中に含まれる金属濃度の把握や溶存金属および金属ナノ粒子の取り込み実験などに利用することができます。また、他の技術よりも少ない細胞数での実験を可能にするため、実験にかかる費用の大幅な削減にも貢献します。

細胞の保持に必須の専用試料導入系

個々の細胞中の情報を正しく得るためには、細胞の状態を保持したままICP-MS内に導入する必要があります。SC-ICP-MS法では、細胞懸濁液を直接イオン源に導入しますが、導入のためには細胞懸濁液を霧化するネブライザと霧状サンプルをイオン源に輸送するためのスプレーチャンバを用います。ネブライザの部分では、霧化の過程で細胞が壊れないことが求められます。また、細胞は一般的な溶液分析の際に生成するエアロゾルよりも大きいため、標準的なスプレーチャンバではイオン源へ到達できる細胞数が限られてしまいます。この制約を克服するため、細胞分析に適した新しいAsperon™ シングルセル スプレーチャンバ(特許出願済)を開発しました。これらの細胞分析に特化した試料導入系を搭載したNexION ICP-MSは、シングルセル分析に最適なシステムです。

淡水藻細胞の光学顕微鏡画像(左)ネブライザ噴霧前、(右)ネブライザ噴霧後:霧化後も細胞が保持されていることが分かります。


Asperon™ シングルセル スプレーチャンバ(特許出願済)

シングルセル測定用専用試料導入系についての詳細は下記技術資料をご請求ください。

  • PerkinElmer Asperon™ Spray Chamber: Delivering “Intact Individual Cells” to the ICP-MS Plasma

 

SC-ICP-MS法で測定可能な項目と対応可能なアプリケーション例

SC-ICP-MS法では以下の測定項目及びアプリケーションに対応可能です。

  • 細胞中金属含有量 (ag)
  • 細胞への金属取り込み (ag)
  • 金属含有細胞の濃度(細胞/mL)
  • 金属ナノ粒子の取り込み (細胞中ナノ粒子数)

 

シングルセル分析のための専用ソフトウェア Syngistix Single Cellアプリケーションモジュール

Syngistix Single Cellアプリケーションモジュールは、SC-ICP-MS分析専用として開発されたはじめてのプログラムです。このモジュールは、PerkinElmer社製 ICP 質量分析装置 NexION の制御ソフトウェアである Syngistix for ICP-MS Software の機能を拡張し、高速な連続データ収集能(最短10 µs の滞在時間、100,000 データポイント/s)を持つNexION 2000 ICP 質量分析装置による単一細胞の精確かつ迅速な分析を可能にします。Single Cellモジュールを用いた SC-ICP-MS 分析では単一細胞の金属含有量・金属取り込み量・金属含有細胞濃度・細胞中ナノ粒子数等の情報を、簡便な操作により得ることができます。

 

  • 単一細胞の金属含有量・金属取り込み量・金属含有細胞濃度・細胞中ナノ粒子数に関する情報が得られます。
  • 10 µsからの高速データ取り込みによる豊富な情報量から単一細胞の精確な分析が可能です。
  • 簡便な操作性により、データ取得から解析までが可能です。
  • 一検体の測定時間は約1分。

 

Single Cellモジュールについての詳細は下記技術資料をご請求ください。

  • Syngistix Single Cell Application Software Module for NexION ICP-MS Systems

 

​技術資料

PerkinElmer社では、様々な分野におけるSP-ICP-MS、SC-ICP-MS分析事例を技術資料としてご提供しています。
各技術資料の送付をご希望の方は、こちらから希望資料をご連絡ください。折り返し担当営業よりお送りさせていただきます。
弊社分析機器営業本部製品ユーザー様は分析機器ユーザーサイトより一部の技術資料のダウンロードが可能です。英文の技術資料につきましては、別途お問い合わせください。

SP-ICP-MS

Technical

  • シングルパーティクルICP質量分析法(SP-ICP-MS法)の原理を理解する
  • ナノ粒子分析 “SP-ICP-MS”専用Syngistix™ ナノアプリケーションモジュール
  • NexION350 ICP-MSを用いたシングルパーティクルモードによるNIST金ナノ粒子標準物質の分析
  • SP-ICP-MS法による鉄ナノ粒子の分析:ユニバーサルセルテクノロジーによる多原子イオン干渉への対応
  • 標準モード SP-ICP-MS法によるSiO2ナノ粒子分析
  • A Comparison of Microsecond vs. Millisecond Dwell Times on Particle Number Concentration Measurements
    by Single Particle ICP-MS
    (SP-ICP-MS法による粒子濃度測定における滞在時間の比較 - マイクロ秒 vs. ミリ秒)
  • Accurate Sizing & Precise Counting of 10 nm Au Nanoparticles using the Enhanced Sensitivity of the NexION® 2000 ICP-MS
    (NexION2000 ICP-MSを用いた10nm金ナノ粒子の粒径と粒子濃度の精確な測定)  

Environmental ~環境

  • SP-ICP-MSによる表層水中の銀ナノ粒子の挙動評価
  • Quantitative Evaluation of Nanoparticle Dissolution Kinetics using SP-ICP-MS: A Case Study with Silver Nanoparticles
    (SP-ICP-MS法による銀ナノ粒子の溶解に関するケーススタディー)
  • Measurement and Analysis of Silver Nanoparticles in Wastewaters with Single Particle ICP-MS
    (SP-ICP-MS法による排水中の銀ナノ粒子分析)
  • SP-ICP-MS法による各種水試料における金-銀コアシェルナノ粒子の変化に関する検討
  • Monitoring Cerium Dioxide and Zinc Oxide Nanoparticles through Drinking Water Treatments using Single Particle ICP-MS
    (SP-ICP-MS法による飲料水処理工程における酸化セリウムと酸化亜鉛の観察)
  • Assessing the Fate of Nanoparticles During Coagulation Using SP-ICP-MS
    (SP-ICP-MS法を用いた凝集におけるナノ粒子の動態評価)
  • Rapid Measurement of Nanoparticles in Seawater using Single Particle ICP-MS with All Matrix Solution
    (シングルパーティクルICP-MS法と高マトリックス対応サンプル導入システム(AMS)を用いた海水中ナノ粒子の迅速測定)
  • Analysis of Cerium Dioxide Nanoparticles in Soil Using Single Particle ICP-MS
    (シングルパーティクルICP-MS法を用いた土壌中CeO2ナノ粒子の測定)

Food ~食品

  • シングルパーティクルICP-MS法における飲料水中の銀・金・二酸化チタンナノ粒子の迅速分析
  • シングルパーティクルICP-MS法によるトマト植物の金ナノ粒子取り込みに関する検討
  • Determination of CeO2 Nanoparticle Plant Uptake using Single Particle ICP-MS 
    (SP-ICP-MS法による植物へのCeO2ナノ粒子取り込みに関する検討)

Industry ~工業系

  • 化学機械研磨剤として使用される酸化物ナノ粒子スラリーのSP-ICP-MS法による特性評価
  • リアクションモード シングルパーティクルICP-MS法を用いた半導体産業用有機溶剤中の鉄ナノ粒子分析
  • SP-ICP-MS Analysis of Size and Number Concentration in Mixtures of Monometallic and Bimetallic (Core-shell) Nanoparticles
    (モノメタルおよびバイメタル(コアシェル)ナノ粒子混合試料のSP-ICP-MS法によるサイズ・粒子濃度の測定)
  • Analysis of CeO2 Chemical Mechanical Planarization Slurries Using SP-ICP-MS 
    (SP-ICP-MS法によるCeO2化学機械研磨スラリーの測定)
  • Analysis of Single-Walled Carbon Nanotubes with SP-ICP-MS 
    (SP-ICP-MS法による単層カーボンナノチューブの測定)
  • Characterizatio of TiO2 Nanoparticle Release from Fabrics by Single Particle ICP-MS 
    (SP-ICP-MS法による生地から放出されるTiO2の特性評価)
  • Transport of Nanoparticles From Coated Surfaces Through Physical Contact
    (物理的接触によるコーティング表面からのナノ粒子の輸送)

Pharma & BioChemistry ~医薬品&生化学

  • SP-ICP-MSによるダイエットサプリメント中の銀ナノ粒子の特性評価
  • SP-ICP-MS法による血液中の金および銀ナノ粒子の測定
  • シングルパーティクルICP-MS法における日焼け防止剤中の二酸化チタンナノ粒子分析
  • Analysis of Nanoparticles in Biological Tissues using SP-ICP-MS
    (SP-ICP-MS法による生体組織中ナノ粒子の分析)
  • Assessing the Fate of Nanoparticles in Biological Fluids using SP-ICP-MS
    (SP-ICP-MS法による生体試料中のナノ粒子分析)
  • New Frontiers in Biomonitoring: Total and Single Particle Analysis of Titanium in Serum
    (バイオモニタリングにおける最新手法:血清中の総チタンとシングルパーティクル分析)

SC-ICP-MS

Technical

  • An Introduction to Single Cell ICP-MS Analysis
    (シングルセル ICP-MS法とは)
  • Single Cell ICP-MS Analysis: Quantification of Metal Content at the Cellular Level
    (シングルセル ICP-MS法: 細胞レベルにおける金属含有量の定量)
  • PerkinElmer Asperon™ Spray Chamber: Delivering “Intact Individual Cells” to the ICP-MS Plasma
    (Asperonスプレーチャンバ:個々の細胞を非破壊でICP-MSプラズマへ輸送する方法)  

Environmental ~環境

  • Monitoring the Uptake of Nanoparticles and Ionic/Dissolved Gold by Fresh Water Algae using Single Cell ICP-MS
    (シングルセルICP-MS法を用いた淡水藻類のナノ粒子およびイオン/溶存態金の取り込みの観察)

Food ~食品

Pharma & BioChemistry ~医薬品&生化学

  • New Research Evaluating Cisplatin Uptake in Ovarian Cancer Cells by Single Cell ICP-MS 
    (シングルセル(SC)-ICP-MSによる卵巣がん細胞のシスプラチン取り込みに関する評価)
  • Iron Content Measurement in Individual Bacterial Cells Using SC-ICP-MS
    (シングルセル(SC)-ICP-MSによる個々のバクテリア細胞に含まれる鉄の分析)
  • Quantification of Gold Nanoparticle Uptake into Cancer Cells using Single Cell ICP-MS 
    (シングルセルICP-MS法によるがん細胞の金ナノ粒子取り込みの定量)

*2018.11.01 現在

 

​技術論文 

技術論文のリストです。リンク先より入手が可能です。

SP-ICP-MS

Technical

Environmental ~環境

Food ~食品

Industry ~工業系

Pharma & BioChemistry ~医薬品&生化学

SC-ICP-MS

 

イベント情報

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ナノ粒子分析・シングルセル分析関連イベント

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過去のナノ粒子分析イベント


2015 Nanolytica in 横浜
セミナー風景

2018年

2016年

  • PerkinElmerナノ粒子分析セミナー"Nanolytica 2016"
    ICP-MSを使った新規な粒子分析法の原理から最新アプリケーションのご紹介
  • 茨城県環境分析協議会講演会
    PerkinElmer社 NexION350 ICP-MSによる最新アプリケーション~環境分析への応用とナノ粒子分析

2015年

2014年