纳米粒径分析仪：精准表征纳米世界的“显微之眼”

随着纳米科技在材料科学、生物医药、能源环境、化妆品及食品工业等领域的迅猛发展，对纳米颗粒（粒径通常在1–1000 nm）的精确表征已成为研发与质量控制的关键环节。其中，粒径分布作为纳米材料最基本的物理参数之一，直接影响其稳定性、生物相容性、催化活性、光学性能及体内行为。为实现对纳米颗粒尺寸的高精度、高灵敏度、非破坏性测量，纳米粒径分析仪应运而生，并成为现代实验室的核心设备。

一、什么是纳米粒径分析仪？

纳米粒径分析仪是一类专门用于测量纳米级颗粒在液体或气体中粒径大小及其分布的精密仪器。它不依赖传统显微镜的直接成像，而是通过物理信号（如光散射、电泳迁移、声波衰减等）间接反演颗粒尺寸信息，具有测量快速、样品用量少、重复性好等优势。目前主流技术包括动态光散射（DLS）、静态光散射（SLS）、激光衍射（LD）、纳米颗粒跟踪分析（NTA）和电感耦合等离子体质谱联用（ICP-MS）等，其中动态光散射法因其操作简便、适用范围广而成为应用的技术。

二、核心技术原理

1.动态光散射（DLS，又称光子相关光谱PCS）

DLS是当前纳米粒径分析仪的主流技术。其原理基于布朗运动：悬浮在液体中的纳米颗粒因热扰动而不断做无规则运动，颗粒越小，运动越快。当一束激光照射到样品上时，散射光强度会随时间波动。

2.纳米颗粒跟踪分析（NTA）

NTA通过高灵敏度CCD相机实时追踪单个纳米颗粒在激光照明下的布朗运动轨迹，逐个计算粒径并统计分布。相比DLS，NTA对多分散样品（如含少量大颗粒的体系）分辨率更高，且可提供颗粒浓度估算，适用于病毒、外泌体、金纳米颗粒等研究。

3.激光衍射（LD）

虽主要用于微米级颗粒，但激光衍射仪通过优化光学系统也可延伸至亚微米范围（低至0.1μm）。其优势在于动态范围宽，适合乳液、悬浮液等工业产品的批量检测。

三、关键性能指标：

测量范围：是否覆盖目标颗粒尺寸（如蛋白质约5–10 nm，脂质体80–200 nm）；

分辨率：能否区分粒径相近的多峰分布；

重复性与准确性：通常以相对标准偏差（RSD）<2%为优；

样品需求量：仪器仅需3–10μL，适合珍贵生物样品；

温控精度：±0.1℃温控对蛋白质稳定性至关重要；

Zeta电位联测功能：许多仪器集成电泳光散射模块，同步测量表面电荷，评估胶体稳定性。

四、典型应用领域

1.生物医药

纳米药物开发：脂质体、聚合物纳米粒、mRNA-LNP的粒径控制直接影响载药效率与体内分布；

疫苗质量控制：病毒样颗粒（VLP）或腺病毒载体的均一性需严格监控；

外泌体研究：NTA或DLS用于鉴定细胞外囊泡的尺寸与纯度。

2.材料科学

纳米金属（金、银）、量子点、碳纳米管、石墨烯分散液的稳定性评估；

催化剂载体孔径与颗粒尺寸关联分析。

3.化妆品与食品

乳液、防晒霜中纳米二氧化钛/氧化锌的团聚状态检测；

蛋白饮料、功能性饮品中胶体颗粒的稳定性测试。

4.环境与能源

水处理中纳米吸附剂的分散性能；

锂电池浆料中导电炭黑或活性材料的粒径分布优化。

纳米粒径分析仪作为探索纳米世界的基础工具，不仅为科研人员提供了洞察微观结构的“慧眼”，更为工业界保障产品质量、加速产品上市提供了可靠支撑。从一支新冠mRNA疫苗的稳定性验证，到一块高性能锂电池的浆料优化，背后都离不开这台看似小巧却功能强大的仪器。