Dynamic Light Scattering (DLS), Zetasizer 분석 시 Tip / Troubleshooting

Dynamic Light Scattering (DLS), Zetasizer 분석 시 Tip / Troubleshooting

 

DLS는 광원의 레이저가 샘플 속의 입자들에 의해 산란되는 현상을 이용하여, 입자들의 크기 분포를 분석하는 기술이다. 생명과학, 재교과학 등 다양한 분야에서 이용되며, 그중 DDS 측면에서 Nanoparticle을 측정할 때 필요한 정보들을 공유하고자 한다. Nanoparticle 혹은 측정하고자 하는 물질에 일정한 파장의 광입자를 쏘아 보내고, 산란되어 나오는 빛의 각도와 강도 등을 측정하여 입자의 운동 상태, 입자의 크기, 분산 등을 계산할 수 있다.

 

브라운 운동 등 자세한 원리는 다른 블로그 글 등에서도 쉽게 찾을 수 있으리라 생각되며, 데이터 분석 시 개인적으로 팁이라 생각하는 부분들을 정리하였다.

 

우선, 입자를 Cuvette에 담고 측정하면 아래와 같이 데이터가 찍힌다. (개인용 컴퓨터여서 오래된 장비로 찍은 옛날 데이터만 있다...)

DLS 결과 예시

왼쪽 위에서 볼 수 있듯이, Z-Average (d.nm)가 85.26 nm, PdI 값이 0.323이다. 이때의 결과값은 증류수, 0.9 % Saline, PBS 등 실험마다 다양한 용액에 녹여져 있는 Nanoparticle은 유체 속에 있으므로, Hydrodynamic 상태에서의 입자 크기와 다분산도를 나타낸다. 따라서, 진공 상태에서 측정하는 실험을 통해서는 다른 결과값이 나타날 수 있다.

 

1. DLS 결과값은 유체 안에서의 입자 상태이다.
=> SEM, TEM 등 입자를 관측하는 다른 측정 방법과 결과가 다를 수 있다.

 

결과값을 자세히 보면, 입자의 diameter에 Z-average 값이라고 적힌 것을 알 수 있다. DLS에서는 크게 세 가지로 입자 크기 분포를 나타낼 수 있다: Intensity, Number, Volume. 이 중 일반적으로 많이 사용되는 결과값인 Intensity (Z-average)는 실제 입자 크기와 가장 유사하다고 알려져 있지만, Number와 Volume 값이 실제 입자크기와 다른 것은 아니다. 만약 두 시료의 입자 상태를 비교한다면 같은 distribution analysis 결과값인지를 확인하는 것이 중요하다.

 

2. Size가 Intensity, Number, Volume 중 어떤 Distribution Analysis인지 확인 및 결정한다.

 

Z-average의 경우, 측정을 하다 보면 Peak에 나와있는 size와 결과값으로 표시되는 size에 차이가 나타나는 경우가 종종 있다. 이 때는, solvent를 filtraiton 하거나 물질 자체의 분포도를 의심해 볼 필요가 있다. (Solvent Peak)

 

3. Z-average가 Peak 보다 작은 값을 나타낼 경우, Solvent만 측정하였을 때도 Peak이 나타나는지 확인할 필요가 있다.
=> Solvent를 Filtration 후 다시 사용하기

4. Z-average가 Peak보다 훨씬 큰 값이 나타나거나 혹은 일치도가 너무 낮을 경우, 물질의 다분산도가 높아서일 수 있다.

 

이때, 측정 자체가 잘 되었는지 확인하기 위해서는, Intercept 값을 확인하는 것도 좋다. Intercpet 값은 1에 가까울수록 Cuvette 오염, 시료 내 형광, 물질 변동에 의한 요인이 적다는 것을 의미한다. 기기나 실험 세팅값마다 다르겠지만, 0.9 이상 정도를 적합 기준으로 삼으면 좋다.

 

5. Intercept 값을 확인하여, 측정이 정상적으로 이루어졌는지 확인한다.

 

다분산도를 확인하여, 물질이 Monodisperse 한 지 확인할 수 있다. 이 기준에 대한 문서화된 reference는 찾기 쉽지 않으나, 업체에 문의하면 다음과 같은 기준을 제시해주기도 한다. (참고용)

 

6. 다분산도 기준 (참고용)
0.05 이하 : 단분산도 물질
~ 0.1 : 단분산에 가까운 물질
~ 0.5 : 다분산 물질
0.5 초과 : DLS로 측정하기 적절하지 않은 물질

 

DLS를 측정하기 전에, Method Builder나 SOP 등을 통해서 측정하는 값들을 보면, Refractive index나 물질명 같은 것을 입력하게 되어 있을 것이다. 특히, Solvent 관련해서 다르게 설정하면 결과값에 큰 차이가 나타나게 될 것이다. 다만, Z-average를 측정할 시, Solvent의 Refractive index나 viscosity 등의 설정값은 중요하지만, Material의 설정값은 영향을 미치지 않는 것으로 알려져 있다.

 

7. Z-average 측정 시 Solvent의 Refractive index 등의 설정값은 결과에 큰 영향을 미친다.

 

대학원 당시에 Reference로 삼았던 글들을 찾기가 어려워, 기억에 의존하다 보니 꽤나 틀린 내용이 있을 수도 있으니 유의 바란다. 분석 시 가볍게 참고하여 데이터 해석 등에 작은 도움이 되면 좋겠다.