光散射技術(shù)解決方案：疫苗和基因載體的關(guān)鍵質(zhì)量屬性表征和質(zhì)量控制

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會議詳情

主題：光散射技術(shù)在疫苗和基因載體中的應(yīng)用

時(shí)間：2022年9月15日 19:00

內(nèi)容：

1. SEC-MALS、DLS原理講解

2. DLS、HT-DLS實(shí)例應(yīng)用：AAV/LV

3. SEC-MALS的AAV分析（Vg/Cp）方法

4. FFF-MLAS與SEC-MALS的對比：LNP分析
   

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關(guān)鍵詞：標(biāo)準(zhǔn)粒子；米氏散射

光的散射（scattering of light）是指光通過不均勻介質(zhì)時(shí)一部分光偏離原方向傳播的現(xiàn)象。偏離原方向的光稱為散射光。散射光頻率不發(fā)生改變的有瑞利散射、米氏散射和大粒子散射；頻率發(fā)生改變的有拉曼散射、布里淵散射和康普頓散射等。而標(biāo)準(zhǔn)粒子在光散射研究領(lǐng)域一般研究的是粒子的瑞利散射、米氏散射和大粒子散射，這三種散射劃分是根據(jù)入射光λ與散射粒子的直徑d之間的比例大小來確定的：

①當(dāng)散射粒子的直徑d與入射光波長λ之比（d/λ）很小，即數(shù)量級顯著小于0.1 時(shí)，則屬于瑞利散射，散射光強(qiáng)與波長的關(guān)系符合瑞利散射定律，即散射光強(qiáng)與入射光的波長四次方成反比，與粒徑的六次方成正比。

②當(dāng)散射粒子粒徑與光波長可以比擬（d/λ的數(shù)量級為0.1～10）時(shí)，隨著粒子直徑的增大，散射光強(qiáng)與波長的依賴關(guān)系逐漸減弱，而且散射光強(qiáng)隨波長的變化出現(xiàn)起伏，這種起伏的幅度也隨著比值d/λ的增大而逐漸減少，這種散射稱為米氏散射。

③當(dāng)粒子足夠大時(shí)（d/λ>10），散射光強(qiáng)基本上與波長沒有關(guān)系，這種粒子的散射稱為大粒子散射，也可稱之為衍射散射（菲涅爾衍射與夫瑯禾費(fèi)衍射）。

瑞利散射可以說是米氏散射理論模型在小粒子端的近似形式，而衍射散射也可以說是米氏散射理論模型在大粒子端的近似形式，接下來我們將詳細(xì)了解標(biāo)準(zhǔn)粒子應(yīng)用于米氏散射理論對其光散射特性研究中，入射光波長、標(biāo)粒直徑以及入射光偏振角對散射光強(qiáng)的影響。

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入射光波長對散射光強(qiáng)分布的影響

圖1.1 是相對折射率m=1.589/1.333，標(biāo)準(zhǔn)粒子直徑d=2μm，入射光偏振角φ=45°時(shí)，由Mie散射理論及其他相關(guān)公式編程計(jì)算得到的散射光強(qiáng)與散射角之間的變化關(guān)系曲線。對于直徑為2μm的聚苯乙烯微球在水中的散射情況，入射光偏振角為45°時(shí)，隨著入射波長λ的增大，散射光強(qiáng)由主要集中在前向小角度內(nèi)（波長λ為0.2um時(shí)散射光強(qiáng)主要集中在10°散射角內(nèi)）逐漸變?yōu)榧性谇跋蛏源蠼嵌葍?nèi)（波長λ為0.8um時(shí)散射光強(qiáng)主要集中在30°散射角內(nèi)），若繼續(xù)增大波長，散射光強(qiáng)集中的角度也將繼續(xù)增大。從圖1.1可以看出，波長較短時(shí)散射光強(qiáng)主要集中在前向小角度內(nèi)，并且波長越短散射光強(qiáng)集中的角度越小。

圖1.1：當(dāng)m=1.589/1.333，d=2μm，φ=45°時(shí)，對應(yīng)于不同的波長，散射光強(qiáng)與散射角間的關(guān)系曲線。

聚苯乙烯微球直徑對散射光強(qiáng)分布的影響

圖2.1是用可見波段中的0.65μm波長的入射光，在偏振角為45°時(shí)，聚苯乙烯微球在水中的散射光強(qiáng)與散射角的變化關(guān)系曲線。由圖可以看出，微粒直徑越大散射光強(qiáng)越集中分布在前向小角度內(nèi)，粒徑大于2μm的粒子的散射光強(qiáng)主要集中在前向散射角約20°內(nèi)，因此在此種條件下收集前向小角度的散射光強(qiáng)即可獲得粒子的較好信息。

圖2.2是入射光波長為6μm，偏振角45°時(shí)，聚苯乙烯微球在空氣中的散射光強(qiáng)與散射角的變化關(guān)系曲線。由圖可知，所用波長較大時(shí)，較大粒子的散射光強(qiáng)不再集中在前向小角度內(nèi)而是集中的角度逐漸變大，例如粒徑大于8μm的粒子的散射光強(qiáng)主要集中在前向散射角約40°內(nèi)。

圖2.1：當(dāng)m=1.589/1.333， λ=0.65μm， φ=45°時(shí)，對應(yīng)于不同的微粒直徑，散射光強(qiáng)與散射角間的關(guān)系曲線。 

圖2.2：當(dāng)m=1.589， λ=6μm， φ=45°時(shí)，對應(yīng)于不同的粒徑，散射光強(qiáng)與散射角間的變化曲線

入射光偏振角對散射光強(qiáng)分布的影響

圖3.1是入射光波長為0.65μm，直徑為0.2μm的聚苯乙烯微球在空氣中的散射光強(qiáng)與散射角的變化關(guān)系曲線。由圖可以看出，此種情況下入射光的偏振角不同散射光強(qiáng)與散射角間的關(guān)系曲線有很大變化，散射光強(qiáng)分布比較分散，說明此時(shí)散射光強(qiáng)的角分布與偏振光的偏振角有關(guān)。

圖3.1 當(dāng)m=1.589， λ=0.65μm， φ=0.2μm時(shí)，對應(yīng)于不同的偏振角，散射光強(qiáng)與散射角間的變化曲線。

結(jié)論

以上為應(yīng)用米氏散射理論針對聚苯乙烯微球標(biāo)準(zhǔn)粒子的光散射性質(zhì)進(jìn)行的分析，得出以下結(jié)論：

（1）波長較短時(shí)散射光強(qiáng)主要集中分布在前向小角度內(nèi)，并且波長越短散射光強(qiáng)集中分布的角度越小。收集前向小角度的散射光可大致反映粒子散射信息。

（2）進(jìn)行聚苯乙烯微球標(biāo)粒散射方面的研究時(shí)，應(yīng)該選擇可見光波段中波長較短的作為光源，這樣既可以得到較好的粒子散射信息，又可以避免光源對人體造成傷害。

（3）粒子直徑較大時(shí)散射光強(qiáng)主要集中分布在前向小角度內(nèi)，并且粒子直徑越大散射光強(qiáng)越集中分布在小角度內(nèi)；若所用波長較大時(shí)，較大粒子的散射光強(qiáng)不再集中分布在前向小角度內(nèi)而是集中分布的角度逐漸變大。

參考資料

1.李建立.基于光散射的微粒檢測.煙臺大學(xué)理學(xué)院碩士論文，2009：22-25.

分子蒸餾亦稱短程蒸餾,是一項(xiàng)較新的尚未廣泛應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)的分離技術(shù),其應(yīng)用能解決大量常規(guī)蒸餾技術(shù)所不能解決的問題。分子蒸餾是一種特殊的液一液分離技術(shù),它依據(jù)分子運(yùn)動平均自由程的差別,能使液體在遠(yuǎn)低于其沸點(diǎn)的溫度下將其分離,特別適用于高沸點(diǎn)、熱敏性及易氧化物質(zhì)的分離。分子蒸餾進(jìn)行時(shí),液體混合物被加熱,能量足夠的分子逸出液面,輕分子的平均自由程大,重分子的平均自由程較小,若在離液面小于輕分子平均自由程而大于重分子平均自由程處設(shè)置一冷凝面,輕分子達(dá)到冷凝面后被冷凝,從而使其不斷yi

病毒性疾病爆發(fā)是水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)最嚴(yán)重的問題，具有傳播快、發(fā)病快和致死率高等特點(diǎn)，對水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失；而疫苗免疫是對其進(jìn)行防控的最有效措施。在水產(chǎn)動物免疫途徑中，注射方式效果較好，但不適合漁業(yè)生產(chǎn)；浸浴免疫操作簡單，適合在魚苗和魚類大規(guī)模養(yǎng)殖中推廣使用，但是浸浴疫苗的應(yīng)用需要克服生物屏障等阻礙作用，才能使疫苗發(fā)揮出理想的免疫效果。

研究發(fā)現(xiàn)，納米載疫苗靶向遞呈技術(shù)是解決水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)疫苗高效免疫保護(hù)最安全有效的手段之一；單壁碳納米管(SWCNTs)是一種高效的疫苗載體，具有高穿透性、高承載力、易修飾性和安全性等特性；甘露糖受體(Mannose receptor)是抗原呈遞細(xì)胞上的標(biāo)志性受體，能夠結(jié)合甘露糖修飾的抗原物質(zhì)，可以作為疫苗的靶點(diǎn)。

近日，西北農(nóng)林科技大學(xué)動物科技學(xué)院朱斌教授課題組運(yùn)用納米載疫苗靶向遞呈技術(shù)，構(gòu)建靶向性碳納米管載疫苗系統(tǒng)，選擇高效的疫苗載體(單壁碳納米管)來突破生物屏障的限制，并利用合適的佐劑(甘露糖修飾的抗原物質(zhì))來增強(qiáng)疫苗的免疫效果，使疫苗充分發(fā)揮治療和免疫保護(hù)效果。這些研究成果相繼發(fā)表在期刊Vaccines和Journal of Nanobiotechnology，可以為其它水產(chǎn)動物納米載疫苗系統(tǒng)的研究、應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)，對漁業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和水產(chǎn)品食品安全生產(chǎn)具有重要意義。

文章一

草魚呼腸孤病毒(GCRV)已被公認(rèn)為是所有水生病毒物種中最具致病性，VP7作為GCRV的外衣殼蛋白，是一種可以誘導(dǎo)宿主免疫反應(yīng)的主要抗原。通過構(gòu)建靶向浸沒疫苗遞送系統(tǒng)(CNTs-M-VP7)，該系統(tǒng)由SWCNTs作為疫苗載體，GCRV VP7蛋白作為抗原，甘露糖作為抗原呈遞細(xì)胞靶向部分。結(jié)果表明CNTs-M-VP7疫苗可通過粘膜組織(皮膚，腮和腸)進(jìn)入魚體內(nèi)，呈現(xiàn)給免疫相關(guān)組織，顯著誘導(dǎo)的成熟和呈遞過程，從而引發(fā)強(qiáng)大的免疫反應(yīng)。

a、CNTs-M-VP7納米疫苗的制備過程；

b、巨噬細(xì)胞對納米疫苗的吸收；

c、魚組織中納米疫苗的攝取；

d、用博鷺騰多模式動物活體成像系統(tǒng)檢測接種魚體內(nèi)和體外熒光的分布；

e、草魚接種后，用GCRV人工攻擊后的相對存活百分比(每組n =100)。

文章二

鯉春病毒血癥(Spring viremia of carp，SVC)是危害最嚴(yán)重的水產(chǎn)病毒性疾病之一，SVCV作為SVC的病原，其表面糖蛋白(G)被認(rèn)為是一種主要抗原，可以誘導(dǎo)原發(fā)性宿主免疫反應(yīng)。通過化學(xué)修飾的方法將SVCV的抗原蛋白(G)、功能化單壁碳納米管和功能化甘露糖進(jìn)行結(jié)合，構(gòu)建了靶向性碳納米管載疫苗系統(tǒng)(SWCNTs-MG)。結(jié)果表明SWCNTs-MG通過提高疫苗進(jìn)入魚體的含量，并增強(qiáng)對抗原呈遞細(xì)胞的靶向呈遞作用，進(jìn)而提高疫苗浸浴免疫的效果。

a、SWCNTs-MG納米疫苗的制備過程；

b、納米疫苗在體內(nèi)和體外的安全性評估；

c、鯉魚巨噬細(xì)胞體外納米疫苗的攝??；

d、魚組織中納米疫苗的攝??；

e、用博鷺騰多模式動物活體成像系統(tǒng)檢測接種魚體內(nèi)和體外熒光的分布；

f、在接種的鯉魚中用SVCV人工攻擊后的相對存活百分比。

Tips   AniView 100多模式動物活體成像系統(tǒng)

AniView 100多模式動物活體成像系統(tǒng)作為廣州博鷺騰生物科技有限公司推出的高靈敏度動物活體成像系統(tǒng)，其采用全密閉抗干擾暗箱，避免外界光源及宇宙射線對拍照影響的同時(shí)，配合零缺陷、科研級高靈敏背部薄化、背部感應(yīng)型冷CCD相機(jī)，極大地提高成像的靈敏度。AniView 100可以檢測到<100個(gè)Luciferase標(biāo)記細(xì)胞，或＜10ng FITC。

參考文獻(xiàn)：

1、Zhang C ,  Wang G X ,  Zhu B . Journal of Nanobiotechnology, 2020, 18(1).

2、Zhu B, Zhang C, Zhao Z, Wang GX. Vaccines(Basel). 2020;8(1):87. 

3、張晨.[D]. 西北農(nóng)林科技大學(xué),2019.