Mehr Partikelanalyse als je zuvor

Den Anfang machte die OptoFluidic-Force-Methode (OF2i®), die von der optischen Pinzette von Arthur Ashkin inspiriert wurde. Als einzigartige Methode zur kontinuierlichen Messung der Größe und Konzentration von Partikeln setzt OF2i® neue Maßstäbe für die Online-Charakterisierung von (Nano-)Partikeln, indem es Einzelpartikelgenauigkeit liefert und Einblicke in komplexe polydisperse Systeme ermöglicht. Nach der Markteinführung des ersten OF2i®-Laborgerätes, BRAVE B-Curious, begann das BRAVE-Team mit der Arbeit an weiteren Modulen für die Partikelanalyse – und die Idee für ein Raman-Modul, BRAVE B-Elementary, war geboren. Hier erfährst du, wie diese optische Pinzettentechnik in Verbindung mit der Durchfluss-Raman-Spektroskopie die Partikelanalyse revolutionieren wird.

Integrierte Raman-Analyse für kontinuierliche Ergebnisse

Ist es möglich, die Grundlagen der optischen Pinzette so anzupassen, dass Partikel in der Strömung stabil genug gehalten werden, um ihre Raman-Spektren auszulesen? Die Antwort lautet: Ja. Aufbauend auf unserem Wissen über optische Fallen (OF2i®) haben wir einen Laseraufbau entwickelt, der die Partikel entweder verlangsamt oder für kurze Zeit anhält, während sie durch die Messzelle fließen. Der daraus resultierende Raman- Analyzer arbeitet im Durchfluss und identifiziert bis zu 60 Partikel pro Minute anhand ihrer Raman-Spektren – bei automatisierter Probenhandhabung und fast ohne Probenvorbereitung.

Wie funktioniert die Kombination OF2i®-Raman?

Sehen wir uns das Schema des OF2i®-Raman-Aufbaus an, hier die Messung von 5 µm großen Polystyrol (PS)-Kugeln.
(a) Fluidische Kräfte transportieren die Partikel durch die Zelle; ein fokussierter Laserstrahl manipuliert die Partikel optisch.
(b) Eine SCMOS-Kamera nimmt das gestreute Raman-Signal der einzelnen Partikel mit bis zu 30 Bildern pro Sekunde auf. Das Kamerabild zeigt das aufgezeichnete Licht von drei 5 µm Polystyrolkügelchen. (siehe Referenz 1)
(c) Die Analyse des Kamerasignals (Raman-Spektren) wird mit einem Referenzspektrum verglichen. (siehe Referenz 1)
(d) Das OF2i®-Signal nutzt die Geschwindigkeit der einzelnen Partikel zur Berechnung der Partikelgröße. (siehe Referenz 2)

Referenzen

1. Šimić M, Neuper, C, Hohenester, U, & Hill, C. (2023). Optofluidic force induction as a process analytical technology. Analytical and Bioanalytical Chemistry, 451(21), 5181-5191.
2. Neuper C, Šimić M, Lockwood Thomas E., Gonzalez de Vega Raquel, Hohenester Ulrich, Fitzek Harald, Schlatt Lukas, Hill Christian and Clases David. Optofluidic Force Induction Meets Raman Spectroscopy and Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry: A New Hyphenated Technique for Comprehensive and Complementary Characterizations of Single Particles. Analytical Chemistry. 2024; 96(21): 8221-8844.

Veröffentlichung in Analytical Chemistry: "OptoFluidic Force Induction meets Raman Spectroscopy and Inductively Coupled Plasma - Mass Spectrometry: A new hyphenated technique for comprehensive and complementary characterisation of single particles"
Neuper et al

Analyse von anorganischen Partikeln mit Phasen / Polymorphismus

In einem Proof of Concept (siehe Referenz 2) für die kombinierte OF2i®-Raman-Messung wurden Titandioxidpartikel (P1, P2) eingefangen und die Phasen analysiert, um zwischen Rutil und Anatas zu unterscheiden.

2. Neuper C, Šimić M, Lockwood Thomas E., Gonzalez de Vega Raquel, Hohenester Ulrich, Fitzek Harald, Schlatt Lukas, Hill Christian and Clases David. Optofluidic Force Induction Meets Raman Spectroscopy and Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry: A New Hyphenated Technique for Comprehensive and Complementary Characterizations of Single Particles. Analytical Chemistry. 2024; 96(21): 8221-8844.

Nachweis und Identifizierung von Mikroplastik in Flüssigkeiten

Als weiterer Nachweis des Konzepts (siehe Referenz 2) wurden drei Mikroplastikpartikel mit OF2i® eingefangen und die Raman-Spektren mit dem BRAVE B-Elementary-Modul analysiert.

Was sind die Vorteile von OF2i®-Raman?

Die Kombination von OF2i® und Raman-Spektroskopie ist einzigartig und bringt besondere Vorteile für die chemische Analyse und Partikelcharakterisierung.

Kontinuierliche Analyse über Minuten oder Stunden
Analyse von bis zu 60 Partikeln pro Minute (probenabhängig)
Automatisierte Messung und Reinigung für benutzerunabhängige Ergebnisse
Zusätzliche Messung von Partikelgröße, Partikelkonzentration, Partikelgrößenverteilung mit OF2i®
Option zum Anschluss eines ICP-ToF-MS
Hohe Empfindlichkeit für niedrige Partikelkonzentrationen
Einfache Bedienung; intuitive Dateninterpretation
Livestream der Daten zur Beobachtung des Partikelverhaltens
Zukünftige Integration in Produktionsprozesse als PAT-Sensor möglich

Wann ist OF2i®-Raman eine bessere Alternative zu herkömmlichen Raman-Mikroskopen?

OF2i® + Raman hat eine Reihe von Vorteilen im Vergleich zu handelsüblichen Raman-Mikroskopen.

OF2i® + Raman ist ideal für das Hochdurchsatz-Screening.

OF2i®-Raman ist ideal für die chemische Analyse großer Mengen flüssiger Proben. Das Gerät kann auch von Nichtfachleuten bedient werden: Die Probenbeladung und -reinigung sind automatisiert; die Bedienung erfordert deutlich weniger Benutzerinteraktion als bei Raman-Mikroskopen.

OF2i® + Raman misst im Durchfluss.

Während Raman-Mikroskope eine einmalige Analyse einer Probe ermöglichen, bietet das OF2i®-Raman-Setup eine kontinuierliche Analyse direkt im Fluss und über Minuten oder sogar Stunden. Die kombinierte Methode ist auch für sehr niedrige Konzentrationen geeignet.

OF2i® + Raman hat eine Einzelpartikelgenauigkeit.

Das OF2i®-Raman-System erkennt und fängt einzelne Partikel ein, während sie durch die Messzelle fließen. Für jedes durchlaufende Teilchen wird ein Raman-Spektrum aufgezeichnet.

OF2i® + Raman erfordert eine minimale Probenvorbereitung.

Mit OF2i®-Raman gibt es keine Vorbereitung von Substraten. Je nach Probe entfällt sogar das vorherige Filtern der Probe. Das Gerät liest Raman-Spektren von Partikeln direkt in der Flüssigkeit aus.

Sende uns deine Probe - wir schicken dir ein Messprotokoll

Anwendungsbereiche für die korrelative OF2i®-Raman-Methode

Die Kombination von optischem Trapping und Größenbestimmung mittels OF2i® mit der In-Flow-Raman-Analyse hat das Potenzial, die folgenden Bereiche zu revolutionieren:

Wie Arthur Ashkin OF2i®-Raman inspirierte

Die vielen Einsatzmöglichkeiten der optischen Pinzette

Christian Hill, heute CEO und CTO von BRAVE Analytics, entdeckte die Pionierarbeit von Arthur Ashkin erstmals während er seine Dissertation geschrieben hat. Chris suchte im Rahmen seiner Doktorarbeit am Institut für Biophysik (Medizinische Universität Graz) nach einer besseren Methode zur Messung von Partikelgrößen. Die Lektüre über das Prinzip der optischen Pinzette führte zu unzähligen Experimenten im kleinen Laserlabor auf dem Campus der Medizinischen Universität, die schließlich in einem „Heureka“-Moment gipfelten – und der Geburtsstunde des Optofluidic Force Induction (OF2i®)-Prinzips.

Das Einfangen von Partikeln auf dem Donut-Strahl

OF2i® nutzt die Fähigkeit des Lichts, Partikel zu manipulieren, zu bewegen und „einzufangen“, um optimale Bedingungen für die Bestimmung der zahlenbasierten Partikelgröße und Partikelkonzentration anhand der Geschwindigkeit jedes einzelnen eingefangenen Partikels zu schaffen. OF2i®-Messungen sind als PAT-Gerät (BRAVE B-Continuous) und für das Labor (BRAVE B-Curious) erhältlich.

Optische Fallen für die Raman-Analyse nutzen

Das Einfangen von Partikeln in einem Laserstrahl hat nicht nur Vorteile für die Bestimmung der Partikelgröße. Der Aufbau des BRAVE B-Elementary-Raman-Moduls nutzt diese Fähigkeit, um Partikel während des kontinuierlichen Flusses abzubremsen oder sogar anzuhalten, um ein Raman-Spektrum auszulesen. Die Analyse ist schnell, benutzerunabhängig und hochempfindlich für sehr niedrige Konzentrationen.

Was die Zukunft bringt

Und weil wir wissen, dass Licht noch so viel mehr kann, arbeitet das BRAVE-Team bereits an weiteren Projekten zur Erweiterung und Ergänzung unserer bestehenden Geräte. Es kommen bald eine eigene Messzelle zur genauen Bestimmung großer Partikel (bis zu 5 µm) und vieles mehr auf den Markt.

Sende uns deine Probe - wir schicken dir ein Messprotokoll

Finde heraus, ob unsere OF2i®-Raman-Analyse die Antwort auf deine Partikelherausforderungen sind!
Nimm Kontakt mit uns auf, wir organisieren Messungen an deiner Probe und senden dir einen detaillierten Messbericht.
Dies ist der erste (unverbindliche) Schritt zu einer Machbarkeitsstudie. Öffne noch heute die Tür zu tieferen Probeneinsichten!