Revolutioniere deine Messungen mit der OptoFluidic Force Induction

OF2i® steht für OptoFluidic Force Induction. Diese patentierte Methode zur Charakterisierung von Nanopartikeln ist ein entscheidender Fortschritt. Zum ersten Mal ist es möglich kontinuierlich, nahtlos und in Echtzeit Partikeldaten zu erhalten, die statistisch relevant und repräsentativ für die gesamte Partikelpopulation sind. OF2i® sprengt die Grenzen der herkömmlichen Partikelmessmethoden zur Partikelcharakterisierung und revolutioniert die Forschung und Produktion.
Dieses neue Prinzip nutzt Licht als Werkzeug, um nanoskalige Objekte in einer durch eine Messzelle gepumpten Flüssigkeit zu manipulieren. OptoFluidic Force Induction führt das von Arthur Ashkin entwickelte Prinzip der „optischen Pinzette“ um einige Schritte weiter: Es fokussiert einen donut-förmigen Laser durch die flüssige Probe, um eine optische Kraft auf die Partikel auszuüben, die sie vorwärts schiebt und um das Zentrum des Strahls dreht.

Filmemachen – und die Rolle, die ein Donut dabei spielt

Stell dir vor, dein Kind lernt gerade laufen. Wenn es seine ersten Schritte macht, möchtest du diesen Moment festhalten. Wirst du Fotos oder ein Video machen? Eine Reihe einzelner Schnappschüsse wird die Geschichte nicht so gut erzählen wie eine Filmsequenz. Das ist der Unterschied zwischen der OF2i®-Methode und den etablierten Methoden zur Partikelmessung. Während du mit herkömmlichen Methoden ((DLS, Laserbeugung) nur kurze Schnappschüsse des Partikelverhaltens erhältst oder ein kurzes Video von einer begrenzten Anzahl von Partikeln (mit NTA) bekommst, liefert OptoFluidic Force Induction kontinuierliche Messdaten in einem nahtlosen Videostream.

Was bedeutet diese kontinuierliche Messung?

Die riesige Datenmenge, die im Laufe der Zeit aufgezeichnet wird, gibt Aufschluss über die Konzentration, Größe und Größenverteilung von Partikelpopulationen – und zeigt deren Veränderungen in Echtzeit an. Der Online-PAT-Sensor BRAVE B-Continuous kann sogar direkt in deiner Produktionsanlage integriert werden. Die Ergebnisse werden kontinuierlich mit Einzelpartikelgenauigkeit geliefert.
Die Möglichkeit, das Probenverhalten zu verfolgen, wenn (Nano-)Partikel miteinander und mit der Probenumgebung reagieren und interagieren, ist auch für Forschungs- und Entwicklungsanwendungen bahnbrechend. Einer unserer allerersten Kunden, Prof. Tobias Madl von der Medizinischen Universität Graz, setzte den Prototyp BRAVE B-Curious in seiner Forschung ein und konnte erstmals die Prozesse bei der frühen Kondensatbildung direkt verfolgen. Jetzt hat er ein neues BRAVE B-Curious, das ihm hilft, seine Studien über altersbedingte Krankheiten voranzutreiben.

Und was ist mit dem Donut?

Der von OF2i® verwendete Laser ist ein Vortexlaser mit einem donutförmigen Strahl. Fokussiert man diesen „Donut-Strahl“ durch die flüssige Probe, so drehen sich die Teilchen um das Zentrum des Strahls und bewegen sich auf spiralförmigen Bahnen durch die Messzelle, ohne aneinander zu stoßen.
(Filme sind einfach besser, wenn Donuts da sind).

Veröffentlichung in Physical Review Applied: "Real-Time Nanoparticle Characterization Through Optofluidic Force Induction"
Šimić et al

OF2i® misst Partikelgröße und Partikelgrößenverteilung von polydispersen Proben

Eine der größten Herausforderungen bei der Partikelcharakterisierung ist der Umgang mit hoch polydispersen und multimodalen Proben, wie sie in industriellen Prozessen häufig vorkommen. In unserem kurzen White Paper Analyzing polydisperse systems demonstrieren wir, wie die OptoFluidic Force Induction (OF2i®) Methode komplexe polydisperse Systeme in einer kontinuierlichen und nahtlosen Messung charakterisiert, die etwa eine Stunde dauert.
Die Abbildung zeigt:

(a) Gemessene Durchmesser einer Mischung von Polystyrolkugeln (n = 1,59) mit Nenndurchmessern von 203, 401, 600, 789 und 1040 nm über eine lange Messzeit. Der Beitrag jedes Ensembles wird durch ein 1D-Gauß’sches Mischungsmodell mit fünf Komponenten bestimmt, das auf das Histogramm oben angewendet und farblich hervorgehoben wird.

(b) Gesamtkonzentration (Partikel/ml) und

(c) Anzahl der einzelnen Cluster, gemittelt über einen Zeitraum von tmeas = 180 s. Für die kleinsten Partikel (203 nm) wird die Konzentration zur besseren Darstellung durch einen Faktor von fünf geteilt.

Histogramme der Partikelgröße (∆d = 10 nm), erhalten nach (d) 55, (e) 25 und (f) 15 Minuten, angegeben durch die Markierungen auf der y-Achse in Tafel (a).

Kombination von OF2i® und Raman-Analyse zum Nachweis und zur Identifizierung von Nano- und Mikroplastik in Flüssigkeiten

BRAVE Analytics arbeitet an einem OF2i®-plus-Raman-Projekt mit dem Ziel, die Menge und die Arten von Kunststoffen in einer Flüssigkeit zu quantifizieren. Das Ergebnis wird ein Raman-Modul sein, das in die OF2i®-Plattformen (eine für die Laboranalyse und eine für den PAT-Sensor zur Produktionsüberwachung) integriert wird. Dieses kurze White Paper Raman analysis plus OF2i zeigt, dass die Raman-Streuung für die Identifizierung von Partikeln im Mikrometerbereich gut geeignet ist. Wir konzentrieren uns zur Zeit auf den Raman-Nachweis von Mikro- und Nanopartikeln.

Die Abbildung zeigt:
(a) P1 ist ein stabil eingeschlossenes Einzelteilchen, P2 und P3 sind Agglomerate. Die Raman-Spektren wurden zwischen den eingefügten Quadraten aufgenommen.
(b) Die Spektren einer einzelnen 5 µm großen Partikelkugel (P1), von Partikelagglomerationen (P2 und P3) und eines Referenzspektrums von losem Polystyrol, gemessen mit einem normalen Raman-Mikroskop.

Was bringt OF2i®?

Die OptoFluidic-Force-Induction bietet eine Reihe von Vorteilen, darunter die Schnelligkeit der Ergebnisse, kontinuierliche Echtzeit- und Online-Messungen, die Erkennung extrem niedriger Partikelkonzentrationen und eine statistisch relevante Analyse, da sie bis zu 1000 Partikel pro Minute berücksichtigt.

Schnellere Partikelanalysen in Echtzeit dank der OptoFluidic Force Induction

Die OptoFluidic Force Induction-Methode liefert deutlich schnellere Messergebnisse als alle herkömmlichen Partikelcharakterisierungsverfahren. In Zahlen ausgedrückt ist OF2i® zehn Mal schneller als NTA und auch deutlich schneller als DLS oder Laser Diffraction. Darüber hinaus sind die Messdaten in Echtzeit verfügbar und live einsehbar. Damit erlaubt OF2i® einen noch nie dagewesenen Einblick in das Partikelgeschehen, Formierungsprozesse oder Stabilitäten einer Probe und unmittelbare Resultate. Durch automatisierte Reinigungsroutinen spart man zusätzlich Zeit und damit echtes Geld.

Repräsentative und exakte Daten zur gesamten Partikelpopulation in einer kontinuierlichen Messung

Auch in Sachen Exaktheit setzt OF2i® neue Maßstäbe. Ab sofort spielt es keine Rolle mehr, ob das Partikelgeschehen nur für wenige Sekunden oder über die Dauer von acht Stunden analysiert werden soll. OF2i® ist in der Lage bis zu 1000 Partikel pro Minute zu analysieren, bei Konzentrationen von einigen wenigen Partikeln bis 10⁸ Partikel pro Milliliter. Partikel zwischen 50 Nanometern und 5 Mikrometern (probenabhängig) werden erfasst, so dass die Messergebnisse exakte und repräsentative Ergebnisse für die Grundgesamtheit der Partikelpopulationen liefern. Dabei werden die tatsächlichen D-Values erkannt, selbst in komplexen, polydispersen Proben.

Kontinuierliche Partikelanalyse während des Produktionsprozesses

Mit dem BRAVE B-Continuous bringen wir zudem einen Online-PAT-Sensor auf den Markt, der unkompliziert in die Produktionsanlage integriert werden kann und das Partikelgeschehen in Echtzeit wiedergibt. Dies ermöglicht noch nie dagewesene Vorteile für die Qualitätskontrolle. Da OF2i® in der Lage ist, das Partikelgeschehen während des Herstellungsprozesses zu überwachen und zu kontrollieren, wird der Produktionsausschuss drastisch reduziert und Verzögerungen durch Probentests gehören der Vergangenheit an. Mit OF2i® ist es möglich kontinuierlich und live „IN“ das Produkt zu schauen und so stets die größtmögliche Produktqualität zu gewährleisten, aber auch die vorausschauende Instandhaltung der Produktionsanlagen zu optimieren.

OF2i® misst selbst kleinste Partikelkonzentrationen

Aktuelle Partikelmessverfahren wie DLS, NTA oder LD liefern keine zuverlässigen Daten zu extrem niedrig konzentrierten Partikelpopulationen oder Aggregaten. Doch gerade bei ultraniedrigen Proben-Volumen als auch bei der Bestimmung von ultraniedrigen Partikelkonzentrationen zeigt OF2i® was es kann. Dank der hohen Sensitivität des Partikelmessverfahrens stellt OF2i® zuverlässige, repräsentative Daten bei Probenvolumina ab 20 µL dar und bietet eine Detektionsdynamik von 50 nm bis über 5 µm (probenabhängig, erwartete Werte). So können selbst wenige Partikel pro Milliliter bestimmt werden (z. B. bei ultrareines Wasser).

Messberichte

Schau dir die Ergebnisse an, die OF2i® für diese verschiedenen Probentypen liefert.

Monodispers

Dieser Messbericht zeigt eine monodisperse Probe.

Die D-Werte ändern sich nicht mit der Zeit

Monodispers mit Agglomeraten

Dieser Messbericht zeigt eine monodisperse Probe mit größeren Partikeln/Agglomeraten.

Die Werte für Dn50, Dn90 und Dn10 ändern sich im Laufe der Zeit nicht.
D[4,3] und D[3,2] sind höher, weil einige größere Partikel oder Agglomerate auftreten (sichtbar in der volumenbasierten PSD-Grafik)

Polydispers mit sedimentation

Dieser Messbericht zeigt eine polydisperse Probe, die aussedimentiert.

Polydispersität durch SPAN: 3.23 angezeigt
Die Sedimentation wird durch die Abnahme von Dn90 im Laufe der Zeit angezeigt

Dynamische Prozesse auftreten

Dieser Messbericht zeigt dynamische Veränderungen während der Messung.

In den ersten ~18 Minuten ist die Partikelanzahl gering; Dn90, D[4,3] und D[3,2] springen stark auf und ab
Um 17:15 Uhr steigt die Konzentration der nachgewiesenen Partikel schnell an; es gibt keine Sprünge mehr in den D-Werten

Niedrige Konzentrationen

Dieser Messbericht zeigt eine extrem niedrig konzentrierte Probe.

Es gibt signifikante Veränderungen in der Konzentration
Die D-Werte sind nicht konstant

Erklärung des Messberichts

Für eine detaillierte Erläuterung des Messberichts lies weiter oder nimm Kontakt auf!

Die Vorteile der OF2i® Partikelanalyse auf einen Blick

Schnelle Messergebnisse innerhalb von Sekunden
Partikelanalyse in Echtzeit mit unmittelbar beobachtbaren Live-Daten
Messung von bis zu 1000 Partikeln pro Minute
Exakte Messdaten mit Einzelpartikelgenauigkeit - die Messergebnisse sind repräsentativ
Direkt und unkompliziert als Online PAT-Sensor in den Herstellungsprozess integrierbar (BRAVE B-Continuous)
Benchtop-Gerät für das Labor (BRAVE B-Curious)
Repräsentative Messergebnisse bei ultraniedrigen Proben-Volumina (ab 20 µL)
Misst selbst extrem niedrig-konzentrierte Partikelpopulationen (wenige Partikel pro Milliliter)
Produktionssteuerung und -überwachung ohne die mit Laborergebnissen einhergehende Zeitverzögerung (BRAVE B-Continuous)

Messbereich kann optimal an erforderliche Anwendungen angepasst werden
Verbesserte Effizienz der Produktionsprozesse (BRAVE B-Continuous)
Ermöglicht vorausschauende Wartung und Überwachung des Zustands der Produktionsanlage (BRAVE B-Continuous)
Zentrale Datenverarbeitung und Datenerfassung (H.A.N.S.-Software)
Aussagekräftige statistische Dokumentation der Messergebnisse
Einfache Bedienung und Dateninterpretation
Tiefere Einblicke in das Partikelgeschehen
Optionales Raman-Analysen-Modul für die kontinuierliche Identifikation von bis zu 60 Partikeln pro Minute (BRAVE B-Elementary)

Sende uns deine Probe - wir schicken dir ein Messprotokoll

Wo OF2i® bereits erfolgreich Arbeit vereinfacht und Outputs optimiert

Mithilfe der Optofluidischen Kraftinduktion können Partikelgrößenverteilungen, Partikelkonzentrationen und Partikelgrößen in Echtzeit und während des Produktionsprozesses überwacht werden. Diese bahnbrechenden Möglichkeiten werden bereits in vielen Branchen genutzt, wo sie etablierte Methoden wie DLS, NTA, TEM oder LD erfolgreich ergänzen oder ersetzen.

OF2i®-Geräte

Unsere revolutionäre OF2i®-Methode wird in zwei unterschiedlichen Produkten verwendet. Der BRAVE B-Curious ist ein Benchtop-Nanopartikelanalysegerät zur kontinuierlichen, zeitaufgelösten Charakterisierung von Nanopartikeln im Labor als auch zur Vermessung und Präparation von ultraniedrigen Partikelkonzentrationen. BRAVE B-Continuous hingegen ist ein Online-PAT-Sensor, der direkt in die Produktionsanlage integriert wird und den Herstellungsprozess kontinuierlich überwacht und kontrolliert. Beide Produkte erlauben noch nie dagewesene Einblicke in das Partikelgeschehen und revolutionieren sowohl die Forschung als auch die Produktion.

Sieh (Nano)partikel wie nie zuvor mit dem BRAVE B-Curious

Im Bereich der Nanopartikelcharakterisierung würden sich viele Forschende exaktere und kontinuierliche Einblicke in das Partikelgeschehen wünschen, jedoch ist das mit den herkömmlichen Methoden nur sehr eingeschränkt möglich. Bis jetzt. Mit dem BRAVE B-Curious bringen wir das erste Instrument zur Nanopartikelcharakterisierung auf den Markt, das dir zeigt, was wirklich in deinen Proben geschieht. Das Benchtop-Nanopartikelanalysegerät misst selbst ultraniedrige Konzentrationen und stellt repräsentative Messergebnisse für die gesamte Partikelpopulation bereit. Wir glauben fest daran, dass BRAVE B-Curious als bahnbrechendes Laborgerät die Forschung in vielen Bereichen revolutionieren wird.

Produziere wie nie zuvor mit dem BRAVE B-Continuous

Die OF2i®-Methode kann die alltäglichen Prozesse und die Effizienz der Produktion revolutionieren. Da der BRAVE B-Continuous direkt in den Herstellungsprozess als Online-PAT-Sensor integriert und damit das Partikelgeschehen in Echtzeit und lückenlos analysiert wird, können Kosten, Zeit und Ausschüsse eingespart werden. Dank der 24/7-Produktionskontrolle können Anpassungen sofort und direkt vorgenommen werden. Es ist auch einfach, den Zustand der Produktionsanlage zu überwachen und eine vorausschauende Wartung durchzuführen. So wird eine neue Ära in Prozessmonitoring, Prozesscontrolling (In-Process Quality Control IPQC), vorausschauende Instandhaltung, Identifikation von kritischen Prozess-Parametern (CPP) als auch Überwachung kritischer Qualitätseigenschaften (CQA) eingeläutet.

Analysiere wie nie zuvor mit dem BRAVE B-Elementary

Mit dem BRAVE B-Elementary Raman-Modul wird das BRAVE B-Curious-Laborgerät erweitert und ermöglicht chemische Analysen kontinuierlich und im Durchfluss. BRAVE B-Elementary erkennt und identifiziert bis zu 60 Partikel pro Minute und du profitierst von der minimal erforderlichen Probenvorbereitung. Dieser kombinierte Aufbau ist ideal für Non-Target-Screening und die Analyse großer Probenmengen.

Wann ist OF2i® eine bessere Alternative zu DLS, NTA oder Laser-Diffraction?

OF2i® übertrifft die etablierten Technologien zur Partikelanalyse in vielerlei Hinsicht. Obwohl etablierte Methoden wie DLS, NTA oder LD für bestimmte Aufgaben gut geeignet sind, hat jede Methode ihre Grenzen. Wenn du dynamische Prozesse verstehen, komplexe polydisperse Systeme auflösen oder alle Partikelpopulationen in deiner Probe näher betrachten willst (Raman-Analyse „coming soon“), ist OF2i® eine ausgezeichnete Wahl. Auch für Produktionsprozesse bietet OF2i® viele Vorteile. OF2i® ermöglicht eine echte Online-Prozesskontrolle mit dem ultimativen Ziel, Freigabetests in Echtzeit durchzuführen, Zeit und Ausschuss zu sparen und Formulierungen zu vermeiden, die nicht der Spezifikation entsprechen.

OF2i® ist schnell.

Mit der OptoFluidic Force Induction-Methode erhält man 10-mal schnellere Messergebnisse als mit der Nanoparticle Tracking Analysis und auch deutlich schnellere Messergebnisse als mit Dynamic Light Scattering oder Laser Diffraction. Es werden bis zu 1000 Partikel pro Minute gemessen.

OF2i® misst kontinuierlich.

Während andere Partikelmessverfahren eher begrenzte Ergebnisse in Form von Standbildaufnahmen liefern, stellt OF2i® Live-Messdaten kontinuierlich über Sekunden, Minuten oder Stunden dar (und 24/7 mit dem PAT-Sensor).

OF2i® misst mit Einzelpartikelgenauigkeit.

Darüber hinaus kann man anhand der OF2i®-Methode jeden einzelnen im Laserstrahl befindlichen Nanopartikel analysieren. OF2i® liefert exakte Daten zu Partikelgröße, Partikelgrößenverteilung und Partikelkonzentration, selbst bei ultraniedrigen Konzentrationen und ultraniedrigen Probenvolumina. Die Messergebnisse sind repräsentativ für die gesamte Partikelpopulation.

OF2i® misst in Echtzeit.

Alle Messresultate werden in wenigen Sekunden als Live-Datenstream zur Verfügung gestellt und erlauben eine kontinuierliche Beobachtung des Partikelgeschehens. Während die etablierten Partikelanalysemethoden meist nicht in der Lage sind während des Produktionsprozesses Messungen vorzunehmen, kann OF2i® Partikelanalysen in Echtzeit während des Herstellungsprozesses liefern.

Methode	DLS	NTA	LD	OF2i®
In Produktionsprozess integrierbar	bedingt	nein	nein	ja
Kontinuierliche Messung im Labor	nein	bedingt	nein	ja
Messung der Partikelkonzentration	bedingt	bedingt	nein	ja, klar definiertes aktives Volumen
Messung der Partikelgrößenverteilung bei monodispersen Proben	ja	ja	ja	ja
Messung der Partikelgrößenverteilung bei polydispersen Proben	schwierig	schwierig	schwierig	ja
Detektionsbereich (Partikelgröße)	1 nm bis 10 µm (probenabhängig)	10 nm bis 1 µm (probenabhängig)	10 nm bis 3 mm (probenabhängig)	50 nm bis 5 µm (probenabhängig)
Beobachtung von dynamischen Prozessen	bedingt	bedingt	nein	ja
Kontinuierliche Detektion und Identifikation von Partikeln mittels Durchfluss-Raman-Analyse	nein	nein	nein	ja

Die Erfindungsgeschichte von OF2i®

Am Anfang stand ein Problem

Christian Hill, heute CEO und CTO von BRAVE Analytics, war frustriert von den Partikelanalysemethoden, die er bei Experimenten für seine Doktorarbeit verwendete. Auf der Suche nach Alternativen stieß er auf Forschungsarbeiten von Arthur Ashkin, in denen das von Ashkin erfundene Prinzip der „optischen Pinzette“ beschrieben wurde, bei dem Partikel mithilfe eines eng gebündelten Laserstrahls eingefangen werden. Chris begann sich zu fragen, wie diese Idee genutzt werden könnte, um einen besseren Blick auf Teilchen zu werfen. Nachdem er viele Stunden damit verbracht hatte, über diese Theorie nachzudenken, zu lesen und noch mehr nachzudenken, war Chris motiviert, in einem kleinen Labor auf dem Campus der Medizinischen Universität Graz eine Laseranlage aufzubauen.

Dies begann mit der Antwort
Das Endergebnis war eine neue und patentierte Methode zur Partikelanalyse: OF2i® (OptoFluidic Force Induction) Methode. OF2i® ist ein völlig neuer Ansatz zur Charakterisierung von Partikeln und Nanopartikeln. Es liefert Messergebnisse für die Nanopartikelgröße, die Nanopartikelgrößenverteilung sowie die Nanopartikelkonzentration – und das kontinuierlich und zeitaufgelöst – und mit dem BRAVE B-Continuous sogar während des Produktionsprozesses.

Wie OF2i® die Grenzen der Brownschen Bewegung umgeht

OptoFluidic Force Induction führt das von Arthur Ashkin entwickelte Prinzip der „optischen Pinzette“ einige Schritte weiter: Es fokussiert einen donut-förmigen Laser durch die flüssige Probe, um eine optische Kraft auf die Partikel auszuüben, die sie nach vorne schiebt und um das Zentrum des Strahls dreht.

Warum fangen und beschleunigen?
Mit OF2i® werden die Nanopartikel gefangen, können sich aber weiter auf ihrer spiralförmigen Bahn bewegen. Die Beschleunigung der Partikel bedeutet, dass sie keine Brownsche Bewegung mehr zeigen, sondern sich viel schneller bewegen – und die Geschwindigkeit ihrer Bewegung korreliert mit ihrer Partikelgröße. Dadurch, dass die Partikel auf ihren eigenen Bahnen bleiben, werden Kollisionen zwischen den Partikeln minimiert, die die Messung stören würden, und es ist einfach, die Partikel bei ihrer Beschleunigung zu verfolgen. In der OF2i®-Setup zeichnet ein Mikroskop die Geschwindigkeitsänderung aufgrund dieser optischen Kräfte auf, die zur Berechnung der Partikelgröße verwendet wird.

Veröffentlichung in Physical Review Applied: "Theoretical Description of Optofluidic Force Induction"
Šimić et al

Wie funktioniert die OptoFluidic Force Induction?

Während etablierte Partikelanalysemethoden die zufällige Molekularbewegung messen und deshalb einer Vielzahl an Restriktionen und Ungenauigkeiten unterliegen, geht OF2i® einen Schritt weiter und stößt mittels definierter fluidischer und optisch induzierter Kräfte aktiv Nanopartikel an. Dazu wird ein Laserlicht genutzt, das durch eine Flüssigkeit geleitet wird. Die minimalen photonischen Kräfte reichen aus, um die zu vermessenden Partikel zu beschleunigen, zu entschleunigen oder umzuleiten, vollkommen unabhängig von deren Brownschen Bewegung. Mithilfe eines Ultramikroskops kann die OF2i®-Methode so die Intensität einer Einzelpartikel-Lichtstreuung, die Einzelpartikelbewegung und die Partikelanzahl pro transportiertem Volumen messen. Anhand dieser Daten kann das patentierte opto-fluidische Kraftinduktionsverfahren durch optische Parallelisierung zahlenbasierte Partikelgrößen, Partikelgrößenverteilungen und Partikelkonzentrationen kontinuierlich und in Echtzeit messen, bei einem Durchlauf von bis zu 1000 Partikel pro Minute.

Aufbau und Arbeitsprinzip der OF2i®-Methode

Der grundlegende Aufbau des OF2i®-Nanopartikelmessgeräts besteht aus einem Laser (532 nm linear-polarisierter CW DPSS Laser mit einem maximalen Output von 2 W), einem mikrofluiden Kanal und einem Ultramikroskop (10x PLAN Mikroskop-Objektiv). Im ersten Schritt werden Nanopartikel durch eine Flüssigkeit in einem zylindrischen Mikrofluid-Tunnel geleitet. Anschließend wird ein schwachfokussierter Vortex oder auch Laguerre-Gaussian Laserstrahl mit einem Bahndrehimpuls durch den Tunnel gelenkt. Durch den Laserstrahl wirken optische Kräfte auf die Nanopartikel in der Flüssigkeit, die sie auf spiralförmigen Bahnen halten und Kollisionen auf ein Minimum reduzieren. Auf diese Weise werden auch Partikelblockaden im Fokus des Laserstrahls verhindert. Die so angeregten Partikel streuen das Licht und die entstandene Lichtstreuung wird durch das Objektiv des Mikroskops eingefangen und von einer CCD-Kamera 200mal pro Sekunde aufgezeichnet. In Folge können dank der OF2i®-Methode Daten über den Lichtstreuungsquerschnitt als auch über die Beschleunigung der einzelnen Partikel erhoben werden. Die Stärke des Lasers und der Fluss innerhalb des Tunnels werden von einem Computer kontrolliert.

Die Theorie hinter dem OF2i®-Prinzip basiert auf der Mie-Streuung

Grundsätzlich beschreibt die mathematisch-physikalische Mie-Theorie Streuphänomene elektromagnetischer Wellen an sphärischen Partikeln. Für das OF2i®-Prinzip wurde von uns eigens ein theoretisches Modell für die Mie-Streuung eines sphärischen Nanopartikels entwickelt, welche durch einen Laguerre-Gaussian Laserstrahl angeregt werden. Dabei breiten sich die elektromagnetischen Felder mehrpolig nach den sphärischen Bessel und Hankel-Funktionen und den Vektorkugelflächenfunktionen aus. Elektromagnetische Felder, die außerhalb der Nanosphäre liegen, werden anhand der mehrpoligen Koeffizienten a_n und b_n dargestellt, wobei n die unterschiedlichen sphärischen Grade und Ordnungen wiedergibt. Von dieser theoretischen Grundlage ausgehend kann das OF2i®-Prinzip in drei Schritten erklärt werden.

Schritt 1:

Zuerst werden die Koeffizienten a^inc_n und b^inc_n der eindringenden Felder des Laguerre-Gaussian Strahls berechnet (nach der Herangehensweise: A. D. Kiselev and D. O. Plutenko, Phys. Rev. A 89, 043803 (2014)).

Schritt 2:

Mithilfe der herkömmlichen Mie-Koeffizienten werden anschließend a_n und b_n der gestreuten elektromagnetischen Felder berechnet.

Schritt 3:

Abschließend wird aus der Summe der eindringenden und gestreuten elektromagnetischen Felder die Kraft berechnet, die auf die sphärischen Nanopartikel wirkt mithilfe der analytischen Ausdrücke aus R. Gutierrez-Cuevas, N. J. Moore, and M. A. Alonso, Phys. Rev. A 97, 053848 (2018).

Für die Größenberechnungen mithilfe des OF2i®-Prinzips werden lediglich der Brechungsindex der Nanosphäre und der Brechungsindex des eingebetteten Mediums benötigt. Durch das bekannte Vortex-Feld lässt sich die optische Kraft F_opt(r) berechnen, die an einer bestimmten Position (r) auf die Nanosphäre wirkt. Mithilfe der Bewegungsgleichung von Newton und der Stokes Gleichung für viskose Strömungen kann die exakte Geschwindigkeitsverteilung im Feld der Nanosphäre v berechnet werden.

Wir erhalten den mutigen Vorstoß in eine neue Ära der Nanopartikel-Charakterisierung:

v(r) = v_fluid + ^F_opt(r)/_6πR

Das theoretische Model des OF2i®-Prinzips enthält keinerlei freien Parameter. Daher erfordert es keine andere Kalibrierung als die des vorgegebenen Video-Bildmaßstabs und der gemessenen Eingangslaserintensität. Dies macht OF2i® zu einer kalibrierfreien Methode für unsere Kunden.

Die drei Arten der Teilchenbahnen des OF2i®-Prinzips

Sobald der Laser auf die Nanopartikel in der Probe trifft, sind diese von den wirkenden Kräften gefangen und bewegen sich entlang des Intensitäts-Maximums des Vortex-Strahls. Jene Nanopartikel, die nicht vom Strahl erfasst worden sind, bewegen sich in Querrichtung und werden von der Flüssigkeit transportiert. Mithilfe der OptoFluidic Force Induction sind wir in der Lage, drei unterschiedliche Arten der Bewegungsbahnen zu unterscheiden.

Sind Nanopartikel von Anfang an vom Laserstrahl erfasst und werden von den opto-fluidischen Kräften beschleunigt, verlaufen ihre Beschleunigungskurven als Funktion ihrer Ausbreitungslänge fast ident mit den Maxima der experimentellen Beschleunigungs-Histogramme.

II.

Außerdem gibt es Nanopartikel, die anfangs nicht entlang des Intensitäts-Maximums verlaufen, aufgrund der opto-fluidischen Kräfte jedoch dorthin gelenkt und gehalten werden, während sie sich entlang des Tunnels bewegen.

III.

Zu guter Letzt gibt es noch jene Nanopartikel, die nicht vom Laserstrahl und den opto-fluidischen Kräften erfasst werden. Diese streuen kein Licht und bleiben in den Auswertungsalgorithmen somit dunkel.

Veröffentlichung in Analytical and Bioanalytical Chemistry: "Optofluidic force induction as a process analytical technology"
Šimić et al

Sende uns deine Probe - wir schicken dir ein Messprotokoll

Finde heraus, ob OF2i®-Messungen 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!

Branchen, deren Arbeit und Forschung die OF2i®-Methode revolutioniert

Erste Use Cases haben gezeigt, dass die OptoFluidic Force Induction noch nie dagewesene Einblicke zum Partikelgeschehen liefern kann. Dazu zählen Einsatzgebiete in den Pharma-, Biotech- und Kosmetikindustrien, in der medizinischen Forschung und der Wasseranalytik. Wir sehen auch Potenzial in der Mikroelektronik, bei Beschichtungen und auch Umweltanalysen. Die Einsatzmöglichkeiten der bahnbrechenden OF2i®-Methode sind nahezu grenzenlos.

Anwendungen des OF2i®-Prinzips in der Pharma- und Biotechindustrien

Gerade bei der Herstellung und Überwachung von pharmakologischen Emulsionen, Infusionen, Impfstoffen oder Schmerzmitteln müssen genaue Partikelgrößenverteilungen gewährleistet und kontrolliert werden. So wird der BRAVE B-Continuous PAT-Sensor bereits erfolgreich in einer Pilotanlage zur Herstellung und Kontrolle von totaler parenteralen Ernährung (TPE) durch Hochdruckhomogenisierungsverfahren eingesetzt, um den Prozess zu optimieren. Im medizinischen, biotechnologischen und pharmazeutischen Forschungsbereich wird unser Laborgerät BRAVE B-Curious erfolgreich für die Forschung an Liposomen, Proteinen, Impfstoffen und virusähnliche Partikeln verwendet.

Warum OF2i®?

Dank der Einzelpartikel-Messgenauigkeit und der Fähigkeit selbst komplexe, polydisperse Systeme zu messen, liefert OF2i® bahnbrechende Ergebnisse in den oben genannten Bereichen.

Anwendungen der OF2i®-Methode in der Kosmetik- und Beautybranche

Bei der Herstellung von Kosmetikprodukten wie Sonnencremes müssen laut EU Verordnung Nanopartikel ab einer gewissen Größe auf dem Etikett angegeben werden. Mithilfe von OF2i® können Kosmetikprodukte hergestellt werden, die Partikelgrößen exakt bis zu diesem Limit beinhalten, aber nicht darüber hinausgehen.

Warum OF2i®?

Durch die Einzelpartikelgenauigkeit und die Möglichkeit direkt im Produktionsprozess zu messen kann OF2i® gewährleisten, dass das Limit nicht unterschritten wird.

OF2i®-Anwendung als Umweltanalyseverfahren

Abwässer, die in Flüsse oder Seen zurückgeleitet werden, müssen exakt analysiert werden, um sicherzustellen, dass sie keine negativen Auswirkungen auf die Umwelt haben. Auch Trinkwasser, sei es aus der Leitung oder aus abgefüllten Flaschen, unterliegt strengen Kontrollen. Mithilfe der OF2i®-Methode können selbst kleinste Nanoplastikpartikel, Viren, Bakterien, Antibiotika und andere Verunreinigungen gemessen werden.

Warum OF2i®?

Keine andere Partikelanalysemethode ist in der Lage ultraniedrige Konzentrationen in Abwasser und Trinkwasser zuverlässig zu entdecken.

OF2i® revolutioniert die Grundlagenforschung

Ob bei der Erforschung der Bildung biomolekularer Kondensate, der Dissoziation und Auflösung von Arzneimitteln oder der Produktion von virusähnlichen Partikeln – OF2i® gibt Einblicke in die Prozesse, wie noch nie zuvor. OF2i® ermöglicht es, kinetische Prozesse wie die Bildung und Größenverteilung von Proteinen, Lipiden und extrazellulären Vesikeln im Zeitverlauf zu verfolgen.

Warum OF2i®?

Von allen Methoden zur Partikelcharakterisierung ist nur OF2i® in der Lage, die Probenkinetik lückenlos und kontinuierlich über die Zeit zu überwachen.

Anwendungen in der industriellen Forschung

Gerade in der industriellen Forschung sind die Möglichkeiten für OF2i® praktisch grenzenlos. Bei der chemisch-mechanischen Planarisierung und dem Polieren beispielsweise ist die Partikelgrößenverteilung des CMP-Slurrys ein kritischer Parameter für den Erfolg des Prozesses. OF2i® ist gut geeignet, um große Partikel im Slurry zu erkennen. OF2i® trägt auch zur Online-Qualitätskontrolle von Nanokomposit-Galvanisierungsprozessen bei, um eine homogenere Partikelgrößenverteilung, eine geringere Partikelgröße und bessere Endprodukte zu erhalten.

Warum OF2i®?

Mit OF2i® erhältst du genauere Messergebnisse zu Partikelgrößen, Partikelgrößenverteilungen und repräsentative Daten für die gesamte Partikelpopulation. Dadurch werden kritische Probleme im Produktionsprozess minimiert und der Ausschuss reduziert. Im Bereich der Galvanik kann OF2i® die Konzentration von Nanopartikeln im elektrolytischen Bad kontinuierlich überwachen.

Der Nutzen von OF2i® in der Zahnmedizin und bei der Behandlung von Knochendefekten

Bei der Behandlung von Knochendefekten und der Remineralisierung von Zahnschmelz werden Hydroxylapatit-Nanokristalle genutzt. Für die Qualitätskontrolle während der Produktion dieser Kristalle eignet sich der BRAVE B-Continuous PAT-Sensor ausgezeichnet.

Warum OF2i®?

OF2i® hat im Bereich der Qualitätskontrolle gleich mehrere Vorteile. Hydroxylapatit-Nanokristalle können bereits während der Produktion beobachtet und kontrolliert werden. Die Messresultate sind repräsentativ für die gesamte Partikelpopulation und werden kontinuierlich dargestellt.

Überzeuge dich selbst von den Vorteilen der OF2i®-Methode und den bahnbrechenden Möglichkeiten

Wir arbeiten bereits mit ausgewählten Unternehmen und Universitäten zusammen, die mithilfe der OF2i®-Methode unglaubliche Resultate in der Produktion und der Forschung erzielen. Diese mutigen Pioniere haben erkannt, dass sie der Konkurrenz mit unserer patentierten Nanopartikelcharakterisierungsmethode einen Schritt voraus sein oder ihre Forschung damit auf ein vollkommen neues Level heben können. Wenn dich herkömmliche Partikel-Messmethoden in deiner Forschung einschränken oder du die Produktion in deinem Unternehmen effizienter gestalten willst, stellen wir dir unsere revolutionäre Methode gerne im Rahmen einer Live-Demonstration vor. Unsere Experten beantworten dir auch gerne all deine Fragen und beraten dich umfassend.

Lerne OF2i® kennen und werde zum First Mover.