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(huì)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(duì)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(zhǎng)λ之比（d/λ）很小，即數(shù)量級(jí)顯著小于0.1 時(shí)，則屬于瑞利散射，散射光強(qiáng)與波長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)可以比擬（d/λ的數(shù)量級(jí)為0.1～10）時(shí)，隨著粒子直徑的增大，散射光強(qiáng)與波長(zhǎng)的依賴關(guān)系逐漸減弱，而且散射光強(qiáng)隨波長(zhǎng)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(zhǎng)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(duì)其光散射特性研究中，入射光波長(zhǎng)、標(biāo)粒直徑以及入射光偏振角對(duì)散射光強(qiáng)的影響。

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入射光波長(zhǎng)對(duì)散射光強(qiáng)分布的影響

圖1.1 是相對(duì)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(duì)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(zhǎng)λ的增大，散射光強(qiáng)由主要集中在前向小角度內(nèi)（波長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)，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(zhǎng)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(zhǎng)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(duì)應(yīng)于不同的波長(zhǎng)，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(duì)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(duì)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(duì)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(duì)散射光強(qiáng)分布的影響

圖3.1是入射光波長(zhǎng)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(duì)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(duì)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(duì)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(zhǎng)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(cè).煙臺(tái)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(dòng)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(duì)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(duì)其進(jìn)行防控的最有效措施。在水產(chǎn)動(dòng)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(jiǎn)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(dòng)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(dòng)物納米載疫苗系統(tǒng)的研究、應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)，對(duì)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(duì)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(dòng)物活體成像系統(tǒng)檢測(cè)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(duì)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(duì)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(píng)估；

c、鯉魚巨噬細(xì)胞體外納米疫苗的攝取；

d、魚組織中納米疫苗的攝取；

e、用博鷺騰多模式動(dòng)物活體成像系統(tǒng)檢測(cè)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(duì)存活百分比。

Tips   AniView 100多模式動(dòng)物活體成像系統(tǒng)

AniView 100多模式動(dòng)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(dòng)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(duì)拍照影響的同時(shí)，配合零缺陷、科研級(jí)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(cè)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.