方法文章

利用停流法与小角中子散射测量纳米尺度材料的时间演化

DOI：

10.3791/62873

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2021年8月6日

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1NIST Center for Neutron Research, National Institute of Standards and Technology, 2Department of Chemistry and Biochemistry, University of Windsor, 3Department of Physics, University of Windsor

本文内容

摘要

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

本方案介绍了使用停流进样环境快速混合多种液体溶液的方法 原位 在小角中子散射测量期间，研究纳米尺度长度和秒级时间尺度上的动力学过程。

摘要

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

本文介绍了使用停流小角中子散射（SANS）样品环境快速混合液体样品，并在数秒至数分钟的时间尺度上研究纳米尺度动力学过程的方法。该停流样品环境利用 commercially available 的注射泵混合所需体积的液体样品，随后在约1秒内通过动态混合器将混合液注入石英玻璃池中。时间分辨SANS数据采集与样品混合过程同步，以追踪混合后溶液中纳米结构的演变过程。

为了最高效地利用中子束时间，我们在测量之间使用一系列流路选择阀自动完成样品池的装载、冲洗和干燥，从而在多次进样过程中实现重复数据采集。重复进样直至获得足够的中子散射统计量。混合装置可编程以系统性地改变条件，用于测量不同混合比例、样品浓度、添加剂浓度和温度下的反应动力学。每次进样的最小样品体积约为 150 µL，具体取决于石英池的光程长度。

使用该停流样品环境对在添加剂环糊精存在下快速脂质交换动力学的代表性结果进行了展示。囊泡外叶（外侧）脂质的交换在数秒量级内发生，而内外侧脂质的完全交换则在数小时内完成。测量脂质交换动力学需要 原位 混合以捕捉较快（秒级）和较慢（分钟级）的过程，并提取动力学速率常数。相同的样品环境也可用于研究其他类型液体样品中的分子交换，例如脂质纳米颗粒、蛋白质、表面活性剂、聚合物、乳液或无机纳米颗粒。测量交换或反应体系在纳米尺度上的结构转变及其动力学，将为纳米尺度演化的各类过程提供新的认识。

引言

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

小角中子散射（SANS）提供了一种独特的方法，用于测量各种材料在约1 nm至约100 nm长度尺度上的尺寸、形状、相互作用和有序结构1,2,3。近年来的仪器发展，包括配备聚焦镜的VSANS（甚小角中子散射）仪器，已将可测尺度扩展至最大约1000 nm4,5。通常情况下，中子散射方法所特有的散射对比度在测量纳米尺度结构的时间演化过程中具有多项优势，例如药物配方中组分的聚集6、聚合物体系中的交联与凝胶化反应7,8、膜蛋白的in meso结晶9,10、蛋白质的降解与去折叠11,12，以及硅基材料的生长过程13,14,15。这种独特的散射对比度使时间分辨小角中子散射（TR-SANS）成为其他基于停流技术测量方法的有力补充。

停流混合方法常用于小角X射线散射（SAXS）16,17,18,19,20,21、荧光光谱法22,23,24,25,26以及光散射27,28,29,30,31,32实验中，以研究毫秒时间尺度上的动力学过程。SANS与SAXS之间的一个重要区别在于，中子散射是一种非破坏性表征技术，因此SANS可以在数小时甚至数天内对同一样品进行多次测量，而不会像高通量X射线散射实验33那样造成样品的电离辐射损伤。由于重复的SANS测量不会改变探针分子或样品的化学结构，因此可以在无光漂白等干扰效应的情况下研究其时间演化过程，而这类干扰可能会影响依赖荧光的动力学测量结果23,24。此外，SANS还可用于测量高浓度且光学不透明的样品，这类样品通常难以通过基于光的技术（如动态光散射）进行表征。

除了提供纳米尺度的结构信息外，小角中子散射（SANS）还可通过中子散射长度密度对比度的变化来探测这些结构的局部组成。不同元素的散射长度密度（SLD）在元素周期表中呈随机变化，并且同一元素的不同同位素之间也存在差异。一个常用的例子是氢（1H 或 H）与氘（2H 或 D），它们的中子散射长度显著不同。因此，富含氢的材料（如表面活性剂、脂质、蛋白质、RNA、DNA 及其他聚合物）可通过 SANS 与氘代溶剂区分开来，且不会显著改变体系的物理性质。然而需要注意的是，H/D 交换可能会影响样品的密度、氢键作用以及相变温度。尽管如此，SANS 对富含氢材料的独特灵敏性在软物质研究中尤为有用，因为感兴趣样品在基于X射线的技术（如小角X射线散射SAXS）中通常散射对比度和信号较弱。同位素取代还使得 SANS 成为研究富含氢材料中分子交换动力学的有力工具，只需混合含H标记和D标记的分子即可实现。在那些体积较大的荧光染料比目标表面活性剂或脂质分子更大并可能影响交换动力学的体系中，同位素取代尤其具有优势34,35。

时间分辨SANS测量具有优势，因为所测得的强度是时间、长度尺度和散射长度密度对比度的函数。因此，可以设计时间分辨SANS实验，以研究样品在空间分布和组成上随时间变化的情况。SANS的这些独特优势已为多种软物质体系（如表面活性剂）中的动力学过程提供了重要的认识36,37,38，乳液39,40,41，脂质34,42,43,44,45,46,47,48,49,50和聚合物51,52,53,54,55,56,57,58,59,60,61,62大多数时间分辨小角中子散射（TR-SANS）研究集中于分钟到小时的时间尺度。然而，许多感兴趣的反应动力学过程发生在秒级时间尺度上，对于理解其潜在机制至关重要。捕捉这些早期时间点需要实现溶液的快速混合与测量。 原位，其中混合过程与停流光散射实验中的数据采集同步进行27,28,29,30,31,32，荧光22,23,24,25,26和X射线16,17,18,19,20,21 实验。本研究描述了一种样品环境的使用方法，该环境可快速混合多种液体样品，并将混合物注入石英玻璃池中，用于时间分辨小角中子散射（TR-SANS）测量。该混合装置是对近期开发的毛细管流变-SANS（rheoSANS）装置的改进版本。63 使用多个注射泵和阀门来控制样品混合，并实现细胞清洗的自动化。通过将注射泵连接至一系列流路选择阀，可对多股进样流进行重复混合、测量、冲洗和干燥，从而在秒级时间尺度上实现时间分辨小角中子散射（TR-SANS）测量。

当前实验流程假设目标样本已被识别并完成制备。我们重点关注 原位 混合装置及收集时间分辨小角中子散射（TR-SANS）数据的方法。中子散射数据在国家标准与技术研究院（NIST）中子研究中心（NCNR）的VSANS仪器上采集；然而，该方法应适用于其他小角中子散射（SANS）仪器。有兴趣在其他SANS仪器上实施类似协议的读者，应咨询当地仪器科学家，以确定最佳仪器配置，从而在与目标动力学过程最相关的长度尺度和时间尺度上最大化中子通量。本文所展示的数据是使用VSANS上的高通量“白光束”配置采集的，以牺牲空间分辨率为代价来最大化中子计数5探测器滑座被定位以覆盖一定范围的散射矢量（q），0.005 Å-1 < q < 0.5 Å-1，对应长度尺度约为130 nm至约13 nm。散射矢量定义为 q = 4π/λ sin(θ/2)，其中 λ 为中子波长，θ 为散射角。

用于时间分辨小角中子散射（TR-SANS）测量的停流混合装置由多个泵、清洗注射器、样品注射器、流路选择器，以及一个动态混合器、样品池和混合样品容器组成，如图1所示。所有密封的流体通路均位于一个带有空调的封闭腔体内，包括注射器、阀门、连接管路、动态混合器和样品池。通过可编程的热电空调系统控制腔体温度，使其在10 °C至50 °C范围内保持±1 °C的精度。请注意，部分腔体隔热材料已被移除，以便展示装置的内部工作部件。主混合装置腔体安装在NCNR的NG3 VSANS中子束线的平移平台上。通过调节平移平台的位置，将样品池精确置于中子束路径上（黄色虚线所示）。

用于中子散射的注射泵系统；示意图突出显示用于样品混合的阀门和注射器装置。
图1：在NIST中子研究中心VSANS光束线上结合停流混合与小角中子散射测量的示例装置。该装置包含四个注射泵、两个用于溶剂冲洗的注射器和两个用于样品注入的注射器、四个泵选择阀、两个混合器选择阀、一个动态混合器、一个流通式石英池以及一个混合样品容器。入射中子从位于样品池内的混合样品上发生散射。使用带有石英窗口的隔热 enclosure 和热电空调单元，以将样品及所有设备维持在恒定温度。黄色虚线表示中子束路径。比例尺 = 10 cm。 请点击此处查看该图的放大版本。

图 1 所示装置配置有两个样品注射器、两个清洗注射器和一个样品池。该实验方案各步骤对应的流路示意图如图 2 所示。将两种不同样品的目标体积注入混合器和样品池中（图 2A）。一旦样品池充满，进样切换阀（ISV）和出样切换阀（OSV）即关闭，以将样品池与动态混合器隔离，并防止在采集时间分辨小角中子散射（TR-SANS）数据期间样品反向扩散进入样品池（图 2B）。在动态混合器之前，连接管路的长度可在 10 cm 至 1 m 之间变化，但不会影响混合延迟时间。然而，动态混合器与样品池之间的管路连接将影响混合延迟时间以及所需的样品注入体积。采用内径为 0.04 英寸（1 mm）、长度为 100 mm 的预切不锈钢管连接动态混合器、混合器选择阀（MSV1 和 MSV2）以及 ISV 和 OSV。采用内径为 1 mm、长度为 115 mm 的氟化管将 ISV 和 OSV（或动态混合器出口）连接至样品池。影响混合延迟时间的总空体积包括混合器空体积（0.15 mL）、混合器出口至样品池入口之间管路的空体积（0.09 mL）以及样品池体积（0.16 mL）。本示例中，总空体积为 0.4 mL。与管路、混合器及样品池的空体积相比，阀门内部的空体积可忽略不计。例如，所用低压选择阀（孔径 0.75 mm）的空体积约为 4 µL，而高压选择阀和切换阀（孔径 0.25 mm）的空体积约为 0.5 µL。

TR-SANS 测量完成后，用溶剂将样品从样品池中推出，并反复泵入清洗溶剂，以去除残留样品并清洁样品池（图 2C）。请注意，清洗用注射器通过泵选择阀连接至较大的溶剂储液罐（例如水和乙醇），以确保在每次测量之间有充足的溶剂体积用于清洁样品池。含有易燃液体的溶剂源、样品源和混合样品容器均放置在独立的封闭装置中，且内部不放置任何电气设备，以消除所有可能的点火源。此外，使用防挥发瓶盖以减少易燃蒸气的产生和溶剂挥发。最后，用氮气气流吹干样品池，以去除残留的清洗溶剂（图 2D）。通过氮气钢瓶上的手动压力调节器，将进入混合器选择阀的氮气入口压力调节至约 2 bar（0.2 MPa，表压）。当样品池充分清洁并干燥后，将新配制的样品注入样品池，进入下一轮测量循环（重复 图 2A 流程图中所示的混合与注射过程）。

色谱系统示意图、溶剂混合过程、阀门状态、液体流动路径分析。
图2：使用一个样品池、两种样品混合以及两种冲洗溶剂进行清洗的流程示例图。（A）样品A（蓝色）与样品B（红色）混合，随后将混合样品（紫色）流入样品池中。（B）在数据采集期间，停流装置的状态，此时ISV和OSV切换阀关闭，以隔离样品池并防止在数据采集过程中样品发生回流扩散。（C）数据采集完成后，使用来自SS1的冲洗溶剂（绿色）对样品池进行清洗的步骤。（D）用氮气（橙色）对样品池进行干燥的步骤。缩写：PSV = 泵选择阀；MSV = 混合器选择阀；OSV = 出口切换阀；ISV = 入口切换阀；SS1 = 溶剂源1；SSA = 样品源A；N2 = 氮气源。请点击此处查看该图的放大版本。

图3展示了略有不同的流程图版本，其中混合装置配置了两个独立的样品池，并连接至同一组切换阀（图3A）。当在样品池1中采集时间分辨小角中子散射（TR-SANS）数据时，样品池2正在进行冲洗（图3B）和干燥（图3C）。当样品池1的数据采集完成后，进样切换阀将新混合的样品导入样品池2以进行数据采集（图3D）。在样品池2采集TR-SANS数据的同时，样品池1则进行冲洗和干燥（图3E）。这种在两个样品池之间交替并行的操作方式，最大限度地缩短了连续进样之间的时间间隔，并提高了中子束时间的利用效率。

流体系统示意图；显示用于流体样品处理装置的多阀操作序列。
图3：使用两个样品池、两种样品混合以及两种清洗溶剂进行清洗的流程示意图。（A）混合样品A（蓝色）和样品B（红色），然后将混合后的样品（紫色）流入样品池1。（B）在样品池1进行数据采集期间，停止流动装置的状态，同时使用来自SS1的溶剂（绿色）清洗样品池2。（C）在样品池1进行数据采集期间，停止流动装置的状态，同时使用氮气（橙色）干燥样品池2。（D）当样品池1的数据采集完成后，立即混合新的样品（紫色）并将其流入样品池2。（E）在样品池2进行数据采集期间，停止流动装置的状态，同时使用来自SS1的溶剂（绿色）清洗样品池1。当一个样品池正在进行测量时，另一个样品池则处于清洗和干燥状态。停止流动测量过程在两个样品池之间交替进行，以最小化连续样品混合注入之间的时间间隔。缩写：PSV = 泵选择阀；MSV = 混合器选择阀；OSV = 出口切换阀；ISV = 入口切换阀；SS1 = 溶剂源1；SSA = 样品源A；N2 = 氮气源。请点击此处查看该图的放大版本。

以下详细描述了连接泵和管路、启动系统、冲洗和干燥样品池以及注入混合样品的逐步操作流程。尽管为简化起见仅展示了单样品池配置（图2），但该灵活的模块化装置、操作流程及脚本可轻松修改，以适配更多注射泵、阀门、混合器或样品池配置，例如 图3 所示的双样品池配置。在整个混合和清洗注射循环过程中采集的代表性原始中子计数率数据如 图4 所示，而在三种不同温度下测得的脂质交换动力学数据以及提取出的对应于已交换脂质比例的归一化散射强度分别如 图5 和 图6 所示。

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方案

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1. 设置并启动停流系统。

  1. 使用电源开关打开所有泵的电源供应器和动态混合器。
  2. 在停流系统控制图形用户界面（GUI）中，通过输入设备配置路径并使用命令 bus=qmixbus.Bus()、bus.open()、bus.start()、pump=qmixpump.Pump()、pump.enable() 和 valve=ViciMultiposSelector()  启动所有泵和阀门（参见在线开源代码仓库中提供的示例初始化代码64）。
  3. 在连接注射器之前，使用命令 pump.calibrate() 对泵进行校准。
  4. 使用命令 valve.setPort() 和 valve.getPort() 确认阀门已成功启动，并能按指令移动至正确的选择端口。
  5. 使用命令 pump.set_syringe_param(A, B) 设置每个泵所用的注射器类型，其中 A 为注射器筒内径（mm），B 为注射器活塞最大行程距离（mm）。
  6. 将样品注射器连接至注射泵。
    1. 确保泵已完成校准后，将洁净的注射器筒拧紧至泵顶部的连接口（注射器安装头）。
    2. 当使用玻璃注射器时，在排出填充体积前应先松开注射器安装头，以避免因活塞施加过大力量而导致玻璃注射器破裂。
    3. 将注射器活塞拧紧至泵底部的连接口（注射器安装尾部）。
    4. 在注射器筒和注射器活塞连接至泵后，使用命令 pump.empty() 排出该类型注射器的填充体积，使注射器活塞移动至注射器筒顶部。
    5. 当使用玻璃注射器时，在活塞停止移动后拧紧注射器安装头。
  7. 将管路连接至样品源、溶剂源、注射器、阀门、混合器、样品池和混合样品容器。
    1. 将注射泵管路连接至泵选择阀。
    2. 将泵选择阀管路连接至样品源。
    3. 将泵选择阀管路连接至清洗溶剂源。
    4. 将泵选择阀管路连接至混合器选择阀管路。
    5. 将混合器选择阀管路连接至氮气源。
    6. 将混合器选择阀管路连接至混合器入口。
    7. 将混合器出口连接至进样切换阀。
    8. 将进样切换阀连接至样品池入口。
    9. 将样品池出口连接至出样切换阀。
    10. 将出样切换阀连接至混合样品容器。
  8. 在停流系统控制 GUI 中定义所有已连接的管路和阀门（步骤 1.7），输入每个阀门对应的实际端口连接编号（参见在线开源代码仓库中的示例控制代码64）。
  9. 计算混合器入口至样品池出口之间管路的空体积，该体积决定了每次测量所需填充样品池的最小样品量。

2. 加载样品。

  1. 在停流系统控制图形用户界面中输入所需的样品填充体积和溶剂填充体积（参见在线开源代码库中的示例控制代码64）。
  2. 使用 pump.aspirate() 命令通过泵选择阀从样品源中吸取（抽吸）所需体积的样品和溶剂进入样品注射器。
    ​注意：首次向空注射器加载时，注射器顶部会存在空气，必须在第3步中通过排空操作以样品和溶剂对系统进行预灌注。

3. 启动系统。

  1. 使用 pump.dispense() 命令将注射器、管路和阀门中的所有空气排出（排液）。确保从每个注射器中排出足够的液体体积，以彻底清除注射器、管路和阀门中的所有空气。如果在任何管路内可见气泡，请继续排出溶剂或样品，直至气泡完全消除。
  2. 系统中的空气排净后，至少执行一次样品进样和清洗程序（不采集中子散射数据）。
    1. 在控制图形用户界面（GUI）中，单击选择标记为 Start mixing experiment 的单元格。
    2. 在该单元格处于选中状态时，单击控制 GUI 顶部的 Run 按钮（右三角形），或同时按下键盘上的 Shift 和 Enter 键。
    3. 目视检查样品池，确认其中无气泡存在。
      1. 若样品池中存在气泡，则重复步骤 3.1 和 3.2，进一步清除管路中的残留空气。
      2. 若样品池中无气泡，则进入步骤 4，定义后续实验流程的其余步骤。

4. 在程序脚本中定义停流混合方案（参见在线开源代码仓库中的代码示例64）。

  1. 输入可编程空调（AC）单元的温度设定值，该单元用于控制停流装置周围隔热 enclosure 的温度。
    1. 按住 AC 控制单元上的 星号 按钮，同时按下 向上 和 向下 箭头以调节设定温度。或者，在控制 GUI 中输入所需的设定温度，然后点击 运行。
    2. 等待 15–30 分钟，使 enclosure 内部温度达到设定值并保持平衡，之后再开始动力学实验。
      注：当前可调节的温度范围为 10 °C 至 50 °C，温度稳定性为 ± 1 °C。
  2. 在控制 GUI 中输入所有冲洗程序的步骤，包括相应的体积、流速、时间及重复次数。
    1. 定义每次注入样品的体积，该体积决定了总流速（Q）。
    2. 定义冲洗过程中每种溶剂的注入体积。
    3. 定义每次冲洗子步骤之间的干燥时间（tdry）。
    4. 定义冲洗子步骤的次数。
    5. 定义后续各冲洗步骤中使用的不同溶剂。
    6. 定义每次测量后执行的冲洗重复次数（nrinse）。
    7. 定义样品池和混合器完全干燥所需的时间，以确保下一次样品注入前样品池清洁（tdry_final）。
  3. 在停流系统控制 GUI 中输入所有样品注入程序的步骤，包括相应的体积、流速和时间。
    1. 定义每次注入样品的体积和流速。
    2. 根据空体积（Vvoid）和总流速计算延迟时间（tdelay）（tdelay = Vvoid/Q）。
      注：延迟时间是指将混合样品充满样品池所需的时间。
    3. 设定 TR-SANS 数据的采集时间，确保所关注的整个动力学过程在此时间内完成（tscatt）。
    4. 设定散射实验结束与冲洗循环开始之间等待的时间（twait）。
      注：如果需要在样品从样品池冲洗前测量其中子透射率，则该等待时间应至少为 100 秒。样品透射率在 数据处理过程中用于将数据归一化为绝对强度。
    5. 定义执行的注入循环次数，每次注入之间运行步骤 4.2 中定义的冲洗程序（ncycle）。
  4. 使用公式（1）计算单次停流数据采集循环的总时间（tcycle）。
    tcycle = nrinse × (tdelay + tdry) + tdry_final + tdelay + tscatt （1）
    其中，nrinse = 冲洗重复次数（步骤 4.2.6）；tdelay = 停流装置的延迟时间（步骤 4.3.2）；tdry = 每次冲洗子步骤之间的干燥时间（步骤 4.2.3）；tdry_final = 样品池和混合器完全干燥所需时间（步骤 4.2.7）；tscatt = 所需 TR-SANS 数据采集时间（步骤 4.3.3）

5. 在SANS仪器控制图形用户界面中定义小角中子散射参数。

  1. 确定每个样品的关注长度尺度和q范围。
  2. 设定仪器配置，以覆盖所需的关注q范围，同时最大化样品处的中子通量。
  3. 在SANS仪器控制图形用户界面中，将VSANS总数据采集时间设置为步骤4.4中计算出的周期时间（中子散射数据采集时间 = tcycle）。
  4. 在SANS仪器控制图形用户界面中，将样品透射测量时间设置为100秒。
  5. 使用SANS仪器控制图形用户界面，在命令行中输入 GenerateEventModeData true ，以开启事件模式数据采集。

6. 在开始停流实验以处理时间分辨小角中子散射（TR-SANS）数据之前，收集用于数据归约的标准散射测量数据。

  1. 测量背景散射。
    1. 确保本地仪器快门处于关闭状态。
    2. 将阻断光束样品固定在样品光阑背面，固定本地仪器环境，然后打开本地仪器快门。
    3. 在软件中设定阻断光束散射数据的采集时间，并采集阻断光束散射数据，计数时间与最长的散射数据采集时间（tscatt）相同。
    4. 数据采集完成后，关闭仪器快门，并从样品光阑上取下阻断光束样品。
  2. 测量空池散射。
    1. 确保样品池已彻底冲洗并干燥。
    2. 打开本地仪器快门。
    3. 采集空池透射测量数据，持续 100 秒。
    4. 采集空池散射测量数据，计数时间至少为最长采集时间（tscatt）。

7. 开始停流实验。

  1. 以事件模式开始 VSANS 散射数据采集。
    1. 确保本地仪器区域安全，然后打开本地仪器的束流快门。
    2. 在仪器计算机上使用 SANS 仪器控制软件，通过将所需运行拖放到仪器队列中来开始 SANS 数据采集。
      注意：为确保测量最早的时间点，在开始停流混合实验之前即开始数据采集。后续步骤中将对延迟时间（tdelay）进行数据后处理。
  2. 在控制图形用户界面（GUI）中启动停流混合实验。
    1. 在停流系统控制 GUI 中，选择标记为开始混合实验的笔记本单元格。
    2. 选中该单元格后，点击停流设备控制程序顶部的运行按钮（右三角形），或同时按下键盘上的Shift和Enter键。
    3. 确认第 4 节中定义的停流混合程序已开始运行。
    4. 在散射运行结束后，使用 SANS 仪器控制 GUI 将 100 秒的透射率测量添加到 VSANS 仪器队列中。
    5. 在 SANS 仪器控制 GUI 中，为每个剩余的停流混合循环（ncycle - 1，步骤 4.3.5）向仪器队列添加一次散射测量运行和一次透射率测量运行。

8. 处理并降低数据以去除所有背景信号，校正检测器灵敏度，并校正样品透射率。

  1. 从服务器下载散射数据文件及相关的事件文件。
    注意：每次VSANS测量后将生成独立的探测器事件文件，每个活动的探测器载台（例如前、中和/或后探测器）对应一个事件文件。
  2. 使用命令 events=Rebin(filename)，后接命令 events.do_rebinning(timebins)，将散射数据按所需的时间区间进行分箱，其中输入参数 filename 对应于目标SANS数据文件的名称，timebins 是以秒为单位的所需时间分箱边界的列表。
    注意：如果输入的 timebins 为单个数值而非列表，则数据将被划分为 N 个等时间宽度的分箱，其中 N 为输入的 timebins 值（参见光束线提供的软件脚本及在线开源代码仓库64）。
  3. 使用光束线提供的软件对分箱后的散射数据进行归约处理65。

9. 分析时间分辨小角中子散射（TR-SANS）数据。

  1. 利用公式（2）根据测量时间计算感兴趣的过程时间（tprocess）。
    tprocess = ti -  tstop +  tdelay （2）
    其中 ti 为流体停止后开始的测量时间区间，tstop 为流体停止瞬间的测量时间，tdelay 为延迟时间。
  2. 使用步骤 8.2 中定义的时间区间以及步骤 9.1 中计算得到的 tprocess ，绘制 I(q) 随过程时间变化的 q 依赖强度图。
    注意：最早可测的过程时间受限于 tdelay。若需测量更早的时间点，可提高总流速（Q）或减小总体积空隙（Vvoid）。
  3. 从 I(q) 随过程时间的变化中提取感兴趣的动力学参数。

10. 结束实验。

  1. 通过关闭本地仪器快门来关闭中子束。
  2. 在断开任何部件、管路或卸下任何样品或混合样品容器之前，使用光束线提供的辐射监测仪进行辐射检查。
  3. 将注射器、管路和混合样品容器转移至健康物理部门。
  4. 填写健康物理表格，并等待健康物理人员评估。

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结果

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

此处展示的代表性中子数据测量了在甲基-β-环糊精（mβCD）存在下的脂质交换动力学，mβCD 是一种可催化囊泡间脂质交换的添加剂，其交换速率记为 ke66,67。先前的荧光研究表明，ke 依赖于 mβCD 的浓度，且交换过程的半衰期在分钟量级68。本实验采用停流时间分辨小角中子散射（stopped-flow TR-SANS）技术，在秒级时间尺度上测量 mβCD 催化的囊泡间脂质交换。制备了两种同位素不同的脂质囊泡群体：一种囊泡使用尾部氢化的二肉豆蔻酰基磷脂酰胆碱（DMPC）脂质制备（图5 中的 H-脂质囊泡），另一种囊泡则使用尾部氘代的 DMPC（DMPC-d54）脂质制备（图5 中的 D-脂质囊泡）。在 DMPC 和 DMPC-d54 的干燥脂质粉末中均添加了摩尔分数为 0.05（5 mol%）的带电荷的二肉豆...

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讨论

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

当前方案描述了混合装置及进行停流式时间分辨小角中子散射（TR-SANS）测量的步骤。该装置和协议针对低粘度液体样品进行了优化，适用于感兴趣的时间尺度为秒至分钟量级的研究。 ≈1 秒至 5 分钟。对于超过 5 分钟的时间尺度，手动混合样品并将其装入标准散射池可能更为简便且理想，尤其适用于高粘度样品、凝胶或膏状物。若需覆盖短于 1 秒的时间尺度，则需要采用不同的混合装置，降低总体死体积，并提高总流速以缩短延迟时间。还需注意的是，在这些极短时间尺度上研究动力学过程，通常需要重复多次样品注射，以便在毫秒时间尺度上通过时间分辨小角中子散射（TR-SANS）积累足够的散射计数统计量。若样品总体积有限，可考虑使用通量更高的技术，例如光散射或 X 射线散射，前提是光散射或 X 射线散射具有足够的散射对比度；这些方法所需的样品注射次数更少，或每次注射所需样品体积更小。

与专为中子散射实验优化的商用停流仪器相比，这种模块化的停流SANS方法具有若干关键优势与劣势。主要优势包括：（1）在清洗阶段交替进行不同样品池之间的时间分辨小角中子散射（TR-SANS）测量，以最大化中子束时间的利用效率；...

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披露

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作者声明无利益冲突。

致谢

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NG3 VSANS 的使用权限由高分辨率中子散射中心提供，该中心是美国国家标准与技术研究院和国家科学基金会根据协议号 DMR-2010792 建立的合作机构。M.H.L.N 感谢 Mitacs Globalink（加拿大）提供的资金支持。文中提及的任何商业产品或商标旨在促进理解，并不意味着美国国家标准与技术研究院对此表示认可或推荐。

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材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
动态混合器Analytical Scientific Instruments462-0150A磁力耦合转子，二元动态混合器组件（可提供三元型），0.15 mL 死体积（可提供更大死体积）
氟聚合物管路IDEX Health & Science1507LPFA 管路，天然色，1/16 英寸外径 × 0.040 英寸内径 × 50 英尺
氟聚合物 1/4-28 无法兰接头IDEX Health & ScienceXP-245PFA 无法兰接头带卡套，1/4-28 螺纹，适用于 1/16 英寸外径管路
玻璃注射器Hamilton Company81660Hamilton 1000 系列注射器，10 mL（81660），型号 1010 C 注射器，1/4"-28 螺纹接口，其他容积可选
高压流路选择阀Vici ValcoC85X-1570EUTBVici 10 位选择阀，最大耐压 15000 psi，孔径 0.25 mm，适用于 1/16 英寸外径管路，10-32 锥形螺纹接口，USB 通用驱动器
高压切换阀Vici ValcoC82X-1574EUHBVici 四通切换阀，最大耐压 15000 psi，孔径 0.25 mm，适用于 1/16 英寸外径管路，10-32 锥形螺纹接口，USB 通用驱动器
高压注射器CetoniA20190003583 mL 不锈钢注射器，最大压力 510 bar，最大流速 21 mL/min
低压流路选择阀Vici ValcoC25-3180EUHBVici 10 位选择阀，液体最大耐压 250 psi，孔径 0.75 mm，适用于 1/16 英寸外径管路，1/4-28 螺纹接口，USB 通用驱动器
neMESYS 高压注射泵CetoniA3921000103最大推力 2600 N
neMESYS 中压注射泵CetoniA3921000131最大推力 1000 N
电源CetoniA3921000127Base 600，可为最多 4 台高压泵供电
石英流通样品池Starna Scientific3-2.30-Q-1/TC石英微量流通池，光程 2 mm（可提供 1 mm），内部尺寸 2 mm × 2 mm × 30 mm
石英窗口片Technical Glass ProductsNAGE 124 透明熔融石英研磨抛光板，尺寸 11.75 英寸 × 23.75 英寸 × 0.375 英寸厚
不锈钢 10-32 锥形压缩接头IDEX Health & ScienceU-321X, U-320X316 不锈钢卡套（U-321X）和螺母（U-320X）—Valco 类型，10-32 锥形，适用于 1/16 英寸外径不锈钢管路
不锈钢管路IDEX Health & ScienceU-102不锈钢管路，1/16 英寸外径 × 0.020 英寸内径，10 cm，可提供多种预裁长度
注射泵控制软件CetoniT6000000004用于 nemesys 泵的 QmixElements 软件，QmixSDK 软件开发套件
热电空调装置EIC SolutionsAAC-140C-4XT-HC安装在隔热 enclosure 上的热电空调装置，用于控制泵、阀、混合器和样品的温度
T 型槽导轨McMaster-Carr47065T103铝制 T 型槽导轨（1.5 英寸 × 1.5 英寸），可切割成不同长度
防挥发瓶盖 Cole-ParmerEW-12018-02含四个 304 不锈钢端口插件，1/4"-28 螺纹，GL45 瓶盖尺寸，PTFE 本体，不锈钢螺纹，PP 卡环

参考文献

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