利用停流和小角中子散射测量纳米材料的时间演化

Summary

该协议介绍了使用停止流动的样品环境在小角中子散射测量期间原 位 快速混合多种液体溶液，并研究纳米长度尺度和第二时间尺度上的动力学过程。

Abstract

本文介绍了使用停止流动小角中子散射（SANS）样品环境快速混合液体样品，并在几秒钟到几分钟的时间尺度上研究纳米级动力学过程。停止流动的样品环境使用市售的注射泵混合所需体积的液体样品，然后在大约 1 秒内通过动态混合器注入石英玻璃池。时间分辨SANS数据采集与样品混合同步，以跟踪混合后溶液中纳米结构的演变。

为了最有效地利用中子束时间，我们使用一系列流量选择阀在测量之间自动加载、冲洗和干燥池，从而允许在多次样品进样过程中重复收集数据。重复进样，直到收集到足够的中子散射统计数据。混合设置可以编程为系统地改变条件，以测量不同混合比、样品浓度、添加剂浓度和温度下的动力学。每次进样所需的最小样品量约为 150 μL，具体取决于石英池的光程长度。

在添加剂环糊精存在下，给出了使用这种停止流动样品环境的代表性结果，用于快速脂质交换动力学。囊泡在几秒钟内交换外小叶（外部）脂质，并在数小时内完全交换内部和外部脂质。测量脂质交换动力学需要 原位 混合，以捕获更快（秒）和更慢（分钟）的过程并提取动力学速率常数。相同的样品环境也可用于探测其他类型的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。测量纳米级结构转变和交换或反应系统的动力学将为纳米尺度上演变的过程提供新的见解。

Introduction

小角中子散射 （SANS） 提供了一种独特的方法来测量各种材料的尺寸、形状、相互作用和组织，长度尺度从 ≈1 nm 到 ≈100 nm¹，^2，3。最近的仪器，包括带有聚焦镜的VSANS（甚小角中子散射）仪器，将极限推向了测量更大长度尺度的极限，最高可达≈1000 nm^4，5。通常，中子散射方法固有的独特散射对比在测量纳米级结构的时间演变方面具有几个优势，例如药物制剂中组分的^{聚集6，聚合物系统中的}交联和凝胶反应7，^{8，膜蛋白的}介观结晶9，¹⁰，蛋白质的降解和展开^11，12，以及二氧化硅基材料的生长¹³，^14，15。独特的散射对比度使时间分辨 SANS （TR-SANS） 成为其他基于停止流量的测量的有用补充。

停止流动混合方法通常在小角X射线散射（SAXS）16，17，^18，19，^20，21，荧光光谱^22，23，²⁴，²⁵，²⁶和光散射²⁷，^28，29，30中实现^。 31^，32 在毫秒时间尺度上研究动力学过程的实验。SANS和SAXS之间的重要区别在于，中子散射是一种无损表征技术，因此，SANS可用于测量同一样品数小时甚至数天，而不会对样品造成电离辐射损伤，这可能发生在高通量的X射线散射实验中³³。由于重复的SANS测量不会改变探针分子或样品的化学结构，因此可以在没有光漂白影响的情况下研究时间演变，例如，这可能会使依赖于荧光^23，24的动力学测量复杂化。此外，SANS可用于测量高浓度和光学不透明的样品，这些样品通常难以用动态光散射等基于光的技术进行表征。

除了提供纳米尺度的结构信息外，SANS还可用于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）在元素周期表中随机变化，并且随同一元素的不同同位素而变化。一个常用的例子是氢（¹H或H）和氘（²H或D），它们的中子散射长度差异很大。因此，富氢材料，如表面活性剂、脂质、蛋白质、RNA、DNA和其他聚合物，可以使用SANS与氘代溶剂区分开来，而不会显著改变系统的物理性质。然而，需要注意的是，H/D 交换会影响样品中的密度、氢键和相变温度。然而，SANS对富氢材料的独特灵敏度在软物质研究中特别有用，其中感兴趣的样品在基于X射线的技术（如SAXS）中具有较低的散射对比度和信号。同位素取代还使SANS成为通过简单地混合H标记和D标记分子来研究富氢材料中分子交换动力学的有力工具。同位素取代在体积较大的荧光染料大于感兴趣的表面活性剂或脂质分子并且会影响交换动力学的系统中特别有用^34，35。

时间分辨 SANS 测量是有利的，因为测量的强度是时间、长度尺度和 SLD 对比度的函数。因此，可以设计TR-SANS实验来探测样品空间分布和组成的时间变化。SANS的这些独特优势为许多软材料系统中的动力学过程提供了重要的见解，例如表面活性剂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TR-SANS研究都集中在几分钟到几小时的时间尺度上。然而，许多感兴趣的动力学过程发生在第二时间尺度上，对于理解潜在的机制至关重要。捕获这些早期时间点需要快速混合并原位测量溶液，其中混合与停止流光散射 27、²⁸、29、^30、31、³²、荧光^22、23、24、^25、26 和 X 射线^{期间的数据收集同步16}，¹⁷，¹⁸，¹⁹，^20，21次实验。这项工作描述了样品环境的使用，该环境旨在快速混合多个液体样品并将混合物注入石英玻璃池中进行TR-SANS测量。混合装置是最近开发的毛细管流变SANS装置⁶³的改编，使用多个注射泵和阀门来控制样品混合并自动清洁细胞。通过将注射泵连接到一系列流量选择阀，可以重复混合、测量、冲洗和干燥多个入口流，以促进秒级时间尺度上的 TR-SANS 测量。

目前的程序假定感兴趣的样品已经确定和制备。我们专注于原位混合设置和收集TR-SANS数据的方法。中子散射数据是在NIST中子研究中心（NCNR）的VSANS仪器上收集的;但是，该程序应适用于其他 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，以在与感兴趣的动力学过程最相关的所需长度尺度和时间尺度上最大化中子通量。这里提供的数据是使用VSANS上的高通量"白束"配置收集的，以在失去空间分辨率⁵的情况下最大化中子数。探测器架的位置覆盖一系列散射矢量（q），0.005 Å-1< q<0.5 ^Å-1，对应于≈130 nm至≈13 nm的长度尺度。散射矢量定义为q = 4 π/λ sin （θ/2），其中λ是中子波长，θ是散射角。

用于TR-SANS测量的停止流动混合装置由多个泵、冲洗注射器、样品注射器、流量选择器以及动态混合器、样品池和混合样品容器组成，如图 1所示。所有密封的流体管路都位于空调外壳内，其中包括注射器、阀门、连接管、动态混合器和样品池。可编程热电空调用于在±1°C内控制10°C至50°C范围内的外壳温度。 请注意，一些外壳绝缘层已被移除，以显示设备的工作部件。主混合装置外壳位于NCNR的NG3 VSANS光束线上的平移台上。使用平移台调整外壳位置，将样品池定位在中子束的路径中（黄色虚线）。

图 1:在 NIST 中子研究中心的 VSANS 光束线上结合停止流混合和小角中子散射测量的示例设置。 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进样的注射器、四个泵选择阀、两个混合器选择阀、一个动态混合器、一个流通式石英池和一个混合样品容器。入射中子从位于样品池内的混合样品中散射。带有石英窗的绝缘外壳和热电空调装置用于在恒温下控制样品和所有设备。黄色虚线表示中子束路径。比例尺 = 10 厘米。 请点击此处查看此图的大图。

图1所示的设备配置有两个样品注射器、两个冲洗注射器和一个样品池。协议不同步骤的相应流程图如图2所示。将所需体积的两种不同样品注入混合器和样品池（图2A）。样品池填充后，入口开关阀（ISV）和出口开关阀（OSV）关闭，以将样品池与动态混合器隔离，并防止样品在TR-SANS数据收集期间回扩散到池中（图2B）。在动态混合器之前，连接管的长度从10厘米到1米不等，不会影响混合延迟时间。但是，动态混合器和样品池之间的管道连接会影响混合延迟时间和所需的样品进样量。内径为 0.04 英寸（1 毫米）、长度为 100 毫米的预切不锈钢管用于连接动态混合器、混合器选择阀（MSV1 和 MSV2）以及 ISV 和 OSV。内径为 1 mm、长度为 115 mm 的氟化管用于将 ISV 和 OSV（或动态混合器出口）连接到样品池。影响混合延迟时间的总空隙体积包括混合器空隙体积 （0.15 mL）、混合器出口和样品池入口之间的管道 （0.09 mL） 以及样品池体积 （0.16 mL）。在本例中，总空隙体积为 0.4 mL。与管道、混合器和样品池的空隙体积相比，阀门的内部空隙体积可以忽略不计。例如，采用的低压选择阀（0.75 mm 孔径）包含大约 4 μL 的空隙体积，而高压选择阀和开关阀（0.25 mm 孔径）包含大约 0.5 μL 的空隙体积。

TR-SANS测量完成后，用溶剂将样品推出池外，并反复将冲洗溶剂泵入池中以除去残留样品并清洁样品池（图2C）。请注意，冲洗注射器通过泵选择器值连接到较大的溶剂储液槽（例如，水和乙醇），以确保在测量运行之间有足够的溶剂量来清洁样品池。溶剂源、样品源和含有易燃液体的混合样品容器放置在单独的外壳中，没有电气设备，以消除所有可能的点火源。此外，蒸汽锁定瓶盖用于最大限度地减少易燃蒸气和溶剂蒸发。最后，用氮气流干燥样品池以除去残留的冲洗溶剂（图2D）。使用位于氮气瓶上的手动压力调节器，将混合器选择阀的入口氮气压力调节到大约 2 bar（0.2 MPa，表压）。一旦样品池充分清洁和干燥，将新混合的样品注入样品池中以进行下一个测量周期（重复 图2A流程图所示的混合和进样）。

图 2:使用一个样品池、两个样品混合和两种冲洗溶剂进行清洁的示例流程图。 （A）混合样品A（蓝色）和样品B（红色），然后将混合的样品（紫色）流入样品池中。（B）在数据收集期间，ISV和OSV开关阀关闭以隔离样品池并防止样品在数据收集过程中反向扩散的停止流设备状态。（C）数据收集后用SS1（绿色）的漂洗溶剂冲洗样品池的清洁步骤。（D）干燥步骤，其中样品池用氮气（橙色）干燥。缩写:PSV = 泵选择阀;MSV = 混合器选择阀;OSV = 出口开关阀;ISV = 入口开关阀;SS1 = 溶剂源 1;SSA = 样品源 A;N2 = 氮气源。请点击此处查看此图的大图。

图 3 显示了略有不同的版本的流程图，其中混合设置配置为连接到同一开关阀的两个独立样品池（图 3A）。在样品池1中收集TR-SANS数据的同时，对样品池2进行冲洗（图3B）并干燥（图3C）。当样品池 1 的数据收集完成后，入口开关阀将新混合的样品引导到样品池 2 中进行数据收集（图 3D）。在样品池2中收集TR-SANS数据的同时，对样品池1进行冲洗和干燥（图3E）。两个样品池之间的这种交替平行过程最大限度地减少了后续样品进样之间的时间，并最大限度地利用了中子束时间。

图 3:使用两个样品池、两个样品混合和两个冲洗溶剂进行清洁的示例流程图。 （A）混合样品A（蓝色）和样品B（红色），然后将混合样品（紫色）流入样品池1。（B） 样品池 1 上数据收集期间的停止流动设备状态，同时用 SS1（绿色）中的溶剂冲洗样品池 2。（C） 样品池 1 上数据收集期间的停止流动设备状态，同时样品池 2 用氮气（橙色）干燥。（D）样品池1的数据收集完成后，立即混合新样品（紫色）并流入样品池2。（E） 样品池 2 上数据收集期间的停止流动设备状态，同时用 SS1 中的溶剂冲洗样品池 1（绿色）。在测量一个样品池的同时，正在清洁和干燥另一个样品池。停止流量测量过程在两个样品池之间交替进行，以最大限度地缩短后续样品混合进样之间的时间。缩写:PSV = 泵选择阀;MSV = 混合器选择阀;OSV = 出口开关阀;ISV = 入口开关阀;SS1 = 溶剂源 1;SSA = 样品源 A;N2 = 氮气源。请点击此处查看此图的大图。

下面描述了用于连接泵和管路、启动系统、冲洗和干燥样品池以及注入混合样品的分步方案。虽然为了简单起见，演示了单细胞配置（图2），但可以轻松修改灵活的模块化设置、协议和脚本，以实现更多的注射泵、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周期中收集的代表性原始中子计数速率数据如图4所示，而在3种不同温度下测量的脂质交换动力学和对应于交换脂质分数的提取归一化散射强度分别显示在图5和图6中。

Protocol

1. 设置并启动停止流系统。

1. 使用电源开关打开所有泵电源和动态混合器。
2. 通过输入设备配置路径并使用命令 bus=qmixbus，在停止流量系统控制图形用户界面 （GUI） 中启动所有泵和阀门。Bus（）， bus.open（）， bus.start（）， pump=qmixpump.Pump（）、pump.enable（） 和 valve=ViciMultiposSelector（）（参见在线开源存储库⁶⁴ 中提供的示例启动代码）。
3. 在安装注射器之前，使用命令 pump.calibrate（）校准泵。
4. 确认阀门已启动，并使用命令 valve.setPort（ ） 和 valve.getPort（） 移动到正确的选择器端口。
5. 使用命令 pump.set_syringe_param（A，B）分配用于每个泵的注射器类型，其中 A 是注射器筒内径（mm）， B 是注射器最大活塞行程距离（mm）。
6. 将样品注射器连接到注射泵。
   1. 确保泵已校准后，将干净的注射器筒拧入泵顶部的连接处（注射器安装头）。
   2. 使用玻璃注射器时，请确保在分配填充量之前松开注射器安装头，以便玻璃注射器不会因注射器活塞的过大力量而破裂。
   3. 将注射器活塞拧入泵底部的连接处（注射器安装尾部）。
   4. 注射器筒和注射器活塞连接到泵后，使用命令 泵.empty（）分配注射器的填充量，该命令将注射器活塞移动到注射器筒的顶部。
   5. 使用玻璃注射器时，在活塞运动停止后拧紧注射器安装头。
7. 将管路连接到样品和溶剂源、注射器、阀门、混合器、样品池和混合样品容器。
   1. 将注射泵管连接到泵选择阀。
   2. 将泵选择阀管连接到样品源。
   3. 将泵选择阀管连接到冲洗溶剂源。
   4. 将泵选择阀管连接到混合器选择阀管。
   5. 将混合器选择阀管连接到氮气源。
   6. 将混合器选择阀管连接到混合器入口。
   7. 将混合器出口连接到入口开关阀。
   8. 将入口开关阀连接到样品池入口。
   9. 将样品池出口连接到出口开关阀。
   10. 将出口开关阀连接到混合样品容器。
8. 通过键入对每个阀门的相应端口号连接，在停止流量系统控制 GUI 中定义所有管道和阀门连接（步骤 1.7）（请参阅在线开源存储库⁶⁴ 中的示例控制代码）。
9. 计算混合器入口和样品池出口之间管道的空隙体积，该体积定义了每次测量填充样品池所需的最小样品量。

2. 加载样品。

1. 通过键入所需的数字，在停止流量系统控制GUI中设置所需的样品填充量和溶剂填充量（请参阅在线开源存储库⁶⁴中的示例控制代码）。
2. 使用 pump.aspirate （） 命令通过泵选择阀将所需的样品和溶剂体积从其来源吸入（吸出）到样品注射器中。
   注意:首次装入空注射器时，注射器顶部将存在空气，必须在步骤3中清除空气以向系统灌注样品和溶剂。

3. 启动系统。

1. 使用 pump.dispense （） 命令从注射器、管路和阀门中推出（分配）所有空气。确保从每个注射器中分配足够的液体量，以完全去除注射器、管路和阀门中的所有空气。如果任何管道内可见气泡，请继续分配溶剂或样品，直到气泡被去除。
2. 从系统中清除空气后，执行至少一个样品进样和冲洗程序（不收集中子散射数据）。
   1. 单击以在控制 GUI 中选择标记为 "开始混合实验 "的单元格。
   2. 主动选择此单元格后，单击位于控制 GUI 顶部的 "运行 "按钮（直角形），或同时按键盘上的 Shift 和 Enter 键。
   3. 目视检查样品池以确认不存在气泡。
      1. 如果存在气泡，请重复协议步骤3.1和3.2以进一步清除管路中的任何空气。
      2. 如果样品池中不存在气泡，请继续执行步骤4以定义剩余的实验方案步骤。

4.在程序脚本中定义停止流混合协议（参见在线开源存储库⁶⁴中的代码示例）。

1. 输入可编程空调 （AC） 单元的温度设定点，该单元控制截止流设备周围绝缘外壳的温度。
   1. 按住 AC 控制单元上的 星形 按钮的同时，按 向上 和 向下 箭头更改设定点温度。或者，在控制 GUI 中键入所需的温度设定值，然后单击 运行。
   2. 等待15-30分钟，让外壳内部在所需温度下平衡，然后再开始动力学实验。
      注意:目前可访问的温度范围在 10 °C 和 50 °C 之间，温度稳定性± 1 °C。
2. 通过在控制 GUI 中输入适当的体积、流速、时间和重复次数，输入所有冲洗序列步骤。
   1. 定义要进样的每个样品的体积，该体积定义总流速 （Q）。
   2. 定义冲洗过程中要注入的每种溶剂的体积。
   3. 定义每个漂洗子步骤之间的干燥时间（t_干燥）。
   4. 定义冲洗子步骤的数量。
   5. 为后续冲洗步骤定义不同的溶剂。
   6. 定义每次测量后要执行的冲洗重复次数（n_冲洗）。
   7. 定义样品池和混合器完全干燥的时间，为后续样品进样提供干净的样品池（t_{dry_final}）。
3. 通过在停止流量系统控制 GUI 中键入适当的体积、流速和时间来定义所有样品进样序列步骤。
   1. 定义要进样的每个样品的体积和流速。
   2. 根据空隙体积（V 空隙）和总流速（t 延迟 = V_空隙/Q）计算_延迟 时间（t_延迟）。
      注意:延迟时间是用混合样品填充样品池所需的时间。
   3. 定义TR-SANS数据所需的采集时间，以便发生整个感兴趣的动力学过程（t_scatt）。
   4. 设置散射实验结束和漂洗周期开始之间的等待时间（t_等待）。
      注意:如果要在从电池中冲洗样品之前测量样品中子传输，则此等待时间应至少为 100 秒。数据处理过程中需要样品传输，以将数据降低到绝对强度。
   5. 定义步骤4.2（n_个周期）中定义的每次进样之间运行的冲洗序列要执行的进样循环数。
4. 使用公式 （1） 计算单个停止流数据收集周期（t_周期）的总时间。
   T_循环 = N_漂洗×（T 延迟 + T_干燥）+ T_{dry_final} + T_延迟 + T_漂洗 （1）
   其中n漂_洗=漂洗 重复次数（步骤4.2.6）;t延迟=停止流动装置的_延迟 时间（步骤4.3.2）;t_dry = 每个漂洗子步骤之间的干燥时间（步骤 4.2.3）;t_{dry_final} = 样品池和混合器完全干燥的时间（步骤4.2.7）;t_scatt = 所需的 TR-SANS 数据采集时间（步骤 4.3.3）

5. 在SANS仪器控制界面中定义小角中子散射参数。

1. 确定每个样品的长度尺度和感兴趣的q范围。
2. 定义仪器配置以覆盖所需的目标 q 范围，同时最大限度地提高样品处的中子通量。
3. 在 SANS 仪器控制 GUI 中将 VSANS 数据采集总时间设置为步骤 4.4 中计算的周期时间（中子散射数据采集时间 = t_周期）。
4. 在 SANS 仪器控制 GUI 中将样品传输测量时间设置为 100 秒。
5. 使用 SANS 仪器控制 GUI，通过在命令行中键入 GenerateEventModeData true 来打开事件模式数据收集。

6. 在开始停止流实验以处理 TR-SANS 数据之前，收集标准散射测量值以进行数据缩减。

1. 测量背景散射。
   1. 确保本地仪器快门已关闭。
   2. 将阻挡的光束样品连接到样品孔径的背面，保护本地仪器环境，并打开本地仪器快门。
   3. 在软件中定义阻塞光束散射数据采集时间，并收集阻塞光束散射数据，计算与最长散射数据采集时间（t_scatt）相同的持续时间。
   4. 数据收集完成后，关闭仪器快门，并从样品孔径中取出阻挡的光束样品。
2. 测量空细胞散射。
   1. 确保样品池已彻底冲洗并干燥。
   2. 打开本地仪器快门。
   3. 收集空电池透射测量值100秒。
   4. 收集空细胞散射测量值，至少计算最长的采集时间（t_scatt）。

7. 开始停止流动实验。

1. 在 事件 模式下启动 VSANS 分散数据收集。
   1. 确保本地仪器区域安全，然后打开本地仪器光束快门。
   2. 使用仪器计算机上的 SANS 仪器控制软件开始收集 SANS 数据，方法是将所需的运行拖放到仪器队列中。
      注意:为确保测量最早的时间点，请在开始停止流动混合实验之前开始数据收集。数据将在后面的步骤中进行后处理，以考虑延迟时间（t_延迟）。
2. 在控制 GUI 中启动停止流动混合实验。
   1. 在停止流系统控制 GUI 中选择标记为 开始混合实验 的笔记本单元格。
   2. 主动选择此单元格后，单击位于停止流设备控制程序顶部的 "运行" 按钮（直角形），或同时按键盘上的 Shift 和 Enter 键。
   3. 确认第 4 节中定义的停止流混合协议已开始运行。
   4. 在散射运行后，使用 SANS 仪器控制 GUI 将 100 s 传输测量结果添加到 VSANS 仪器队列中。
   5. 在 SANS 仪器控制 GUI 中，为每个剩余的停止流混合周期（n_周期 - 1，步骤 4.3.5）将一个散射测量运行和一个传输测量运行添加到仪器队列中。

8. 处理和减少数据以去除所有背景，校正检测器灵敏度，校正样品传输。

1. 从服务器下载分散数据文件和关联的事件文件。
   注意:每次VSANS测量后将生成单独的探测器事件文件，每个活动探测器托架（例如，前、中和/或后探测器）生成一个事件文件。
2. 使用命令 events=Rebin（文件名），后跟命令 e vents.do_rebinning（timebins），将分散数据分箱到所需的时间箱，其中输入文件名对应于所需 SANS 数据文件的名称，timebins 是所需时间箱边界的列表（以秒为单位）。
   注意:如果输入时间箱作为单个数字而不是列表输入，则数据将被分箱到N个具有相同时间宽度的箱中，其中N是输入时间箱（请参阅光束线提供的软件脚本和可用的在线开源存储库⁶⁴）。
3. 使用提供的光束线⁶⁵的软件减少分档散射数据。

9. 分析 TR-SANS 数据。

1. 使用公式（2）根据测量时间计算感兴趣的过程时间（t_过程）。
   t_过程 = t_i -_{t 停止} + t_延迟 （2）
   其中 t_i 是流量停止后开始的测量时间箱，t_stop 是流量停止时立即开始的测量时间，t 延迟是_延迟 时间。
2. 使用步骤 8.2 中定义的时间箱和步骤 9.1 中计算的 t 过程，将 q 相关强度 I（q） 绘制为_过程时间的函数。
   注意:最早可访问的处理时间受 t_延迟的限制。要测量较早的工艺时间点，请增加总流速 （Q） 或减小总空隙体积 （V_空隙）。
3. 从 I（q） 的变化中提取感兴趣的动力学参数作为过程时间的函数。

10. 结束实验。

1. 通过关闭局部仪器快门关闭中子束。
2. 在断开任何部件、管道或卸载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器进行辐射检查。
3. 将注射器、管路和混合样品容器转移到健康物理部门。
4. 填写健康物理表格并等待健康物理人员的评估。

Results

这里显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是一种以交换速率（k_e）催化囊泡之间脂质交换的添加剂^66，67。先前的荧光研究表明，k_e 取决于mβCD浓度，交换过程的半衰期约为⁶⁸分钟。本实验使用停止流动TR-SANS在秒时间尺度上测量囊泡之间的mβCD催化脂质交换。制备了两个同位素不同的脂质囊泡群;一个囊泡群用尾氢化二肉豆蔻酰磷脂酰胆碱（ DMPC）脂质（图5中的H脂囊泡）制备，另一个囊泡群用尾部氘代DMPC（DMPC-d54）脂质（ 图5中的D-脂质囊泡）制备。将摩尔分数为 0.05（5 mol%）的带电二苯甲基磷脂酰 （DMPG） 脂质添加到 DMPC 和 DMPC-d54 干脂质粉末中，以促进单层囊泡形成⁶⁹。<...

Discussion

当前程序描述了混合装置和执行截止流TR-SANS测量的步骤。该装置和方案针对低粘度液体样品进行了优化，其中感兴趣的时间尺度为 ≈1 秒至 5 分钟。对于大于5 min的时间尺度，手动混合样品并将其加载到标准散射池中可能更容易且可取，特别是对于高粘度样品，凝胶或糊剂。访问小于 1 s 的时间尺度需要不同的混合设备、更低的总空隙体积和更高的总流速来降低延迟时间。同样重要的是要注意，在这些短时间尺度上研究动力学过程可能需要重复进样，以使用 TR-SANS 在毫秒时间尺度上积累足够的散射计数统计数据。如果总样品体积有限，则可能需要使用更高的通量技术，例如光散射或X射线散射，假设光或X射线散射存在足够的散射对比度，则每次进样需要较少的样品进样或更少的样品体积。

与针对中子散射实验进行了优化的市售停止流仪器相比，这种模块化的截止流SANS方法具有几个关键的优点和缺点。主要优点包括（1）在冲洗期间不同样品池之间交替进行TR-SANS测量，以最大限度地利用中子束时间，（2）调整注射器数量，注射器体积和混合器类型以适应三元样品混合或其他更复杂的样品混合要求，以及（3）通过隔离样品池并在更长的时间尺度...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
动态混合器	Analytical Scientific Instruments	462-0150A	磁耦合转子，二元动态混合器组件（可提供三元类型），0.15 mL 死体积（可提供更大的死体积）
含氟聚合物管	IDEX Health &Science	1507L	PFA 管材 自然色 1/16 英寸外径 x 0.040 英寸内径 x 50 英尺
含氟聚合物 1/4-28 无法兰接头	IDEX Health &Science	XP-245	PFA 无法兰接头，带密封垫圈，1/4-28 螺纹，1/16 英寸外径管
玻璃注射器	Hamilton Company	81660	Hamilton 1000 系列注射器，10 mL （81660），型号 1010 C syr，1/4"-28 螺纹端子，可提供其他体积
高压选流阀	Vici Valco	C85X-1570EUTB	Vici 10 位选择阀，最大 15000 psi，孔径 0.25 mm，外径 1/16 英寸，锥形螺纹端口，USB 通用执行器
高压切换阀	Vici Valco	C82X-1574EUHB	Vici 4 通切换阀，最大 15000 psi，孔径 0.25 mm，外径 1/16 英寸，10-32 锥形螺纹端口，USB 通用执行器
高压注射器	Cetoni	A2019000358	3 mL 不锈钢注射器，最大 510 bar，最大 21 mL/min
低压流量选择阀	Vici Valco	C25-3180EUHB	Vici 10 位选择阀，最大 250 psi 液体，0.75 mm 孔径，1/16 英寸外径管，1/4-28 螺纹端口，USB 通用执行器
neMESYS 高压注射泵	Cetoni	A3921000103	最大推力 2600 N
neMESYS 中压注射泵	Cetoni	A3921000131	最大推力 1000 N
电源	Cetoni		A3921000127 Base 600，可为多达 4 个高压泵供电
石英流通样品池	Starna Scientific	3-2.30-Q-1/TC	石英微量流通池，光程 2 mm（可选 1 mm），内部尺寸 2 mm x 2 mm x 30 mm 石英
窗口	技术玻璃产品	NA	GE 124 透明熔融石英研磨和抛光板，11.75 英寸 x 23.75 英寸 x 0.375 英寸厚
不锈钢 10-32 锥形压缩配件	IDEX Health &Science	U-321X， U-320X	316 不锈钢套圈 （U-321X） 和螺母 （U-320X） - Valco 型，10-32 锥形，用于 1/16 英寸外径不锈钢管
不锈钢管	IDEX Health &Science	U-102	不锈钢管 外径 1/16 英寸 x 内径 0.020 英寸，10 厘米，提供各种预切割长度
注射泵控制软件	Cetoni	T6000000004	用于 nemesys 泵的 QmixElements 软件，QmixSDK 软件开发套件
热电空调	EIC 解决方案	AAC-140C-4XT-HC	安装在绝缘外壳上的热电空调，用于控制泵、阀门、混合器和样品温度
T型槽栏杆	McMaster-Carr	47065T103	铝制T型槽栏杆（1.5英寸乘1.5英寸）切割成各种长度
蒸汽锁定瓶盖	Cole-Parmer	EW-12018-02	四个 304 SS 端口插件，1/4"-28 螺纹，GL45 瓶盖尺寸，PTFE 主体，SS 螺纹，PP 轴环