Medición de la evolución temporal de materiales a nanoescala con flujo detenido y dispersión de neutrones de ángulo pequeño

Stop flow small angle scattering o stop flow SANS nos permite estudiar cómo evolucionan los materiales a nanoescala en escalas de tiempo establecidas de segundos a minutos. El contraste entre hidrógeno y deuterio exclusivo de la dispersión de neutrones hace que esta técnica sea particularmente útil para estudiar materiales ricos en hidrógeno como lípidos, proteínas y polímeros. Si está interesado en utilizar soportes de flujo de parada para estudiar sus materiales de interés, comuníquese con un científico de instrumentos local de EE. UU. en una instalación de dispersión para ayudarlo a planificar su experimento.

Demostrando el procedimiento estarán Ryan Murphy, ingeniero químico del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología, o NIST, Centro de Investigación de Neutrones, o el NCNR y Brian Maranville, físico también del NCNR. Para comenzar, encienda todas las fuentes de alimentación de la bomba y mezcladores dinámicos. Usando el interruptor de encendido, inicie todas las bombas y válvulas en la GUI controlada por el sistema de flujo detenido ingresando la ruta de configuración del dispositivo y los comandos mencionados en el manuscrito del texto calibre las bombas antes de conectar las jeringas.

Después de asegurarse de que las bombas han sido calibradas. Atornille los barriles de jeringa limpios a la conexión en la parte superior de la bomba. Asegúrese de que el cabezal de montaje de la jeringa esté aflojado antes de dispensar el volumen de llenado para que la jeringa no se rompa debido a la fuerza excesiva del pistón de la jeringa.

Luego atornille el pistón de la jeringa en la conexión en la parte inferior de la bomba. Después de conectar el cilindro de la jeringa y el pistón de la jeringa a la bomba, dispense el volumen de llenado. Después de que el pistón deje de moverse, apriete el cabezal de montaje de la jeringa.

Luego conecte el tubo a las fuentes de muestras y solventes, jeringas, válvulas, mezcladores, celdas de muestra y recipiente de muestras mixtas. Defina todas las conexiones de tuberías y válvulas realizadas en la GUI controlada por el sistema de flujo detenido escribiendo las conexiones correspondientes con el número de puerto realizadas a cada válvula. Para cargar la muestra, aspire la muestra deseada y los volúmenes de disolvente de sus fuentes en las jeringas de muestra a través de las válvulas selectoras de la bomba.

Luego, prepare el sistema dispensando todo el aire de las jeringas, líneas de tubos y válvulas, asegurando que se dispense suficiente volumen de líquido de cada jeringa. Para eliminar todas las burbujas de aire, una vez que el aire se haya purgado del sistema, realice al menos una inyección de muestra haciendo clic en la celda etiquetada Iniciar experimento de mezcla en la GUI controlada, con esta celda seleccionada activamente. Haga clic en el botón de ejecución en la parte superior de la GUI controlada o presione las teclas Mayús e Intro juntas en el teclado.

Inspeccione visualmente la celda de muestra en busca de burbujas de aire. Si hay burbujas presentes, repita los pasos de purga, de lo contrario, proceda a definir los pasos restantes del protocolo del experimento. Para definir el protocolo de mezcla de flujo detenido.

Introduzca el punto de ajuste de temperatura de la unidad de aire acondicionado programable que controla la temperatura de los recintos aislados que rodean el dispositivo de flujo detenido. Luego ingrese todos los pasos de la secuencia de enjuague escribiendo los volúmenes, caudales, tiempos y número de repeticiones apropiados en la GUI controlada. A continuación, defina todos los pasos de la secuencia de inyección de muestras escribiendo los volúmenes, caudales y tiempos apropiados en la GUI controlada por el sistema de flujo detenido Finalmente, calcule el tiempo total de un solo ciclo de recopilación de datos de flujo detenido para definir los parámetros SANS.

Establezca el tiempo total de adquisición de datos VSANS en la GUI controlada por el instrumento SANS en el tiempo de ciclo calculado anteriormente. A continuación, establezca el tiempo de medición de la transmisión de muestras en 100 segundos y active la recopilación de datos del modo de evento. Para medir la dispersión de fondo.

Asegúrese de que el obturador del instrumento local esté cerrado antes de conectar la muestra de haz bloqueada a la parte posterior de la abertura de la muestra. Luego, después de asegurar el entorno del instrumento local, abra el obturador del instrumento local. A continuación, defina el tiempo de adquisición de datos de dispersión de haz bloqueado en el software y recopile el recuento de datos de dispersión de haz bloqueado durante la misma duración que el tiempo de adquisición de datos de dispersión más largo.

Una vez completada la recopilación de datos, cierre el obturador del instrumento y retire la muestra de haz bloqueada de la abertura de la muestra. Luego proceda a medir la dispersión de la celda vacía antes de comenzar el experimento de flujo detenido. Asegúrese de que el área de instrumentos local sea segura.

A continuación, abra el obturador del haz de instrumentos local. Comience la recopilación de datos SANS utilizando el software de control de instrumentos SANS en la computadora del instrumento arrastrando y soltando las carreras deseadas en la cola de instrumentos. A continuación, inicie el experimento de mezcla de flujo detenido en la GUI controlada y confirme que el protocolo de mezcla de flujo detenido definido ha comenzado a funcionar.

A continuación, agregue la ejecución de transmisión a la parte inferior de la cola. La transmisión se recogerá después de que finalice la carrera de dispersión. Después de descargar el archivo de datos de dispersión y los archivos de eventos asociados desde el contenedor del servidor, los datos de dispersión a los contenedores de tiempo deseados ingresando los comandos apropiados como se indica en el manuscrito de texto.

Luego, reduzca los datos de dispersión del contenedor utilizando el software proporcionado en la línea del haz para analizar los datos SANS resueltos en el tiempo, calcule el tiempo de proceso de interés a partir de los tiempos de medición utilizando la ecuación proporcionada en el manuscrito de texto. Luego extraiga los parámetros cinéticos de interés del cambio en la intensidad dependiente de Q en función del tiempo de proceso. Las tasas de recuento de neutrones medidas del fondo de tampón salino durante múltiples ciclos de inyección que consisten en nueve pasos de enjuague.

Aquí se muestra un paso de dibujo y un paso de inyección de muestra. Las soluciones lipídicas individuales marcadas con H y D se mezclaron en el momento de la mezcla T y fluyeron inmediatamente hacia la celda de muestra. La tasa de recuento de neutrones de medición se disparó y alcanzó un valor máximo cuando la celda de muestra se llenó en el llenado T.

Los recuentos de neutrones de la muestra de vesículas lipídicas mixtas a tres temperaturas diferentes se representan en función de la escala de tiempo de proceso corregida, que es el tiempo de proceso de interés corregido para el período de flujo en estado estacionario y el tiempo de retraso. Los datos de SANS se recopilaron continuamente en modo de evento que luego se puede procesar posteriormente en los contenedores de tiempo deseados. La cinética de intercambio lipídico se midió a 36 grados 30 grados y 20 grados centígrados.

Estos datos se doblaron en contenedores de tiempo iguales de tres segundos y son representativos de la información dependiente de la escala de tiempo y longitud que se puede obtener de una medición TR SANS. La intensidad normalizada se traza en función del tiempo de proceso para las diferentes temperaturas. La combinación de la mezcla de flujo de parada y la resolución de tiempo SANS ofrece nuevas oportunidades para explorar evoluciones estructurales en materiales de nano escaneo que van desde las nanopartículas lipídicas y los medicamentos y vacunas de próxima generación hasta los geopolímeros utilizados en materiales de construcción ecológicos.