Mesure de l’évolution temporelle des matériaux à l’échelle nanométrique avec flux arrêté et diffusion neutronique aux petits angles

La diffusion à petit angle d’arrêt du flux ou le flux d’arrêt SANS nous permet d’étudier comment les matériaux à l’échelle nanométrique évoluent sur des échelles de temps définies de quelques secondes à quelques minutes. Le contraste entre l’hydrogène et le deutérium propre à la diffusion neutronique rend cette technique particulièrement utile pour étudier les matériaux riches en hydrogène tels que les lipides, les protéines et les polymères. Si vous souhaitez utiliser des supports à écoulement stop pour étudier vos matériaux d’intérêt, contactez un scientifique d’instrument local américain dans une installation de diffusion pour vous aider à planifier votre expérience.

Ryan Murphy, ingénieur chimiste au National Institute of Standards and Technology, ou NIST, Center for Neutron Research, ou NCNR, et Brian Maranville, physicien également au NCNR, feront la démonstration de la procédure. Pour commencer, allumez tous les blocs d’alimentation de la pompe et les mélangeurs dynamiques. À l’aide de l’interrupteur d’alimentation, lancez toutes les pompes et vannes de l’interface graphique contrôlée par le système de débit arrêté en entrant le chemin de configuration de l’appareil et les commandes mentionnées dans le manuscrit du texte calibrent les pompes avant de fixer les seringues.

Après s’être assuré que les pompes ont été étalonnées. Vissez les barils de seringue propres jusqu’au raccord situé en haut de la pompe. Assurez-vous que la tête de montage de la seringue est desserrée avant de distribuer le volume de remplissage afin que la seringue ne se brise pas en raison d’une force excessive exercée par le piston de la seringue.

Vissez ensuite le piston de la seringue dans la connexion au bas de la pompe. Une fois le barillet de la seringue et le piston de la seringue connectés à la pompe, distribuez le volume de remplissage. Une fois que le piston cesse de bouger, serrez la tête de montage de la seringue.

Ensuite, connectez le tube aux sources d’échantillon et de solvant, aux seringues, aux valves, aux mélangeurs, aux cellules d’échantillon et au récipient d’échantillon mixte. Définissez toutes les connexions de tubes et de vannes effectuées dans l’interface graphique contrôlée par le système d’écoulement arrêté en tapant les connexions de numéro de port correspondantes effectuées sur chaque vanne. Pour charger l’échantillon, aspirez l’échantillon souhaité et les volumes de solvant de leurs sources dans les seringues de l’échantillon par les vannes sélecteur de la pompe.

Amorcez ensuite le système en distribuant tout l’air des seringues, des conduites de tubes et des valves, en veillant à ce qu’un volume de liquide suffisant soit distribué par chaque seringue. Pour éliminer toutes les bulles d’air, une fois que l’air a été purgé du système, effectuez au moins une injection d’échantillon en cliquant sur la cellule intitulée Démarrer l’expérience de mélange dans l’interface graphique contrôlée, avec cette cellule activement sélectionnée. Cliquez sur le bouton d’exécution en haut de l’interface graphique contrôlée ou appuyez sur Maj et entrez les touches ensemble sur le clavier.

Inspectez visuellement la cellule d’échantillonnage à la recherche de bulles d’air. Si des bulles sont présentes, répétez les étapes de purge, sinon définissez les étapes restantes du protocole d’expérience. Pour définir le protocole de mélange à flux arrêté.

Entrez le point de consigne de température du climatiseur programmable qui contrôle la température des enceintes isolées entourant le dispositif de débit arrêté. Entrez ensuite toutes les étapes de la séquence de rinçage en saisissant les volumes, les débits, les durées et le nombre de répétitions appropriés dans l’interface graphique contrôlée. Ensuite, définissez toutes les étapes de séquence d’injection d’échantillon en tapant les volumes, débits et temps appropriés dans l’interface graphique contrôlée par le système de débit arrêté Enfin, calculez le temps total d’un seul cycle de collecte de données de débit arrêté pour définir les paramètres SANS.

Définissez le temps total d’acquisition de données VSANS dans l’interface graphique contrôlée par l’instrument SANS sur le temps de cycle précédemment calculé. Réglez ensuite le temps de mesure de la transmission de l’échantillon sur 100 secondes et activez la collecte de données en mode événement. Pour mesurer la diffusion en arrière-plan.

Assurez-vous que l’obturateur local de l’instrument est fermé avant de fixer l’échantillon de faisceau bloqué à l’arrière de l’ouverture de l’échantillon. Ensuite, après avoir sécurisé l’environnement local de l’instrument, ouvrez l’obturateur local de l’instrument. Ensuite, définissez le temps d’acquisition des données de diffusion de faisceau bloqué dans le logiciel et collectez le comptage des données de diffusion de faisceau bloqué pour la même durée que le temps d’acquisition de données de diffusion le plus long.

Une fois la collecte de données terminée, fermez l’obturateur de l’instrument et retirez l’échantillon de faisceau bloqué de l’ouverture de l’échantillon. Procédez ensuite à la mesure de la diffusion des cellules vides avant de commencer l’expérience d’écoulement arrêté. Assurez-vous que la zone locale des instruments est sécurisée.

Ouvrez ensuite l’obturateur du faisceau d’instrument local. Commencez la collecte de données SANS à l’aide du logiciel de contrôle d’instrument SANS sur l’ordinateur de l’instrument en faisant glisser et en déposant les exécutions souhaitées dans la file d’attente des instruments. Ensuite, démarrez l’expérience de mélange de flux arrêté dans l’interface graphique contrôlée et confirmez que le protocole de mélange de flux arrêté défini a commencé à fonctionner.

Ajoutez ensuite l’exécution de transmission au bas de la file d’attente. La transmission sera collectée une fois la diffusion terminée. Après avoir téléchargé le fichier de données de diffusion et les fichiers d’événements associés à partir de la corbeille du serveur, les données de diffusion vers les bacs de temps souhaités en entrant les commandes appropriées comme indiqué dans le manuscrit texte.

Ensuite, réduisez les données de diffusion de bac à l’aide du logiciel fourni dans la ligne de faisceau pour analyser les données SANS résolues dans le temps, calculez le temps de traitement d’intérêt à partir des temps de mesure en utilisant l’équation fournie dans le manuscrit texte. Extrayez ensuite les paramètres cinétiques d’intérêt du changement d’intensité dépendante de Q en fonction du temps de traitement. Taux de numération des neutrons mesurés du fond tampon salin sur plusieurs cycles d’injection comprenant neuf étapes de rinçage.

Une étape de dessin et une étape d’injection d’échantillon sont présentées ici. Les solutions lipidiques individuelles marquées H et D marquées ont été mélangées au moment du mélange T et ont immédiatement coulé dans la cellule d’échantillon. Le taux de comptage des neutrons mesurés a augmenté et a atteint une valeur maximale lorsque la cellule d’échantillon a été remplie au remplissage T.

Les numérations de neutrons de l’échantillon de vésicules lipidiques mixtes à trois températures différentes sont tracées en fonction de l’échelle de temps de processus corrigée qui est le temps de traitement d’intérêt corrigé pour la période d’écoulement à l’état d’équilibre et le temps de retard. Les données SANS ont été collectées en continu en mode événement, qui peuvent ensuite être post-traitées dans les bacs de temps souhaités. La cinétique d’échange lipidique a été mesurée à 36 degrés 30 degrés et 20 degrés Celsius.

Ces données ont été pliées dans des intervalles de temps égaux de trois secondes et sont représentatives des informations dépendantes de l’échelle de temps et de longueur qui peuvent être obtenues à partir d’une mesure TR SANS. L’intensité normalisée est tracée en fonction du temps de traitement pour les différentes températures. La combinaison du mélange d’arrêt du flux et de la résolution temporelle SANS offre de nouvelles opportunités pour explorer les évolutions structurelles dans les matériaux nano-balayage allant des nanoparticules lipidiques et des médicaments et vaccins de nouvelle génération aux géopolymères utilisés dans les matériaux de construction écologiques.