הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.

מאמר שיטה

ניטור באתרו של דיפוזיה של מולקולות צימרים נקבוביות מדיה באמצעות הדמית תהודה מגנטית אלקטרונית

5.9K צפיות

⸱

DOI:

10.3791/54335

⸱

2 בספטמבר 2016

 ,  , 
1Department of Chemistry, Universität Konstanz

במאמר זה

סיכום

מוצג פרוטוקול לניטור באתרו של דיפוזיה של מולקולות אורחות במדיה נקבובית באמצעות הדמיית תהודה פרמגנטית אלקטרונית (EPR).

תקציר

שיטה מודגמת לניטור דיפוזיה תרגום מקרוסקופית באמצעות הדמיית תהודה פרמגנטית אלקטרונית (EPR). מערכת מארחת-אורחת עם בדיקת ספין ניטרוקסיד 3-(2-Iodoacetamido)-2,2,5,5-tetramethyl-1-pyrrolidinyloxy (IPSL) כאורחת בתוך האירוג'ל המחזורי של אורגנוסיליקה מזו-נקבובית (PMO) UKON1-GEL כמארח ואתנול כממס משמשת כדוגמה לתיאור הפרוטוקול. הנתונים מוצגים מפרסום קודם, שבו הפרוטוקול יושם הן על IPSL והן על Tris(8-carboxy-2,2,6,6-perdeutero-tetramethyl-benzo[1,2-d:4,5-d′]bis(1,3)dithiole) methyl (Trityl) כמולקולות אורחות ו-UKON1-GEL ו-SILICA-GEL כמערכות מארח.

שיטה מוצגת להכנת דגימות אירוג'ל שלא ניתן לסנתז ישירות בצינור הדגימה למדידה עקב שינוי גודל במהלך הסינתזה. האירוג'ל מחובר לצינורות דגימה באמצעות צינורות כיווץ חום וסיר לחץ כדי להגיע לטמפרטורה הדרושה מבלי לאדות את הממס בתהליך. השיטה אינה מניחה התפלגות ראשונית מוגדרת בבירור של מולקולות אורחות בתחילת המדידה. במקום זאת, הוא דורש מאגר על גבי האירוג'ל וקובע באופן ניסיוני את קצב הזרם במהלך ניתוח הנתונים.

הדיפוזיה מנוטרת ברציפות לאורך תקופה של 20 שעות על ידי רישום פרופיל צפיפות הסיבוב החד-ממדי בתוך הדגימה. הגדרות הספקטרומטר לניסוי ההדמיה מתוארות בצורה כמותית. תוכנת ניתוח נתונים מסופקת כדי לקחת בחשבון את פרופיל רגישות המהוד ולפתור מספרית את משוואת הדיפוזיה. התוכנה קובעת את מקדם הדיפוזיה התרגומית המקרוסקופית על ידי מזעור ריבועי לפחות של ההפרש בין הניסוי לפתרון המספרי של משוואת הדיפוזיה.

מבוא

חומרים נקבוביים לשחק תפקיד מרכזי יישומים מעשיים כגון קטליזה כרומטוגרפיה 1. על ידי הוספת קבוצות משטח והתאמת מאפייני גודל משטח הנקבוביות, החומרים ניתן להתאים את היישום הרצוי 2,3. הפונקציונליות של חומר נקבובי תלוי באופן מכריע על המאפיינים דיפוזיה של מולקולות אורח בתוך הנקבוביות. חומרים נקבוביים, הבחנה צריכה להיעשות בין המיקרו D הדיפוזיה translational המיקרוסקופי, אשר מתאר דיפוזיה בסולם אורך מולקולרי מחד ואת המאקרו D הדיפוזיה translational מקרוסקופית מצד השני, אשר מושפע דיפוזיה דרך הנקבוביות מרובות, גבולות תבואה, tortuosity ו הומגניות של החומר.

ישנן מספר שיטות תהודה המגנטית זמינות ללמוד דיפוזיה, כל מתאים חלקבקנה מידה אורך icular. על הסקאלה המילימטר, תהודה מגנטית גרעינית (NMR) הדמיה 4 ו תהודה מגנטית אלקטרוני (EPR) הדמיה (כפי שהוצג בפרוטוקול זה) יכול לשמש. הקשקשים קטנים הופכים נגישים על ידי השימוש הדרגתי שדה פעם ב NMR וכן ניסויי EPR 5,6. על בקנה מידה ננומטרי, ספקטרוסקופיה EPR יכול להיות בשימוש על ידי התבוננות שינויים של אינטראקציה החליפין הייזנברג בין בדיקות ספין 7,8. מחקרים של דיפוזיה translational באמצעות מגוון הדמיה EPR מ זרז תעשייתי תומך, למשל, תחמוצת 9 אלומיניום, כדי איזוטרופי נוזלים 10,11, מערכות שחרור התרופה עשוי ג'ל פולימר 12 - 14 ודגם ממברנות 15.

פרוטוקול זה מציג בגישה באתרו באמצעות הדמיה EPR לפקח דיפוזיה translational מקרוסקופית של בדיקות ספין גלילי, בתווך נקבובי. זה מודגם על מערכת מארחת-אורח המורכב הדואר ספין nitroxide חללית 3- (2-Iodoacetamido) -2,2,5,5-tetramethyl-1-pyrrolidinyloxy (IPSL) כאורח בתוך organosilica mesoporous התקופתי (PMO) airgel UKON1-GEL כמארח ואתנול כמו מֵמֵס. פרוטוקול זה בהצלחה כבר בשימוש 16 בעבר להשוות מאקרו D כפי שנקבע עם הדמיה EPR עם מיקרו D עבור החומרים מארח UKON1-GEL וסיליקה-GEL ו IPSL מינים אירוח טריס (8-carboxy-2,2,6,6-perdeutero-tetramethyl-benzo [1,2-D : 4,5-D '] bis (1,3) dithiole מתיל) (Trityl), ראה איור 1.

בשיטות אחרות המבוססות על הגל רציף (CW) EPR הדמיה 17, דיפוזיה מתרחשת מחוץ ספקטרומטר. לעומת זאת, השיטה המוצגת כאן משתמשת בגישה באתרו. סדרת תמונות של 1D ρ הפצת צפיפות ספין 1D (t, γ) היאנרשם על פני תקופה של מספר שעות. במהלך תקופה זו, תמונת מצב אחד הוא נלקח אחרת ומספקת דפוס דיפוזיה בזמן אמת עם רזולוצית זמן של כ 5 דקות.

UKON1-GEL וסיליקה-GEL כבר מסונתזים דוגמיות בקוטר פנימי של 3 מ"מ כמתואר בספרות. 16,18,19 סינתזת UKON1-GEL וסיליקה-GEL מובילה בהתכווצות המדגמת. הדגימות ממוקמות בתוך צינור לכווץ למנוע מולקולות אורחים נעו בין airgel לבין הקיר של הצינור המדגם. צעד נוסף זה אינו הכרחי עבור דגימות שניתן מסונתז ישירות בצינור מדגם מבלי לשנות את הגודל שלהם. קריסת דגימות airgel כאשר הם מתייבשים, ולכן הם חייבים להיות שקועים בתוך ממס בכל העת. הטמפרטורה מה שצריך עבור צינורות החום להתכווץ היא גבוהה יותר מאשר נקודת הרתיחה של אתנול בלחץ הסביבה. לכן הפרוטוקול מתאר את השימוש בסיר לחץ להעלות את נקודת רתיחה של אתנול.

הפרוטוקול מכסה את הכנת המדגם של-GEL UKON1 המסונתז מראש לצורך ניסוי הדמית EPR ואת ההגדרות ספקטרומטר המשמשות לניטור דיפוזיה של חללית ספין IPSL. לניתוח נתונים, תוכנות שנכתבו מקומית מסופקות והשימוש בו מתואר. הנתונים הגולמיים מן ספקטרומטר ניתן לטעון ישירות. התוכנה מחשבת את הפריסה המרחבית 1D ספין צפיפות ρ 1D (t, γ) ולוקחת בחשבון את פרופיל רגישות מהוד. המשתמש יכול לבחור אזור של airgel וחלון זמן, שעליו הדיפוזיה הוא שיקבע. התוכנה ואז קובעת את תנאי הגבול של משוואת הדיפוזיה מבוסס על כי הבחירה פותר את משוואת הדיפוזיה. הוא תומך הולם מרובע לפחות כדי למצוא את הערך של מאקרו D שבו הפתרון המספרי המתאים ביותר את נתוני הניסוי.

תחת = "jove_content"> הפרוטוקול ניתן להשתמש בהתאמות לחומרי אורח ומארח שונים כל עוד שטח החתך של המדגם אינו משתנה לאורך כל המדגם, כלומר ρ 1D (t, γ) מעניק גישה ישירה אל הריכוז אינו מושפע משינוי חתך מדגם. טווח הערכים נגישים עבור מאקרו D ההערכה היא 16 בין 10 -12 מ '2 / sec ו -7 · 10 -9 מ' 2 / sec.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

זהירות: יש להתייעץ כל גיליונות נתוני בטיחות חומרים רלוונטיים (MSDS) לפני השימוש. אתנול הוא מזיק אם נבלע או נשאף וזה דליק.

1. לייעל את פרמטרי EPR גל (CW) הרציפים

  1. כן 40 μl של IPSL באתנול (pa) בריכוז של 1 מ"מ.
  2. קח בקר פיפטה ולמלא נימי עם פתרון IPSL לגובה מילוי של 2 ס"מ. משוך את הפתרון 1 סנטימטר יותר אל תוך הנימים כך שיש פער אוויר מתחת הפתרון. חותם את הנימים בשני הקצוות עם צינור נימי איטום מתחם. פער האוויר מונע דיפוזיה של רכיבים של מתחם האיטום לתוך המדגם.
  3. עוטפים שתי רצועות polytetrafluoroethylene (PTFE) קלטת של כ אורך 5 ס"מ מסביב נימי במרחק של 1 ס"מ מהקצה העליון והתחתון של נימי.
  4. שים את הנימים לתוך צינור מדגם EPR (4 מ"מ קוטר פנימי). ודא כי קלטת PTFE שומרת על הנימיםקבוע בציר במרכז הצינור המדגם. דחוף את הנימים עד לתחתית של התחתית המדגמת.
  5. שים את המדגם לתוך המהוד ומרכזת את פתרון התווית ספין בתוך המהוד.
  6. כוון את ספקטרומטר עבור צימוד קריטי על ידי ביצוע ההוראות ספקטרומטר.
  7. הגדרות ספקטרומטר ראשוניות
    1. השתמש תדירות במיקרוגל כדי להגדיר את B במרכז השדה באמצעות הנוסחה
      figure-protocol-1
      כאשר g ≈ 2.003 הוא הערכה גסה עבור הגורם גרם של הרדיקל מזווג בתווית ספין nitroxide, h הוא קבוע פלאנק ו מיקרון B הוא מגנטון בוהר.
    2. הגדרת ניסוי חדש "field_sweep" עם השדה המגנטי כמו abscissa ואת עוצמת האות כמו לתאם. השתמש בפרמטרים הבאים: centerfield כפי שחושבו בשלב הקודם, רוחב לטאטא: 400 G, modulatiעל משרעת: 0.8 G, אפנון תדר: 100 kHz, הנחתת מיקרוגל: 30 dB, מספר נקודות: 2,048, מספר סריקות: 1, זמן סריקה: 80 שניות, זמן קבוע: 50 msec.
    3. הפעל את מצב סריקת ההתקנה. עבור קבוע זמן סריקה להגדרות, בחר את הערך הנמוך ביותר כי הצעות ספקטרומטר. התאם את רווח המקלט לערך שבו האות המוצג ממלא 80% של הטווח העוצם המוצג, כך שגם עם רעש טעם נתונים יש בעצימות גבוהות יותר מ -80% של המקסימום. לבטל את סריקת התקנה לאחר מכן.
    4. לחץ על כפתור "הפעל".
    5. קראו את ערך השדה של המעבר אפס של השיא המרכזי מן הספקטרום המתקבל. הגדר את מרכז השדה לערך זה.
    6. קח את כלי הקו האופקי ולמדוד את רוחב הספקטרום מהנקודה שבה השיא השמאלי ביותר מתחיל להתעלות מעל הרמה הבסיסית עד לנקודה שבה חוזר השיא הימני ביותר לרמת הבסיס.
    7. הגדר את רוחב לטאטא בשילוש רוחב הספקטרום.
  8. לחשב מחדש את הפרמטרים ספקטרומטר
    1. לחשב את הזמן לטאטא: מהירות רוחב לטאטא / לטאטא. השתמש מהירות לטאטא 5 G / sec.
    2. חשב את המספר המינימלי של נקודות נתונים: 10 * רוחב לטאטא רוחב / קו.
    3. חשב את זמן ההמרה: זמן לטאטא / מספר נקודות הנתונים.
    4. חשב את קבוע הזמן: 0.1 * רוחב קו * סריקה בזמן / לטאטא רוחב.
  9. מדוד Curve רווי כדי לקבוע את כוח מיקרוגל אופטימום
    1. הגדר את הנחתת המיקרוגל עד 10 dB ולהתאים את רווח המקלט כמתואר בשלב 1.7.3.
    2. הגדר את הנחתת המיקרוגל ל -50 dB ולהקליט קשת. אם יחס אות לרעש הוא פחות מ -5: 1, להגדיל את מספר סריקות. חזור על שלב זה עד יחס אות לרעש הוא 5: 1 או יותר.
    3. צור "רוויה" ניסוי חדש באמצעות השדה המגנטי 1 abscissa, כוח המיקרוגל כמו abscissa 2 ואת עוצמת האות כמו לתאם. העתק את כל ההגדרות הe "field_sweep" הניסוי משלב 1.9.2. עבור 2 abscissa, להגדיר את ערך תחילת הנחתת המיקרוגל עד 10 dB, ערך התוספת ל -1 dB ומספר נקודות ל -41 כדי לכסות טווח שנע בין 10 dB ל -50 dB. הפעל את הניסוי.
    4. צור גיליון אלקטרוני עבור עקומת הרוויה. הכנס הנחתת מיקרוגל dB לתוך הטור הראשון.
    5. לחשב את השורש הריבועי של כוח מיקרוגל au בעמודה השנייה עם הנוסחה
      figure-protocol-2
      כאשר x הוא הנחתת מיקרוגל dB מהעמודה הראשונה.
    6. השתמש בתוכנת ספקטרומטר למדידה לפיםגה עוצמת הקו ספקטרלי המרכזי עבור כל הנחתת מיקרוגל בניסוי. כתוב בעוצמה לתוך הטור השלישי בגיליון האלקטרוני.
    7. מגרש את השורש הריבועי של כוח המיקרוגל נגד השיא עוצם שיא (עמודת 3 נגד טור 2) כדי לקבל את עקומת הרוויה. incluדה המקור (0,0) בעלילה.
    8. זהה את המשטר ליניארית של עקומת הרוויה. כוחה המיקרוגל האופטימלי הוא כוח המיקרוגל הגבוה ביותר הוא עדיין במשטר ליניארי. השתמש בהגדרת ההנחתה המקבילה לכל ניסויים נוספים.

2. לקבוע את עוצמת צבע השדה המגנטי ואת רזולוציית זמן

  1. צור ניסוי חדש בתוכנה ספקטרומטר עם השדה המגנטי כמו abscissa 1 ואת עוצמת האות כמו לתאם. אפשר בקרות סליל שיפוע.
  2. העתק את כל ההגדרות ספקטרומטר מהניסוי הקודם כפי שנקבע 1.8 ו 1.9.8.
  3. הגדר את כוח שיפוע השדה המגנטי ל -170 G / ס"מ לכיוון ציר מדגם מצביע כלפי מעלה.
  4. חשבתי את SW הרוחב לטאטא = SW 0 + FOV · G, שבו SW 0 הוא הרוחב לטאטא שנקבע 1.8.4 בהעדר שיפוע שדה מגנטי,FOV שדה הראייה (2.5 ס"מ) ו- G הוא הוא כוח שיפוע השדה המגנטי.
  5. חשבתי את גודל פיקסל המוערך = קו הרוחב / G, באמצעות רוחב הקו של הספקטרום שנרשם 1.9.3 בהעדר שיפוע שדה מגנטי.
  6. חשב את לטאטא זמן = SW / מהירות לטאטא. השתמש באותו מהירות לטאטא כמו 1.8.1.
  7. חשבתי את המספר המינימאלי של נקודות נתונים הנדרש על פי הערך הגבוה של
    אני. N 1 = 10 * רוחב לטאטא / קו רוחב
    ii. N 2 = 10 * שדה הראייה / (G * גודל פיקסל).
  8. חשב את זמן ההמרה: זמן לטאטא / מספר נקודות הנתונים.
  9. חשב את קבוע הזמן: 0.1 * רוחב קו * זמן הסריקה / רוחב לטאטא או נמוך.
  10. הגדר את הפרמטרים מחושבים ב 2.3 דרך 2.9 ולחץ על כפתור "הפעל".
  11. מדדו את רמת הרעש של קו הבסיס וכן לפיםגה עוצמתשל הקו המרכזי עם כלי הקו האנכי. חשב את יחס האות לרעש.
  12. אם יחס אות לרעש הוא פחות מ -5: 1, להכפיל את מספר סריקות בלוח "סריקה" של הפרמטרים ספקטרומטר וחזור על שלבים 2.1.3 דרך 2.11.

3. להכין את המדגם

זהירות: יש להרכיב משקפי בטיחות.

הערה: שמור את airgel שקוע לחלוטין בתוך ממס בכל עת. ראה איור 2 עבור תצלום סכימטי.

  1. למלא צלחת פטרי בקוטר 10 ס"מ עם אתנול (pa) עד לגובה של 5 מ"מ.
  2. שים את airgel לתוך צלחת פטרי לחתוך חתיכה גלילי 5 מ"מ עד 1 ס"מ אורך.
  3. כן פיסת צינורות חום להתכווץ כי הוא בערך 1 סנטימטר יותר מאשר גליל airgel.
  4. השתמש חותך צינורות זכוכית לשבור צינור מדגם של קוטר פנימי 2 מ"מ ליצור שתי חתיכות באורך 4 ס"מ. שני החלקים צריכים להיות שני קצוות פתוחים.
    זהירות: יש להרכיב משקפי בטיחות וכפפות מתאימות במהלך הפעלת אקדח החום. אין לכוון את זרימת האוויר לכיוון עור או בגדים ולשמור אותו הרחק מחומרים דליקים.
  5. הכנס אחת היצירות צינור מדגם 5 מ"מ עמוק לתוך קצה אחד של הצינור החום להתכווץ. בעזרת אקדח חום בזהירות לחמם לקצה הזה של צינורות החום להתכווץ בלי רתיעה שאר הצינורות. צינורות החום להתכווץ צריך להיות קבוע עכשיו על שפופרת זכוכית.
    1. להטביע את השילוב הזה של שפופרת זכוכית צינורות חום להתכווץ בצלחת פטרי של airgel. בזהירות לדחוף את פיסת airgel משלב 3.2 לתוך הסוף הפתוח של הצינור החום להתכווץ.
  6. ממלאים מבחנה עם אתנול (pa) עד לגובה של 7 ס"מ. מעבירים את המדגם מצלחת פטרי לתוך מבחנה. תוך כדי כך, ודא כי את הקצה הפתוח של הצינור החום להתכווץ מכוון לחלק העליון. ודא כי airgel הוא שקוע לחלוטין באתנול.
  7. הכנס את פיסת 4 ס"מ השני שלצינור דגימה משלב 3.4 לתוך הסוף הפתוח של הצינור החום להתכווץ. אין להפעיל כוח, כוח המשיכה אמורה להיות מספיק כדי לסגור את הפערים בין airgel ואת חתיכות צינור דגימה. שים את המבחנה עם המדגם לתוך מבחנה.
  8. ממלאים סיר לחץ עם לפחות אתנול 500 מ"ל ולהוסיף בר ומערבבים.
  9. שים את המבחנה המכילה מדגם על תחתית בתוך סיר הלחץ.
    זהירות: בצע את הצעד הבא תחת במנדף ולהמשיך ללבוש משקפי מגן.
  10. מבשלים ומערבבים דגימות ב הגדרה הלחץ של 1 בר מעל ללחץ הסביבה על בוחש מגנטי. הטמפרטורה חייבת להגיע לפחות C ° 90. תן לזה להתקרר בהקדם הלחץ הוא הגיע ואת אדי אתנול משחרר שסתום לחץ. אם צינורות החום להתכווץ לא להתכווץ, חזור על שלב זה.
    הערה: מייד לנקות את סיר לחץ עם מים כדי למזער את ההשפעה של אתנול על השסתומים החותמים. בשלב זה, המדגם המוכן ניתן לאחסן אתנול עבור seveחודשי RAL.

4. מכינים את ספקטרומטר

  1. צור ניסוי 2d באמצעות השדה המגנטי כמו abscissa 1, הפעם כמו abscissa 2 ו עוצמת אות כמו לתאם, כך לטאטא שדה מגנטי נרשמת עבור כל צעד זמן. אפשר בקרות סליל שיפוע.
  2. הגדר את זמן ההשהיה בין המדידות לאפס. הגדר את הפרמטרים האחרים כפי שנקבע סט סעיף 2. את מספר הנקודות עבור ציר הזמן 20 שעות / זמן לטאטא. הגדר את גשר המיקרוגל לבצע כוונון עדין אחרי כל סריקה פרוסה.
  3. בצע את השלבים בסעיף 1.7 כדי לכוון את ספקטרומטר כדי המהוד הריק.

5. מכינים את המדגם למדידה

הערה: פעם יחידת השלבים הקריטיים של פרוטוקול זה הם 5.3 דרך 6.2, המהווה מההתחלה של התהליך דיפוזיה בתוספת התווית הספין עד למועד רכישת הנתונים ב ספקטרומטר מתחילה. בצע את הפעולות הבאות ללא החדרהכל עיכובים.

  1. לשים את האצבע על החלק העליון של מדגם מתוך סעיף 3 כדי לשמור על פתרון אתנול לזרום החוצה על הקרקעית. ואז להשתמש במזרק כדי להסיר חלק אתנול מ -5 המ"מ התחתון של צינור המדגם הנמוך ולאטום סוף כי עם תרכובת איטום צינור. ודא שיש בועת אוויר של 2 מ"מ גובה מעל מתחם האיטום.
  2. הסר את כל אתנול מצינור המדגם מעל airgel למעט 3 מ"מ מעל airgel בעזרת פיפטה נימי פסטר.
  3. להזריק 20 μl של פתרון התווית ספין באתנול על גבי airgel. ודא שלא ליצור בועת אוויר על גבי airgel. סמן את השעה הנוכחית כמו התחלה של תהליך דיפוזיה.
  4. מניחים את המדגם בתוך שפופרת מדגם עם קוטר פנימי 4 מ"מ. השתמש קלטת PTFE כדי למרכז את המדגם.
  5. השתמש בטוש לציון צינור המדגם החיצוני בדיוק בעמדה של 68 מ"מ מעל הקצה העליון של airgel. זה עוזר מרכוז המדגם כהלכה מהוד ומניח את גזן של המהוד 1 מ"מ מתחת לקצה העליון של airgel.

6. בצעו את הניסוי דיפוזיה

  1. הנח את הדוגמה מהוד כך סימון מ -5.5 מיישרת עם החלק העליון של בעל PTFE של מהוד ולכוון את ספקטרומטר עבור צימוד קריטי כמו מתואר במדריך ההפעלה של ספקטרומטר.
  2. השתמש במצב התקנת הסריקה כדי לקבוע את רווח המקלט כמתואר 1.7.3 בעוד סלילי השיפוע עדיין כבויים.
  3. הפעל את הניסוי כי הוגדר בסעיף 4. רשמו את השעה הנוכחית. כך או לחכות 20 שעות כדי שהניסוי לסיים או להפסיק את הניסוי כאשר האות הרשומה אינה המשתנים לאורך של 4 שעות או יותר. שמור את התוצאה.

7. לבצע ניסויים נוספים חסרים עבור ניתוח נתונים

הערה: לבצע את הניסויים 7.1 ו -7.2 עם המדגם אותו מיד לאחר הניסוי דיפוזיה ללא מווינג המדגם.

  1. רשום את נקודת הפונקציה המורחת עבור Deconvolution
    1. Switch to הניסוי "שדה לטאטא" משלב 1.7.2. העתק את כל ההגדרות מהניסוי בשלב 6.
    2. קלט ספקטרום ולמדוד את יחס האות לרעש. אם הוא פחות מ -20: 1, להגדיל את מספר סריקות וחזור על שלב זה. אחרת להציל את הספקטרום.
  2. לבצע ניסוי הדמיה 2d
    1. צור ניסוי חדש על ספקטרומטר עם השדה המגנטי כמו 1 abscissa, זווית השיפוע השדה המגנטי כמו abscissa 2 ואת עוצמת האות כמו לתאם. העתק את הפרמטרים משלב 6. הגדר את המטוס הדמיה למישור YZ, המהווה את המטוס כולל לכיוון B שדה מגנטי סטטי 0 ואת ציר מדגם.
    2. הגדר את מספר זוויות N של בכיוון שיפוע גודל פיקסל N = FOV / רצוי ומעלה.
    3. התחל את המדידה ולשמור את התוצאה.
    4. ה חזורדואר צעדים 7.1 ולשמור את התוצאה.
  3. מדוד את פרופיל רגישות מהוד
    1. כן אחר מדגם של חללית ספין בתמיסה ידי חזרה על שלבי 1.1 עד 1.5, אבל הפעם להוסיף 4 סנטימטר של הפתרון לתוך הנימים במקום 2 סנטימטר.
    2. בצע את השלבים בסעיף 2 להקליט ספקטרום של המדגם עם שיפוע שדה מגנטי בכיוון של ציר המדגם. עבור שלב 2.3, השתמש בשדה הראייה של 3 ס"מ. שמור את התוצאה.
    3. חזור על המדידה בהעדר שיפוע השדה המגנטי ולשמור את התוצאה.

ניתוח 8. נתונים

  1. משחזר את ניסוי הדמית 2d
    1. טען את ניסוי הדמית 2d מ 7.2.3 לתוך חלון התצוגה הראשי של התוכנה ספקטרומטר.
    2. טען את ניסוי 7.2.4 לתוך viewport המשנית של התוכנה ספקטרומטר.
    3. עבור אל עיבוד> טרנספורמציות> Deconvolution, בחר Slice: כל ולחץלהחיל לבצע deconvolution.
    4. שמור את הנתונים deconvolved לדיסק.
    5. השתמש בתוכנת שחזור תמונה בחופשיות הזמינה 20 עם הפקודה הבאה: לשחזר --input result_from_8_1_4.DSC --output reconstructed_image.DSC --steps 100 --size 256
    6. טען את התוצאה מ 8.1.5 לתוך התוכנה ספקטרומטר לעיון מאוחר יותר.
  2. נתח את ניסוי דיפוזיה הקלטות
    1. הפעל את תוכנת ניתוח נתונים עבור לכרטיסייה "Load" של התוכנה שמוצג באיור 3. טען את הניסוי דיפוזיה משלב 6.3 תחת "ניסוי דיפוזיה". טען את הפונקציה להפיץ את הצבע המקביל משלב 7.1.2 תחת "ניסוי דיפוזיה w / o צבע". טען את התוצאה משלבת 7.3.2 תחת "ניסוי פרופיל מהוד" והתוצאה משלב 7.3.3 תחת "exp פרופיל המהוד w / o צבע".
    2. עבור לכרטיסייה הרגישה מהוד שמוצגת באיור 4 על מנת לבצע deconvolution של הנתונים מהניסוי 7.3.2 באמצעות 7.3.3 כפונקציה להפיץ את הצבע. להקטין את ערך כוח הרעש עד התוצאה היא רועשת, ואז להעלות אותו עד הרעש פשוט נעלם.
    3. עבור לכרטיסיית פרופיל צפיפות ספין 1D שמוצגת באיור 5 כדי deconvolve כל לטאטא שדה שנרשם 6.2 באמצעות הניסוי מ -7.1 כפונקציה להפיץ את הצבע. להקטין את ערך כוח הרעש עד התוצאה היא רועשת, ואז להעלות אותו עד הרעש פשוט נעלם.
    4. עבור לכרטיסיית אזור החיתוך שמוצגת באיור 6. בחר אזור של המפה החומה דיפוזיה שנמצאה לחלוטין פנימי של airgel והיכן חללית ספין היא פשוט עומדת להיכנס מלמעלה על הצעד לראשונה של אזור זה. בכל מקרה של ספק, לטעון את התמונה המשוחזרת 8.1.6 בתוכנת ספקטרומטר כדי לזהות את המיקום המדויק של airgel.
    5. הגדלת השטח משלב 8.2 בכיוון מטה של ​​המדגם כך אין בעיה ספיןדואר מגיע לגבול התחתון של האזור בתוך זמן הניסוי. ראה איור 6 לעיון.
    6. עבור לכרטיסייה זרם שמוצג באיור 7 ובכושר העיתונות. בחלונית הימנית מראה את אינטגרלית באזור הקצוץ מ 8.2.5 לאורך ציר העמדה.
    7. ודא כי העקומה המוצגת הפנל באמצע מתחילה באפס ומייד מתחילה לעלות. אם זה לא המקרה, לחזור 8.2.5.
    8. ודא שק אדום המוצגים בלוח באמצע כדלקמן נקודות הנתונים השחורות.
  3. לדמות את ריכוז ספין 1D לאורך הזמן התאים את מקדם דיפוזיה
    1. עבור לכרטיסייה מקדם הדיפוזיה ובכושר העיתונות.
    2. חכה תוצאות החישוב.
    3. ודא כי נתוני הניסוי מוצגים בפינה השמאלית תואמים את הנתונים המספריים יוצגו בפינה הימנית.
    4. קרא את הערך של מאקרו D מקדם הדיפוזיה מקרוסקופית translational כי הוא displayed על המסך.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

תצלום סכימטי של airgel בתוך הצינור מתכווץ מוצג 2a דמויות 2b. התמונה EPR 2d ב איור 2 ג מראה בבירור את הקצה העליון של airgel. עוצמת 1D ρ בתוך הצינור מדגם מעל airgel נמוכה למרות הריכוז של חללית הספין הוא לפחות גבוה ככל בתוך airgel. עם זאת, את העומק מדגם בניצב למישור התמונה קטן בהרבה בשל הקוטר הפנימי הקטן של הצינור המדגם. ראוי לציין, כי תמונת EPR גם מראה שום בועות אוויר בצינור המדגם...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

הפרוטוקול מאפשר ניטור של דיפוזיה של מולקולות אורח פאראמגנטיים. גישה הדמיה 1D נבחרה משום שהיא מאפשרת על מנת להגיע לפתרון זמן גבוה לעומת הדמיה 2D או 3D. גישת 1D דורשת שטח חתך קבוע של המדגם בגלל האינטנסיביות של תמונת 1D השיגה תלויה לא רק הריכוז אלא גם על אזור החתך של המדגם. השיטה גם דורשת כי ספקטרום EPR של חלליות הספין בתוך הדגימות לשנות רק בעוצמת אבל לא בכושר. אחרת עוד זמן רב הדמיה ספקטרלית-מרחבית חייב לשמש, אשר נמצא מחוץ להיקף של פרוטוקול זה. השיטה היא מוגבלת גם למערכות שבהן מ...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

החוקרים אין לי מה לחשוף.

תודות

המחברים מודים לפרופ' פיטר אימינג ודיאנה מולר על הסינתזה של גשושית הספין טריטיל ולפרופ' סבסטיאן פולארץ, מרטין וסיג ואנדראס שכטשניידר על סינתזת החומרים הנקבוביים. התמיכה הכספית של DFG (DR 743/7-1) ובתוך SPP 1570 זוכה להכרת תודה.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
ספקטרומטר X-BandBrukerE580
ספקטרומטר תוכנהBrukerXepr 2.6b.108
מערכת סליל שיפועBrukerE540 GCX2
מהוד הדמיהBrukerTMHS 1007
מיקרו-קלאסי בקר פיפטהמותג25900
מיקרו-נימי טבעות 50  ומיקרו; lהירשמן9600150קוטר פנימי 0.5 מ"מ
צינור דגימה EPR 2 מ"מ קוטר פנימי BrukerER 221TUB/2
EPR צינור דגימה 4 מ"מ קוטר פנימיBrukerER 221TUB/4
צינורות כיווץ חום DERAY-IBDSG-Canusa 22100489524.8 מ"מ/2.4 מ"מ, 2:1, 95  ° ג - 200  °
אקדח חוםBoschPHG 600-3
PTFE  רצועהVWR332362Sרוחב 12 מ"מ
אורך מבחנה16 ס"מ, קוטר 1.5 ס"מ
250 מ"ל, גובה 9 ס"מ, קוטר 7 ס"מ
איטום צינור נימיפישר סיינטיפיק02-678
סיר לחץ, 3 ליטר עם טריבטBeemVital-X-Press V2, בוחש מגנטי F1000675
עם גוף
אתנול (p.a.)
אתנול (techn.)
מזרקהמילטון17050.05 מ"ל, אורך מותאם אישית: 20 ס"מ
פיפטה23 ס"מ
תוכנת ניתוח נתוניםתוצרת ביתזמין להורדה ב-http://www.uni-konstanz.de/drescher/software. דורש Matlab.
UKON1-GELניתן באדיבות פרופ' סבסטיאן פולרץ, מרטין וסיג ואנדראס שכטשניידר ראה הפניות 16, 18, 19 לסינתזה
C חימוםאורך נימי פסטר

מקורות

  1. Schüth, F., Sing, K. S. W., Weitkamp, J. Handbook of Porous Solids. , Wiley-VCH Verlag GmbH. Weinheim, Germany. (2002).
  2. Hoffmann, F., Cornelius, M., Morell, J., Fröba, M. Silica-Based Mesoporous Organic-Inorganic Hybrid Materials. Angew. Chem. Int. Edit. 45 (20), 3216-3251 (2006).
  3. Sanchez, C., Boissière, C., Grosso, D., Laberty, C., Nicole, L. Design, Synthesis, and Properties of Inorganic and Hybrid Thin Films Having Periodically Organized Nanoporosity. Chem. of Mat. 20 (3), 682-737 (2008).
  4. Le Bihan, D., Johansen-Berg, H. Diffusion MRI at 25: Exploring brain tissue structure and function. NeuroImage. 61 (2), 324-341 (2012).
  5. Pregosin, P. S., Kumar, P. G. A., Fernández, I. Pulsed Gradient Spin−Echo (PGSE) Diffusion and 1H,19F Heteronuclear Overhauser Spectroscopy (HOESY) NMR Methods in Inorganic and Organometallic Chemistry: Something Old and Something New. Chem. Rev. 105 (8), 2977-2998 (2005).
  6. Talmon, Y., et al. Molecular diffusion in porous media by PGS ESR. Phys. Chem. Chem. Phys. 12 (23), 5998-6007 (2010).
  7. Okazaki, M., Seelan, S., Toriyama, K. Condensation process of alcohol molecules on mesoporous silica MCM-41 and SBA-15 and fumed silica: a spin-probe ESR study. Appl. Magn. Reson. 35 (3), 363-378 (2009).
  8. Wessig, M., Spitzbarth, M., Drescher, M., Winter, R., Polarz, S. Multiple scale investigation of molecular diffusion inside functionalized porous hosts using a combination of magnetic resonance methods. Phys. Chem. Chem. Phys. 17 (24), 15976-15988 (2015).
  9. Yakimchenko, O. E., Degtyarev, E. N., Parmon, V. N., Lebedev, Y. S. Diffusion in Porous Catalyst Grains as Studied by EPR Imaging. J. Phys. Chem. 99 (7), 2038-2041 (1995).
  10. Cleary, D. A., Shin, Y. K., Schneider, D. J., Freed, J. H. Rapid determination of translational diffusion coefficients using ESR imaging. J. Magn. Reson. 79 (3), 474-492 (1988).
  11. Hornak, J. P., Moscicki, J. K., Schneider, D. J., Freed, J. H. Diffusion coefficients in anisotropic fluids by ESR imaging of concentration profiles. J. Chem. Phys. 84 (6), 3387-3395 (1986).
  12. Berliner, L. J., Fujii, H. EPR imaging of diffusional processes in biologically relevant polymers. J. Magn. Reson. 69 (1), 68-72 (1986).
  13. Degtyarev, Y. N., Schlick, S. Diffusion Coefficients of Small Molecules as Guests in Various Phases of Pluronic L64 Measured by One-Dimensional Electron Spin Resonance Imaging. Langmuir. 15 (15), 5040-5047 (1999).
  14. Marek, A., Labský, J., Koňák, Č, Pilař, J., Schlick, S. Translational Diffusion of Paramagnetic Tracers in HEMA Gels and in Concentrated Solutions of PolyHEMA by 1D Electron Spin Resonance Imaging. Macromolecules. 35 (14), 5517-5528 (2002).
  15. Shin, Y. K., Ewert, U., Budil, D. E., Freed, J. H. Microscopic versus macroscopic diffusion in model membranes by electron spin resonance spectral-spatial imaging. Biophys. J. 59 (4), 950-957 (1991).
  16. Spitzbarth, M., et al. Simultaneous Monitoring of Macroscopic and Microscopic Diffusion of Guest Molecules in Silica and Organosilica Aerogels by Spatially and Time-Resolved Electron Paramagnetic Resonance Spectroscopy. J. Phys. Chem. C. 119 (30), 17474-17479 (2015).
  17. Kruczala, K., Schlick, S. Measuring Diffusion Coefficients of Nitroxide Radicals in Heterophasic Propylene−Ethylene Copolymers by Electron Spin Resonance Imaging. Macromolecules. 44 (2), 325-333 (2011).
  18. Wessig, M., Drescher, M., Polarz, S. Probing Functional Group Specific Surface Interactions in Porous Solids Using ESR Spectroscopy as a Sensitive and Quantitative Tool. The J. Phys. Chem. C. 117 (6), 2805-2816 (2013).
  19. Kuschel, A., Polarz, S. Organosilica Materials with Bridging Phenyl Derivatives Incorporated into the Surfaces of Mesoporous Solids. Adv. Funct. Mater. 18 (8), 1272-1280 (2008).
  20. Spitzbarth, M., Drescher, M. Simultaneous iterative reconstruction technique software for spectral-spatial EPR imaging. J. Magn. Reson. 257, 79-88 (2015).
  21. Stoll, S., Schweiger, A. EasySpin, a comprehensive software package for spectral simulation and analysis in EPR. J. Magn. Reson. 178 (1), 42-55 (2006).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

גלה מאמרים נוספים

ניטור דיפוזיההכנת דגימת אירוג'לצינור פיתוך תרמישיטת סיר הלחץפרופיל צפיפות ספיןניתוח מקדם דיפוזיהניסוי דימות EPR
ניטור באתרו של דיפוזיה של מולקולות צימרים נקבוביות מדיה באמצעות הדמית תהודה מגנטית אלקטרונית
צרו קשר
המליצו לספרייה

פרטיות

תנאי שימוש

מדיניות

זכויות יוצרים © 2026 MyJoVE Corporation. כל הזכויות שמורות.