Questo protocollo presenta l'uso di un ambiente di campionamento a flusso interrotto per miscelare rapidamente più soluzioni liquide in situ durante una misura di scattering neutronico a piccolo angolo e per studiare i processi cinetici su scale di lunghezza nanometrica e seconde scale temporali.
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Articolo metodologico
Misurare l'evoluzione temporale di materiali su scala nanometrica con scattering neutronico a flusso interrotto e a piccolo angolo
In questo articolo
Sommario
Abstract
Questo articolo presenta l'uso di un ambiente di campionamento SANS (small-angle neutron-scattering) a flusso interrotto per miscelare rapidamente campioni liquidi e studiare processi cinetici su scala nanometrica su scale temporali da secondi a minuti. L'ambiente di campionamento a flusso interrotto utilizza pompe a siringa disponibili in commercio per miscelare i volumi desiderati di campioni liquidi che vengono quindi iniettati attraverso un miscelatore dinamico in una cella di vetro al quarzo in circa 1 s. L'acquisizione dei dati SANS risolta nel tempo viene sincronizzata con la miscelazione del campione per seguire l'evoluzione della nanostruttura in soluzione dopo la miscelazione.
Per utilizzare al meglio il tempo del fascio di neutroni, utilizziamo una serie di valvole selettrici di flusso per caricare, risciacquare e asciugare automaticamente la cella tra una misurazione e l'altra, consentendo la raccolta ripetuta dei dati durante più iniezioni di campioni. Le iniezioni di campioni vengono ripetute fino a quando non vengono raccolte sufficienti statistiche di diffusione dei neutroni. La configurazione di miscelazione può essere programmata per variare sistematicamente le condizioni per misurare la cinetica a diversi rapporti di miscelazione, concentrazioni di campione, concentrazioni di additivi e temperature. Il volume minimo di campione richiesto per iniezione è di circa 150 μL a seconda della lunghezza del percorso della cella al quarzo.
I risultati rappresentativi utilizzando questo ambiente campione a flusso interrotto sono presentati per una rapida cinetica di scambio lipidico in presenza di un additivo, la ciclodestrina. Le vescicole si scambiano lipidi esterni (esterni) nell'ordine di secondi e scambiano completamente i lipidi interni ed esterni in poche ore. La misurazione della cinetica dello scambio lipidico richiede una miscelazione in situ per catturare i processi più veloci (secondi) e più lenti (minuti) ed estrarre le costanti di velocità cinetica. Lo stesso ambiente di campionamento può anche essere utilizzato per sondare lo scambio molecolare in altri tipi di campioni liquidi come nanoparticelle lipidiche, proteine, tensioattivi, polimeri, emulsioni o nanoparticelle inorganiche. Misurare le trasformazioni strutturali su scala nanometrica e la cinetica dei sistemi di scambio o reazione fornirà nuove informazioni sui processi che si evolvono su scala nanometrica.
Introduzione
Lo scattering neutronico a piccolo angolo (SANS) fornisce un modo unico per misurare le dimensioni, le forme, le interazioni e l'organizzazione di vari materiali su scale di lunghezza da ≈1 nm a ≈100 nm 1,2,3. Strumenti recenti, tra cui gli strumenti VSANS (Very small-angle neutron scattering) con specchi di messa a fuoco, spingono i limiti verso la misurazione di scale di lunghezza ancora più grandi fino a ≈1000 nm 4,5. In generale, il contrasto di scattering unico inerente ai metodi di scattering neutronico offre di....
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Protocollo
1. Impostare e avviare il sistema a flusso interrotto.
- Accendere tutti gli alimentatori della pompa e i miscelatori dinamici utilizzando l'interruttore di alimentazione.
- Avviare tutte le pompe e le valvole nell'interfaccia utente grafica (GUI) di controllo del sistema a flusso interrotto inserendo il percorso di configurazione del dispositivo e utilizzando i comandi bus=qmixbus. Bus(), bus.open(), bus.start(), pump=qmixpump. Pump(), pump.enable() e valve=ViciMultiposSelector() (vedere il codice di avvio di esempio disponibile in un repository open ....
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Risultati
I dati rappresentativi dei neutroni qui mostrati misurano la cinetica di scambio lipidico in presenza di metil-β-ciclodestrina (mβCD), un additivo che catalizza lo scambio lipidico tra vescicole con il tasso di cambio (ke)66,67. Precedenti studi di fluorescenza hanno dimostrato che k e dipende dalla concentrazione di mβCDe l'emivita del processo di scambio è dell'ordine diminuti 68. I presenti esperimenti utilizzano T.......
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Discussione
La procedura attuale descrive il dispositivo di miscelazione e le fasi per eseguire misure TR-SANS a flusso interrotto. Il dispositivo e il protocollo sono ottimizzati per campioni liquidi a bassa viscosità in cui le scale temporali di interesse sono ≈1 s a 5 min. Per scale temporali superiori a 5 minuti, mescolare manualmente i campioni e caricarli in celle di dispersione standard può essere più facile e desiderabile, specialmente per campioni ad alta viscosità, gel o paste. L'accesso a scale temporali inferiori a 1 s r.......
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Dichiarazioni
Gli autori non hanno conflitti di interesse da dichiarare.
Ringraziamenti
L'accesso al VSANS NG3 è stato fornito dal Center for High-Resolution Neutron Scattering, una partnership tra il National Institute of Standards and Technology e la National Science Foundation ai sensi dell'accordo n. DMR-2010792. M.H.L.N riconosce il finanziamento fornito da Mitacs Globalink (Canada). L'identificazione di qualsiasi prodotto commerciale o nome commerciale è per favorire la comprensione e non implica l'approvazione o la raccomandazione da parte del National Institute of Standards and Technology.
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| 462-0150A | Rotore accoppiato magneticamente, gruppo miscelatore dinamico binario (disponibile di tipo ternario), volume morto di 0,15 mL (disponibile un volume morto maggiore) | ||
| Tubo in fluoropolimero | IDEX Health & Scienza | 1507L | PFA Tubi Naturale 1/16 di pollice OD x 0,040 pollici ID x 50 piedi |
| Fluoropolimero 1/4-28 raccordi senza flangia | IDEX Salute & Science | XP-245 | PFA raccordo senza flangia con boccole, filettatura 1/4-28, tubo con diametro esterno 1/16 di pollice |
| Siringhe in vetro | Hamilton Company | 81660 | Siringhe Hamilton serie 1000, 10 mL (81660), modello 1010 C syr, terminazione filettata 1/4"-28, altri volumi disponibili |
| Valvole selettrice di flusso ad alta pressione | Vici Valco | C85X-1570EUTB | Valvole selettrice Vici 10 posizioni, 15000 psi max, foro 0,25 mm, tubo diametro esterno 1/16 di pollice, porte filettate coniche 10-32, attuatore universale USB |
| Valvole di alta pressione | Vici Valco | C82X-1574EUHB | Valvole di commutazione Vici a 4 vie, 15000 psi max, foro 0,25 mm, tubo diametro esterno 1/16 di pollice, porte filettate coniche 10-32, attuatore universale USB |
| Siringhe ad alta pressione | Cetoni | A2019000358 | Siringa in acciaio inox da 3 mL, 510 bar max, portata max 21 mL/min |
| Valvole selettrice di flusso a bassa pressione | Vici Valco | C25-3180EUHB | Valvole selettrice Vici a 10 posizioni, liquido max 250 psi, foro 0,75 mm, tubo diametro esterno 1/16 di pollice, porte filettate 1/4-28, attuatore universale USB |
| pompe siringa ad alta pressione neMESYS | Cetoni | A3921000103 | Forza massima 2600 N |
| pompe siringa a media pressione neMESYS | Cetoni | A3921000131 | Forza massima 1000 N |
| Alimentazione | Cetoni | A3921000127 | Base 600, fornisce alimentazione per un massimo di 4 pompe ad alta pressione |
| Cella di campionamento a flusso continuo al quarzo | Starna | Scientific 3-2.30-Q-1/TC | Micro celle a flusso al quarzo, lunghezza del percorso 2 mm (1 mm disponibile), dimensione interna 2 mm per 2 mm per 30 mm |
| Finestre in quarzo Vetro | tecnico Prodotti | NA | GE 124 Quarzo fuso trasparente rettificato e piastre lucidate, 11,75 pollici per 23,75 pollici per 0,375 pollici di spessore |
| Raccordi a compressione conici in acciaio inossidabile 10-32 | IDEX Health & Scienza | U-321X, U-320X 316 | ghiera in acciaio inossidabile (U-321X) e dado (U-320X) -Tipo Valco, 10-32 conico, per tubi in acciaio inossidabile con diametro esterno di 1/16 di pollice |
| Tubi in acciaio inossidabile | IDEX Health & Tubo in | U-102 | 1/16 di pollice OD x 0,020 pollici ID, 10 cm, varie lunghezze pretagliate disponibili |
| Software di controllo della pompa a siringa | Cetoni | T6000000004 | Software QmixElements per pompe nemesys, kit di sviluppo software QmixSDK |
| Condizionatore d'aria termoelettrico | EIC Solutions | AAC-140C-4XT-HC | Condizionatore d'aria termoelettrico montato su involucro isolato per controllare la pompa, la valvola, il miscelatore e |
| la ringhiera con scanalatura a T | della temperatura del campione McMaster-Carr | 47065T103 | Ringhiera con scanalatura a T in alluminio (1,5 pollici per 1,5 pollici) tagliata a varie lunghezze Tappi di |
| bottiglia con bloccaggio del vapore | Cole-Parmer | EW-12018-02 | Quattro inserti porta SS 304, filettature 1/4"-28, tappo di bottiglia GL45, corpo in PTFE, filettature SS, collare in PP |
Riferimenti
- Melnichenko, Y. B., Wignall, G. D. Small-angle neutron scattering in materials science: Recent practical applications. Journal of Applied Physics. 102 (2), 021101(2007).
- Grillo, I. Small-angle neutron scattering and applications in soft condensed matter. Soft Matter Characterization. Borsal....
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Ristampe e permessi
