Misurare l'evoluzione temporale di materiali su scala nanometrica con scattering neutronico a flusso interrotto e a piccolo angolo

Stop flow small angle scattering o stop flow SANS ci consente di studiare come i materiali su scala nanometrica si evolvono su scale temporali prestabilite da secondi a minuti. Il contrasto tra idrogeno e deuterio unico nello scattering neutronico rende questa tecnica particolarmente utile per lo studio di materiali ricchi di idrogeno come lipidi, proteine e polimeri. Se sei interessato a utilizzare stand a flusso di arresto per studiare i tuoi materiali di interesse, contatta lo scienziato locale degli strumenti negli Stati Uniti presso una struttura di diffusione per aiutarti a pianificare il tuo esperimento.

A dimostrare la procedura saranno Ryan Murphy, ingegnere chimico presso il National Institute of Standards and Technology, o NIST, Center for Neutron Research, o NCNR e Brian Maranville, fisico anch'egli presso il NCNR. Per iniziare accendere tutti gli alimentatori della pompa e i miscelatori dinamici. Utilizzando l'interruttore di alimentazione, avviare tutte le pompe e le valvole nella GUI controllata dal sistema di flusso interrotto inserendo il percorso di configurazione del dispositivo e i comandi menzionati nel testo manoscritto calibrano le pompe prima di collegare le siringhe.

Dopo essersi assicurati che le pompe siano state calibrate. Avvitare i cilindri della siringa puliti alla connessione nella parte superiore della pompa. Assicurarsi che la testina di montaggio della siringa sia allentata prima di erogare il volume di riempimento in modo che la siringa non si rompa a causa di una forza eccessiva dal pistone della siringa.

Quindi avvitare il pistone della siringa nella connessione nella parte inferiore della pompa. Dopo aver collegato il cilindro della siringa e il pistone della siringa alla pompa, erogare il volume di riempimento. Dopo che il pistone smette di muoversi, stringere la testa di montaggio della siringa.

Quindi collegare il tubo alle fonti di campione e solvente, siringhe, valvole, miscelatori, celle di campionamento e contenitore di campioni misti. Definire tutti i collegamenti di tubi e valvole realizzati nella GUI controllata dal sistema di flusso interrotto digitando i collegamenti del numero di porta corrispondenti effettuati a ciascuna valvola. Per caricare il campione, aspirare i volumi desiderati di campione e solvente dalle loro fonti nelle siringhe del campione attraverso le valvole selettrici della pompa.

Quindi innescare il sistema erogando tutta l'aria dalle siringhe, dalle tubazioni e dalle valvole, assicurandosi che da ciascuna siringa venga erogato un volume sufficiente di liquido. Per rimuovere tutte le bolle d'aria, una volta che l'aria è stata eliminata dal sistema, eseguire almeno un'iniezione di campione facendo clic sulla cella denominata Inizia esperimento di miscelazione nella GUI controllata, con questa cella selezionata attivamente. Fare clic sul pulsante Esegui nella parte superiore della GUI controllata o premere i tasti Maiusc e Inserisci insieme sulla tastiera.

Ispezionare visivamente la cella del campione per verificare la presenza di bolle d'aria. Se sono presenti bolle, ripetere i passaggi di eliminazione, altrimenti procedere alla definizione dei passaggi rimanenti del protocollo dell'esperimento. Per definire il protocollo di miscelazione del flusso interrotto.

Immettere il set point di temperatura dell'unità di condizionamento d'aria programmabile che controlla la temperatura delle custodie isolate che circondano il dispositivo di flusso arrestato. Quindi inserire tutte le fasi della sequenza di risciacquo digitando i volumi, le portate, i tempi e il numero di ripetizioni appropriati nella GUI controllata. Successivamente definire tutte le fasi della sequenza di iniezione del campione digitando i volumi, le portate e i tempi appropriati nella GUI controllata dal sistema di flusso interrotto infine calcolare il tempo totale di un singolo ciclo di raccolta dei dati di flusso interrotto per definire i parametri SANS.

Impostare il tempo totale di acquisizione dati VSANS nella GUI controllata dallo strumento SANS sul tempo di ciclo calcolato in precedenza. Quindi impostare il tempo di misurazione della trasmissione del campione su 100 secondi e attivare la raccolta dei dati in modalità evento. Per misurare la dispersione dello sfondo.

Assicurarsi che l'otturatore dello strumento locale sia chiuso prima di attaccare il campione di fascio bloccato sul retro dell'apertura del campione. Quindi, dopo aver fissato l'ambiente dello strumento locale, aprire l'otturatore dello strumento locale. Successivamente, definire il tempo di acquisizione dei dati di scattering del fascio bloccato nel software e raccogliere il conteggio dei dati di scattering del fascio bloccato per la stessa durata del tempo di acquisizione dei dati di scattering più lungo.

Una volta completata la raccolta dei dati, chiudere l'otturatore dello strumento e rimuovere il campione di fascio ostruito dall'apertura del campione. Quindi procedere a misurare la dispersione delle celle vuote prima di iniziare l'esperimento di flusso interrotto. Assicurarsi che l'area locale dello strumento sia sicura.

Quindi aprire l'otturatore del fascio dello strumento locale. Avviare la raccolta dei dati SANS utilizzando il software di controllo dello strumento SANS sul computer dello strumento trascinando e rilasciando le corse desiderate nella coda degli strumenti. Quindi, avviare l'esperimento di miscelazione del flusso interrotto nella GUI controllata e verificare che il protocollo di miscelazione del flusso interrotto definito abbia iniziato a funzionare.

Quindi aggiungere l'esecuzione della trasmissione in fondo alla coda. La trasmissione verrà raccolta al termine della corsa di dispersione. Dopo aver scaricato il file di dati di scattering e i file di eventi associati dal cestino del server, i dati di scattering nei contenitori temporali desiderati inserendo i comandi appropriati come indicato nel manoscritto di testo.

Quindi ridurre i dati di dispersione del bidone utilizzando il software fornito nella linea del fascio per analizzare i dati SANS risolti nel tempo, calcolare il tempo di processo di interesse dai tempi di misurazione utilizzando l'equazione fornita nel manoscritto di testo. Quindi estrarre i parametri cinetici di interesse dalla variazione dell'intensità dipendente da Q in funzione del tempo di processo. I tassi di conta dei neutroni misurati del fondo del tampone salino su più cicli di iniezione costituiti da nove fasi di risciacquo.

Qui sono mostrate una fase di disegno e una fase di iniezione del campione. Le singole soluzioni lipidiche marcate con H e D sono state miscelate al tempo T mix e immediatamente fluite nella cellula campione. La velocità di misurazione della conta dei neutroni è aumentata e ha raggiunto un valore massimo quando la cella campione è stata riempita al riempimento T.

I conteggi dei neutroni dal campione di vescicole lipidiche miste a tre diverse temperature sono tracciati in funzione della scala temporale del processo corretto, che è il tempo di processo di interesse corretto per il periodo di flusso allo stato stazionario e il tempo di ritardo. I dati SANS sono stati raccolti continuamente in modalità evento che può quindi essere post-elaborata nei contenitori temporali desiderati. La cinetica dello scambio lipidico è stata misurata a 36 gradi 30 gradi e 20 gradi Celsius.

Questi dati sono stati piegati in contenitori temporali uguali di tre secondi e sono rappresentativi delle informazioni dipendenti dalla scala di tempo e lunghezza che possono essere ottenute da una misurazione TR SANS. L'intensità normalizzata viene tracciata in funzione del tempo di processo per le diverse temperature. La combinazione di miscelazione del flusso di arresto e risoluzione temporale SANS offre nuove opportunità per esplorare le evoluzioni strutturali nei materiali di nano scansione che vanno dalle nanoparticelle lipidiche e farmaci e vaccini di prossima generazione ai geopolimeri utilizzati nei materiali da costruzione verdi.