Name: 動的光散乱顕微鏡による濁りソリューションにおける粒度分布の測定 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-01-09T12:30:00.000+00:00
Duration: 9 min 16 s
Description: 学ぶ動的光散乱顕微鏡を用いた濁りソリューションの粒度分布測定法。希釈不要で濃厚試料の粒子サイズを解析し、温度変化による凝集挙動を評価できます。

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

playerTrialDesktop

この研究は、文部科学省科学研究費補助金(25248027号から修士号)によって財政的に支援されています。

1.試料の調製<ol><li> 温度応答性モノマーの精製 <ol><li>トルエン100mL中のN -isopropylacrylamide 20gの（NIPA）を溶解します。 </li><li>ほこりを除去するために吸引ソリューションをフィルタリングします。 </li><li>石油エーテル500mLでろ液を混ぜます。 </li><li>氷水浴中で反応容器を置きます。 </li><li>モノマーは、（典型的には30分）を沈殿させるまで溶液をかき混ぜます。 </li><li>沈殿したモノマーを得るために、吸引下でソリューションをフィルタリングします。 </li><li>一晩、減圧（100 Pa）で下にモノマーを乾燥させます。 </li></ol></li><li> 温度応答性高分子溶液の調製 <ol><li>ドガダイヤフラムポンプを用いて1.0分間、脱イオン水20mL。 </li><li>脱気し、脱イオン水9.5 mLの精製されたNIPAの780.8 mgの溶かします。 </li><li>氷水浴中で反応容器を置きます。 </li><li>からの反応を保護アルミ箔で装置を覆うことにより、光。 </li><li>優しくチューブとガスシリンダーに取り付けられたピペットチップを経由してArガスの適度な流れを導入しながら10分間、溶液を穏やかに攪拌します。 </li><li>マイクロピペットを介して溶液に、Nの11.9μL、N、N '、N' -tetramethylethylenediamineを追加します。 </li><li>ステップ1.2.5で述べたように、Arガスを導入しながら1.0分間溶液を撹拌しました。 </li><li>試料を撹拌しながら、脱気および脱イオン水0.5 mLの過硫酸アンモニウム4.0ミリグラムを溶解します。 </li><li> （ステップ1.2.7）から試料溶液と（ステップ1.2.8から）、過硫酸アンモニウム溶液を混合します。 </li><li>ステップ1.2.5で述べたように、Arガスを導入しながら30秒間、溶液を撹拌しました。 </li><li>アルミホイルでソリューションをカバーし、一晩冷蔵庫（4℃）に保管してください。 </li></ol></li><li> サンプルマウントの準備 <ol><li>から（試料溶液の60μLを配置キャビティスライドステップ1.2.11）。 </li><li>円形のカバーガラスで溶液をカバーしています。トラップ気泡に注意しないこと。 </li><li>マイクロピペットおよび実験ワイプを使用して余分な溶液を除去します。 </li><li>接着剤でサンプルを密封します。室温（典型的には6時間）での接着剤の乾燥をしてみましょう。 </li><li>手順1.3.1-1.3.4に従うことによって、0.1重量％のポリスチレンラテックス（100-nmの粒子径）懸濁液で満たされた別のスライドを準備します。このスライドは、標準として使用されます。 </li></ol></li></ol>動的光散乱顕微鏡による2粒径測定<ol><li> 楽器の最適化 <ol><li>倒立顕微鏡のステージ上で（ステップ1.3.5から）ポリスチレンラテックス懸濁液のスライドを置きます。カバーガラス側が下を向く必要があります。 </li><li>検出器の前のビームダンパー（アバランシェフォトダイオードと自己相関器）を配置します。 </li><li>連続的な、レーザービーム（固体レーザ、λ= 488 nmの30 mWのを適用します対物レンズを通して試料に波）（10×）。反射された光の一部は、顕微鏡の打ち上げミラーを通過し、CCDカメラで観察し、顕微鏡（ 図1）のサイドポートに取り付けられています。 </li><li>ローからハイへの位置から対物レンズの高さをシフトさせることにより試料懸濁液に焦点を設定するために、対物レンズの高さを調整します。カバーガラスと試料との界面に、カバーガラスの表面に、サンプルと正孔スライドガラスとの界面でこの手順の間に、反射像を三回集光されます。第二と第三の点の間の焦点を設定します。 </li><li>レーザパワーを変化させることにより、散乱光強度を減衰させます。 </li><li>検出器の前にビームダンパーを除去することにより、検出器に散乱光を導入します。このユニットは、光強度の時間相関を測定します。 </li><li> betwピンホール（φ= 50μm）を設定します共焦点効果を達成するために、顕微鏡、検出器をEEN。検出器での光強度を最大化するために、ピンホールの位置を調整します。 </li><li>コンピュータを介して相関器の動作を開始して30秒間散乱光強度の時間相関関数を測定します。測定された相関関数は、多くの場合、G（2）（t）と表現される- 1、tは相関時間4と<img alt="式（1）" src="/files/ftp_upload/54885/54885eq1.jpg"> 。ここで、I（t）は時刻tにおける散乱光強度であり、（•••）Tは、時間平均です。減衰時間は約0.1ミリ秒となります。 </li><li>時間相関関数の初期振幅のための広い範囲を得るために焦点を調整（G（2）、（T = 0） - 1）。 注：初期振幅を強く反射された光の量によって影響されます。焦点トウを移動させることによりカバーガラス及びサンプル反射光の量が増加するとの間のインタフェースをARD。ポリスチレンラテックスのような強い光散乱体については、初期振幅が0から1に変更することができ、反射光の強度よりもはるかに高いので、より一般的なポリマー溶液のための1に近い初期振幅を設定することは困難です散乱光のこと。 </li><li>サイズ分布関数を取得するために取得した時間相関関数に（拘束正則プログラムCONTIN 13,14を使用）の逆ラプラス変換を適用します。初期振幅が0.2未満に設定されている例では、流体力学的半径の分布関数は（詳細については、議論を参照）を2回、実際の半径である100nmで、周りに鋭いピークが表示されます。 </li></ol></li><li> サンプル測定 <ol><li> 25°Cまでのステージ温度を設定します。 </li><li>ポリNIPA（PNIPA）solutを用いて調製したスライドを配置イオン顕微鏡のステージ上で（ステップ1.3.4）。 </li><li>手順2.1.4-2.1.8に従うことによって、散乱光強度の時間相関関数を測定します。初期振幅が0.2より大きい場合、ステップ2.1.9に従うことによって、0.2未満の時間相関関数の初期振幅を作るために焦点を合わせます。小さな初期振幅は、分析を簡素化します。 </li><li> 35°Cまでのステージ温度を設定し、溶液が濁るまで待ちます。 PNIPA溶液の下限臨界溶液温度（LCST）は、32°C 15です。 </li><li>以下の手順により、時間相関関数を測定2.1.4-2.1.8。可能であれば、時間相関関数が0.2未満の初期振幅を作るために焦点位置を調整します。濁った溶液は、その初期振幅は、反射光のそれは一定のままで散乱光が増加する強度は、増加する傾向にあります。 </li><li>逆ラプラス変換transformatiを適用します得られた時間相関関数上にサイズの分布関数を得ることができます。実際のサイズは、初期振幅が0.2未満である場合に半求めた値であることに注意してください。 </li></ol></li></ol>

<ol><li>Hiroi, T., Shibayama, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamic+Light+Scattering+Microscope%3A+Accessing+Opaque+Samples+with+High+Spatial+Resolution%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Dynamic Light Scattering Microscope: Accessing Opaque Samples with High Spatial Resolution.</a> Opt. Express. 21, 20260-20267 (2013).</li>
<li>Barth, H. G., Flippen, R. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Particle+Size+Analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Anal.+Chem%22%5BJournal%5D)">Particle Size Analysis.</a> Anal. Chem. 67, 257-272 (1995).</li>
<li>Liu, Y., Wang, Z., Zhang, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+supramolecular+polymers%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Soc.+Rev%22%5BJournal%5D)">Characterization of supramolecular polymers.</a> Chem. Soc. Rev. 41, 5922-5932 (2012).</li>
<li>Berne, B. J., Pecora, R. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBerne%2C+BJ+%22Dynamic+Light+Scattering+with+Applications+to+Chemistry%2C+Biology+and+Physics%22">Dynamic Light Scattering with Applications to Chemistry, Biology and Physics</a>. , Dover Publications, Inc. (2000).</li>
<li>Phillies, G. D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+demonstration+of+ruultiple-scattering+suppression+in+quasielastic-light-scattering+spectroscopy+by+homodyne+coincidence+techniques%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+A%22%5BJournal%5D)">Experimental demonstration of ruultiple-scattering suppression in quasielastic-light-scattering spectroscopy by homodyne coincidence techniques.</a> Phys. Rev. A. 24, 1939-1943 (1981).</li>
<li>Phillies, G. D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Suppression+of+multiple+scattering+effects+in+quasielastic+light+scattering+by+homodyne+crosscorrelation+techniques%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Chem.+Phys%22%5BJournal%5D)">Suppression of multiple scattering effects in quasielastic light scattering by homodyne crosscorrelation techniques.</a> J. Chem. Phys. 74, 260-262 (1981).</li>
<li>Ishii, K., Yoshida, R., Iwai, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Single-scattering+spectroscopy+for+extremely+dense+colloidal+suspensions+by+use+of+a+low-coherence+interferometer%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Lett%22%5BJournal%5D)">Single-scattering spectroscopy for extremely dense colloidal suspensions by use of a low-coherence interferometer.</a> Opt. Lett. 30, 555-557 (2005).</li>
<li>Xia, H., Ishi, K., Iwai, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hydrodynamic+Radius+Sizing+of+Nanoparticles+in+Dense+Polydisperse+Media+by+Low-Coherence+Dynamic+Light+Scattering%5BTitle%5D)+AND+%22Jpn.+J.+Appl.+Phys%22%5BJournal%5D)">Hydrodynamic Radius Sizing of Nanoparticles in Dense Polydisperse Media by Low-Coherence Dynamic Light Scattering.</a> Jpn. J. Appl. Phys. 44, 6261-6264 (2005).</li>
<li>Maret, G., Wolf, P. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multiple+light+scattering+from+disordered+media.+The+effect+of+brownian+motion+of+scatterers%5BTitle%5D)+AND+%22Z.+Phys.+B%22%5BJournal%5D)">Multiple light scattering from disordered media. The effect of brownian motion of scatterers.</a> Z. Phys. B. 65, 409-413 (1987).</li>
<li>Pine, D. J., Weitz, D. A., Chaikin, P. M., Herbolzheimer, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Diffusing+wave+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Diffusing wave spectroscopy.</a> Phys. Rev. Lett. 60, 1134-1137 (1988).</li>
<li>Cerbino, R., Trappe, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Differential+Dynamic+Microscopy%3A+ProbingWave+Vector+Dependent+Dynamics+with+a+Microscope%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Differential Dynamic Microscopy: ProbingWave Vector Dependent Dynamics with a Microscope.</a> Phys. Rev. Lett. 108, 188102(2012).</li>
<li>Lu, P. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterizing+Concentrated%2C+Multiply+Scattering%2C+and+Actively+Driven+Fluorescent+Systems+with+Confocal+Differential+Dynamic+Microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Characterizing Concentrated, Multiply Scattering, and Actively Driven Fluorescent Systems with Confocal Differential Dynamic Microscopy.</a> Phys. Rev. Lett. 108, 218103(2012).</li>
<li>Provencher, S. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+constrained+regularization+method+for+investing+data+represented+by+linear+algebraic+or+integral+equations%5BTitle%5D)+AND+%22Comp.+Phys.+Comm%22%5BJournal%5D)">A constrained regularization method for investing data represented by linear algebraic or integral equations.</a> Comp. Phys. Comm. 27, 213-227 (1982).</li>
<li>Provencher, S. W., Stepanek, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Global+analysis+of+dynamic+light+scattering+autocorrelation+functions%5BTitle%5D)+AND+%22Part.+Part.+Syst.+Charact%22%5BJournal%5D)">Global analysis of dynamic light scattering autocorrelation functions.</a> Part. Part. Syst. Charact. 13, 291(1996).</li>
<li>Takata, S., Norisuye, T., Shibayama, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Small-angle+Neutron+Scattering+Study+on+Preparation+Temperature+Dependence+of+Thermosensitive+Gels%5BTitle%5D)+AND+%22Macromolecules%22%5BJournal%5D)">Small-angle Neutron Scattering Study on Preparation Temperature Dependence of Thermosensitive Gels.</a> Macromolecules. 35, 4779-4784 (2002).</li>
<li>Pusey, P. N., van Megen, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamic+Light+Scattering+by+Non-Ergodic+Media%5BTitle%5D)+AND+%22Physica+A%22%5BJournal%5D)">Dynamic Light Scattering by Non-Ergodic Media.</a> Physica A. 157, 705-741 (1989).</li>
<li>Chu, B. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aChu%2C+B+%22Laser+Light+Scattering.+2nd+Ed%22">Laser Light Scattering. 2nd Ed</a>. , Academic Press. (1991).</li>
<li>Shibayama, M., Tanaka, T., Han, C. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Small-Angle+Neutron-Scattering+Study+on+Poly%28N-Isopropyl+Acrylamide%29+Gels+near+Their+Volume-Phase+Transition-Temperature%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Chem.+Phys%22%5BJournal%5D)">Small-Angle Neutron-Scattering Study on Poly(N-Isopropyl Acrylamide) Gels near Their Volume-Phase Transition-Temperature.</a> J. Chem. Phys. 97, 6829-6841 (1992).</li>
<li>Tanaka, T., Sato, E., Hirokawa, Y., Hirotsu, S., Peetermans, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Critical+Kinetics+of+Volume+Phase+Transition+of+Gels%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Critical Kinetics of Volume Phase Transition of Gels.</a> Phys. Rev. Lett. 55, 2455-2458 (1985).</li>
<li>Hiroi, T., Ata, S., Shibayama, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transitions+of+Aggregation+States+for+Concentrated+Carbon+Nanotube+Dispersion%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+Chem.+C%22%5BJournal%5D)">Transitions of Aggregation States for Concentrated Carbon Nanotube Dispersion.</a> J. Phys. Chem. C. 120, 5776-5782 (2016).</li>
</ol>

著者らは開示するものは何もない。

図2（A）に示すように、時間相関関数の初期振幅は重く、焦点に依存します。これは、一見溶液8（界面における薄層を除いて）均一であるという事実と矛盾します。初期振幅のこの変化は、反射光の量の変化に起因します。部分的ヘテロダイン理論16は、初期振幅、A、散乱光の強度は、I S、および反射光強度、I Rは 、以下の式1を満たすことを予測します<img alt="式（2）" src="/files/ftp_upload/54885/54885eq2.jpg">この式は、 私はrを大きくはなることを示し、小さいAになります 。従って、Aは、インタフェースに近い焦点位置を設定することによって低減されます。見かけの拡散定数D A CAnは、単分散液の場合には、時間相関関数をフィットさせることによって得られます。 <img alt="式3" src="/files/ftp_upload/54885/54885eq3.jpg">どこ<img alt="式4" src="/files/ftp_upload/54885/54885eq4.jpg"> 。ここで、nは溶媒（水、1.33）の屈折率であり、θは散乱角（180°）であり、λは光（514.5 nm）での波長です。我々は、後方散乱ジオメトリを適用するので、qの値が固定されています。しかし、この点は、異なる波長の光を使用することによって解決されます。連続波レーザ光源のいずれかの種類がDLS顕微鏡を構築するために利用可能であることに注意してください。小さい照射量のおかげで、コヒーレンスファクター17を超え150であると推定され、無視できる程度です。多分散溶液については、D Aの分布関数は、逆ラプラス変換することによって得られます。部分的なヘテロダイン番目eoryはまた、D Aは実際の拡散定数Dと同じではないと予測します。これら二つの拡散定数は、次式を満たします。 <img alt="式（5）" src="/files/ftp_upload/54885/54885eq5.jpg">拡散定数Dは、アインシュタイン-ストークス方程式4を用いて、流体力学的半径R Hに変換されます。 A = 1の場合には、この関係は、D A = Dとなります。この場合、データ変換処理は、一般的な動的光散乱用のものと同じです。 図2（B）に示す赤線がこの場合に相当します。対照的に、この関係は、によって示されるように、Aは 、（0.2よりも実質的に少ない）が小さいときにA→0の極限におけるD A = 0.5 Dは、従って、サイズは実際のサイズの2倍であると推定されてなります図2（b）は青線、Aが著しく小さいことがわかっている場合は、 図2（c）に示すように、横軸は、シフトさせることができます。原則的に、我々はAの任意の値のためにDにD Aに変換することができます。単純な近似DのA〜D 0.5 が成立するので、実際には、しかしながら、0.2未満の初期振幅を設定した方がよいです。 動的光散乱顕微鏡法の顕著な特徴は、PNIPA溶液を用いて実証されました。 LCST以下と上記PNIPAの立体構造が広く15,18を小角散乱中性子を用いて研究されてきました。対照的に、動的光散乱は、その濁度19のLCST上記PNIPAの分析に利用されていません。 図3（a）及び（b）に示すように、この問題は、動的光散乱顕微鏡によって解決されます。これらの凝集体の大きさは、いくつかあります＆＃181; M、小角X線/中性子散乱または従来の光散乱法のいずれかによって得ることができません。このシステムを用いた時間分解測定は、温度変化の間に凝集プロセスについての情報を与えます。 動的光散乱顕微鏡の欠点はまた、図3に示されています。 LCST以下の結果は、時間相関関数が強くダスト本非常に少量の（ 図3の黒線）によって影響されます。例えば、時間相関関数があっても1.0秒程度の相関時間で、完全に減衰しません。この装置（約1.0ミクロン）を照射量は、通常の動的光散乱装置（約100μm）とその照射よりも著しく小さいためです。散乱光の強度が弱い場合には、信号は、Sによって引き起こされるような、ノイズによって隠されています溶液中の塵のモールの量。サイズの一般的な順序は意味があるが、そのため、 図3（b）に示す三つのピークは、定量的な重要性を持っていないかもしれません。そのような弱い散乱体は、従来の動的光散乱装置によって測定することができることに注意してください。 我々は、動的光散乱顕微鏡は、同じ設定を持つ透明で濁ったサンプルの両方を測定することを可能にすることを実証しました。試料中の光路長が短いため、この技術は、カーボンナノチューブ懸濁液20のように、強い光吸収サンプルに適用することができます。さらに、その高い空間分解能のために、この技術は、生物学的細胞に適用することができます。生物学への応用のために、この方法はまた、蛍光およびラマンイメージングのような他の画像化技術と組み合わせることができます。したがって、我々は、動的光散乱顕微鏡は、研究分野の広い範囲のための強力なツールであると考えています。

粒子サイズは、コロイドおよびポリマー溶液の最も基本的な特性の一つです。粒子サイズを測定するために、さまざまな手法が使用されています。1.0μm以上の粒子径は、光学顕微鏡で直接測定できます。より小さな粒子には、レーザー回折、電子顕微鏡、原子間力顕微鏡などの代替技術が使用されます2,3。動的光散乱は、溶液4の粒度分布を測定するために一般的に使用される手法です。この手法を用いて得られる結果は、粒子の画像からではなく、散乱光強度の変動の特性時間から導き出されます。これらの揺らぎは、拡散定数によって特徴付けられるブラウン運動に由来します。サイズ分布は、アインシュタイン・ストークス方程式を使用した拡散定数の分布から得られます。動的光散乱は、そのシンプルさから、塗料や食品コロイドなどの溶液の日常的な評価に広く使用されています。
前処理は、溶液サンプルの粒子サイズ測定に使用されるほとんどの技術に必要です。電子顕微鏡や原子間力顕微鏡の場合、試料は真空条件下で分析する必要があります。そのため、サンプルを本来の姿で観察することは困難です。さらに、レーザー回折や動的光散乱では、多重散乱や光吸収のない希釈されたサンプルのみを測定できます。この困難を克服するために、希釈されていない濃縮溶液からの動的光散乱の測定について、相互相関分光法5,6、低コヒーレンス動的光散乱法7,8、拡散波分光法9,10、示差動的顕微鏡法11,12など、いくつかの新しい手法が提案されています。
動的光散乱顕微鏡1と呼ばれる新しい装置を開発しました。この装置は、ピンホールを用いて多重散乱を排除した共焦点光学系により、希釈せずに濁った試料を測定することができます。しかし、測定手順やデータ解析は、市販の機器に比べてやや複雑です。この動画では、温度応答性ポリマーであるポリ(N-イソプロピルアクリルアミド)の分析を例に、測定手順とデータ解析について詳しく説明しています。

<table><tbody><tr><td>N-イソプロピルアクリルアミド 98%東京</td><td>化学工業(株)</td><td>I0401</td><td></td></tr><tr><td>トルエン、99%</td><td>和光純薬工業(株)</td><td>201-01876</td><td></td></tr><tr><td>石油エーテル、蒸留温度 30 ~ 60 °C;C</td><td>和光純薬工業(株)</td><td>169-22565<</td><td></td></tr><tr><td>em>N,N,N',N'-テトラメチルエチレンジアミン, 99%</td><td>シグマ</td><td>T9281</td><td></td></tr><tr><td>過硫酸アンモニウム, 98%</td> <td>シグマ</td><td>248614</td><td></td></tr><tr><td>ポリスチレンラテックス懸濁液, 1 wt%</td><td>デューク・サイエンティフィック・コーポレーション</td><td>3500A</td><td></td></tr><tr><td>アルゴン</td><td>小池山荘工業</td><td></td><td>純度 > 99.999 vol.%</td></tr>キャ<tr><td>ビティスライド</td><td>松波硝子工業</td><td>83-0336</td><td></td></tr><tr><td>倒立顕微鏡</td><td>ニコンインステック(株)</td><td>ECLIPSE Ti-U</td><td></td></tr><tr><td>サーモプレート</td><td>東海ヒット(株</td>) <td>TP-108R-C</td><td></td></tr><tr><td>固体レーザー</td><td>コヒーレント</td><td>OBIS 488LX</td><td></td></tr><tr><td>アバランシェフォトダイオード</td><td>ALV-GmbH ALV-GmbH</td><td>ALV-High Q.E. アバランチフォトダイオード</td><td></td></tr><tr><td>相関器</td><td>ALV-GmbH</td><td>ALV-5000/EPP</td><td></td></tr></tbody></table>

動的光散乱顕微鏡による濁りソリューションにおける粒度分布の測定

Measurement of Particle Size Distribution in Turbid Solutions by Dynamic Light Scattering Microscopy

動的光散乱を使用して濃縮ポリマー溶液の多分散性を測定するためのプロトコルが説明されています。動的光散乱は、ポリマー溶液またはコロイド粒子のサイズ分布を測定するために使用される手法です。この手法は高分子溶液の評価に広く使用されていますが、多重散乱効果や強い光吸収により、濃縮溶液中の粒子サイズを測定することは困難です。したがって、濃縮溶液は測定前に希釈する必要があります。動的光散乱顕微鏡1に共焦点光学部品を実装すると、この障壁を克服するのに役立ちます。このような顕微鏡系を使用すると、透明系と濁系の両方を、希釈せずに同じ実験装置で分析できます。代表例として、温度応答性ポリマー溶液の粒度分布測定を行った。水溶液中のポリマー鎖のサイズは、下限臨界溶液温度(LCST)より低い温度で数十ナノメートルでした。対照的に、LCSTを超えるとサイズが1.0μm以上に増加しました。この結果は、溶液がLCSTの上で濁ったという観察結果と一致しています。

ポリスチレンラテックス懸濁液（粒子径：50 nm）のための散乱光強度の時間相関関数は、（a）は、図2に示すように、異なる焦点で測定しました。この相関関数は、逆ラプラス変換による流体力学的半径の分布関数に変換した（ 図を参照して、図2（b）及び（c））。同じ手順を使用して、PNIPA溶液の流体力学的半径の時間相関関数と分布関数は、それぞれ、25℃及び35℃で得ました。 図3（a）および（b）散乱光強度の時間相関関数、（25°C）以下PNIPA溶液の対応するサイズ分布関数を示し、（35°C）上記LCST。粒度分布関数は、続いて、逆ラプラス変換によって得られました部分的なヘテロダインの補正。 LCST未満の平均流体力学的半径は、ポリマー溶液のために典型的である数十nmです。これとは対照的に、LCST以上の流体力学的半径は約1.0μmです。この結果は、溶液がLCST上記混濁であるという事実と一致しています。解決策は、白濁した後、図3の赤と青の線はそれぞれ、PNIPAの直後に得られた溶液を、20分の大きさの分布を表しています。 図3（b）は、明らかに凝集の成長を示しています。 <img alt="図1" src="/files/ftp_upload/54885/54885fig1.jpg"> 図動的光散乱顕微鏡の1回路図。ピンホール（PH）、ビームスプリッタ（BS）、偏光子（ポル）、アバランシェフォトダイオード（APD）。 <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54885/54885fig1large.jpg" target="_blank">ご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a>この図の拡大版。 <img alt="図2" src="/files/ftp_upload/54885/54885fig2.jpg"> ポリスチレンラテックス懸濁液2.代表的な結果を図。 （a）は、ポリスチレンラテックス懸濁液のための散乱光強度の時間相関関数。公称半径は50nmであり、濃度は0.1重量％です。 2つのデータセットは、異なる散乱点から得ました。 （B）、（C）に対応するサイズ分布関数（A）の逆ラプラス変換により得られたポリスチレンラテックス懸濁液のため。赤い線は、その初期振幅は約1.0である時間相関関数に対応し、青い線は約0.2である初期振幅とに対応しています。横軸は、部分的なヘテロダイン（PHD）の効果を考慮して（B）を含まない、および（c）を用いて計算した場合&lt;&lt; ; 1. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54885/54885fig2large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <img alt="図3" src="/files/ftp_upload/54885/54885fig3.jpg"> 図PNIPAソリューション3.代表的な結果。 （A）PNIPA液の散乱光強度の時間相関関数。 （b）は （A）の逆ラプラス変換により得られたPNIPA溶液のための対応するサイズ分布関数。横軸は、各データセットのための部分的なヘテロダインの影響を考慮して計算しました。黒い線は、25°Cで得られたデータを表します。赤い線は、溶液が濁った（35℃）になった直後に得られたデータを表します。青い線は赤い線の20分間の測定後に得られたデータを表します。/54885/54885fig3large.jpg "ターゲット=" _空白 "&gt;この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

動的光散乱顕微鏡を用いて濃縮された溶液中で粒度分布の直接測定のためのプロトコルが提供されます。

A protocol for measuring polydispersity of concentrated polymer solutions using dynamic light scattering is described. Dynamic light scattering is a ...

この実験の全体的な目標は、動的光散乱顕微鏡と共焦点顕微鏡を使用して、希釈せずに濁った溶液中の粒子サイズ分布を測定できることを実証することです。これが動的光散乱顕微鏡のセットアップです。これは、488ナノメートルで30ミリワットの連続波動作が可能な固体レーザーを備えています。また、アバランシェフォトダイオード、測定のためにコンピューターに接続された自己相関器もあります。セットアップの倒立顕微鏡には、温度調節器付きのステージがあります。このボックスには、実験に必要な残りの光学素子が入っています。この回路図は、セットアップのレイアウトをより完全に示しています。ビームプロファイルを成形した後、ビームを顕微鏡に導入します。光散乱は、後方散乱ジオメトリで取得され、検出器に導かれます。ローンチミラーは、CCDカメラで反射光の一部を観察することを可能にします。実験用のサンプルは、前日に準備する必要があります。サンプル調製には、20ミリリットルの脱気脱イオン水と精製されたNIPAが必要です。さらに、少量のTMEDAと過硫酸アンモニウムが必要です。また、攪拌機に氷水浴を取り付け、2つの反応容器、アルミホイル、アルゴンガスの流れ源を使用します。まず、9.5ミリリットルの脱気および脱イオン水を反応容器に測定します。NIPAを水に加えます。次に、反応容器を攪拌機の氷水浴に移動し、攪拌ロッドを追加します。アルミホイルを使用して浴と容器を覆い、反応を光から保護します。アルゴン源に接続されたピペットチップを使用して、溶液へのアルゴンの流れが中程度になるように調整します。スターラーの電源を入れて、溶液を10分間静かに攪拌します。次に、マイクロピペットを使用して11.9マイクロリットルのTMEDAを測定します。簡単に言えば、ホイルを引き戻してTMEDAを溶液に加え、アルゴンガス下でさらに1分間攪拌を続けます。サンプルを攪拌しながら、2番目の反応容器で作業します。4ミリグラムの過硫酸アンモニウムを容器に入れます。次に、0.5ミリリットルの脱気および脱イオン水を追加します。過硫酸アンモニウムが溶解したら、溶液をサンプル溶液に加え、アルゴン流下で30秒間撹拌を続けます。30秒後、反応容器をアイスバスとスターラーから取り外します。保管の準備として、容器をアルミホイルで覆い、溶液を冷蔵庫に移して摂氏4度で一晩保管してから使用してください。サンプル溶液を取り出したら、顕微鏡で使用するために準備します。サンプルと標準参照スライドを作成するために、2つのキャビティスライド、2つの円形ガラスカバー、および適切な接着剤を準備してください。サンプルスライドの場合、サンプル溶液の60マイクロリットルを測定します。溶液をキャビティスライドの1つに置きます。溶液を円形のカバーで覆い、気泡を閉じ込めないように注意してください。マイクロピペットとラボ用ワイプで余分な溶液を取り除きます。次に、溶液スライドをシールするために、カバーの周囲に接着剤を塗布します。次に、標準参照を作成します。これには、0.1重量パーセントのポリスチレンラテックス溶液を使用します。2番目のキャビティスライドに、60マイクロリットルのポリスチレンラテックス溶液を追加し、ガラスカバーで覆い、気泡が閉じ込められていないことを確認します。余分な溶液を取り除いた後、接着剤を塗布してスライドに溶液を密封します。どちらのスライドでも、接着剤を室温で乾かします。このとき、基準スライドを10倍対物レンズを装着した倒立顕微鏡に持っていき、顕微鏡のステージに置きます。カバーガラスは下向きにする必要があります。検出器の前にビームダンパーを配置して続行します。次に、対物レンズを通してレーザービームをサンプルに印加します。対物レンズの操作に移ります。レンズの高さを調整して焦点を設定します。CCDで見ると、対物レンズが最も低い位置から上昇すると、反射した画像は最初にカバーガラスの表面に焦点を合わせます。次に、カバーガラスとサンプルの間の界面に焦点を合わせます。サンプルとスライドガラスの間の界面に3回目に焦点を合わせます。カバーサンプルインターフェースとサンプルスライドインターフェースの間の焦点を設定します。レーザー出力を減らすことにより、散乱光を減衰させます。次に、ビームブロックを取り外して、散乱光を検出器に導入します。準備ができたら、制御コンピュータを介して30秒の時間相関測定を開始します。次に、測定を繰り返す前に顕微鏡の焦点を調整します。いくつかの焦点を使用して、時間相関関数の初期振幅の広い範囲を取得します。十分なデータが収集されたら、検出器の前にビームダンパーを配置します。顕微鏡で、標準参照スライドを取り出します。空の顕微鏡ステージでサンプル測定プロセスを開始し、温度を摂氏25度に設定します。次に、準備したサンプルスライドをカバー面を下にしてステージに置きます。対物レンズの高さを調整して、カバーサンプルインターフェースを識別します。さらに調整して、サンプルスライドインターフェイスを見つけます。測定では、これら2つの位置の間に焦点を設定します。ビームダンパーを検出器の前から取り外します。コンピュータで、30秒の時間相関測定を行います。次に、ステージの温度を摂氏35度に設定します。この温度帯は低い臨界溶液温度を超えているため、溶液は透明から濁ります。時間相関関数の別の測定を実行します。これは、2つの異なる焦点でのポリスチレンラテックス懸濁液標準の時間相関関数です。赤い曲線は、初期振幅が約 1 の時間相関関数に対応します。青い曲線は、約 0.2 の初期振幅に対応しています。これは、初期振幅が0.2のデータを逆ラプラス変換することによって得られるサイズ分布です。この計算では、パーシャル ヘテロダインの影響が考慮されます。公称粒子半径は50ナノメートルです。これらの時間相関関数は、ポリ(NIPA)が低い臨界溶液温度以下およびより高い場合のものです。黒い曲線は摂氏25度での測定値に対応しています。赤い曲線は、摂氏35度で、溶液が濁った直後の測定に対応しています。青い曲線は、溶液が濁った20分後の摂氏35度での測定用です。各測定条件に関連付けられたサイズ分布を次に示します。低い臨界溶液温度より低い場合、平均流体力学的半径は数十ナノメートルです。臨界温度を超えると、サイズは約1マイクロメートルです。温帯と時間による曲線のシフトは、凝集の成長を示唆しています。

measurement-particle-size-distribution-turbid-solutions-dynamic-light

Research

JoVE Journal

Chemistry

化学

Source: Moore, M. D., et al. Alternative In Vitro Methods for the Determination of Viral Capsid Structural Integrity. J. Vis. Exp. (2017)The video demonstrates a protocol for monitoring the heat-induced aggregation of virus-like particles using dynamic light scattering (DLS). It begins with preparing a monodisperse suspension of purified particles. The sample is then loaded into a preheated DLS instrument. As the capsid proteins denature with heat, exposed hydrophobic regions cause particle...

Tracking Aggregation of Virus-Like Particles Using Dynamic Light Scattering

&gt;jove_content&lt;この記事では、全血からエキソソームを分離する方法と、半自動装置を使用したナノ粒子追跡によるさらなる分析方法を紹介しています。提示された技術は、液体懸濁液中の粒子を視覚化および分析するための非常に高感度な方法を提供します。...

エキソソームの定量化とサイズの測定のための革新的方法

非撹拌沈殿重合は、狭いサイズ分布の刺激応答性ポリ（N -isopropylacrylamide）ミクロゲルの合成への迅速な、再現性のプロトタイピング手法を提供します。このプロトコル合成では、光散乱特性評価および広視野顕微鏡のセットアップでこれらのミクロゲルの単一粒子蛍光追跡が実証されています。...

制御された合成および均一性の高いポリの蛍光トラッキング（<em&gt; N</em&gt; -isopropylacrylamide）ミクロゲル

ここでは、プロトコルを提案段階的ナノ材料の分散水溶液中における最適な超音波処理条件、強度、安定性の向上とナノ粒子の均一性の期間を識別するためにリアルタイムのキャラクタリゼーションとサンプルの整合性に影響を与えずに分散。...

水溶液中におけるナノ材料の分散: プロトコルの最適化に向けて

このプロトコルでは、磁性粒子の合成と DNA 結合の動的・電気泳動光散乱法による評価について説明します。粒子サイズ、彼らの多分散性の変化の監視に焦点を当てこのメソッドとを担う粒子表面のゼータ電位の主要な DNA...

バインドの動的・電気泳動光散乱による解析 DNA 磁性粒子

濃厚血小板含有微粒子をスクリーニングに基づく血小板在庫管理は品質改善活動の新しい病院の血液銀行です。目標は、活性化された血小板の使用を最適化するために非活性化血小板から区別するためにです。血液腫瘍患者に非活性化血小板を提供する難治性になる高リスクを減らす可能性があります。...

血小板輸血で微粒子のスクリーニング法のルーチン

ここでは、動的光散乱粒子径測定時に、ポリマー凝集に対する電圧及び温度変化の影響を探ることを目的として、溶液に電圧を印加するプロトコルを提示する。...

動的光散乱粒子径解析における電圧の応用

我々は、設計、組み立て、および高分子電解質複合ミセル、高分子電解質および親水性荷電ブロックコポリマーによって形成されるコアシェルナノ粒子の設計、組み立て、および特徴付けのための代表的なデータを提供する。...

高分子電解質複合体ミセルの組み立てと特徴付け

我々は、新しいナノ粒子追跡解析装置を用いて、マウスの骨膜脂肪組織およびヒト血漿から分離された細胞外小胞のサイズ分布および総粒子濃度を推定する方法を示す。...

細胞外小胞の定量とサイズ決定のためのナノ粒子追跡解析

動的光散乱(DLS)は、静脈内投与された鉄-炭水化物複合体の粒子サイズおよび分布を評価するための適切なアッセイとして浮上している。ただし、プロトコルは標準化されておらず、分析する鉄-炭水化物複合体ごとに変更する必要があります。本プロトコルは、鉄スクロースの分析のための適用および特別な考慮事項を記載する。...

鉄-炭水化物複合体の粒径測定のための動的光散乱分析

差動動的顕微鏡(DDM)は、動的光散乱と顕微鏡の機能を兼ね備えています。ここでは、DDMを使用して、ビメンチンネットワーク内の粒子の亜拡散およびケージドダイナミクスおよび活性ミオシン駆動アクチン - 微小管複合体の弾道運動を定量化することによって、再構成された細胞骨格ネットワークを特徴付けるプロセスを提示する。...

微分動的顕微鏡を用いた細胞骨格ダイナミクスの定量化

学ぶ動的光散乱顕微鏡を用いた濁りソリューションの粒度分布測定法。希釈不要で濃厚試料の粒子サイズを解析し、温度変化による凝集挙動を評価できます。

動的光散乱顕微鏡による濁りソリューションにおける粒度分布の測定

さらに動画を探す