Name: Stopped-flow and Small-angle Neutron Scattering을 이용한 나노스케일 물질의 시간 진화 측정 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2021-08-06T14:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 53 s
Description: 배우세요 stopped-flow와 SANS를 이용한 나노스케일 물질의 동역학 연구 방법입니다. 수소 풍부한 지질, 단백질, 고분자의 시간 진화를 실시간으로 측정하여 재료 상호작용의 역학을 분석할 수 있습니다.

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NG3 VSANS에 대한 액세스는 계약 번호 DMR-2010792에 따라 미국 국립표준기술연구소(National Institute of Standards and Technology)와 국립과학재단(National Science Foundation) 간의 파트너십인 고분해능 중성자 산란 센터(Center for High-Resolution Neutron Scattering)에서 제공했습니다. M.H.L.N은 Mitacs Globalink(캐나다)가 제공한 자금을 인정합니다. 상업용 제품 또는 상호의 식별은 이해를 돕기 위한 것이며 미국 국립표준기술연구소(NIST)의 보증 또는 추천을 의미하지 않습니다.

1. 흐름 중지 시스템을 설정하고 시작합니다.
<ol><li>전원 스위치를 사용하여 모든 펌프 전원 공급 장치와 동적 믹서를 켭니다.</li>
	<li>장치 구성 경로를 입력하고 bus=qmixbus 명령을 사용하여 흐름 정지 시스템 제어 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)에서 모든 펌프 및 밸브를 시작합니다. Bus(), bus.open(), bus.start(), pump=qmixpump. Pump(), pump.enable() 및 valve=ViciMultiposSelector() (온라인 오픈 소스 저장소64에서 사용할 수 있는 예제 시작 코드 참조).</li>
	<li>pump.calibrate() 명령을 사용하여 주사기를 부착하기 전에 펌프를 보정합니다.</li>
	<li>밸브가 시작되었는지 확인하고 valve.setPort() 및 valve.getPort() 명령을 사용하여 명령에서 올바른 선택기 포트로 이동합니다.</li>
	<li>명령 pump.set_syringe_param(A, B)를 사용하여 각 펌프에 사용할 주사기 유형을 지정합니다. 여기서 A는 주사기 배럴 내경(mm)이고 B는 주사기 최대 피스톤 스트로크 거리(mm)입니다.</li>
	<li>샘플 주사기를 주사기 펌프에 연결합니다.<ol><li>펌프가 보정되었는지 확인한 후 깨끗한 실린지 배럴을 펌프 상단의 연결부(실린지 마운트 헤드)에 나사로 고정합니다.</li>
		<li>유리 주사기를 사용할 때 주사기 피스톤의 과도한 힘으로 인해 유리 주사기가 파손되지 않도록 충전량을 분배하기 전에 주사기 마운트 헤드가 느슨해졌는지 확인하십시오.</li>
		<li>주사기 피스톤을 펌프 바닥의 연결부(주사기 장착 꼬리)에 나사로 고정합니다.</li>
		<li>주사기 배럴과 주사기 피스톤을 펌프에 연결한 후 주사기 피스톤을 주사기 배럴의 상단으로 이동시키는 pump.empty() 명령을 사용하여 주사기 유형의 채우기 부피를 분배합니다.</li>
		<li>유리 주사기를 사용할 때는 피스톤 움직임이 멈춘 후 주사기 마운트 헤드를 조입니다.</li>
	</ol></li>
	<li>튜브를 시료 및 용매 공급원, 주사기, 밸브, 믹서, 시료 셀 및 혼합 시료 용기에 연결합니다.<ol><li>주사기 펌프 튜브를 펌프 선택 밸브에 연결합니다.</li>
		<li>펌프 선택 밸브 튜브를 샘플 소스에 연결합니다.</li>
		<li>펌프 선택기 밸브 튜브를 헹굼 용매 공급원에 연결합니다.</li>
		<li>펌프 선택 밸브 튜브를 믹서 선택 밸브 튜브에 연결합니다.</li>
		<li>믹서 선택 밸브 튜브를 질소 가스 공급원에 연결합니다.</li>
		<li>믹서 선택 밸브 튜브를 믹서 입구에 연결합니다.</li>
		<li>믹서 배출구를 입구 스위치 밸브에 연결합니다.</li>
		<li>입구 스위치 밸브를 샘플 셀 입구에 연결합니다.</li>
		<li>연결 sample 셀 출구를 출구 스위치 밸브에 연결합니다.</li>
		<li>출구 스위치 밸브를 혼합 샘플 용기에 연결합니다.</li>
	</ol></li>
	<li>각 밸브에 대한 해당 포트 번호 연결을 입력하여 정지 흐름 시스템 제어 GUI에서 만들어진 모든 튜빙 및 밸브 연결(단계1.7)을 정의하십시오(온라인 오픈 소스 저장소(64)의 예제 제어 코드 참조).</li>
	<li>믹서 입구와 샘플 셀 출구 사이의 튜브의 공극 부피를 계산하여 각 측정을 위해 샘플 셀을 채우는 데 필요한 샘플의 최소량을 정의합니다.</li>
</ol>2. 샘플을 로드합니다.
<ol><li>원하는 숫자를 입력하여 정지 흐름 시스템 제어 GUI에서 원하는 샘플 충전 부피 및 용매 충전 부피를 설정합니다(온라인 오픈 소스 리포지토리64의 예제 제어 코드 참조).</li>
	<li>pump.aspirate() 명령을 사용하여 원하는 샘플 및 용매 볼륨을 소스에서 펌프 선택기 밸브를 통해 샘플 주사기로 끌어들입니다(흡인). 알림: 빈 주사기를 처음 로드할 때 3단계에서 샘플과 용매로 시스템을 프라이밍하기 위해 퍼지해야 하는 주사기 상단에 공기가 존재합니다.</li>
</ol>3. 시스템을 프라이밍합니다.
<ol><li>pump.dispense() 명령을 사용하여 주사기, 튜빙 라인 및 밸브에서 모든 공기를 밀어냅니다(디스펜스). 주사기, 튜브 및 밸브에서 모든 공기를 완전히 제거할 수 있도록 각 주사기에서 충분한 양의 액체가 분배되었는지 확인하십시오. 튜브 내부에 기포가 보이면 기포가 제거될 때까지 용매 또는 샘플을 계속 분배합니다.</li>
	<li>시스템에서 공기가 제거되면 하나 이상의 샘플 주입 및 헹굼 절차를 수행합니다(중성자 산란 데이터를 수집하지 않음).<ol><li>제어 GUI에서 혼합 실험 시작 이라는 셀을 클릭하여 선택합니다.</li>
		<li>이 셀을 선택한 상태에서 제어 GUI의 맨 위에 있는 실행 버튼(오른쪽 삼각형)을 클릭하거나 키보드에서 Shift 키와 Enter 키를 함께 누릅니다.</li>
		<li>샘플 셀을 육안으로 검사하여 기포가 없는지 확인합니다.<ol><li>기포가 있는 경우 프로토콜 단계 3.1 및 3.2를 반복하여 튜브 라인에서 공기를 추가로 제거합니다.</li>
			<li>샘플 셀에 기포가 없는 경우 4단계로 진행하여 나머지 실험 프로토콜 단계를 정의합니다.</li>
		</ol></li>
	</ol></li>
</ol>4. 프로그램 스크립트에서 정지 된 흐름 혼합 프로토콜을 정의하십시오 (온라인 오픈 소스 저장소64의 코드 예제 참조).
<ol><li>흐름 정지 장치를 둘러싼 절연 인클로저의 온도를 제어하는 프로그래밍 가능한 에어컨(AC) 장치의 온도 설정값을 입력합니다.<ol><li>AC 제어 장치의 별 버튼을 누른 상태에서 위쪽 및 아래쪽 화살표를 눌러 설정 온도를 변경합니다. 또는 제어 GUI에 원하는 온도 설정값을 입력하고 실행을 클릭합니다.</li>
		<li>동역학 실험을 시작하기 전에 인클로저 내부가 원하는 온도에서 평형을 이룰 수 있도록 15-30분 동안 기다리십시오. 알림: 접근 가능한 온도 범위는 현재 10°C에서 50°C 사이이며 온도 안정성은 ± 1°C입니다.</li>
	</ol></li>
	<li>제어 GUI에 적절한 부피, 유속, 시간 및 반복 횟수를 입력하여 모든 헹굼 순서를 입력합니다.<ol><li>주입할 각 샘플의 부피를 정의하여 총 유량(Q)을 정의합니다.</li>
		<li>헹굼 절차 중에 주입 할 각 용매의 부피를 정의하십시오.</li>
		<li>각 헹굼 하위 단계(tdry) 사이의 건조 시간을 정의합니다.</li>
		<li>헹굼 하위 단계의 수를 정의합니다.</li>
		<li>후속 헹굼 단계를 위해 다른 용매를 정의합니다.</li>
		<li>각 측정 후 수행할 헹굼 반복 횟수를 정의합니다(n 헹굼).</li>
		<li>샘플 셀과 믹서를 완전히 건조하는 시간을 정의하여 후속 샘플 주입을 위한 깨끗한 샘플 셀을 제공합니다(tdry_final).</li>
	</ol></li>
	<li>모든 시료 주입 시퀀스 단계를 적절한 부피, 유량 및 시간을 중지된 흐름 시스템 제어 GUI에 입력하여 정의합니다.<ol><li>주입할 각 샘플의 부피와 유속을 정의합니다.</li>
		<li>공극 부피(V void)와 총 유량(t 지연 = Vvoid/Q)에서 지연 시간(t지연)을 계산합니다. 알림: 지연 시간은 s를 채우는 데 필요한 시간입니다.amp혼합된 s로 셀 셀amp르.</li>
		<li>TR-SANS 데이터에 대해 원하는 획득 시간을 정의하여 관심 있는 전체 운동 프로세스가 발생하도록 합니다(tscatt).</li>
		<li>산란 실험의 끝과 헹굼 주기의 시작 사이의 대기 시간을 설정합니다(twait). 알림: 이 대기 시간은 s의 경우 최소 100초여야 합니다.amp셀에서 헹구기 전에 중성자 투과율을 측정해야 합니다. 데이터를 절대 강도로 줄이기 위해 데이터 처리 중에 샘플 전송이 필요합니다.</li>
		<li>4.2단계(n 주기)에 정의된 각 주입 사이에 실행되는 헹굼 시퀀스로 수행할 주입주기 수를 정의합니다.</li>
	</ol></li>
	<li>방정식 (1)을 사용하여 단일 정지 흐름 데이터 수집 주기(t주기)의 총 시간을 계산합니다. T사이클 = N헹굼 × (T지연 + T건조) + Tdry_final + T지연 + T스캣 (1) 여기서 n 헹굼 = 헹굼 반복 횟수 (단계 4.2.6); tdelay = 정지된 유동 장치의 지연 시간 (단계 4.3.2); t 건조 = 각 헹굼 서브 단계 사이의건조 시간 (단계 4.2.3); tdry_final = 셀 및 혼합기 샘플을 완전히 건조시키는 시간 (단계 4.2.7); tscatt = 원하는 TR-SANS 데이터 획득 시간 (단계 4.3.3)</li>
</ol>5. SANS 기기 제어 GUI에서 소각 중성자 산란 파라미터를 정의합니다.
<ol><li>각 표본에 대한 길이 척도와 관심 있는 q-범위를 결정합니다.</li>
	<li>원하는 q-range of interest를 커버하는 동시에 샘플에서 중성자 플럭스를 최대화하도록 기기 구성을 정의합니다.</li>
	<li>SANS 계측기 제어 GUI에서 총 VSANS 데이터 수집 시간을 4.4단계에서 계산된 사이클 시간으로 설정합니다(중성자 산란 데이터 수집 시간 = t사이클).</li>
	<li>SANS 기기 제어 GUI에서 샘플 전송 측정 시간을 100초로 설정합니다.</li>
	<li>SANS 계측기 제어 GUI를 사용하여 명령줄에 GenerateEventModeData true 를 입력하여 이벤트 모드 데이터 수집을 켭니다.</li>
</ol>6. TR-SANS 데이터를 처리하기 위해 흐름 중지 실험을 시작하기 전에 데이터 감소를 위한 표준 산란 측정값을 수집합니다.
<ol><li>배경 산란을 측정합니다.<ol><li>로컬 계기판 셔터가 닫혀 있는지 확인하십시오.</li>
		<li>차단된 빔 샘플을 샘플 조리개 뒤쪽에 부착하고, 로컬 기기 환경을 보호하고, 로컬 기기 셔터를 엽니다.</li>
		<li>소프트웨어에서 차단된 빔 산란 데이터 수집 시간을 정의하고, 차단된 빔 산란 데이터를 수집하여 가장 긴 산란 데이터 수집 시간(tscatt)과 동일한 기간 동안 계산합니다.</li>
		<li>데이터 수집이 완료되면 기기 셔터를 닫고 샘플 조리개에서 차단된 빔 샘플을 제거합니다.</li>
	</ol></li>
	<li>빈 세포 산란을 측정합니다.<ol><li>샘플 셀이 완전히 헹구고 건조되었는지 확인하십시오.</li>
		<li>로컬 측량기 셔터를 엽니다.</li>
		<li>100초 동안 빈 셀 전송 측정값을 수집합니다.</li>
		<li>빈 세포 산란 측정값을 수집하고, 적어도 가장 긴 획득 시간(tscatt)을 계수합니다.</li>
	</ol></li>
</ol>7. 흐름 중지 실험을 시작합니다.
<ol><li>이벤트 모드에서 VSANS 산란 데이터 수집을 시작합니다.<ol><li>로컬 계기 영역이 안전한지 확인한 다음 로컬 계기 빔 셔터를 엽니다.</li>
		<li>원하는 실행을 기기 대기열로 끌어다 놓아 기기 컴퓨터의 SANS 기기 제어 소프트웨어를 사용하여 SANS 데이터 수집을 시작합니다. 알림: 가장 빠른 시점을 측정하려면 흐름 중지 혼합 실험을 시작하기 전에 데이터 수집을 시작하십시오. 데이터는 지연 시간(tdelay)을 설명하기 위해 이후 단계에서 사후 처리됩니다.</li>
	</ol></li>
	<li>제어 GUI에서 중지된 흐름 혼합 실험을 시작합니다.<ol><li>흐름 중지 시스템 제어 GUI에서 혼합 실험 시작 이라는 레이블이 지정된 Notebook 셀을 선택합니다.</li>
		<li>이 셀을 능동적으로 선택한 상태에서 흐름 중지 장치 제어 프로그램의 맨 위에 있는 실행 버튼(오른쪽 삼각형)을 클릭하거나 키보드에서 Shift 키와 Enter 키를 함께 누릅니다.</li>
		<li>섹션 4에 정의된 정지 흐름 혼합 프로토콜이 작동하기 시작했는지 확인합니다.</li>
		<li>SANS 계측기 제어 GUI를 사용하여 산란 실행 후 VSANS 계측기 대기열에 100초 전송 측정값을 추가합니다.</li>
		<li>SANS 기기 제어 GUI에서 남은 각 정지 흐름 혼합 주기(n주기 - 1, 단계 4.3.5)에 대해 하나의 산란 측정 실행과 하나의 전송 측정 실행을 기기 대기열에 추가합니다.</li>
	</ol></li>
</ol>8. 데이터를 처리하고 줄여 모든 배경을 제거하고, 검출기 감도를 수정하고, 샘플 전송을 수정합니다.
<ol><li>서버에서 산란 데이터 파일 및 관련 이벤트 파일을 다운로드합니다. 참고: 각 VSANS 측정 후 각 활성 감지기 캐리지(예: 전면, 중간 및/또는 후면 감지기)에 대해 하나의 이벤트 파일인 별도의 감지기 이벤트 파일이 생성됩니다.</li>
	<li>입력 파일 이름이 원하는 SANS 데이터 파일의 이름에 해당하고 timebins는 초 단위로 원하는 시간 빈 경계 목록인 명령 events=Rebin(filename)과 명령 events.do_rebinning(timebins)를 사용하여 산란 데이터를 원하는 시간 빈에 Bin 합니다 . 참고: 입력 타임빈이 목록 대신 단일 숫자로 입력되면 데이터는 동일한 시간 너비를 가진 N개의 빈으로 비닝되며, 여기서 N은 입력 타임빈 입니다(빔라인에서 제공하는 소프트웨어 스크립트 및 사용 가능한 온라인 오픈 소스 리포지토리64 참조).</li>
	<li>빔라인(65)에 제공된 소프트웨어를 사용하여 빈화된 산란 데이터를 감소시킨다.</li>
</ol>9. TR-SANS 데이터를 분석합니다.
<ol><li>식 (2)를 사용하여 측정 시간으로부터 관심 있는 공정 시간(t공정)을 계산한다. t프로세스 = ti - tstop + t지연 (2) 여기서, ti는 흐름이 정지된 후에 시작되는 측정 시간인 빈이고,tstop 은 흐름이 정지된 직후의 측정 시간이며,tdelay 는 지연 시간이다.</li>
	<li>8.2단계에서 정의된 시간 빈과 9.1단계에서 계산된 t프로세스를 사용하여 q-종속 강도 I(q)를 공정 시간의 함수로 플로팅합니다. 참고: 가장 빠른 액세스 가능한 프로세스 시간은 t지연에 의해 제한됩니다. 초기 공정 시점을 측정하려면 총 유량(Q)을 늘리거나 총 공극 부피(V공극)를 줄입니다.</li>
	<li>I(q)의 변화에서 관심 있는 운동 파라미터를 공정 시간의 함수로 추출합니다.</li>
</ol>10. 실험을 종료합니다.
<ol><li>로컬 계기 셔터를 닫아 중성자 빔을 끕니다.</li>
	<li>부품, 튜브를 분리하거나 샘플 또는 혼합 샘플 용기를 내리기 전에 빔라인에서 제공하는 방사선 모니터를 사용하여 방사선 검사를 수행합니다.</li>
	<li>주사기, 튜브 및 혼합 샘플 용기를 건강 물리학 부서로 옮깁니다.</li>
	<li>건강 물리학 양식을 작성하고 건강 물리학 담당자의 평가를 기다립니다.</li>
</ol>

저자는 선언할 이해 상충이 없습니다.

현재 절차에서는 혼합 장치 및 정지 흐름 TR-SANS 측정을 수행하는 단계에 대해 설명합니다. 이 장치 및 프로토콜은 관심 시간 척도가 ≈1초에서 5분인 저점도 액체 샘플에 최적화되어 있습니다. 5분 이상의 시간 척도의 경우, 특히 고점도 샘플, 젤 또는 페이스트의 경우 샘플을 수동으로 혼합하고 표준 산란 셀에 로드하는 것이 더 쉽고 바람직할 수 있습니다. 1초 미만의 시간 척도에 액세스하려면 지연 시간을 낮추기 위해 다른 혼합 장치, 더 낮은 총 공극 부피 및 더 높은 총 유량이 필요합니다. 또한 이러한 짧은 시간 척도에서 동역학 과정을 연구하려면 TR-SANS를 사용하여 밀리초 시간 척도에서 충분한 산란 계수 통계를 축적하기 위해 반복적인 샘플 주입이 필요할 수 있다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 총 샘플 부피가 제한되는 경우, 광 또는 X선 산란과 함께 충분한 산란 대비가 존재한다고 가정할 때, 주입당 더 적은 샘플 주입 또는 더 적은 샘플 부피를 필요로 하는 광 산란 또는 X선 산란과 같은 더 높은 플럭스 기술을 사...

소각 중성자 산란(SANS)은 ≈1 nm에서 ≈100 nm까지의 길이 척도에서 다양한 물질의 크기, 모양, 상호 작용 및 조직을 측정하는 고유한 방법을 제공합니다 1,2,3. 포커싱 미러가 있는 VSANS(Very Small-Angle Neutron Scattering) 기기를 포함한 최신 기기는 최대 ≈1000nm까지 더 큰 길이의 스케일을 측정하는 데 한계를 뛰어 넘었습니다 4,5. 일반적으로, 중성자 산란 방법에 내재된 독특한 산란 대비는 제약 제형6의 성분 응집,폴리머 시스템에서의 가교 및 겔화 반응7,8, 막 단백질의 메조 결정화(meso crystallization)9,10, 단백질의 분해 및 풀림(11,12)과 같은 나노스케일 구조의 시간 진화를 측정하는 데 있어 몇 가지 이점을 제공한다 및 실리카계 물질의 성장13,14,15. 고유한 산란 대비는 시간 분해 SANS(TR-SANS)를 다른 정지 흐름 기반 측정에 대한 유용한 보완책으로 만듭니다.
정지 흐름 혼합 방법은 종종 소각 X선 산란(SAXS)16,17,18,19,20,21, 형광 분광법 22,23,24,25,26 및 광 산란27,28,29,30, 밀리초 시간 척도에서 운동 과정을 연구하기 위한 31,32개의 실험. SANS와 SAXS의 중요한 차이점은 중성자 산란은 비파괴 특성화 기술이며, 따라서 SANS는 고플럭스 X선 산란 실험 중에 발생할 수 있는 샘플에 대한 이온화 방사선 손상 없이 몇 시간 또는 며칠 동안 동일한 샘플을 측정하는 데 사용할 수 있다는 것입니다(33). 반복적인 SANS 측정은 프로브 분자 또는 샘플의 화학 구조를 변경하지 않기 때문에, 예를 들어 형광에 의존하는 동역학 측정을 복잡하게 만들 수 있는 광표백의 영향 없이 시간 진화를 연구할 수 있습니다23,24. 또한 SANS는 동적 광 산란과 같은 광 기반 기술로 특성화하기 어려운 고농축 및 광학적으로 불투명한 샘플을 측정하는 데 사용할 수 있습니다.
나노 스케일에 대한 구조 정보를 제공하는 것 외에도 SANS는 중성자 산란 길이 밀도 대비의 변화를 통해 이러한 구조의 국소 구성을 조사하는 데 사용할 수 있습니다. 서로 다른 원소의 산란 길이 밀도(SLD)는 주기율표에서 무작위로 변하며 동일한 원소의 동위원소에 따라 다릅니다. 일반적으로 이용되는 예는 수소 (1H 또는 H)와 중수소 (2H 또는 D)이며, 이들은 중성자 산란 길이가 크게 다릅니다. 따라서 계면활성제, 지질, 단백질, RNA, DNA 및 기타 폴리머와 같은 수소가 풍부한 물질은 시스템의 물리적 특성을 크게 변경하지 않고 SANS를 사용하여 중수소화 용매와 구별할 수 있습니다. 그러나 H/D 교환은 시료의 밀도, 수소 결합 및 상전이 온도에 영향을 미칠 수 있다는 점에 유의해야 합니다. 그럼에도 불구하고 수소가 풍부한 물질에 대한 SANS의 고유한 감도는 SAXS와 같은 X선 기반 기술에서 관심 샘플의 산란 대비와 신호가 낮은 연질 물질 연구에 특히 유용합니다. 동위원소 치환은 또한 SANS를 단순히 H-표지 및 D-표지 분자를 혼합함으로써 수소가 풍부한 물질의 분자 교환 역학을 연구하기 위한 강력한 도구로 만듭니다. 동위원소 치환은 부피가 큰 형광 염료가 관심 있는 계면활성제 또는 지질 분자보다 크고 교환 동역학에 영향을 미칠 수 있는 시스템에서 특히 유용합니다34,35.
시간 분해 SANS 측정은 측정된 강도가 시간, 길이 스케일 및 SLD 대비의 함수이기 때문에 유리합니다. 따라서 TR-SANS 실험은 공간 분포 및 샘플 구성의 시간 의존적 변화를 조사하도록 설계할 수 있습니다. SANS의 이러한 고유한 장점은 계면활성제 36,37,38, 에멀 젼39,40,41, 지질 34,42,43,44,45,46,47,48,49와 같은 많은 연질 재료 시스템에서 운동 과정에 대한 중요한 통찰력을 이끌어 냈습니다 , 50, 및 중합체 51,52,53,54,55,56,57,58,59,60,61,62. 대부분의 TR-SANS 연구는 몇 분에서 몇 시간의 시간 척도에 초점을 맞추었습니다. 그러나 관심 있는 많은 운동 과정은 두 번째 시간 척도에서 발생하며 기본 메커니즘을 이해하는 데 필수적입니다. 이러한 초기 시점을 포착하려면 용액을 신속하게 혼합하고 현장에서 측정해야 하며, 여기서 혼합은 정지 흐름 광 산란 27,28,29,30,31,32, 형광 22,23,24,25,26 및 X선 동안 데이터 수집과 동기화됩니다 16,17,18,19,20,21 실험. 이 작업은 여러 액체 샘플을 신속하게 혼합하고 TR-SANS 측정을 위해 혼합물을 석영 유리 셀에 주입하도록 설계된 샘플 환경의 사용에 대해 설명합니다. 혼합 장치는 최근에 개발된 모세관 rheoSANS 장치(63)를 개량한 것으로, 샘플 혼합을 제어하고 세포 세척을 자동화하기 위해 다중 주사기 펌프 및 밸브를 사용한다. 시린지 펌프를 일련의 유량 선택 밸브에 연결하면 여러 흡입구 스트림을 반복적으로 혼합, 측정, 헹굼 및 건조하여 초 단위의 TR-SANS 측정을 용이하게 할 수 있습니다.
현재 절차에서는 관심 샘플이 식별되고 준비되었다고 가정합니다. 현장 믹싱 설정 및 TR-SANS 데이터 수집 방법에 중점을 둡니다. 중성자 산란 데이터는 NIST 중성자 연구 센터(NCNR)의 VSANS 장비에서 수집되었습니다. 그러나 이 절차는 다른 SANS 기기에도 적용할 수 있어야 합니다. 다른 SANS 장비에서 유사한 프로토콜을 구현하는 데 관심이 있는 독자는 현지 장비 과학자와 상의하여 관심 있는 운동 과정과 가장 관련이 있는 원하는 길이 척도 및 시간 척도에서 중성자 플럭스를 최대화하기 위한 최적의 기기 구성을 결정해야 합니다. 여기에 제시된 데이터는 공간 분해능5의 손실에서 중성자 수를 최대화하기 위해 VSANS에서 높은 플럭스 '백색 빔' 구성을 사용하여 수집되었습니다. 검출기 캐리지는 ≈130 nm에서 ≈13 nm의 길이 스케일에 해당하는 0.005 Å-1 &lt; q &lt; 0.5 Å-1 범위의 산란 벡터(q)를 포함하도록 배치되었습니다. 산란 벡터는 q = 4π/λ sin(θ/2)으로 정의되며, 여기서 λ는 중성자 파장이고 θ는 산란 각도입니다.
TR-SANS 측정에 사용되는 정지 흐름 혼합 장치는 그림 1과 같이 여러 펌프, 헹굼 주사기, 샘플 주사기, 유량 선택기, 비동적 믹서, 샘플 셀 및 혼합 샘플 용기로 구성됩니다. 모든 밀봉된 유체 경로는 주사기, 밸브, 연결 튜브, 다이나믹 믹서 및 샘플 셀을 포함하는 에어컨이 설치된 인클로저 내부에 있습니다. 풀그릴 열전 에어 컨디셔너는 ±1 °C 내의 10 °C에서 50 °C에 범위에 있는 울안 온도를 통제하기 위하여 이용됩니다. 장치의 작동 부분을 표시하기 위해 인클로저 단열재 중 일부가 제거되었습니다. 메인 믹싱 장치 인클로저는 NCNR의 NG3 VSANS 빔 라인의 병진 스테이지에 위치합니다. 인클로저 위치는 중성자 빔의 경로(노란색 점선)에 샘플 셀을 배치하기 위해 변환 단계를 사용하여 조정됩니다.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62873/62873fig1v2.jpg"> 그림 1: NIST Center for Neutron Research의 VSANS 빔라인에서 정지 흐름 혼합 및 소각 중성자 산란 측정을 결합하기 위한 설정 예. 이 설정에는 4개의 주사기 펌프, 용매 헹굼용 주사기 2개, 시료 주입용 주사기 2개, 펌프 선택 밸브 4개, 믹서 선택 밸브 2개, 다이내믹 믹서, 플로우 스루 석영 셀 및 혼합 시료 용기가 포함되어 있습니다. 입사 중성자는 샘플 셀 내부에 위치한 혼합 샘플에서 산란됩니다. 석영 창과 열전 냉방 장치가 있는 절연 인클로저를 사용하여 샘플과 모든 장비를 일정한 온도로 제어합니다. 노란색 점선은 중성자 빔 경로를 나타냅니다. 스케일 바 = 10cm. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62873/62873fig1v2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
그림 1에 표시된 장치는 2개의 샘플 주사기, 2개의 헹굼 주사기 및 1 개의 샘플 셀로 구성됩니다. 프로토콜의 여러 단계에 해당하는 흐름도는 그림 2에 나와 있습니다. 두 개의 서로 다른 샘플의 원하는 부피가 믹서와 샘플 셀에 주입됩니다(그림 2A). 시료 셀이 채워지면 입구 스위치 밸브(ISV)와 출구 스위치 밸브(OSV)가 닫혀 동적 혼합기에서 시료 셀을 분리하고 TR-SANS 데이터 수집 중에 시료가 셀로 역확산되는 것을 방지합니다(그림 2B). 다이나믹 믹서 전에 연결 튜브의 길이는 10cm에서 1m까지 다양하며 혼합 지연 시간에 영향을 미치지 않습니다. 그러나 동적 혼합기와 시료 셀 사이의 튜브 연결은 혼합 지연 시간과 필요한 시료 주입량에 영향을 미칩니다. 내경이 0.04인치(1mm)이고 길이가 100mm인 프리컷 스테인리스강 튜빙은 다이내믹 믹서, 믹서 선택 밸브(MSV1 및 MSV2), ISV 및 OSV를 연결하는 데 사용됩니다. 내경 1mm, 길이 115mm의 불소화 튜브를 사용하여 ISV 및 OSV(또는 동적 혼합기 배출구)를 시료 셀에 연결합니다. 혼합 지연 시간에 영향을 미치는 총 공극 부피에는 혼합기 공극 부피(0.15mL), 혼합기 출구와 시료 셀 주입구 사이의 튜브(0.09mL) 및 시료 셀 부피(0.16mL)가 포함됩니다. 이 예에서 총 공극 부피는 0.4mL입니다. 밸브의 내부 공극 부피는 튜브, 믹서 및 시료 셀 공극 부피에 비해 무시할 수 있습니다. 예를 들어, 사용된 저압 선택 밸브(내경 직경 0.75mm)는 약 4μL의 공극 부피를 포함하는 반면, 고압 선택 밸브 및 스위치 밸브(내경 직경 0.25mm)는 약 0.5μL의 공극 부피를 포함합니다.
TR-SANS 측정이 완료된 후, 시료는 용매와 함께 셀 밖으로 밀려나고, 헹굼 용매는 잔류 시료를 제거하고 시료 셀을 세척하기 위해 셀을 통해 반복적으로 펌핑됩니다(그림 2C). 헹굼 주사기는 펌프 선택기 값을 통해 더 큰 용매 저장소(예: 물 및 에탄올)에 연결되어 측정 실행 사이에 샘플 셀을 세척하는 데 적절한 용매 부피를 사용할 수 있도록 합니다. 용매 공급원, 시료 공급원 및 가연성 액체가 들어 있는 혼합 시료 용기는 가능한 모든 점화원을 제거하기 위해 전기 장비가 없는 별도의 인클로저에 배치됩니다. 또한 증기 잠금 병 뚜껑은 가연성 증기 및 용매 증발을 최소화하는 데 사용됩니다. 마지막으로, 샘플 셀은 질소 가스 스트림으로 건조되어 잔류 헹굼 용매를 제거합니다(그림 2D). 믹서 선택 밸브로의 유입 질소 가스 압력은 질소 가스 실린더에 있는 수동 압력 조절기를 사용하여 약 2bar(0.2MPa, 게이지 압력)로 조절됩니다. 샘플 셀이 충분히 세척되고 건조되면 새로 혼합된 샘플이 다음 측정 주기를 위해 샘플 셀에 주입됩니다( 그림 2A의 흐름도에 설명된 혼합 및 주입 반복).
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62873/62873fig2v2.jpg"> 그림 2: 세척을 위해 샘플 셀 1개, 샘플 혼합 2개, 헹굼 용매 2개를 사용한 예시 흐름도. (A) 샘플 A(파란색)와 샘플 B(빨간색)를 혼합한 다음 혼합된 샘플을 샘플 셀에 흘립니다. (B) 데이터 수집 중에 ISV 및 OSV 스위치 밸브가 닫혀 샘플 셀을 분리하고 데이터 수집 중에 샘플의 역확산을 방지하는 정지 흐름 장치 상태. (C) 데이터 수집 후 샘플 셀을 SS1(녹색)의 헹굼 용매로 헹구는 세척 단계. (D) 시료셀을 질소가스(주황색)로 건조시키는 건조단계. 약어: PSV = 펌프 선택 밸브; MSV = 믹서 선택 밸브; OSV = 출구 스위치 밸브; ISV = 입구 스위치 밸브; SS1 = 용매 공급원 1; SSA = 샘플 소스 A; N2 = 질소 가스 공급원. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62873/62873fig2v2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
그림 3은 혼합 설정이 동일한 스위치 밸브에 연결된 두 개의 개별 샘플 셀로 구성된 약간 다른 버전의 흐름도를 보여줍니다(그림 3A). TR-SANS 데이터가 샘플 셀 1에서 수집되는 동안 샘플 셀 2는 헹구어지고(그림 3B) 건조됩니다(그림 3C). 샘플 셀 1에 대한 데이터 수집이 완료되면 입구 스위치 밸브가 새로 혼합된 샘플을 데이터 수집을 위해 샘플 셀 2로 보냅니다(그림 3D). TR-SANS 데이터가 샘플 셀 2에서 수집되는 동안 샘플 셀 1은 헹구고 건조됩니다(그림 3E). 두 샘플 셀 간의 이러한 교대 병렬 프로세스는 후속 샘플 주입 사이의 시간을 최소화하고 중성자 빔 시간의 사용을 최대화합니다.
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62873/62873fig3v2.jpg"> 그림 3: 세척을 위해 2개의 시료 셀, 2개의 시료 혼합 및 2개의 헹굼 용매를 사용한 예시 흐름도. (A) 샘플 A(파란색)와 샘플 B(빨간색)를 혼합한 다음 혼합된 샘플을 샘플 셀 1에 흘려보냅니다. (B) 샘플 셀 2가 SS1(녹색)의 용매로 헹구는 동안 샘플 셀 1에서 데이터를 수집하는 동안 흐름이 중지된 장치 상태. (C) 샘플 셀 2가 질소 가스(주황색)로 건조되는 동안 샘플 셀 1에서 데이터를 수집하는 동안 흐름이 중지된 장치 상태. (D) 샘플 셀 1의 데이터 수집이 완료되면 새 샘플(보라색)이 즉시 혼합되어 샘플 셀 2로 유입됩니다. (E) 샘플 셀 1이 SS1(녹색)의 용매로 헹구는 동안 샘플 셀 2에서 데이터를 수집하는 동안 흐름이 중지된 장치 상태. 하나의 샘플 셀을 측정하는 동안 다른 샘플 셀은 세척 및 건조됩니다. 정지된 유량 측정 프로세스는 두 개의 시료 셀을 번갈아 가며 진행되어 후속 시료 혼합 주입 사이의 시간을 최소화합니다. 약어: PSV = 펌프 선택 밸브; MSV = 믹서 선택 밸브; OSV = 출구 스위치 밸브; ISV = 입구 스위치 밸브; SS1 = 용매 공급원 1; SSA = 샘플 소스 A; N2 = 질소 가스 공급원. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62873/62873fig3v2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
펌프와 튜빙 라인을 연결하고, 시스템을 프라이밍하고, 샘플 셀을 헹구고 건조하고, 혼합된 샘플을 주입하기 위한 단계별 프로토콜이 아래에 설명되어 있습니다. 단일 셀 구성은 단순성을 위해 시연되었지만(그림 2), 유연한 모듈식 설정, 프로토콜 및 스크립트를 쉽게 수정하여 더 많은 시린지 펌프, 밸브, 믹서 또는 샘플 셀 구성(예: 그림 3에 표시된 2개 샘플 셀 구성)을 구현할 수 있습니다. 혼합 및 세척 주입 주기 전반에 걸쳐 수집된 대표적인 원시 중성자 계수율 데이터는 그림 4에 나와 있으며, 3가지 다른 온도에서 측정된 지질 교환 역학과 교환된 지질 분율에 해당하는 추출된 정규화된 산란 강도는 각각 그림 5 및 그림 6에 나와 있습니다.

<table><tbody><tr><td>다이나믹 믹서</td><td>Analytical Scientific Instruments</td><td>462-0150A</td><td>자기 결합 로터, 바이너리 다이나믹 믹서 어셈블리(삼원형 사용 가능), 0.15mL 데드 볼륨(더 큰 데드 볼륨 사용 가능)</td></tr><tr><td>불소 중합체 튜빙</td><td>IDEX Health & 과학</td><td>1507L</td><td>PFA 배관 자연적인 1/16 인치 OD x 0.040 인치 ID x 50 ft</td></tr><tr><td>불소 중합체 1/4-28 flangeless 이음쇠</td><td>IDEX 건강 & ; 페</td>룰이 있는 Science <td>XP-245</td><td>PFA 플랜지리스 피팅, 1/4-28 나사, 1/16인치 OD 튜빙</td></tr><tr><td>유리 주사기</td><td>Hamilton Company</td><td>81660</td><td>Hamilton 1000 시리즈 주사기, 10mL(81660), 모델 1010 C 시어, 1/4"-28 나사 종단, 기타 볼륨 사용 가능</td></tr><tr><td>고압 유량 선택 밸브</td><td>Vici Valco</td><td>C85X-1570EUTB</td><td>Vici 10 위치 선택 밸브, 최대 15000psi, 0.25mm 보어, 1/16인치 OD 튜빙, 10-32 원뿔형 나사산 포트, USB 범용 액추에이터</td></tr><tr><td>고압 스위치 밸브</td><td>Vici Valco</td><td>C82X-1574EUHB</td><td>Vici 4포트 스위치 밸브, 최대 15000psi, 0.25mm 보어, 1/16인치 OD 튜브, 10-32 원뿔형 나사 포트, USB 범용 액추에이터</td></tr><tr><td>고압 주사기</td><td>Cetoni</td><td>A2019000358</td><td>3mL 스테인리스강 실린지, 최대 510bar, 최대 21mL/분 유속</td></tr><tr><td>저압 유량 선택 밸브</td><td>Vici Valco</td><td>C25-3180EUHB</td><td>Vici 10 위치 선택 밸브, 최대 250psi 액체, 0.75mm 보어, 1/16인치 OD 튜빙, 1/4-28 나사산 포트, USB 범용 액추에이터</td></tr><tr><td>neMESYS 고압 시린지 펌프</td><td>Cetoni</td><td>A3921000103</td><td>Max force 2600 N</td></tr><tr><td>neMESYS 중압 시린지 펌프</td><td>Cetoni</td><td>A3921000131</td><td>Max force 1000 N</td></tr><tr><td>전원 공급 장치</td><td>Cetoni</td><td>A3921000127</td><td>Base 600, 최대 4개의 고압 펌프에 전원 공급</td></tr><tr><td>석영 플로우 스루 시료 셀</td><td>Starna Scientific</td><td>3-2.30-Q-1/TC</td><td>석영 마이크로 플로우 셀, 2mm 경로 길이(1mm 사용 가능), 2mm x 2mm x 30mm 내부 치수</td></tr><tr><td>석영 창</td><td>기술 유리 제품</td><td>NA</td><td>GE 124 공간 융합 석영 접지 및 광택 플레이트, 11.75 인치 x 23.75 인치 x 0.375 인치 두께</td></tr><tr><td>스테인레스 스틸 10-32 원뿔형 압축 피팅</td><td>IDEX 건강 & 과학</td><td>U-321X, U-320X</td><td>316 스테인레스 스틸 페룰 (U-321X) 및 너트 (U-320X) -Valco 유형, 10-32 콘, 1/16 인치 OD 스테인레스 스틸 튜빙</td></tr><tr><td>스테인레스 스틸 튜빙</td><td>IDEX 건강 & Science</td><td>U-102</td><td>스테인레스 스틸 튜빙 1/16 인치 OD x 0.020 인치 ID, 10cm, 다양한 사전 절단 길이 사용 가능</td></tr><tr><td>주사기 펌프 제어 소프트웨어</td><td>Cetoni</td><td>T6000000004</td><td>Nemesys 펌프용 QmixElements 소프트웨어, QmixSDK 소프트웨어 개발 키트</td></tr><tr><td>열전 에어컨</td><td>EIC 솔루션</td><td>AAC-140C-4XT-HC</td><td>펌프, 밸브, 믹서 및 샘플 온도를 제어하기 위해 절연 케이스에 장착된 열전기 에어컨</td></tr><tr><td>T-슬롯 레일링</td><td>McMaster-Carr</td><td>47065T103</td><td>알루미늄 t-슬롯 레일링 (1.5 인치 by 1.5 인치) 다양한 길이로 절단</td></tr><tr><td>증기 잠금 병 뚜껑&nbsp;</td><td>Cole-Parmer</td><td>EW-12018-02</td><td>4 개의 304 SS 포트 인서트, 1/4 "-28 나사, GL45 병 뚜껑 크기, PTFE 본체, SS 나사, PP 칼라</td></tr></tbody></table>

stopped-flow and small-angle neutron scattering을 이용한 나노스케일 물질의 시간 진화 측정

Measuring the Time-Evolution of Nanoscale Materials with Stopped-Flow and Small-Angle Neutron Scattering

이 논문은 정지 흐름 소각 중성자 산란(SANS) 샘플 환경을 사용하여 액체 샘플을 빠르게 혼합하고 몇 초에서 몇 분의 시간 규모로 나노 스케일 운동 과정을 연구하는 방법을 제시합니다. 흐름이 멈춘 시료 환경에서는 시중에서 판매되는 주사기 펌프를 사용하여 원하는 부피의 액체 시료를 혼합한 다음 동적 믹서를 통해 약 1초 내에 석영 유리 셀에 주입합니다. 시간 분해 SANS 데이터 수집은 혼합 후 용액에서 나노 구조의 진화를 따르기 위해 샘플 혼합과 동기화됩니다. 
중성자 빔 시간을 가장 효율적으로 사용하기 위해 일련의 유량 선택 밸브를 사용하여 측정 사이에 셀을 자동으로 로드, 헹굼 및 건조하여 여러 샘플 주입을 통해 반복적인 데이터 수집이 가능합니다. 충분한 중성자 산란 통계가 수집될 때까지 샘플 주입을 반복합니다. 혼합 설정은 다양한 혼합 비율, 시료 농도, 첨가제 농도 및 온도에서 동역학을 측정하기 위해 조건을 체계적으로 변경하도록 프로그래밍할 수 있습니다. 주입당 필요한 최소 시료 부피는 석영 셀의 경로 길이에 따라 약 150μL입니다. 
이 정지 흐름 샘플 환경을 사용한 대표적인 결과는 첨가제인 사이클로덱스트린의 존재 하에서 빠른 지질 교환 역학에 대해 제시됩니다. 소포는 몇 초 안에 외부 전엽(외부) 지질을 교환하고 몇 시간 내에 내부 및 외부 지질을 완전히 교환합니다. 지질 교환 동역학을 측정하려면 더 빠른(초) 공정과 느린(분) 공정을 캡처하고 동역학 속도 상수를 추출하기 위해 현장 혼합이 필요합니다. 동일한 샘플 환경을 사용하여 지질 나노입자, 단백질, 계면활성제, 폴리머, 에멀젼 또는 무기 나노입자와 같은 다른 유형의 액체 샘플에서 분자 교환을 조사할 수도 있습니다. 나노 스케일의 구조 변형과 교환 또는 반응 시스템의 동역학을 측정하면 나노 스케일에서 진화하는 프로세스에 대한 새로운 통찰력을 얻을 수 있습니다.

여기에 표시된 대표적인 중성자 데이터는 교환률(ke)66,67로 소포 사이의 지질 교환을 촉매하는 첨가제인 메틸-β-시클로덱스트린(mβCD)의 존재 하에서 지질 교환 동역학을 측정합니다. 이전의 형광연구는 ke가 mβCD 농도에 의존하고, 교환 과정의 반감기가68분 정도라는 것을 보여주었다. 본 실험은 정지 흐름 TR-SANS를 사용하여 초 시간 척도에서 소포 간의 mβCD 촉매 지질 교환을 측정합니다. 2개의 동위원소적으로 구별되는 지질 소포 집단이 준비되었습니다. 한 소포 집단은 꼬리 수소화 디미리스토일포스파티딜콜린(DMPC) 지질(그림 5의 H-지질 소포)로 준비되었고, 다른 소포 집단은 꼬리 중수소화 DMPC(DMPC-d54) 지질(그림 5의 D-지질 소포)로 준비되었습니다.<stro...

이 프로토콜은 소각 중성자 산란 측정 중에 여러 액체 용액을 현장에서 신속하게 혼합하고 나노미터 길이 스케일 및 두 번째 시간 스케일에서 동역학 과정을 연구하기 위해 정지 흐름 샘플 환경을 사용합니다.

Stopped-flow and Small-angle Neutron Scattering을 이용한 나노스케일 물질의 시간 진화 측정

This paper presents the use of a stopped-flow small-angle neutron-scattering (SANS) sample environment to quickly mix liquid samples and study nanoscale ...

정지 흐름, 작은 각도 산란 또는 정지 흐름 SANS를 사용하면 나노 스케일 재료가 몇 초에서 몇 분의 정해진 시간 척도에서 어떻게 진화하는지 연구 할 수 있습니다. 중성자 산란 특유의 수소와 중수소의 대비로 인해 이 기술은 지질, 단백질 및 폴리머와 같은 수소가 풍부한 물질을 연구하는 데 특히 유용합니다. 스톱 플로우 스탠드를 사용하여 관심 물질을 연구하는 데 관심이 있는 경우 산란 시설의 미국 현지 기기 과학자에게 연락하여 실험 계획을 세우십시오.이 절차를 시연하는 것은 국립 표준 기술 연구소 (NIST), 중성자 연구 센터 또는 NCNR의 화학 엔지니어 인 Ryan Murphy와 NCNR의 물리학 자 Brian Maranville이 될 것입니다. 시작하려면 모든 펌프 전원 공급 장치와 동적 믹서를 켭니다. 전원 스위치를 사용하여 장치 구성 경로를 입력하여 정지된 유량 시스템 제어 GUI에서 모든 펌프와 밸브를 시작하고 텍스트 원고에 언급된 명령을 입력하고 주사기를 부착하기 전에 펌프를 보정합니다.펌프가 보정되었는지 확인한 후. 깨끗한 주사기 배럴을 펌프 상단의 연결부에 나사로 고정합니다. 주사기 피스톤의 과도한 힘으로 인해 주사기가 파손되지 않도록 충전량을 분배하기 전에 주사기 마운트 헤드가 느슨해졌는지 확인하십시오.그런 다음 주사기 피스톤을 펌프 바닥의 연결부에 나사로 고정합니다. 주사기 배럴과 주사기 피스톤을 펌프에 연결한 후 충전량을 분배합니다. 피스톤이 움직이지 않으면 주사기 마운트 헤드를 조입니다.그런 다음 튜브를 시료 및 용매 공급원, 주사기, 밸브, 믹서, 시료 셀 및 혼합 시료 용기에 연결합니다. 각 밸브에 대한 해당 포트 번호 연결을 입력하여 정지된 흐름 시스템 제어 GUI에서 만들어진 모든 튜브 및 밸브 연결을 정의합니다. 샘플을 로드하려면 원하는 샘플과 용매 부피를 소스에서 펌프 선택 밸브를 통해 샘플 주사기로 흡입합니다.그런 다음 주사기, 튜브 라인 및 밸브에서 모든 공기를 분배하여 시스템을 프라이밍하고 각 주사기에서 충분한 양의 액체가 분배되도록 합니다. 모든 기포를 제거하려면 시스템에서 공기가 제거된 후 이 셀을 능동적으로 선택한 상태에서 제어된 GUI에서 혼합 실험 시작이라고 표시된 셀을 클릭하여 하나 이상의 샘플 주입을 수행합니다. 제어된 GUI 상단의 실행 버튼을 클릭하거나 Shift 키를 누르고 키보드에서 키를 함께 입력합니다.샘플 셀에 기포가 있는지 육안으로 검사합니다. 기포가 있는 경우 퍼지 단계를 반복하고, 그렇지 않으면 나머지 실험 프로토콜 단계를 정의합니다. 중지된 흐름 혼합 프로토콜을 정의합니다.정지된 흐름 장치를 둘러싼 단열 인클로저의 온도를 제어하는 프로그래밍 가능한 에어컨 장치의 온도 설정값을 입력합니다. 그런 다음 제어된 GUI에 적절한 부피, 유속, 횟수 및 반복 횟수를 입력하여 모든 헹굼 단계를 입력합니다. 다음으로, 중지된 유량 시스템 제어 GUI에 적절한 부피, 유량 및 시간을 입력하여 모든 시료 주입 시퀀스 단계를 정의하고, 마지막으로 SANS 파라미터를 정의하기 위해 중지된 단일 유량 데이터 수집 주기의 총 시간을 계산합니다.SANS 계측기 제어 GUI에서 총 VSANS 데이터 수집 시간을 이전에 계산된 사이클 시간으로 설정합니다. 그런 다음 샘플 전송 측정 시간을 100초로 설정하고 이벤트 모드 데이터 수집을 켭니다. 배경 산란을 측정합니다.차단된 빔을 부착하기 전에 로컬 기기 셔터가 닫혀 있는지 확인하십시오.ample 구멍의 뒷면에 samp르 구멍. 그런 다음 로컬 기기 환경을 확보한 후 로컬 기기 셔터를 엽니다. 다음으로, 소프트웨어에서 차단된 빔 산란 데이터 수집 시간을 정의하고 가장 긴 산란 데이터 수집 시간과 동일한 기간 동안 차단된 빔 산란 데이터 카운팅을 수집합니다.데이터 수집이 완료되면 기기 셔터를 닫고 샘플 조리개에서 차단된 빔 샘플을 제거합니다. 그런 다음 정지된 유동 실험을 시작하기 전에 빈 세포 산란을 측정합니다. 로컬 기기 영역이 안전한지 확인하십시오.그런 다음 로컬 계기 빔 셔터를 엽니다. 원하는 실행을 기기 대기열로 끌어다 놓아 기기 컴퓨터의 SANS 기기 제어 소프트웨어를 사용하여 SANS 데이터 수집을 시작합니다. 다음으로, 제어된 GUI에서 중지된 흐름 혼합 실험을 시작하고 정의된 중지된 흐름 혼합 프로토콜이 작동하기 시작했는지 확인합니다.그런 다음 큐의 맨 아래에 전송 실행을 추가합니다. 전송은 산란 실행이 완료된 후 수집됩니다. 서버로부터 산란 데이터 파일 및 관련 이벤트 파일을 다운로드한 후, 텍스트 원고에 표시된 대로 적절한 명령을 입력하여 원하는 시간 빈에 산란 데이터를 빈에 저장한다.그 후 빔 라인에 제공된 소프트웨어를 사용하여 빈 산란 데이터를 감소시켜 시간 분해 SANS 데이터를 분석하고, 텍스트 원고에 제공된 방정식을 사용하여 측정 시간으로부터 관심 있는 처리 시간을 계산한다. 그런 다음 공정 시간의 함수로서 Q 종속 강도의 변화에서 관심 있는 운동 파라미터를 추출합니다. 9개의 헹굼 단계로 구성된 여러 주입 주기에 걸쳐 염 완충액 배경의 측정된 중성자 계수 속도.하나의 드로잉 단계와 하나의 샘플 주입 단계가 여기에 표시됩니다. 개별적인 H 표지된 지질 용액 및 D 표지된 지질 용액을 시간 T 믹스에서 혼합하고 즉시 샘플 세포 내로 흘려보냈다. 측정 중성자 계수율은 급증하여 샘플 셀이 T 충전으로 채워졌을 때 최대값에 도달했습니다.세 가지 다른 온도에서 혼합된 지질 소포 샘플의 중성자 계수는 정상 상태 흐름 기간 및 지연 시간에 대해 보정된 관심 프로세스 시간인 보정된 프로세스 시간 척도의 함수로 표시됩니다. SANS 데이터는 이벤트 모드에서 지속적으로 수집되었으며, 이를 통해 원하는 시간 구간으로 후처리될 수 있습니다. 지질 교환 동역학은 섭씨 36도, 30도 및 20도에서 측정되었습니다.이 데이터는 3초의 동일한 시간 빈으로 구부러졌으며 TR SANS 측정에서 얻을 수 있는 시간 및 길이 척도 종속 정보를 나타냅니다. 정규화된 강도는 서로 다른 온도에 대한 공정 시간의 함수로 표시됩니다. 스톱 플로우 혼합과 시간 분해능을 결합한 SANS는 지질 나노 입자와 차세대 의약품 및 백신에서 친환경 건축 자재에 사용되는 지오 폴리머에 이르기까지 나노 스캔 재료의 구조적 진화를 탐색할 수 있는 새로운 기회를 제공합니다.

measuring-time-evolution-nanoscale-materials-with-stopped-flow-small

Research

연구

JoVE Journal

Engineering

공학

전단 셀은 전단 속도 - 속도 구배 평면에서 소각 중성자 산란 측정을 위해 개발되고 복잡한 유체를 특성화하기 위해 사용된다. 속도 구배 방향으로 공간 분해 측정 전단 밴딩 물질을 연구 할 수 있습니다. 응용 프로그램은 콜로이드 분산의 조사, 폴리머 솔루션, 자기 조립 구조를 포함한다.

1-2 평면 흐름 - 작은 각 중성자 산란을 이용하여 재료 미세 조직에서 유량을 측정

구조 조정 가능한 고분자 캡슐화 층을 갖는 탄소 나노튜브의 기능화 및 소각 중성자 산란을 사용한 구조적 특성화 방법이 제시됩니다.

작은 각도 중성자 산란에 의한 열 가역적 블록 공중 합체 및 특성 단일 벽 탄소 나노 튜브의 기능화

여기에서는 KWS-2 SANS 회절분석기를 높은 강도와 조정 가능한 해상도로 사용하는 것을 포함하여 nm에서 μm에 이르는 넓은 메조스코픽 길이 스케일에 걸쳐 연질 물질 및 생물물리학 시스템을 조사하는 프로토콜을 제시합니다.

작은 각도 중성자 회절 계 KWS-2에서 나노 미터와 마이크로 미터 크기에서 넓은 길이 규모 이상 소프트 물질과 생물학적 시스템을 공부

동적 광산란 현미경을 사용하여 진한 용액의 입도 분포를 직접 측정하기위한 프로토콜이 제시된다.

동적 광산란 현미경에 의한 혼탁 솔루션의 입자 크기 분포 측정

이 프로토콜은 나노 동적 프로세스의 관찰을 위해 사용 된 물 AuNPs의 투과 전자 현미경을 스캔하기위한 액체 유동 시편 홀더의 동작을 설명한다.

스캔 전송 전자 현미경을 사용하여 액체에 나노 크기의 개체의 동적 프로세스를 공부

여기서는 전단 유동하 부드러운 물질 재료에서 동시에 임피던스 레올 중성자 산란을 측정하는 방법을 제시한다.

유전체 RheoSANS - 임피던스, 레올 로지 및 복잡한 유체의 작은 각도 중성자 산란의 동시 심문

조밀한 액체의 분자 유체 프로세스를 공부에 대 한 실험적으로 접근 가능한 아날로그 방식 제공 됩니다. 기술은 진동, 높은 회복 곡 식 더미의 입자 이미지 velocimetry를 사용 하 고 동적 프로세스 알려지고 강력 하 게 상호 작용, 높은 밀도 가스 및 액체에 예측의 직접적이 고 거시적인 관찰을 수 있습니다.

조밀한 가스 및 액체 분자 유체 프로세스를 공부에 대 한 아날로그 거시적인 기술

실리콘에서 불순물 원자의 나노초 해결 충전 역학 주사 터널링 현미경으로 관찰 하는 모든 전자 방법 보여 줍니다.

모든 전자 나노초 해결 주사 터널링 현미경: 촉진 단일 불순물 충전 역학 조사

본 프로토콜은 인간 건강에 중요한 역할을 하는 두 모델 단백질의 구조 및 역학을 조사하는 방법을 기술한다. 이 기술은 벤치 탑 생물 물리학 적 특성화와 중성자 스핀 에코 분광법을 결합하여 단백질 간 운동과 관련된 시간 및 길이 스케일의 역학에 액세스합니다.

중성자 스핀 에코 분광법을 통한 단백질 역학 연구

이미징 유래 평균 제곱 변위 (iMSD) 분석은 구조 및 동적 특성 측면에서 고유 한 시간 진화 특성을 강조하기 위해 매크로 피노솜에 적용됩니다. 그런 다음 Macropinosomes는 시간 불변의 평균 구조 / 동적 특성을 가진 세포 하부 구조에 대한 참조로서 인슐린 분비 과립 (ISGs)과 비교됩니다.

시공간 변동 분광법에 의한 밀매된 세포하 나노구조체의 구조적 및 동적 특성 조사

중성자 후방 산란 분광법은 단백질과 단백질의 수화수의 ps-ns 역학에 대한 비파괴적이고 표지 없는 접근을 제공합니다. 워크플로우는 아밀로이드 단백질에 대한 두 가지 연구, 즉 응집 중 리소자임의 시간 분해 역학과 섬유 형성 시 타우의 수화 물 역학에 대한 연구로 제공됩니다.

단백질과 수화수의 피코초-나노초 역학을 연구하기 위한 고분해능 중성자 분광법

배우세요 stopped-flow와 SANS를 이용한 나노스케일 물질의 동역학 연구 방법입니다. 수소 풍부한 지질, 단백질, 고분자의 시간 진화를 실시간으로 측정하여 재료 상호작용의 역학을 분석할 수 있습니다.

Stopped-flow and Small-angle Neutron Scattering을 이용한 나노스케일 물질의 시간 진화 측정

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