Name: Meting van de deeltjesgrootteverdeling in Troebele Solutions van Dynamic Light Scattering Microscopy (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-01-09T12:30:00.000+00:00
Duration: 9 min 16 s
Description: Leer deeltjesgrootteverdeling meten in troebele oplossingen via dynamische lichtverstrooiingsmicroscopie. Deze methode analyseert geconcentreerde samples zonder verdunning.

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

Dit werk is financieel ondersteund door Grants-in-Aid voor wetenschappelijk onderzoek van het Ministerie van Onderwijs, Cultuur, Sport, Wetenschap en Technologie (nr. 25248027 aan M.S.).

1. Monstervoorbereiding <ol><li> Zuivering van temperatuur reagerende monomeren <ol><li> 20 g N -isopropylacrylamide (NIPA) in 100 ml tolueen. </li><li> Filtreer de oplossing onder afzuiging te verwijderen stof. </li><li> Meng het filtraat met 500 ml petroleumether. </li><li> Plaats het reactievat in een ijs-waterbad. </li><li> Roer de oplossing tot de monomeren worden neergeslagen (meestal 30 min). </li><li> Filtreer de oplossing onder afzuiging neerslag te verkrijgen monomeren. </li><li> Droog de monomeren onder verminderde druk (100 Pa) gedurende de nacht. </li></ol></li><li> Bereiding van de temperatuur reagerende polymeeroplossing <ol><li> Ontgas 20 ml gedeïoniseerd water gedurende 1,0 min onder toepassing van een membraanpomp. </li><li> Los op 780,8 mg van het gezuiverde NIPA in 9,5 ml ontgast en gedeïoniseerd water. </li><li> Plaats het reactievat in een ijs-waterbad. </li><li> Scherm de reactie vanlicht door het bedekken van het apparaat met aluminiumfolie. </li><li> Roer de oplossing zachtjes gedurende 10 min terwijl de invoering van een gematigde stroming van Ar gas voorzichtig via een pipet aan de gasfles met een buis. </li><li> Voeg 11,9 ul N, N, N &#39;, N&#39;-tetramethylethyleendiamine om de oplossing via een micropipet. </li><li> Roer de oplossing voor 1,0 min, terwijl de invoering Ar gas, zoals vermeld in stap 1.2.5. </li><li> Onder roeren van het monster los 4,0 mg ammoniumpersulfaat in 0,5 ml ontgast en gedeïoniseerd water. </li><li> Meng de monsteroplossing (uit stap 1.2.7) en ammoniumpersulfaat oplossing (uit stap 1.2.8). </li><li> Roer de oplossing gedurende 30 seconden terwijl de invoering van Ar gas, zoals vermeld in stap 1.2.5. </li><li> Bedek de oplossing met aluminiumfolie en bewaar het in de koelkast (4 ° C) gedurende de nacht. </li></ol></li><li> Voorbereiding van het monster mounts <ol><li> Plaats 60 pl van de monsteroplossing (vanstap 1.2.11) in een holte dia. </li><li> Bedek de oplossing met een ronde deksel glas. Wees voorzichtig niet te vangen luchtbellen. </li><li> Verwijder overtollige oplossing met behulp van een micropipet en laboratorium doekjes. </li><li> Verzegelen van het monster met lijm. Laat de lijm droog bij kamertemperatuur (typisch 6 uur). </li><li> Bereid een andere dia gevuld met 0,1 gew% polystyreen latex (deeltjes met een diameter van 100 nm) schorsing door de stappen 1.3.1-1.3.4. Deze dia wordt gebruikt als een standaard. </li></ol></li></ol> 2. Particle Size Measurement met een Dynamic Light Scattering Microscoop <ol><li> Optimalisatie van het instrument <ol><li> Plaats de polystyreen latex suspensie schuif (uit stap 1.3.5) op het stadium van het omgekeerde microscoop. De dekking van glas kant moet naar beneden worden geconfronteerd. </li><li> Plaats een balk klep voor de detector (een lawine fotodiode en een autocorrelator). </li><li> Breng een laserstraal (halfgeleiderlaser, λ = 488 nm, 30 mW, ononderbrokenwave) om het monster door een objectief lens (10 ×). Een deel van het gereflecteerde licht gaat door een lancering spiegel van de microscoop wordt waargenomen door een CCD camera gemonteerd aan de zijpoort van de microscoop (figuur 1). </li><li> Stel de hoogte van de objectieve lens tot het brandpunt op het monster schorsing ingesteld door het verschuiven van de hoogte van de lens tegen de laag naar hoge positie. Tijdens deze procedure wordt het gereflecteerde beeld zich driemaal aan het oppervlak van het dekglas op het grensvlak tussen het dekglaasje en het monster, en op het raakvlak tussen het monster en de gat-schuifglas. Stel het brandpunt tussen de tweede en derde punt. </li><li> Verzwakken de verstrooide lichtintensiteit door het veranderen van het laservermogen. </li><li> Introduceren het verstrooide licht in de detector door het verwijderen van de bundel klep voor de detector. Dit apparaat meet de tijd correlatie van de lichtintensiteit. </li><li> Stel een pinhole (φ = 50 pm) betwEen de microscoop en de detector het confocale effect. Pas de positie van de pinhole om de lichtintensiteit te maximaliseren bij de detector. </li><li> Meet de tijd correlatiefunctie verstrooide lichtintensiteit gedurende 30 s door het initiëren van de werking van de correlator via een computer. De gemeten correlatiefunctie wordt vaak uitgedrukt in g (2) (t) - 1, waarbij t de correlatietijd 4 en <img alt="vergelijking 1" src="/files/ftp_upload/54885/54885eq1.jpg" /> . Hier, I (t) de verstrooide lichtintensiteit en de tijd t (•••) t de tijd gemiddeld. De vervaltijd zal ongeveer 0,1 ms. </li><li> Stel het brandpunt uiteenlopende krijgen voor de eerste amplitude van de tijd correlatiefunctie (g (2) (t = 0) - 1). OPMERKING: De initiële amplitude wordt sterk beïnvloed door de hoeveelheid gereflecteerd licht. Door het verplaatsen van het brandpunt sleeptouward het grensvlak tussen het dekglaasje en het monster, de hoeveelheid gereflecteerd licht toeneemt. Voor sterk licht verspreiders, zoals polystyreen latex, kan de initiële amplitude worden veranderd van 0 tot 1. Het is evenwel moeilijk om de oorspronkelijke amplitude nabij 1 voor vaker polymeeroplossingen stellen, omdat de intensiteit van het gereflecteerde licht is veel hoger dan die van het verstrooide licht. </li><li> Breng de inverse Laplace transformatie (de beperkte regularisatieprogramma CONTIN 13,14) aan de verkregen tijd correlatiefunctie om de grootteverdeling functie krijgen. Wanneer de initiële amplitude wordt ingesteld op minder dan 0,2, zal de verdelingsfunctie van de hydrodynamische straal een scherpe piek rond 100 nm, die tweemaal de werkelijke straal (zie bespreking voor details) tonen. </li></ol></li><li> steekproef meting <ol><li> De weg geëffend temperatuur tot 25 ° C. </li><li> Plaats een dia bereid met poly-NIPA (PNIPA) solution (stap 1.3.4) op het podium van de microscoop. </li><li> Meet de tijd correlatie functie van de verstrooide lichtintensiteit door de stappen 2.1.4-2.1.8. Als de eerste amplitude groter is dan 0,2, past het brandpunt van de oorspronkelijke amplitude van de tijd correlatiefunctie maken minder dan 0,2 door stap 2.1.9. Een kleine initiële amplitude vereenvoudigt de analyse. </li><li> De weg geëffend temperatuur tot 35 ° C en wacht tot de oplossing wordt troebel. De lagere kritische oplossing temperatuur (LCST) van PNIPA oplossing is 32 ° C 15. </li><li> Meet de tijd correlatiefunctie door de stappen 2.1.4-2.1.8. Indien mogelijk, stel de positie van het brandpunt van de oorspronkelijke amplitude van de tijd correlatiefunctie minder dan 0,2 te maken. Voor troebele oplossingen, hun oorspronkelijke amplitudes de neiging toe te nemen, omdat de intensiteit van het verstrooide licht toeneemt terwijl die van het gereflecteerde licht constant blijft. </li><li> Breng de inverse Laplace transformatiaan de verkregen tijdcorrelatie functies om de grootteverdeling functies te verkrijgen. Merk op dat de werkelijke grootte halve waarde verkregen wanneer de oorspronkelijke amplitude kleiner is dan 0,2. </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>

De auteurs hebben niets te onthullen.

De initiële amplitude van de tijd correlatiefunctie sterk afhankelijk van het brandpunt, zoals getoond in figuur 2 (a). Dit is in tegenspraak schijnbaar dat de oplossing homogeen is (met uitzondering van de dunne laag op het grensvlak) 8. Deze variatie van de oorspronkelijke amplitude wordt toegeschreven aan een verandering in de hoeveelheid gereflecteerd licht. Gedeeltelijke heterodyne 16 theorie voorspelt dat de eerste amplitude A, de verstrooide lichtintensiteit, I s, en de intensiteit van gereflecteerd licht, Ir, voldoen aan de volgende vergelijking 1 <img alt="vergelijking 2" src="/files/ftp_upload/54885/54885eq2.jpg" /> Deze vergelijking toont aan dat hoe groter Ir wordt, hoe kleiner A wordt. Daarom A gereduceerd door de focale positie nabij het grensvlak. De schijnbare diffusie constante D A can worden verkregen door het aanbrengen van de tijd correlatiefunctie bij monodisperse oplossingen: <img alt="vergelijking 3" src="/files/ftp_upload/54885/54885eq3.jpg" /> waar <img alt="vergelijking 4" src="/files/ftp_upload/54885/54885eq4.jpg" /> . Hier is n de brekingsindex van het oplosmiddel (water, 1,33), θ is de verstrooide hoek (180 °) en λ de golflengte van het licht (514,5 nm). Aangezien we terugverstrooiing geometrie toegepast, is de waarde van q vast. Echter, dit punt opgelost door verschillende golflengten van licht. Let op elk type continue golf laserbron is beschikbaar om de DLS microscoop construeren. Dankzij de kleine bestraalde volume, wordt de coherentie factor 17 meer dan ongeveer 0,99 te zijn en te verwaarlozen. Voor polydisperse oplossingen, is de distributiefunctie van D A verkregen door de inverse Laplace transformatie. Gedeeltelijke heterodyne thEory voorspelt ook dat D A is niet hetzelfde als de werkelijke diffusieconstante D. Beide diffusieconstanten aan de volgende vergelijking: <img alt="vergelijking 5" src="/files/ftp_upload/54885/54885eq5.jpg" /> De diffusieconstante D omgezet in de hydrodynamische straal Rh met de Einstein-Stokes vergelijking 4. Wanneer A = 1, deze relatie wordt D A = D. In dit geval, de data conversie proces is hetzelfde als dat voor de gemeenschappelijke dynamische lichtverstrooiing. De rode lijn in figuur 2 (b) correspondeert met de zaak. Daarentegen wordt deze relatie D A = 0,5 D op de grens van A → 0. Daarom wordt de grootte geschat tweemaal zo groot als de werkelijke grootte te zijn wanneer A is klein (bijna minder dan 0,2), zoals blijkt uit de blauwe lijn van figuur 2 (b) </strong&gt;. Als we weten dat een significant klein, kan de horizontale as worden verschoven, zoals in figuur 2 (c). In principe kunnen we D A omzetten in D bij elke waarde van A. In de praktijk, is het beter om de eerste amplitude kleiner ingesteld dan 0,2, omdat de eenvoudige onderlinge D A D ~ 0,5 geldt. De opvallende kenmerken van de dynamische lichtverstrooiing microscoop techniek werden aangetoond met behulp van een PNIPA oplossing. De conformatie van PNIPA onder en boven de LCST is uitgebreid bestudeerd met behulp van kleine-hoek neutronenverstrooiing 15,18. Daarentegen is dynamische lichtverstrooiing niet gebruikt voor de analyse van PNIPA boven de LCST vanwege de troebelheid 19. Dit probleem wordt opgelost door de dynamische lichtverstrooiing microscoop, zoals getoond in figuren 3 (a) en (b). De grootte van deze aggregaten meerdere &amp;# 181, m, die niet kan worden verkregen met één kleine hoek X-ray / neutronenverstrooiing of conventionele lichtverstrooiingstechnieken. Tijdsopgeloste metingen met behulp van dit systeem geven informatie over de aggregatie proces tijdens de temperatuurverandering. Het nadeel van de dynamische lichtverstrooiing microscoop wordt ook geïllustreerd in figuur 3. Het resultaat onder de LCST, wordt de tijd correlatiefunctie sterk beïnvloed door de zeer kleine hoeveelheid stof aanwezig is (de zwarte lijnen in figuur 3). Zo blijft de tijd correlatiefunctie niet volledig verval, zelfs met correlatie in de orde van 1,0 s. Dit komt doordat het volume bestraald met dit apparaat (ongeveer 1,0 urn) aanzienlijk kleiner is dan die bestraald met de gebruikelijke dynamische lichtverstrooiing inrichting (ongeveer 100 urn). Wanneer de intensiteit van het verstrooide licht zwak is, wordt het signaal onzichtbaar door het lawaai, vaak veroorzaakt door small hoeveelheden stof in de oplossing. Derhalve kunnen de drie pieken weergegeven in figuur 3 (b) geen kwantitatieve belang hoewel de algemene volgorde van de grootte zinvol. Overigens zou een dergelijke zwakke verstrooier kan worden gemeten met een conventionele dynamische lichtverstrooiing inrichting. We hebben aangetoond dat de dynamische lichtverstrooiing microscoop kunnen wij zowel transparant als troebele monsters gemeten met de zelfde opstelling. Aangezien de optische weglengte in de monsters kort is, kan deze techniek worden toegepast op sterke lichtabsorberende monsters, zoals koolstof nanobuis 20 suspensies. Bovendien, vanwege de hoge ruimtelijke resolutie, kan deze techniek worden toegepast op biologische cellen. Voor de toepassing biologie, kan deze werkwijze ook worden gecombineerd met andere beeldvormende technieken, zoals fluorescentie en Raman imaging. Zo zijn wij van mening dat de dynamische lichtverstrooiing microscoop is een krachtig hulpmiddel voor een breed scala aan onderzoeksgebieden.

Deeltjesgrootte is een van de meest fundamentele eigenschappen van colloïdale en polymeeroplossingen. Er worden talrijke technieken gebruikt om de deeltjesgrootte te meten. Deeltjesgrootten van 1,0 µm of groter kunnen direct worden gemeten met behulp van een optische microscoop. Voor kleinere deeltjes worden alternatieve technieken gebruikt, zoals laserdiffractie, elektronenmicroscopie of atoomkrachtmicroscopie2,3. Dynamische lichtspreiding is een veelgebruikte techniek voor het meten van deeltjesgrootteverdelingen in oplossingen4. De resultaten die met deze techniek worden verkregen, zijn niet afgeleid van afbeeldingen van de deeltjes, maar van de karakteristieke tijd van de fluctuaties in verstrooide lichtintensiteit. Deze fluctuaties zijn afkomstig van Brownse beweging, die wordt gekenmerkt door een diffusieconstante. De grootteverdeling wordt verkregen uit de verdeling van diffusieconstanten met behulp van de Einstein-Stokes-vergelijking. Vanwege de eenvoud wordt dynamische lichtspreiding veel gebruikt voor de routinematige beoordeling van oplossingen, zoals verven en voedselcolloïden.
Voorwaardbehandeling is vereist voor de meeste technieken die worden gebruikt voor de deeltjesgroottemeting van oplossingsmonsters. In het geval van elektronenmicroscopie en atoomkrachtmicroscopie moet het monster worden geanalyseerd onder vacuümcondities. Daarom is het moeilijk om de monsters in hun oorspronkelijke vorm te observeren. Bovendien kunnen voor laserdiffractie en dynamische lichtspreiding alleen verdunde monsters die vrij zijn van meervoudige verstrooiing en lichtabsorptie worden gemeten. Om deze moeilijkheid te overwinnen, zijn verschillende nieuwe technieken voorgesteld voor het meten van dynamische lichtspreiding van onverdunde, geconcentreerde oplossingen, zoals cross-correlatiespectroscopie5,6, laagcoherente dynamische lichtspreiding7,8, diffusie-golfspectroscopie9,10 en differentiële dynamische microscopie11,12.
We hebben een nieuw apparaat ontwikkeld, een dynamisch lichtspreidingsmicroscoop1. Dit apparaat stelt ons in staat om troebele monsters zonder verdunning te meten door middel van een confocale optisch systeem waarin meervoudige verstrooiing wordt geëlimineerd met behulp van een splete. De meetprocedure en gegevensanalyse zijn echter iets gecompliceerder dan die van commercieel verkrijgbare instrumenten. Deze video legt de meetprocedure en gegevensanalyse in detail uit aan de hand van de analyse van het temperatuurafhankelijke polymeer, poly(N-isopropylacrylamide), als voorbeeld.

<table><tbody><tr><td>N-isopropylacrylamide, 98%</td><td>Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.</td><td>I0401</td><td></td></tr><tr><td>tolueen, 99%</td><td>Wako Pure Chemical Industries, Ltd.</td><td>201-01876</td><td></td></tr><tr><td>petroleumether, destillatie temperatuur 30 ~ 60 &deg;C</td><td>Wako Pure Chemical Industries, Ltd.</td><td>169-22565</td><td></td></tr><tr><td>N,N,N',N'-tetramethylethyleendiamine, 99%</td><td>Sigma</td><td>T9281</td><td></td></tr><tr><td>ammoniumpersulfaat, 98%</td><td>Sigma</td><td>248614</td><td></td></tr><tr><td>polystyreenlatexsuspensie, 1 wt%</td><td>Duke Scientific Corporation</td><td>3500A</td><td></td></tr><tr><td>argon</td><td>Koike Sanso Kogyo Co., Ltd.</td><td></td><td>zuiverheid > 99,999 vol.%</td></tr><tr><td>holte glijdbaar</td><td>Matsunami Glass Ind.,Ltd.</td><td>83-0336</td><td></td></tr><tr><td>invers microscoop</td><td>Nikon Instech Co., Ltd.</td><td>ECLIPSE Ti-U</td><td></td></tr><tr><td>Thermo Plate</td><td>Tokai Hit CO.,Ltd</td><td>TP-108R-C</td><td></td></tr><tr><td>vaste-staatlaser</td><td>Coherent</td><td>OBIS 488LX</td><td></td></tr><tr><td>lawinefotodiode</td><td>ALV-GmbH</td><td>ALV-High Q.E. Lawine Foto Diode</td><td></td></tr><tr><td>correlator</td><td>ALV-GmbH</td><td>ALV-5000/EPP</td><td></td></tr></tbody></table>

meting van de deeltjesgrootteverdeling in troebele solutions van dynamic light scattering microscopy

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

Een protocol voor het meten van polydispersiteit van geconcentreerde polymeeroplossingen met behulp van dynamisch lichtverstrooiing wordt beschreven. Dynamische lichtverstrooiing is een techniek die wordt gebruikt om de grootteverdeling van polymeeroplossingen of colloïdale deeltjes te meten. Hoewel deze techniek veel wordt gebruikt voor de beoordeling van polymeeroplossingen, is het moeilijk om de deeltjesgrootte in geconcentreerde oplossingen te meten vanwege het effect van meervoudige verstrooiing of sterke lichtabsorptie. Daarom moeten de geconcentreerde oplossingen voorafgaand aan de meting worden verdund. Implementatie van het confocale optische onderdeel in een dynamisch lichtverstrooiingsmicroscoop1 helpt om deze barrière te overwinnen. Met behulp van zo'n microscopisch systeem kunnen zowel transparante als troebele systemen worden geanalyseerd onder dezelfde experimentele opstelling zonder verdunning. Als representatief voorbeeld werd een grootteverdelingsmeting van een temperatuurafhankelijke polymeeroplossing uitgevoerd. De grootte van de polymeerketens in een waterige oplossing was enkele tientallen nanometers bij een temperatuur onder de lagere kritische oplossingstemperatuur (LCST). Daarentegen namen de groottes toe tot meer dan 1,0 µm boven de LCST. Dit resultaat is consistent met de waarneming dat de oplossing troebel werd boven de LCST.

Tijdcorrelatie functies van verstrooide lichtintensiteit een polystyreen latex suspensie (radius korrelgrootte: 50 nm) gemeten op verschillende knooppunten, zoals getoond in figuur 2 (a). Deze correlatiefuncties omgezet in de verdelingsfuncties van de hydrodynamische straal van het inverse Laplace transformatie (zie figuur 2 (b) en (c)). Met dezelfde procedure tijd correlatiefuncties en verdelingsfuncties van de hydrodynamische straal van het PNIPA oplossing werd verkregen bij 25 ° C en 35 ° C. Figuren 3 (a) en (b) tonen de tijdcorrelatie functies van de verstrooide lichtintensiteit en de bijbehorende grootte verdelingsfuncties van de PNIPA oplossing hieronder (25 ° C) en hoger (35 ° C) de LCST. De grootteverdeling functies werden verkregen door de inverse Laplace transformatie, gevolgd door decorrectie van de gedeeltelijke heterodyne. De gemiddelde hydrodynamische straal onder de LCST is enkele tientallen nanometers, die typisch is voor polymeeroplossingen. In tegenstelling, de hydrodynamische straal boven de LCST is ongeveer 1,0 urn. Dit resultaat is consistent met het feit dat de oplossing troebel boven de LCST. De rode en blauwe lijnen in Figuur 3 vertegenwoordigen de grootteverdeling van PNIPA oplossingen verkregen onmiddellijk na en 20 minuten na de oplossing troebel, respectievelijk. Figuur 3 (b) duidelijk de groei van de aggregatie. <img alt="Figuur 1" src="/files/ftp_upload/54885/54885fig1.jpg" /> Figuur 1. Schema van de dynamische lichtverstrooiing microscoop. Pinhole (PH), bundelsplitser (BS), polarisator (Pol), en lawine-fotodiode (APD). <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54885/54885fig1large.jpg" target="_blank">Klik hier om te bekijken</a>een grotere versie van deze figuur. <img alt="Figuur 2" src="/files/ftp_upload/54885/54885fig2.jpg" /> Figuur 2. Representatieve resultaten voor een polystyreen latex schorsing. (A) Tijd correlatie functies van de verstrooide lichtintensiteit voor de polystyreen latex schorsing. De nominale straal is 50 nm en de concentratie 0,1 gew%. Twee datasets werden verkregen uit verschillende verstrooiing punten. (B), (c) bijbehorende grootte verdelingsfuncties voor de polystyreen latex suspensie verkregen door de inverse Laplace transformatie van (a). De rode lijn komt overeen met de tijd correlatie functie waarvan de initiële amplitude is ongeveer 1,0, en de blauwe lijn komt overeen met die met een initiële amplitude dat is ongeveer 0,2. De horizontale as is berekend zonder (b) en (c) na het effect van partiële heterodyning (PHD) als A &lt;&lt;<html> ; 1. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54885/54885fig2large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</a> <img alt="figuur 3" src="/files/ftp_upload/54885/54885fig3.jpg" /> Figuur 3. Representatieve resultaten voor een PNIPA oplossing. (A) Tijd correlatie functies van de verstrooide lichtintensiteit voor de PNIPA oplossing. (B) bijbehorende grootte verdelingsfuncties voor de PNIPA, verkregen door de inverse Laplace transformatie van (a). De horizontale as werd berekend op basis van het effect van de gedeeltelijke heterodyning voor elke dataset. De zwarte lijn geeft de verkregen bij 25 ° C data. De rode lijn geeft het verkregen net na de oplossing werd troebel data (35 ° C). De blauwe lijn geeft de verkregen na 20 min meten van de rode lijn van gegevens./54885/54885fig3large.jpg &quot;Target =&quot; _ blank &quot;&gt; Klik hier om een ​​grotere versie van deze figuur te bekijken.

Een protocol voor het direct meten van de deeltjesgrootteverdeling in geconcentreerde oplossingen met dynamische lichtverstrooiing microscopie wordt gepresenteerd.

Meting van de deeltjesgrootteverdeling in Troebele Solutions van Dynamic Light Scattering Microscopy

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

Het algemene doel van dit experiment is om aan te tonen dat dynamisch lichtverstrooiing en confocale microscopie kunnen worden gebruikt om de deeltjesgrootteverdeling in troebele oplossingen te meten zonder verdunning. Dit is de opstelling voor de dynamische lichtverstrooiingsmicroscoop. Het heeft een solid-state laser die geschikt is voor 30 milliwatt continugolfwerking bij 488 nanometer.Er is ook een lawinefotodiode, een autocorrelator aangesloten op een computer voor metingen. De omgekeerde microscoop in de opstelling heeft een stage met een temperatuurregelaar. De doos bevat de resterende optische elementen die voor het experiment nodig zijn.Deze tekening biedt een vollediger beeld van de lay-out voor de opstelling. Na het vormgeven van het straalprofiel, wordt de straal in de microscoop geïntroduceerd. Lichtverstrooiing wordt verkregen met een backscattering-geometrie en geleid naar een detector.Een lanceringsspiegel laat toe dat een deel van het gereflecteerde licht via een CCD-camera wordt waargenomen. De monsters voor het experiment moeten een dag van tevoren worden voorbereid. De monstervoorbereiding vereist 20 milliliter ontgast, gedeïoniseerd water evenals gezuiverd NIPA.Bovendien vereist het kleine hoeveelheden TMEDA en ammoniumpersulfaat. De voorbereidingsstappen maken ook gebruik van een ijswaterbad op een roerder, twee reactievaten, aluminiumfolie en een bron van argongasstroom. Begin door 9,5 milliliter ontgast en gedeïoniseerd water in een reactivaatje te meten.Voeg de NIPA toe aan het water. Plaats vervolgens het reactivaatje in het ijswaterbad op de roerder en voeg de roerstaaf toe. Gebruik aluminiumfolie om het bad en het vat af te dekken om de reactie tegen licht te beschermen.Gebruik een pipettip verbonden met de argonbron om een matige argonstroom in de oplossing te regelen. Zet de roerder aan om de oplossing 10 minuten voorzichtig te roeren. Gebruik vervolgens een micropipet om 11,9 microliter TMEDA te meten.Trek kort de folie terug om de TMEDA aan de oplossing toe te voegen en blijf vervolgens onder argongas een minuut lang roeren. Terwijl het monster wordt geroerd, werkt u met het tweede reactivaatje. Plaats 4 milligram ammoniumpersulfaat in het vat.Voeg vervolgens 0,5 milliliter ontgast en gedeïoniseerd water toe. Wanneer het ammoniumpersulfaat is opgelost, voegt u de oplossing toe aan de monstersoplossing en blijft u 30 seconden roeren onder argonstroom. Na 30 seconden verwijdert u het reactivaatje van het ijsbad en de roerder.Voorbereid op opslag, bedek het vat met aluminiumfolie, verplaats de oplossing naar een koelkast voor opslag bij vier graden Celsius voor gebruik. Na het terughalen van de monstersoplossing, bereid deze voor gebruik met de microscoop. Zorg dat er twee holteglijders, twee ronde glazen deksels en geschikte lijm klaar staan om een monster- en een standaardreferentieschuif te maken.Voor de monsterschuif meet u 60 microliter van de monstersoplossing. Plaats de oplossing in een van de holteglijders. Bedek de oplossing met een ronde deksel, zorg ervoor dat er geen luchtbelletjes vast komen te zitten.Verwijder overtollige oplossing met een micropipet en laboratoriumdoekjes. Breng vervolgens lijm aan op de omtrek van de deksel om de oplossing in de glijbaan te verzegelen. Maak vervolgens een standaardreferentie.Gebruik hiervoor een 0,1 gewichtsprocent polystyreenlatex-oplossing. Voeg in de tweede holteglijbaan 60 microliter van de polystyreenlatex-oplossing toe, bedek het met een glazen deksel en zorg ervoor dat er geen bubbels vast komen te zitten. Na het verwijderen van overtollige oplossing, breng lijm aan om de oplossing in de glijbaan te verzegelen.Laat voor beide glijders de lijm op kamertemperatuur drogen. Neem op dit punt de referentieschuif naar de omgekeerde microscoop die is uitgerust met een 10-voudig objectief en plaats deze op de microscooptafel. Het dekglas moet naar beneden wijzen.Ga door met het plaatsen van een straaldamper voor de detector. Breng vervolgens de laserstraal aan op het monster via het objectief. Ga door met werken met het objectief.Stel de hoogte van het objectief in om het brandpunt in te stellen. Gezien met de CCD, zal het gereflecteerde beeld zich eerst focussen op het oppervlak van het dekglas. Het zal zich vervolgens focussen op het grensvlak tussen het dekglas en het monster.Het zal zich voor de derde keer focussen op het grensvlak tussen het monster en het glazen glijmiddel. Stel het brandpunt in tussen het grensvlak van dekmonster en het grensvlak van de glijmonster. Verminder het verspreide licht door de laservermogen te verminderen.Verwijder vervolgens de straalblok om verspreid licht in de detector te introduceren. Wanneer u klaar bent, start u een 30-seconden tijdcorrelatiemeting via de besturingscomputer. Pas vervolgens het brandpunt van de microscoop aan voordat u de meting herhaalt.Gebruik verschillende brandpunten om een breed bereik voor de beginamplitude van de tijdcorrelatiefunctie te verkrijgen. Wanneer er voldoende gegevens zijn verzameld, plaatst u een straaldamper voor de detector. Verwijder op de microscoop de standaardreferentieschuif.Start het monstermeetproces met een lege microscooptafel en stel de temperatuur in op 25 graden Celsius. Plaats vervolgens de voorbereide monsterschuif op de tafel met de dekzijde naar beneden. Pas de hoogte van het objectief aan om het dekmonstergrensvlak te identificeren.Pas het verder aan om het glijmonstergrensvlak te vinden. Voor de meting, stel het brandpunt in tussen deze twee posities. Verwijder de straaldamper van voor de detector.Voer op de computer een 30-seconden tijdcorrelatiemeting uit. Stel vervolgens de tafeltemperatuur in op 35 graden Celsius. Aangezien deze temperatuur boven de lagere kritische oplostemperatuur ligt, zal de oplossing van helder naar troebel worden.Voer een andere meting van de tijdcorrelatiefunctie uit. Dit zijn de tijdcorrelatiefuncties voor de polystyreenlatex-sus

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

Research

JoVE Journal

Chemistry

Scheikunde

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

In dit artikel wordt een methode gepresenteerd voor het isoleren van exosomen uit vol bloed en verdere analyse door middel van nanodeeltjestracking met behulp van een semi-automatisch instrument. De gepresenteerde technologie biedt een uiterst gevoelige methode voor het visualiseren en analyseren van deeltjes in vloeibare suspensie.

Een innovatieve methode voor exosome kwantificering en Size Measurement

Niet-geroerde precipitatie polymerisatie geeft een snelle, reproduceerbare prototyping aanpak van de synthese van stimuli-gevoelige poly (N -isopropylacrylamide) microgels smalle grootteverdeling. In dit protocol synthese, lichtverstrooiing karakterisering en enkel deeltje fluorescentie volgen van deze microgels in een wide-field microscopie setup worden gedemonstreerd.

Gecontroleerde Synthese en Fluorescentie Tracking of Highly Uniform Poly (<em&gt; N</em&gt; -isopropylacrylamide) Microgels

Hier presenteren wij een stapsgewijs protocol voor de dispersie van nanomaterialen in waterige media met real-time karakterisering te identificeren van de optimale ultrasoonapparaat voorwaarden, intensiteit en duur voor verbeterde stabiliteit en uniformiteit van de nanoparticle dispersies zonder invloed op de integriteit van de steekproef.

Dispersie van nanomaterialen in waterige Media: op weg naar protocolverbetering

Dit protocol beschrijft de synthese van magnetische deeltjes en evaluatie van hun DNA-bindende eigenschappen via dynamische en elektroforetische lichtverstrooiing. Deze methode richt zich op het volgen van veranderingen in de grootte van de deeltjes, hun polydispersiteit en zeta potentieel van deeltje oppervlak die spelen belangrijke rol bij het binden van materialen zoals DNA.

DNA-magnetische deeltjes analyse door dynamische en elektroforetische lichtverstrooiing bindend

Bloedplaatjes voorraadbeheer gebaseerd op screening microparticle inhoud in bloedplaatjes concentraten is een nieuw initiatief van de verbetering van de kwaliteit in ziekenhuisbloedbanken. Het doel is om te onderscheiden van niet-geactiveerde bloedplaatjes aan optimaal gebruik van de bloedplaatjes geactiveerd. Verstrekken van niet-geactiveerde bloedplaatjes aan hematologie-oncologie patiënten kan hun hoge risico tot vuurvaste.

Routine Screening Method voor microdeeltjes in bloedplaatjes transfusies

Hier wordt een protocol gepresenteerd om spanning toe te passen op oplossing tijdens metingen van dynamische lichtverstrooiingdeeltjes met de bedoeling het effect van spannings- en temperatuurveranderingen op polymeeraggregatie te onderzoeken.

Toepassing van spanning in dynamic light scattering particle size analysis

We bieden protocollen en representatieve gegevens voor het ontwerpen, assembleren en karakteriseren van polyelektrolyt complexe micelles, core-shell nanodeeltjes gevormd door polyelektrolyten en hydrofielgeladen-niet-geladen blokcopolymeren.

Montage en karakterisering van Polyelectrolyte Complex Micelles

We demonstreren hoe we een nieuw nanodeeltjesvolganalyse-instrument kunnen gebruiken om de grootteverdeling en de totale deeltjesconcentratie van extracellulaire blaasjes geïsoleerd uit perigonadaal vetweefsel van muizen en menselijk plasma te schatten.

Nanodeeltjes tracking analyse voor de kwantificering en groottebepaling van extracellulaire blaasjes

Dynamische lichtverstrooiing (DLS) is naar voren gekomen als een geschikte test voor het evalueren van de deeltjesgrootte en verdeling van intraveneus toegediende ijzer-koolhydraatcomplexen. De protocollen missen echter standaardisatie en moeten worden aangepast voor elk geanalyseerd ijzer-koolhydraatcomplex. Dit protocol beschrijft de toepassing en speciale overwegingen voor de analyse van ijzersucrose.

Dynamische lichtverstrooiingsanalyse voor de bepaling van de deeltjesgrootte van ijzer-koolhydraatcomplexen

Differentiële dynamische microscopie (DDM) combineert kenmerken van dynamische lichtverstrooiing en microscopie. Hier wordt het proces van het gebruik van DDM om gereconstitueerde cytoskeletnetwerken te karakteriseren door de subdiffusieve en gekooide dynamiek van deeltjes in vimentinenetwerken en de ballistische beweging van actieve myosine-gedreven actine-microtubulecomposieten te kwantificeren.

Kwantificeren van cytoskeletdynamica met behulp van differentiële dynamische microscopie

Leer deeltjesgrootteverdeling meten in troebele oplossingen via dynamische lichtverstrooiingsmicroscopie. Deze methode analyseert geconcentreerde samples zonder verdunning.

Meting van de deeltjesgrootteverdeling in Troebele Solutions van Dynamic Light Scattering Microscopy

Meer video's verkennen