Name: Het meten van de tijdsevolutie van materialen op nanoschaal met stop-flow en small-angle neutronenverstrooiing (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2021-08-06T14:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 53 s
Description: Leer stop-flow small-angle neutronenverstrooiing om nanoschaal materiaalevolutie te bestuderen. Deze methode analyseert kinetische processen van waterstofrijke materialen zoals lipiden en eiwitten in real-time.

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

Toegang tot de NG3 VSANS werd geboden door het Center for High-Resolution Neutron Scattering, een samenwerkingsverband tussen het National Institute of Standards and Technology en de National Science Foundation onder overeenkomst nr. DMR-2010792. M.H.L.N erkent de financiering door Mitacs Globalink (Canada). De identificatie van commerciële producten of handelsnamen is bedoeld om begrip te bevorderen en impliceert geen goedkeuring of aanbeveling door het National Institute of Standards and Technology.

1. Stel het stop-flow systeem in en start het.
<ol><li>Schakel alle voedingen van de pomp en dynamische mixers in met behulp van de aan / uit-schakelaar.</li>
	<li>Start alle pompen en kleppen in de grafische gebruikersinterface (GUI) van het stopped-flow system control door het configuratiepad van het apparaat in te voeren en de opdrachten bus=qmixbus te gebruiken. Bus(), bus.open(), bus.start(), pump=qmixpump. Pump(), pump.enable(), en valve=ViciMultiposSelector() (zie voorbeeld initiatiecode beschikbaar in een online open-source repository64).</li>
	<li>Kalibreer de pompen voordat u spuiten bevestigt met het commando pump.calibrate().</li>
	<li>Controleer of de kleppen zijn gestart en ga op commando naar de juiste keuzepoort met de opdracht valve.setPort() en valve.getPort(). </li>
	<li>Wijs het type spuit toe dat voor elke pomp moet worden gebruikt met behulp van het commando pump.set_syringe_param(A, B), waarbij A de binnendiameter van de spuitkop (mm) is en B de maximale zuigerslagafstand van de spuit (mm).</li>
	<li>Sluit de monsterspuiten aan op de spuitpompen.<ol><li>Nadat u ervoor hebt gezorgd dat de pompen zijn gekalibreerd, schroeft u schone spuitvaten in op de aansluiting aan de bovenkant van de pomp (spuitbevestigingskop).</li>
		<li>Wanneer u glazen spuiten gebruikt, moet u ervoor zorgen dat de kop van de spuitbevestiging wordt losgemaakt voordat u het vulvolume doseert, zodat de glazen spuit niet breekt als gevolg van overmatige kracht van de zuiger van de spuit.</li>
		<li>Schroef de zuiger van de spuit vast aan de aansluiting aan de onderkant van de pomp (spuitbevestigingstaart).</li>
		<li>Nadat de cilinder van de spuit en de zuiger van de spuit op de pomp zijn aangesloten, doseert u het vulvolume van het type spuit met behulp van de opdracht pump.empty(), die de zuiger van de spuit naar de bovenkant van de spuitloop verplaatst.</li>
		<li>Wanneer u glazen spuiten gebruikt, draait u de kop van de spuitbevestiging vast nadat de zuigerbeweging is gestopt.</li>
	</ol></li>
	<li>Sluit de slang aan op de monster- en oplosmiddelbronnen, spuiten, kleppen, mixers, monstercellen en gemengde monstercontainer.<ol><li>Sluit de spuitpompslang aan op de pompkeuzekleppen.</li>
		<li>Sluit de pompkeuzeklepslang aan op de monsterbronnen.</li>
		<li>Sluit de pompkeuzeklepslang aan op de spoelmiddelbronnen.</li>
		<li>Sluit de pompkeuzeklepslang aan op de mixerkeuzeklepslang.</li>
		<li>Sluit de mengerkeuzeklepslang aan op de stikstofgasbron.</li>
		<li>Sluit de mixerkeuzeklepslang aan op de mixerinlaten.</li>
		<li>Sluit de mengkraan aan op de inlaatschakelaar.</li>
		<li>Sluit de inlaatschakelaarklep aan op de inlaat van de monstercel.</li>
		<li>Sluit de monsterceluitlaat aan op de uitlaatschakelaarklep.</li>
		<li>Sluit de uitlaatschakelaarklep aan op de gemengde monstercontainer.</li>
	</ol></li>
	<li>Definieer alle buis- en klepverbindingen (stap 1.7) in de besturings-GUI van het stop-flow systeem door het overeenkomstige poortnummer in te voeren dat op elke klep is gemaakt (zie voorbeeldbesturingscode in de online open-source repository64).</li>
	<li>Bereken het lege volume van de slang tussen de inlaat van de menger en de uitlaat van de monstercel, die de minimale hoeveelheid monster definieert die nodig is om de monstercel voor elke meting te vullen.</li>
</ol>2. Laad het monster.
<ol><li>Stel het gewenste monstervulvolume en oplosmiddelvulvolume in de GUI voor de besturing van het stopped-flow systeem in door de gewenste getallen te typen (zie voorbeeldbesturingscode in de online open-source repository64).</li>
	<li>Gebruik de opdracht pump.aspirate() om de gewenste monster- en oplosmiddelvolumes van hun bronnen via de pompkeuzekleppen in de monsterspuiten te trekken (aspirateren). OPMERKING: Wanneer u een lege spuit voor het eerst laadt, is er lucht aanwezig aan de bovenkant van de spuit die moet worden gespoeld om het systeem in stap 3 voor te bereiden met monster en oplosmiddel.</li>
</ol>3. Bereid het systeem voor.
<ol><li>Gebruik de opdracht pump.dispense() om alle lucht uit spuiten, slangenleidingen en kleppen naar buiten te duwen (af te geven). Zorg ervoor dat er voldoende vloeistofvolume uit elke spuit wordt afgegeven om alle lucht volledig uit de spuiten, slangen en kleppen te verwijderen. Als er luchtbellen zichtbaar zijn in een buis, ga dan door met het doseren van oplosmiddel of monster totdat de bellen zijn verwijderd.</li>
	<li>Zodra de lucht uit het systeem is gespoeld, voert u ten minste één monsterinjectie- en spoelprocedure uit (zonder dat neutronenverstrooiingsgegevens worden verzameld).<ol><li>Klik om de cel met het label Mengexperiment starten in de besturings-GUI te selecteren.</li>
		<li>Terwijl deze cel actief is geselecteerd, klikt u op de knop Uitvoeren (rechterdriehoek) boven aan de besturings-GUI of drukt u op de shift - en entertoetsen samen op het toetsenbord.</li>
		<li>Inspecteer de monstercel visueel om te bevestigen dat er geen luchtbellen aanwezig zijn.<ol><li>Als er luchtbellen aanwezig zijn, herhaalt u protocolstappen 3.1 en 3.2 om eventuele lucht verder uit de leidingen te verwijderen.</li>
			<li>Als er geen luchtbellen aanwezig zijn in de monstercel, gaat u verder met stap 4 om de resterende stappen van het experimentprotocol te definiëren.</li>
		</ol></li>
	</ol></li>
</ol>4. Definieer het stopped-flow mixprotocol in het programmascript (zie codevoorbeeld in de online open-source repository64).
<ol><li>Voer het temperatuurinstelpunt in van de programmeerbare airconditioner (AC) die de temperatuur van de geïsoleerde behuizing rond het stop-flow apparaat regelt.<ol><li>Terwijl u de sterknop op de AC-besturingseenheid ingedrukt houdt, drukt u op de pijlen omhoog en omlaag om de instelpunttemperatuur te wijzigen. U kunt ook het gewenste temperatuurinstelpunt in de besturings-GUI typen en op Uitvoeren klikken.</li>
		<li>Wacht 15-30 minuten om de binnenkant van de behuizing op de gewenste temperatuur te laten balanceren voordat u met de kinetische experimenten begint. OPMERKING: Het toegankelijke temperatuurbereik ligt momenteel tussen 10 °C en 50 °C en de temperatuurstabiliteit is ± 1 °C.</li>
	</ol></li>
	<li>Voer alle spoelvolgordestappen in door de juiste volumes, stroomsnelheden, tijden en het aantal herhalingen in de besturings-GUI in te voeren.<ol><li>Definieer het volume van elk te injecteren monster, dat het totale debiet (Q) definieert.</li>
		<li>Bepaal het volume van elk oplosmiddel dat tijdens de spoelprocedure moet worden geïnjecteerd.</li>
		<li>Bepaal de droogtijd tussen elke spoelsubstap (tdroog).</li>
		<li>Definieer het aantal spoelsubstappen.</li>
		<li>Definieer de verschillende oplosmiddelen voor de volgende spoelstappen.</li>
		<li>Definieer het aantal spoelherhalingen dat na elke meting moet worden uitgevoerd (nspoeling).</li>
		<li>Bepaal de tijd die nodig is om de monstercel en de mixer volledig te drogen, zodat u een schone monstercel krijgt voor de daaropvolgende monsterinjectie (tdry_final).</li>
	</ol></li>
	<li>Definieer alle stappen voor de monsterinjectievolgorde door de juiste volumes, stroomsnelheden en tijden in de besturings-GUI van het stopped-flow systeem te typen.<ol><li>Definieer het volume van elk te injecteren monster en het debiet.</li>
		<li>Bereken de vertragingstijd (t vertraging) van het leegtevolume (V-leegte) en het totale debiet (t-vertraging =V-leegte/Q). OPMERKING: De vertragingstijd is de tijd die nodig is om de monstercel met het gemengde monster te vullen.</li>
		<li>Definieer de gewenste acquisitietijd voor de TR-SANS-gegevens, zodat het volledige kinetische proces van belang heeft plaatsgevonden (tscatt).</li>
		<li>Stel de wachttijd in tussen het einde van het verstrooiingsexperiment en het begin van de spoelcycli (twait). OPMERKING: Deze wachttijd moet ten minste 100 s bedragen als de neutronentransmissie van het monster moet worden gemeten voordat deze uit de cel wordt gespoeld. De monsteroverdracht is nodig tijdens de gegevensverwerking om de gegevens tot absolute intensiteit te reduceren.</li>
		<li>Definieer het aantal injectiecycli dat moet worden uitgevoerd met spoelsequenties tussen elke injectie die zijn gedefinieerd in stap 4.2 (n-cyclus).</li>
	</ol></li>
	<li>Bereken de totale tijd van een enkele gestopte gegevensverzamelingscyclus (t-cyclus) met behulp van vergelijking (1). tcyclus = nspoel × (t vertraging + tdroog) + tdry_final + tvertraging + tscatt (1) waarbij nspoeling = aantal spoelherhalingen (stap 4.2.6); t vertraging = vertragingstijd van de gestopte stroomvoorziening (stap 4.3.2); tdroog = droogtijd tussen elke spoelsubstap (stap 4.2.3); t dry_final = tijd om de monstercel en de menger volledig te drogen (stap 4.2.7); tscatt = gewenste TR-SANS data-acquisitietijd (stap 4.3.3)</li>
</ol>5. Definieer de neutronenverstrooiingsparameters met een kleine hoek in de GUI van de SANS-instrumentbesturing.
<ol><li>Bepaal de lengteschalen en het q-bereik van belang voor elk monster.</li>
	<li>Definieer de instrumentconfiguratie om het gewenste q-bereik van belang te dekken, terwijl de neutronenflux bij het monster wordt gemaximaliseerd.</li>
	<li>Stel de totale VSANS-gegevensacquisitietijd in de GUI van het SANS-instrumentbesturingselement in op de berekende cyclustijd in stap 4.4 (neutronenverstrooiingsgegevensacquisitietijd =t-cyclus).</li>
	<li>Stel de meettijd voor monsteroverdracht in op 100 s in de GUI voor SANS-instrumentbesturing.</li>
	<li>Schakel met de GUI van het SANS-instrumentbesturingselement het verzamelen van gegevens in de gebeurtenismodus in door GenerateEventModeData true op de opdrachtregel te typen.</li>
</ol>6. Verzamel standaard verstrooiingsmetingen voor gegevensreductie voordat u begint met het experiment met gestopte stroom om de TR-SANS-gegevens te verwerken.
<ol><li>Meet de achtergrondverstrooiing.<ol><li>Zorg ervoor dat de sluiter van het lokale instrument gesloten is.</li>
		<li>Bevestig het monster met geblokkeerde bundel aan de achterkant van de monsteropening, bevestig de lokale instrumentomgeving en open de sluiter van het lokale instrument.</li>
		<li>Definieer de data-acquisitietijd van geblokkeerde bundelverstrooiing in de software en verzamel geblokkeerde bundelverstrooiingsgegevens, die voor dezelfde duur tellen als de langste verstrooiingsgegevensacquisitietijd (t-scatt).</li>
		<li>Zodra de gegevensverzameling is voltooid, sluit u de sluiter van het instrument en verwijdert u het geblokkeerde bundelmonster uit de monsteropening.</li>
	</ol></li>
	<li>Meet de verstrooiing van de lege cellen.<ol><li>Zorg ervoor dat de monstercel grondig is gespoeld en gedroogd.</li>
		<li>Open de sluiter van het lokale instrument.</li>
		<li>Verzamel de meting van de lege celtransmissie gedurende 100 s.</li>
		<li>Verzamel de lege celverstrooiingsmeting en tel mee voor ten minste de langste acquisitietijd (t-scatt).</li>
	</ol></li>
</ol>7. Begin met het experiment met gestopte stroom.
<ol><li>Start het verzamelen van VSANS-verstrooiingsgegevens in de gebeurtenismodus .<ol><li>Zorg ervoor dat het lokale instrumentgebied veilig is en open vervolgens de sluiter van de lokale instrumentenbundel.</li>
		<li>Begin met het verzamelen van SANS-gegevens met behulp van de SANS-instrumentbesturingssoftware op de instrumentcomputer door de gewenste runs naar de instrumentwachtrij te slepen en neer te zetten. OPMERKING: Om ervoor te zorgen dat de vroegste tijdspunten worden gemeten, begint u met het verzamelen van gegevens voordat u het experiment met het mengen van gestopte stromen start. De gegevens worden in een later stadium nabewerkt om rekening te houden met de vertragingstijd (t-vertraging).</li>
	</ol></li>
	<li>Start het experiment met het mengen van gestopte stromen in de besturings-GUI.<ol><li>Selecteer de notebookcel met het label Mengexperiment starten in de besturings-GUI van het stopped-flow systeem.</li>
		<li>Terwijl deze cel actief is geselecteerd, klikt u op de knop Uitvoeren (rechterdriehoek) boven aan het besturingsprogramma voor apparaten met gestopte stroom of drukt u op de toetsen Shift en Enter samen op het toetsenbord.</li>
		<li>Controleer of het in punt 4 gedefinieerde protocol voor het mengen van gestopte stromen in werking is getreden.</li>
		<li>Voeg de 100 s-transmissiemeting toe aan de VSANS-instrumentwachtrij na de verstrooiingsrun met behulp van de SANS-instrumentbesturings-GUI.</li>
		<li>Voeg één verstrooiingsmeetrun en één transmissiemeetrun toe aan de instrumentwachtrij voor elke resterende stop-flow mengcyclus (ncyclus - 1, stap 4.3.5) in de SANS-instrumentbesturings-GUI.</li>
	</ol></li>
</ol>8. Verwerk en verminder gegevens om alle achtergronden te verwijderen, corrigeer voor detectorgevoeligheid en corrigeer voor monsteroverdracht.
<ol><li>Download de verspreidingsgegevensbestanden en bijbehorende gebeurtenisbestanden van de server. OPMERKING: Na elke VSANS-meting worden afzonderlijke detectorgebeurtenisbestanden gegenereerd, één gebeurtenisbestand voor elke actieve detectorwagen (bijv. Voor-, Midden- en/of Achterdetector).</li>
	<li>Zet de verstrooiingsgegevens in de gewenste tijdbins met de opdracht events=Rebin(bestandsnaam ) gevolgd door de opdracht events.do_rebinning(timebins), waarbij de invoerbestandsnaam overeenkomt met de naam van het gewenste SANS-gegevensbestand en timebins een lijst is met de gewenste tijdbingrenzen in seconden. OPMERKING: Als de invoertijdbins worden ingevoerd als een enkel nummer in plaats van een lijst, worden de gegevens in de binaire bestanden opgeslagen in het N-aantal bins met gelijke tijdbreedtes, waarbij N de invoertijdbins zijn (zie softwarescripts die worden geleverd door de beamline en beschikbare online open-source repository64). </li>
	<li>Verminder de verstrooiingsgegevens in de prullenbak met behulp van de software die de beamline65 heeft geleverd.</li>
</ol>9. Analyseer de TR-SANS-gegevens.
<ol><li>Bereken de procestijd van belang (t-proces) uit de meettijden met behulp van vergelijking (2). t-proces = ti - tstop + tvertraging (2) Waarbij ti de meettijdbakken zijn die beginnen nadat de stroom is gestopt, is tstop de meettijd onmiddellijk wanneer de stroom wordt gestopt en tvertraging de vertragingstijd.</li>
	<li>Plot de q-afhankelijke intensiteit I(q) als functie van de procestijd met behulp van de tijdbakken die zijn gedefinieerd in stap 8.2 en hett-proces berekend in stap 9.1. OPMERKING: De vroegst toegankelijke procestijd wordt beperkt doort-vertraging. Als u eerdere procestijdpunten wilt meten, verhoogt u het totale debiet (Q) of verlaagt u het totale leegtevolume (V-leegte).</li>
	<li>Haal de kinetische parameters van belang uit de verandering in I(q) als functie van de procestijd.</li>
</ol>10. Beëindig het experiment.
<ol><li>Schakel de neutronenbundel uit door de sluiter van het lokale instrument te sluiten.</li>
	<li>Voer een stralingscontrole uit met behulp van een stralingsmonitor die door de bundellijn wordt geleverd voordat u onderdelen, slangen loskoppelt of monsters of gemengde monstercontainers lost.</li>
	<li>Breng de spuiten, slangen en gemengde monstercontainer over naar de afdeling gezondheidsfysica.</li>
	<li>Vul gezondheidsfysicaformulieren in en wacht op evaluatie door gezondheidsfysicapersoneel.</li>
</ol>

De auteurs hebben geen belangenconflicten te melden.

De huidige procedure beschrijft het mengapparaat en de stappen voor het uitvoeren van TR-SANS-metingen met gestopt stroom. Het apparaat en protocol zijn geoptimaliseerd voor vloeistofmonsters met een lage viscositeit waarbij de relevante tijdschalen ≈1 s tot 5 minuten zijn. Voor tijdschalen van meer dan 5 minuten kan het handmatig mengen van de monsters en het laden ervan in standaard verstrooiingscellen gemakkelijker en wenselijk zijn, vooral voor monsters met een hoge viscositeit, gels of pasta's. Toegang tot tijdschal...

```html
<table><tbody><tr><td>Dynamische mixer</td><td>Analytische wetenschappelijke instrumenten</td><td>462-0150A</td><td>Magneetgekoppelde rotor, binaire dynamische mixer-assemblage (ternair type beschikbaar), 0,15 mL dood volume (groter dood volume beschikbaar)</td></tr><tr><td>Fluoropolymer buis</td><td>IDEX Health &amp; Science</td><td>1507L</td><td>PFA-buis Natuurlijk 1/16 inch OD x 0,040 inch ID x 50 ft</td></tr><tr><td>Fluoropolymer 1/4-28 flensloten</td><td>IDEX Health &amp; Science</td><td>XP-245</td><td>PFA flenslot met ferrules, 1/4-28 draad, 1/16 inch OD buis</td></tr><tr><td>Glazen spuiten</td><td>Hamilton Company</td><td>81660</td><td>Hamilton 1000-serie spuiten, 10 mL (81660), model 1010 C syring, 1/4"-28 draaduitgang, andere volumes beschikbaar</td></tr><tr><td>Hogedruk flow selector kleppen</td><td>Vici Valco</td><td>C85X-1570EUTB</td><td>Vici 10 positie selector kleppen, 15000 psi max, 0,25 mm boring, 1/16 inch OD buis, 10-32 kegeldraadpoorten, USB universele actuator</td></tr><tr><td>Hogedruk schakelkleppen</td><td>Vici Valco</td><td>C82X-1574EUHB</td><td>Vici 4 poort schakelkleppen, 15000 psi max, 0,25 mm boring, 1/16 inch OD buis, 10-32 kegeldraadpoorten, USB universele actuator</td></tr><tr><td>Hogedruk spuiten</td><td>Cetoni</td><td>A2019000358</td><td>3 mL roestvrijstalen spuit, 510 bar max, 21 mL/min max stroomsnelheid</td></tr><tr><td>Lagedruk flow selector kleppen</td><td>Vici Valco</td><td>C25-3180EUHB</td><td>Vici 10 positie selector kleppen, max 250 psi vloeistof, 0,75 mm boring, 1/16 inch OD buis, 1/4-28 draadpoorten, USB universele actuator</td></tr><tr><td>neMESYS hogedruk spuitpompen</td><td>Cetoni</td><td>A3921000103</td><td>Max kracht 2600 N</td></tr><tr><td>neMESYS middendruk spuitpompen</td><td>Cetoni</td><td>A3921000131</td><td>Max kracht 1000 N</td></tr><tr><td>Voeding</td><td>Cetoni</td><td>A3921000127</td><td>Basis 600, levert stroom voor maximaal 4 hogedrukpompen</td></tr><tr><td>Kwarts doorstromende monstercel</td><td>Starna Scientific</td><td>3-2.30-Q-1/TC</td><td>Kwarts micro flow cellen, 2 mm padlengte (1 mm beschikbaar), 2 mm bij 2 mm bij 30 mm interne afmetingen</td></tr><tr><td>Kwarts vensters</td><td>Technical Glass Products</td><td>NA</td><td>GE 124 Heldere gefuseerde kwarts geslepen en gepolijste platen, 11,75 inch bij 23,75 inch bij 0,375 inch dik</td></tr><tr><td>Roestvrijstalen 10-32 kegelcompressiefittingen</td><td>IDEX Health &amp; Science</td><td>U-321X, U-320X</td><td>316 roestvrijstalen ferrule (U-321X) en moer (U-320X) - Valco type, 10-32 kegeldraad, voor 1/16 inch OD roestvrijstalen buis</td></tr><tr><td>Roestvrijstalen buis</td><td>IDEX Health &amp; Science</td><td>U-102</td><td>Roestvrij staalbuis 1/16 inch OD x 0,020 inch ID, 10 cm, verschillende voorgesneden lengtes beschikbaar</td></tr><tr><td>Spuitpomp besturingssoftware</td><td>Cetoni</td><td>T6000000004</td><td>QmixElements software voor nemesys pompen, QmixSDK softwareontwikkelingskit</td></tr><tr><td>Thermo-elektrische airconditioner</td><td>EIC Solutions</td><td>AAC-140C-4XT-HC</td><td>Thermo-elektrische airconditioner gemonteerd op geïsoleerde behuizing om de pomp, klep, mixer en monstertemperatuur te regelen</td></tr><tr><td>T-sleufrailing</td><td>McMaster-Carr</td><td>47065T103</td><td>Aluminium t-sleufrailing (1,5 inch bij 1,5 inch) gesneden op verschillende lengtes</td></tr><tr><td>Verdampingsslot flesdoppen&nbsp;</td><td>Cole-Parmer</td><td>EW-12018-02</td><td>Vier 304 SS poort-inzetstukken, 1/4"-28 draad, GL45 flesdop grootte, PTFE lichaam, SS schroefdraad, PP kraag</td></tr></tbody></table>
```

het meten van de tijdsevolutie van materialen op nanoschaal met stop-flow en small-angle neutronenverstrooiing

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

Dit artikel presenteert het gebruik van een sans-monsteromgeving (Stopped-Flow Small-Angle Neutron-Scattering) om snel vloeistofmonsters te mengen en kinetische processen op nanoschaal te bestuderen op tijdschalen van seconden tot minuten. De stop-flow monsteromgeving maakt gebruik van in de handel verkrijgbare spuitpompen om de gewenste volumes vloeistofmonsters te mengen die vervolgens door een dynamische mixer in een kwartsglascel in ongeveer 1 s worden geïnjecteerd. Tijd-opgeloste SANS-gegevensverzameling wordt gesynchroniseerd met het mengen van monsters om de evolutie van de nanostructuur in oplossing na het mengen te volgen. 
Om de neutronenbundeltijd zo efficiënt mogelijk te benutten, gebruiken we een reeks stroomkeuzekleppen om de cel tussen de metingen automatisch te laden, te spoelen en te drogen, waardoor herhaalde gegevensverzameling mogelijk is gedurende meerdere monsterinjecties. Monsterinjecties worden herhaald totdat voldoende neutronenverstrooiingsstatistieken zijn verzameld. De mengopstelling kan worden geprogrammeerd om de omstandigheden systematisch te variëren om de kinetiek te meten bij verschillende mengverhoudingen, monsterconcentraties, additiefconcentraties en temperaturen. Het minimaal benodigde monstervolume per injectie is ongeveer 150 μl, afhankelijk van de padlengte van de kwartscel. 
Representatieve resultaten met behulp van deze gestopte stroommonsteromgeving worden gepresenteerd voor snelle lipide-uitwisselingskinetiek in aanwezigheid van een additief, cyclodextrine. De blaasjes wisselen buitenste deelblad (buitenste) lipiden uit in de orde van seconden en wisselen zowel binnen- als buitenlipiden binnen enkele uren volledig uit. Het meten van lipide-uitwisselingskinetiek vereist in situ mengen om de snellere (seconden) en langzamere (minuten) processen vast te leggen en de kinetische snelheidsconstanten te extraheren. Dezelfde monsteromgeving kan ook worden gebruikt om moleculaire uitwisseling in andere soorten vloeibare monsters te onderzoeken, zoals lipide nanodeeltjes, eiwitten, oppervlakteactieve stoffen, polymeren, emulsies of anorganische nanodeeltjes. Het meten van de structurele transformaties op nanoschaal en de kinetiek van uitwisselende of reagerende systemen zal nieuwe inzichten opleveren in processen die op nanoschaal evolueren.

De hier getoonde representatieve neutronengegevens meten de lipide-uitwisselingskinetiek in aanwezigheid van methyl-β-cyclodextrine (mβCD), een additief dat de lipide-uitwisseling tussen blaasjes katalyseert met de wisselkoers (ke)66,67. Eerdere fluorescentiestudies hebben aangetoond dat ke afhankelijk is van de mβCD-concentratie en dat de halfwaardetijd van het uitwisselingsproces in de orde van grootte vanminuut 68 ...

Dit protocol presenteert het gebruik van een gestopte stroommonsteromgeving om snel meerdere vloeibare oplossingen in situ te mengen tijdens een neutronenverstrooiingsmeting met een kleine hoek en om kinetische processen te bestuderen op nanometerlengteschalen en tweede tijdschalen.

Het meten van de tijdsevolutie van materialen op nanoschaal met stop-flow en small-angle neutronenverstrooiing

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

Stop flow small angle scattering of stop flow SANS stelt ons in staat om te bestuderen hoe materialen op nanoschaal evolueren op vaste tijdschalen van seconden tot minuten. Het contrast tussen waterstof en deuterium dat uniek is voor neutronenverstrooiing maakt deze techniek bijzonder nuttig voor het bestuderen van materialen die rijk zijn aan waterstof, zoals lipiden, eiwitten en polymeren. Als u geïnteresseerd bent in het gebruik van stopstroomstandaards om uw interessante materialen te bestuderen, neemt u contact op met de Amerikaanse lokale instrumentwetenschapper in een verstrooiingsfaciliteit om u te helpen bij het plannen van uw experiment.Ryan Murphy, een chemisch ingenieur bij het National Institute of Standards and Technology, of NIST, Center for Neutron Research, of de NCNR, en Brian Maranville, een fysicus ook bij de NCNR, zal de procedure demonstreren. Schakel om te beginnen alle pompvoedingen en dynamische mixers in. Gebruik de aan/uit-schakelaar om alle pompen en kleppen in de door het stopstroomsysteem geregelde GUI in te voeren door het configuratiepad van het apparaat in te voeren en de opdrachten die in het tekstmanuscript worden genoemd, kalibreer de pompen voordat u spuiten bevestigt.Nadat de pompen zijn gekalibreerd. Schroef schone spuitvaten vast aan de aansluiting aan de bovenkant van de pomp. Zorg ervoor dat de kop van de spuitbevestiging is losgemaakt voordat u het vulvolume doseert, zodat de spuit niet breekt als gevolg van overmatige kracht van de zuiger van de spuit.Schroef vervolgens de zuiger van de spuit in de aansluiting aan de onderkant van de pomp. Nadat de spuitloop en de spuitzuiger op de pomp zijn aangesloten, doseert u het vulvolume. Nadat de zuiger stopt met bewegen, draait u de bevestigingskop van de spuit vast.Sluit vervolgens de slang aan op de monster- en oplosmiddelbronnen, spuiten, kleppen, mixers, monstercellen en gemengde monstercontainer. Definieer alle buis- en klepverbindingen die zijn gemaakt in de door het stopstroomsysteem geregelde GUI door het overeenkomstige poortnummer in te voeren dat op elke klep is gemaakt. Om het monster te laden, zuigt u de gewenste monster- en oplosmiddelvolumes van hun bronnen in de monsterspuiten via de pompkeuzekleppen.Bereid vervolgens het systeem voor door alle lucht uit de spuiten, buisleidingen en kleppen te doseren en ervoor te zorgen dat er voldoende vloeistofvolume uit elke spuit wordt afgegeven. Om alle luchtbellen te verwijderen, voert u, zodra de lucht uit het systeem is gespoeld, ten minste één monsterinjectie uit door op de cel met het label Start mengexperiment in de gecontroleerde GUI te klikken, waarbij deze cel actief is geselecteerd. Klik op de knop Uitvoeren bovenaan de gecontroleerde GUI of druk op de shift en voer toetsen samen in op het toetsenbord.Inspecteer de monstercel visueel op luchtbellen. Als er bubbels aanwezig zijn, herhaalt u de opschaffingsstappen, anders gaat u verder met het definiëren van de resterende stappen van het experimentprotocol. Om het protocol voor het mengen van gestopte stroom te definiëren.Voer het temperatuurinstelpunt in van de programmeerbare airconditionereenheid die de temperatuur van de geïsoleerde behuizingen rond het stopstroomapparaat regelt. Voer vervolgens alle spoelvolgordestappen in door de juiste volumes, stroomsnelheden, tijden en het aantal herhalingen in de gecontroleerde GUI te typen. Definieer vervolgens alle stappen voor de monsterinjectievolgorde door de juiste volumes, stroomsnelheden en tijden in de door het stopstroomsysteem gecontroleerde GUI te typen en bereken uiteindelijk de totale tijd van een enkele gestopte stroomgegevensverzamelingscyclus om de SANS-parameters te definiëren.Stel de totale VSANS-gegevensacquisitietijd in de door het SANS-instrument gecontroleerde GUI in op de eerder berekende cyclustijd. Stel vervolgens de meettijd van de monstertransmissie in op 100 seconden en schakel de gegevensverzameling in de gebeurtenismodus in. Om de achtergrondverstrooiing te meten.Zorg ervoor dat de sluiter van het lokale instrument gesloten is voordat u het monster met geblokkeerde bundel aan de achterkant van de monsteropening bevestigt. Open vervolgens na het vastzetten van de lokale instrumentomgeving de lokale instrumentsluiter. Definieer vervolgens de geblokkeerde bundelverstrooiingsgegevensverzamelingstijd in de software en verzamel geblokkeerde bundelverstrooiingsgegevens die tellen voor dezelfde duur als de langste verstrooiingsgegevensverzamelingstijd.Zodra de gegevensverzameling is voltooid, sluit u de sluiter van het instrument en verwijdert u het geblokkeerde bundelmonster uit de monsteropening. Ga vervolgens verder met het meten van de lege celverstrooiing voordat u begint met het gestopte stroomexperiment. Zorg ervoor dat het lokale instrumentengebied veilig is.Open vervolgens de sluiter van de lokale instrumentenbundel. Begin met het verzamelen van SANS-gegevens met behulp van de SANS-instrumentbesturingssoftware op de instrumentcomputer door de gewenste runs naar de instrumentwachtrij te slepen en neer te zetten. Start vervolgens het experiment met het mengen van gestopte stromen in de gecontroleerde GUI en controleer of het gedefinieerde protocol voor het mengen van gestopte stromen in werking is getreden.Voeg vervolgens de transmissierun toe aan de onderkant van de wachtrij. De transmissie wordt verzameld nadat de verstrooiingsrun is afgelopen. Na het downloaden van het verstrooiingsgegevensbestand en de bijbehorende gebeurtenisbestanden van de serverbak worden de verstrooiingsgegevens naar de gewenste tijdbakken verzonden door de juiste opdrachten in te voeren zoals aangegeven in het tekstmanuscript.Verminder vervolgens de bin scatteringsgegevens met behulp van de software in de bundellijn om de tijd opgeloste SANS-gegevens te analyseren, bereken de procestijd van belang uit de meettijden met behulp van de vergelijking in het tekstmanuscript. Haal vervolgens de kinetische parameters van belang uit de verandering in Q-afhankelijke intensiteit als functie van de procestijd. De gemeten neutronentellingssnelheden van de zoutbufferachtergrond over meerdere injectiecycli bestaande uit negen spoelstappen.Eén tekenstap en één voorbeeldinjectiestap worden hier weergegeven. De individuele H-gelabelde en D-gelabelde lipide-oplossingen werden gemengd op het moment T-mengsel en stroomden onmiddellijk in de monstercel. De meetsnelheid van het aantal neutronen piekte en bereikte een maximale waarde wanneer de monstercel bij T-vulling werd gevuld.De neutronentellingen van het monster van de gemengde lipideblaasjes bij drie verschillende temperaturen worden uitgezet als een functie van de gecorrigeerde procestijdschaal, de procestijd van belang gecorrigeerd voor de steady state stroomperiode en vertragingstijd. SANS-gegevens werden continu verzameld in de gebeurtenismodus die vervolgens kunnen worden naverwerkt in de gewenste tijdbakken. De lipidenuitwisselingskinetiek werd gemeten bij 36 graden 30 graden en 20 graden Celsius.Deze gegevens werden gebogen in gelijke tijdbakken van drie seconden en zijn representatief voor de tijd- en lengteschaalafhankelijke informatie die kan worden verkregen uit een TR SANS-meting. De genormaliseerde intensiteit wordt uitgezet als functie van de procestijd voor de verschillende temperaturen. Het combineren van stop flow mixing en time resolve SANS biedt nieuwe mogelijkheden om structurele evoluties in nanoscanmaterialen te onderzoeken, variërend van de lipide nanodeeltjes en geneesmiddelen en vaccins van de volgende generatie tot geopolymeren die worden gebruikt in groene bouwmaterialen.

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

Research

JoVE Journal

Engineering

Techniek

Een shearcel ontwikkeld voor kleine-hoek neutronenverstrooiing metingen in de snelheid-snelheidsgradiënt vlak van afschuiving en wordt gebruikt om complexe fluïda te karakteriseren. Ruimtelijk opgeloste metingen in de snelheidsgradiënt richting mogelijk zijn voor het bestuderen van shear-banding materialen. Toepassingen zijn onder andere onderzoeken van colloïdale dispersies, polymeeroplossingen, en zelf-geassembleerde structuren.

Meten Materiaal microstructuur Onder Flow Met behulp van 1-2 Plane Flow-Lage hoek neutronenverstrooiing

Een methode voor de functionele bewerking van koolstofnanobuisjes met structureel aanpasbare polymere inkapselinglagen en structurele karakterisering met behulp van kleinhoekige neutronenscattering wordt gepresenteerd.

Functionalisering van Enkelwandige koolstof nanobuisjes met Thermo-omkeerbare Block copolymeren en karakterisering door Small-angle Neutron Scattering

Hier presenteren we een protocol om zachte materie en biofysische systemen te onderzoeken over een brede mesoscopische lengte-schaal, van nm tot µm, dat het gebruik van de KWS-2 SANS diffractometer bij hoge intensiteiten en een instelbare resolutie omvat.

Het bestuderen van Soft-materie en Biological Systems over een breed Lengte-schaal van Nanometer en Micrometer Maten bij de Small-angle neutronendifractometer KWS-2

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

Dit protocol beschrijft de werking van een vloeistofstroom monsterhouder voor het scannen van transmissie elektronenmicroscopie van AuNPs in water, zoals gebruikt voor de observatie van nanoschaal dynamische processen.

Het bestuderen van dynamische processen van Nano-sized Objecten in Vloeistof met behulp van Scanning Transmission Electron Microscopy

Hier presenteren we een procedure voor de meting van gelijktijdige impedantie reologie en neutronenverstrooiing van zacht materiaal materialen onder schuifkracht.

Diëlektrische RheoSANS - Gelijktijdige Ondervraging van de impedantie, Reologie Lage hoek neutronenverstrooiing of Complex Fluids

Een experimenteel toegankelijk analoge methode voor de studie van moleculaire hydrodynamische processen in dichte vloeistoffen wordt gepresenteerd. De techniek maakt gebruik van particle image velocimetry universele, hoge-restitutie graan palen en kunt direct, macroscopische observatie van dynamische processen bekend en voorspelde bestaan in sterk interactie, hoge dichtheid gassen en vloeistoffen.

Een analoge macroscopische techniek voor de studie van moleculaire hydrodynamische processen in dichte gassen en vloeistoffen

We tonen een all-elektronische methode om te observeren nanosecond-resolved gratis dynamiek van dopering atomen in silicium met een scanning tunneling microscoop.

All-elektronische Nanosecond-resolved Scanning Tunneling microscopie: Vergemakkelijken van het onderzoek van één dopering gratis Dynamics

Het huidige protocol beschrijft methoden voor het onderzoeken van de structuur en dynamiek van twee modeleiwitten die een belangrijke rol spelen in de menselijke gezondheid. De techniek combineert bench-top biofysische karakterisering met neutronenspinechospectroscopie om toegang te krijgen tot de dynamiek op tijd- en lengteschalen die relevant zijn voor eiwitinterdomeinbewegingen.

Studie van eiwitdynamica via neutronenspinechospectroscopie

Imaging-derived mean square displacement (iMSD) analyse wordt toegepast op macropinosomen om hun intrinsieke tijd-evoluerende aard in termen van structurele en dynamische eigenschappen te benadrukken. Macropinosomen worden vervolgens vergeleken met insulinesecretiekorrels (ISG's) als referentie voor subcellulaire structuren met tijdinvariante gemiddelde structurele/dynamische eigenschappen.

Onderzoek naar structurele en dynamische eigenschappen van handel subcellulaire nanostructuren door spatiotemporale fluctuatiespectroscopie

Neutronenbackscattering spectroscopie biedt een niet-destructieve en labelvrije toegang tot de ps-ns dynamiek van eiwitten en hun hydratatiewater. De workflow wordt gepresenteerd met twee studies over amyloïde eiwitten: over de tijd-opgeloste dynamiek van lysozym tijdens aggregatie en over de hydratatiewaterdynamiek van tau op vezelvorming.

Neutronenspectroscopie met hoge resolutie om picoseconde-nanosecondedynamiek van eiwitten en hydratatiewater te bestuderen

Leer stop-flow small-angle neutronenverstrooiing om nanoschaal materiaalevolutie te bestuderen. Deze methode analyseert kinetische processen van waterstofrijke materialen zoals lipiden en eiwitten in real-time.

Het meten van de tijdsevolutie van materialen op nanoschaal met stop-flow en small-angle neutronenverstrooiing

Meer video's verkennen