Name: In Situ Monitorowanie dyfuzji cząsteczek gościnnych w ośrodkach porowatych za pomocą obrazowania elektronowego rezonansu paramagnetycznego (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-09-02T14:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 34 s
Description: Poznaj metodę monitorowania dyfuzji cząsteczek gościnnych w ośrodkach porowatych za pomocą obrazowania EPR. Technika ta pozwala na pełne uchwycenie procesu dyfuzji i wyznaczenie warunków brzegowych doświadczalnie.

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

Autorzy dziękują prof. Peterowi Immingowi i Dianie Müller za syntezę trytylowej sondy spinowej oraz prof. Sebastianowi Polarzowi, Martinowi Wessigowi i Andreasowi Schachtschneiderowi za syntezę materiałów porowatych. Z wdzięcznością dziękujemy za wsparcie finansowe ze strony DFG (DR 743/7-1) oraz w ramach SPP 1570.

<ol><li>Schüth, F., Sing, K. S. W., Weitkamp, J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aSch%C3%BCth%2C+F+%22Handbook+of+Porous+Solids%22">Handbook of Porous Solids</a>. , Wiley-VCH Verlag GmbH. Weinheim, Germany. (2002).</li>
<li>Hoffmann, F., Cornelius, M., Morell, J., Fröba, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Silica-Based+Mesoporous+Organic-Inorganic+Hybrid+Materials%5BTitle%5D)+AND+%22Angew.+Chem.+Int.+Edit%22%5BJournal%5D)">Silica-Based Mesoporous Organic-Inorganic Hybrid Materials.</a> Angew. Chem. Int. Edit. 45 (20), 3216-3251 (2006).</li>
<li>Sanchez, C., Boissière, C., Grosso, D., Laberty, C., Nicole, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Design%2C+Synthesis%2C+and+Properties+of+Inorganic+and+Hybrid+Thin+Films+Having+Periodically+Organized+Nanoporosity%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+of+Mat%22%5BJournal%5D)">Design, Synthesis, and Properties of Inorganic and Hybrid Thin Films Having Periodically Organized Nanoporosity.</a> Chem. of Mat. 20 (3), 682-737 (2008).</li>
<li>Le Bihan, D., Johansen-Berg, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Diffusion+MRI+at+25%3A+Exploring+brain+tissue+structure+and+function%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">Diffusion MRI at 25: Exploring brain tissue structure and function.</a> NeuroImage. 61 (2), 324-341 (2012).</li>
<li>Pregosin, P. S., Kumar, P. G. A., Fernández, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pulsed+Gradient+Spin%E2%88%92Echo+%28PGSE%29+Diffusion+and+1H%2C19F+Heteronuclear+Overhauser+Spectroscopy+%28HOESY%29+NMR+Methods+in+Inorganic+and+Organometallic+Chemistry%3A+Something+Old+and+Something+New%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Rev%22%5BJournal%5D)">Pulsed Gradient Spin−Echo (PGSE) Diffusion and 1H,19F Heteronuclear Overhauser Spectroscopy (HOESY) NMR Methods in Inorganic and Organometallic Chemistry: Something Old and Something New.</a> Chem. Rev. 105 (8), 2977-2998 (2005).</li>
<li>Talmon, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Molecular+diffusion+in+porous+media+by+PGS+ESR%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Chem.+Chem.+Phys%22%5BJournal%5D)">Molecular diffusion in porous media by PGS ESR.</a> Phys. Chem. Chem. Phys. 12 (23), 5998-6007 (2010).</li>
<li>Okazaki, M., Seelan, S., Toriyama, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Condensation+process+of+alcohol+molecules+on+mesoporous+silica+MCM-41+and+SBA-15+and+fumed+silica%3A+a+spin-probe+ESR+study%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Magn.+Reson%22%5BJournal%5D)">Condensation process of alcohol molecules on mesoporous silica MCM-41 and SBA-15 and fumed silica: a spin-probe ESR study.</a> Appl. Magn. Reson. 35 (3), 363-378 (2009).</li>
<li>Wessig, M., Spitzbarth, M., Drescher, M., Winter, R., Polarz, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multiple+scale+investigation+of+molecular+diffusion+inside+functionalized+porous+hosts+using+a+combination+of+magnetic+resonance+methods%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Chem.+Chem.+Phys%22%5BJournal%5D)">Multiple scale investigation of molecular diffusion inside functionalized porous hosts using a combination of magnetic resonance methods.</a> Phys. Chem. Chem. Phys. 17 (24), 15976-15988 (2015).</li>
<li>Yakimchenko, O. E., Degtyarev, E. N., Parmon, V. N., Lebedev, Y. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Diffusion+in+Porous+Catalyst+Grains+as+Studied+by+EPR+Imaging%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+Chem%22%5BJournal%5D)">Diffusion in Porous Catalyst Grains as Studied by EPR Imaging.</a> J. Phys. Chem. 99 (7), 2038-2041 (1995).</li>
<li>Cleary, D. A., Shin, Y. K., Schneider, D. J., Freed, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rapid+determination+of+translational+diffusion+coefficients+using+ESR+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Magn.+Reson%22%5BJournal%5D)">Rapid determination of translational diffusion coefficients using ESR imaging.</a> J. Magn. Reson. 79 (3), 474-492 (1988).</li>
<li>Hornak, J. P., Moscicki, J. K., Schneider, D. J., Freed, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Diffusion+coefficients+in+anisotropic+fluids+by+ESR+imaging+of+concentration+profiles%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Chem.+Phys%22%5BJournal%5D)">Diffusion coefficients in anisotropic fluids by ESR imaging of concentration profiles.</a> J. Chem. Phys. 84 (6), 3387-3395 (1986).</li>
<li>Berliner, L. J., Fujii, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((EPR+imaging+of+diffusional+processes+in+biologically+relevant+polymers%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Magn.+Reson%22%5BJournal%5D)">EPR imaging of diffusional processes in biologically relevant polymers.</a> J. Magn. Reson. 69 (1), 68-72 (1986).</li>
<li>Degtyarev, Y. N., Schlick, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Diffusion+Coefficients+of+Small+Molecules+as+Guests+in+Various+Phases+of+Pluronic+L64+Measured+by+One-Dimensional+Electron+Spin+Resonance+Imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Diffusion Coefficients of Small Molecules as Guests in Various Phases of Pluronic L64 Measured by One-Dimensional Electron Spin Resonance Imaging.</a> Langmuir. 15 (15), 5040-5047 (1999).</li>
<li>Marek, A., Labský, J., Koňák, Č, Pilař, J., Schlick, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Translational+Diffusion+of+Paramagnetic+Tracers+in+HEMA+Gels+and+in+Concentrated+Solutions+of+PolyHEMA+by+1D+Electron+Spin+Resonance+Imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Macromolecules%22%5BJournal%5D)">Translational Diffusion of Paramagnetic Tracers in HEMA Gels and in Concentrated Solutions of PolyHEMA by 1D Electron Spin Resonance Imaging.</a> Macromolecules. 35 (14), 5517-5528 (2002).</li>
<li>Shin, Y. K., Ewert, U., Budil, D. E., Freed, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microscopic+versus+macroscopic+diffusion+in+model+membranes+by+electron+spin+resonance+spectral-spatial+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Biophys.+J%22%5BJournal%5D)">Microscopic versus macroscopic diffusion in model membranes by electron spin resonance spectral-spatial imaging.</a> Biophys. J. 59 (4), 950-957 (1991).</li>
<li>Spitzbarth, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simultaneous+Monitoring+of+Macroscopic+and+Microscopic+Diffusion+of+Guest+Molecules+in+Silica+and+Organosilica+Aerogels+by+Spatially+and+Time-Resolved+Electron+Paramagnetic+Resonance+Spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+Chem.+C%22%5BJournal%5D)">Simultaneous Monitoring of Macroscopic and Microscopic Diffusion of Guest Molecules in Silica and Organosilica Aerogels by Spatially and Time-Resolved Electron Paramagnetic Resonance Spectroscopy.</a> J. Phys. Chem. C. 119 (30), 17474-17479 (2015).</li>
<li>Kruczala, K., Schlick, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measuring+Diffusion+Coefficients+of+Nitroxide+Radicals+in+Heterophasic+Propylene%E2%88%92Ethylene+Copolymers+by+Electron+Spin+Resonance+Imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Macromolecules%22%5BJournal%5D)">Measuring Diffusion Coefficients of Nitroxide Radicals in Heterophasic Propylene−Ethylene Copolymers by Electron Spin Resonance Imaging.</a> Macromolecules. 44 (2), 325-333 (2011).</li>
<li>Wessig, M., Drescher, M., Polarz, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Probing+Functional+Group+Specific+Surface+Interactions+in+Porous+Solids+Using+ESR+Spectroscopy+as+a+Sensitive+and+Quantitative+Tool%5BTitle%5D)+AND+%22The+J.+Phys.+Chem.+C%22%5BJournal%5D)">Probing Functional Group Specific Surface Interactions in Porous Solids Using ESR Spectroscopy as a Sensitive and Quantitative Tool.</a> The J. Phys. Chem. C. 117 (6), 2805-2816 (2013).</li>
<li>Kuschel, A., Polarz, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Organosilica+Materials+with+Bridging+Phenyl+Derivatives+Incorporated+into+the+Surfaces+of+Mesoporous+Solids%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Funct.+Mater%22%5BJournal%5D)">Organosilica Materials with Bridging Phenyl Derivatives Incorporated into the Surfaces of Mesoporous Solids.</a> Adv. Funct. Mater. 18 (8), 1272-1280 (2008).</li>
<li>Spitzbarth, M., Drescher, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simultaneous+iterative+reconstruction+technique+software+for+spectral-spatial+EPR+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Magn.+Reson%22%5BJournal%5D)">Simultaneous iterative reconstruction technique software for spectral-spatial EPR imaging.</a> J. Magn. Reson. 257, 79-88 (2015).</li>
<li>Stoll, S., Schweiger, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((EasySpin%2C+a+comprehensive+software+package+for+spectral+simulation+and+analysis+in+EPR%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Magn.+Reson%22%5BJournal%5D)">EasySpin, a comprehensive software package for spectral simulation and analysis in EPR.</a> J. Magn. Reson. 178 (1), 42-55 (2006).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Protokół umożliwia monitorowanie dyfuzji paramagnetycznych cząsteczek gościa. Podejście do obrazowania 1D zostało wybrane, ponieważ pozwala na uzyskanie wyższej rozdzielczości czasowej w porównaniu z obrazowaniem 2D lub 3D. Podejście 1d wymaga stałego pola przekroju poprzecznego próbki, ponieważ intensywność uzyskanego obrazu 1d zależy nie tylko od stężenia, ale także od pola przekroju poprzecznego próbki. Metoda wymaga również, aby widma EPR sond spinowych w próbkach zmieniały się tylko pod względem intensywności, ale n...

Materiały porowate odgrywają główną rolę w praktycznych zastosowaniach, takich jak kataliza i chromatografia1. Dodając grupy powierzchni i dostosowując wielkość porów i właściwości powierzchni, materiały można dostosować do żądanego zastosowania2,3. Funkcjonalność porowatego materiału zależy w dużej mierze od właściwości dyfuzyjnych cząsteczek gości wewnątrz porów. W materiałach porowatych należy dokonać rozróżnienia między mikroskopijną stałą dyfuzji translacyjnej Dmicro, która opisuje dyfuzję w skali długości molekularnej z jednej strony, a makroskopową stałą dyfuzji translacyjnej Dmacro z drugiej strony, na którą wpływa dyfuzja przez wiele porów, granice ziaren, krętość i niejednorodność materiału.
Dostępnych jest kilka metod rezonansu magnetycznego do badania dyfuzji, z których każda jest odpowiednia dla określonej skali długości. W skali milimetrowej można stosować obrazowanie magnetycznego rezonansu jądrowego (NMR)4 oraz obrazowanie elektronowego rezonansu paramagnetycznego (EPR) (jak przedstawiono w niniejszym protokole). Mniejsze skale stają się dostępne dzięki zastosowaniu gradientów pola pulsacyjnego w NMR, a także w eksperymentach EPR5,6. W skali nanometrowej spektroskopia EPR może być stosowana poprzez obserwację zmian oddziaływań wymiany Heisenberga między sondami spinowymi7,8. Badania dyfuzji translacyjnej z wykorzystaniem obrazowania EPR obejmują zarówno przemysłowe nośniki katalizatorów, np. tlenek glinu9, jak i płyny anizotropowe10,11, systemy uwalniania leków wykonane z żeli polimerowych12-14 i membrany modelowe15.
Ten protokół przedstawia podejście in situ wykorzystujące obrazowanie EPR do monitorowania makroskopowej dyfuzji translacyjnej sond spinowych w cylindrycznych, porowatych ośrodkach. Wykazano to dla układu gospodarz-gość składającego się z nitroksydowej sondy spinowej 3-(2-Iodoacetamido)-2,2,5,5-tetrametylo-1-pirolidynylooksy (IPSL) jako gościa wewnątrz periodycznego mezoporowatego aerożelu organosilicznego (PMO) UKON1-GEL jako gospodarza i etanolu jako rozpuszczalnika. Protokół ten został z powodzeniem wykorzystany wcześniej16 do porównania Dmacro zgodnie z obrazowaniem EPR z Dmicro dla materiałów gospodarza UKON1-GEL i SILICA-GEL oraz gatunków gości IPSL i Tris(8-karboksyl-2,2,6,6-perdeutero-tetrametylo-benzo[1,2-d:4,5-d′]bis(1,3)ditiolo)metylu (Trityl), patrz rysunek 1.
W innych metodach opartych na obrazowaniu EPR17 na fali ciągłej (CW), dyfuzja odbywa się poza spektrometrem. Natomiast przedstawiona tutaj metoda wykorzystuje podejście in situ. Seria migawek rozkładu gęstości spinu 1d ρ1d (t, γ) jest rejestrowana w ciągu kilku godzin. W tym czasie jedna migawka jest wykonywana po drugiej i dostarcza wzór dyfuzji w czasie rzeczywistym z rozdzielczością czasową około 5 minut.
UKON1-GEL i SILICA-GEL zostały zsyntetyzowane w probówkach o wewnętrznej średnicy 3 mm, jak opisano w literaturze. 16,18,19 Synteza UKON1-GEL i SILICA-GEL prowadzi do kurczenia się próbki. Próbki umieszcza się w rurce termokurczliwej, aby zapobiec przemieszczaniu się cząsteczek gości między aerożelem a ścianką probówki z próbką. Ten dodatkowy krok nie jest konieczny w przypadku próbek, które można zsyntetyzować bezpośrednio w probówce z próbką bez zmiany ich rozmiaru. Próbki aerożelu zapadają się po wyschnięciu, dlatego muszą być przez cały czas zanurzone w rozpuszczalniku. Temperatura potrzebna do rurki termokurczliwej jest wyższa niż temperatura wrzenia etanolu pod ciśnieniem otoczenia. Dlatego w protokole opisano użycie szybkowaru w celu podniesienia temperatury wrzenia etanolu.
Protokół obejmuje przygotowanie próbki UKON1-GEL zsyntetyzowanej wcześniej do eksperymentu z obrazowaniem EPR oraz ustawienia spektrometru, które są używane do monitorowania dyfuzji sondy spinowej IPSL. Do analizy danych dostarczane jest oprogramowanie napisane lokalnie i opisane jest jego zastosowanie. Surowe dane ze spektrometru można załadować bezpośrednio. Oprogramowanie oblicza przestrzenny rozkład gęstości spinu 1d ρ1d (t, γ) i uwzględnia profil czułości rezonatora. Użytkownik może wybrać obszar aerożelu i okno czasowe, w którym ma zostać wyznaczona stała dyfuzji. Następnie oprogramowanie określa warunki brzegowe równania dyfuzji na podstawie tego wyboru i rozwiązuje równanie dyfuzji. Obsługuje dopasowanie metodą najmniejszych kwadratów w celu znalezienia wartości makra D, w którym rozwiązanie numeryczne najlepiej pasuje do danych eksperymentalnych.
Protokół może być używany z dostosowaniami dla różnych materiałów gościnnych i głównych, o ile pole przekroju poprzecznego próbki nie zmienia się w całej próbce, to jest ρ1d (t, γ) daje bezpośredni dostęp do stężenia i nie ma na niego wpływu zmiana przekroju próbki. Zakres dostępnych wartości dla Dmacro szacowany jest na16 między 10-12 m 2/s i 7·10-9 m2/sec.

<table><tbody><tr><td>Spektrometr X-Band</td><td>Bruker</td><td>E580</td><td></td></tr><tr><td>Oprogramowanie spektrometru</td><td>Bruker</td><td>Xepr 2.6b.108</td><td></td></tr><tr><td>system cewek gradientowych</td> Rezonator obrazowania <td>Bruker</td><td>E540 GCX2</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Mikroklasyczny</td> kontroler pipet Bruker <td>TMHS 1007</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Marka</td><td>25900</td><td></td></tr><tr><td>pierścienie mikrokapilarne 50&nbsp; &mikro; l</td><td>Hirschmann</td><td></td><td>9600150 średnica wewnętrzna 0,5 mm</td></tr><tr><td>Probówka EPR Średnica wewnętrzna 2 mm</td> Probówka na próbkę <td>Bruker</td><td>ER 221TUB/2</td><td></td></tr><tr><td>EPR 4 mm średnica wewnętrzna</td><td>Rurka</td> termokurczliwa Bruker <td>ER 221TUB/4</td><td></td></tr><tr><td>DERAY-IB</td><td>DSG-Canusa</td><td></td><td>2210048952 4,8 mm/2,4 mm, 2:1, 95&nbsp; &deg; C - 200&nbsp; &deg; C</td></tr><tr><td>opalarka</td><td>Bosch</td><td>PHG 600-3</td><td></td></tr><tr><td>PTFE&nbsp; taśma</td><td>VWR</td><td>332362S</td><td>szerokość 12 mm</td></tr><tr><td>długość probówki</td><td></td><td></td><td>16 cm, średnica 1,5 cm</td></tr><tr><td>zlewka</td><td></td><td></td><td>250 ml, wysokość 9 cm, średnica 7 cm</td></tr><tr><td>uszczelnienie rurki kapilarnej</td><td>Fisher Scientific</td><td>02-678</td><td></td></tr><tr><td>szybkowar, 3 L z podstawką</td><td>Beem</td><td>Vital-X-Press V2, F1000675</td><td></td></tr><tr><td>mieszadło magnetyczne z elementem</td><td></td><td></td><td></td>grzejnym</tr><tr><td>etanol (p.a.)</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>etanol (techn.)</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>strzykawka</td><td>Hamilton</td><td>1705</td><td>0,05 ml, niestandardowa długość: 20 cm</td></tr><tr><td>Długość pipety</td><td></td><td></td> kapilarnej Pasteura <td>23 cm</td></tr><tr><td>oprogramowanie do analizy danych</td><td>domowej roboty</td><td></td><td>Dostępne do pobrania pod adresem http://www.uni-konstanz.de/drescher/software. Wymaga Matlaba.</td></tr><tr><td>UKON1-GEL</td><td>dzięki uprzejmości prof. Sebastiana Polarza, Martina Wessiga i Andreasa Schachtschneidera&nbsp;</td><td></td><td>Patrz odnośniki 16, 18, 19 w celu zapoznania się z syntezą</td></tr></tbody></table>

in situ monitorowanie dyfuzji cząsteczek gościnnych w ośrodkach porowatych za pomocą obrazowania elektronowego rezonansu paramagnetycznego

In Situ Monitoring of Diffusion of Guest Molecules in Porous Media Using Electron Paramagnetic Resonance Imaging

Pokazano metodę monitorowania makroskopowej dyfuzji translacyjnej za pomocą obrazowania elektronowego rezonansu paramagnetycznego (EPR). Jako przykład do opisania protokołu stosuje się układ gospodarz-gość z nitroksydową sondą spinową 3-(2-jodoacetamido)-2,2,5,5-tetrametylo-1-pirolidynylooksy (IPSL) jako gościem wewnątrz periodycznego mezoporowatego aerożelu organosilicznego (PMO) UKON1-GEL jako gospodarza i etanolu jako rozpuszczalnika. Dane pochodzą z poprzedniej publikacji, w której protokół zastosowano zarówno do IPSL, jak i Tris(8-karboksy-2,2,6,6-perdeutero-tetrametylo-benzo[1,2-d:4,5-d′]bis(1,3)ditiolo)metylu (Trityl) jako cząsteczek gościnnych oraz UKON1-GEL i SILICA-GEL jako układów gospodarza. 
Pokazano metodę przygotowania próbek aerożelu, które nie mogą być zsyntetyzowane bezpośrednio w probówce z próbką do pomiaru z powodu zmiany rozmiaru podczas syntezy. Aerożel jest mocowany do probówek z próbkami za pomocą rurki termokurczliwej i szybkowaru, aby osiągnąć wymaganą temperaturę bez odparowywania rozpuszczalnika w procesie. Metoda nie zakłada jasno określonego początkowego rozkładu cząsteczek gościnnych na początku pomiaru. Zamiast tego wymaga zbiornika na wierzchu aerożelu i eksperymentalnie określa szybkość napływu podczas analizy danych.
Dyfuzja jest monitorowana w sposób ciągły przez okres 20 godzin, rejestrując profil gęstości spinu 1d w próbce. Ustawienia spektrometru dla eksperymentu obrazowania są opisane ilościowo. Dostarczane jest oprogramowanie do analizy danych w celu uwzględnienia profilu czułości rezonatora i numerycznego rozwiązania równania dyfuzji. Oprogramowanie wyznacza makroskopowy współczynnik dyfuzji translacyjnej poprzez minimalizację różnicy między eksperymentem a numerycznym rozwiązaniem równania dyfuzji.

Zdjęcie i schemat aerogelu w kurczliwej rurce przedstawiono na rysunku 2a oraz 2b. Dwuwymiarowy obraz EPR na rysunku 2c wyraźnie pokazuje górną krawędź aerogelu. Intensywność ρ1d w rurce z próbką powyżej aerogelu jest niższa, mimo że stężenie sondy spinowej jest co najmniej tak samo wysokie, jak wewnątrz aerogelu. Jednak głębokość próbki prostopadła do płaszczyzny obrazu jest znacznie mniejsza ze względu na mniejszą śr...

Przedstawiono protokół monitorowania in situ dyfuzji cząsteczek gości w porowatych ośrodkach za pomocą obrazowania elektronowego rezonansu paramagnetycznego (EPR).

In Situ Monitorowanie dyfuzji cząsteczek gościnnych w ośrodkach porowatych za pomocą obrazowania elektronowego rezonansu paramagnetycznego

A method is demonstrated to monitor macroscopic translational diffusion using electron paramagnetic resonance (EPR) imaging. A host-guest system with ...

Ogólnym celem tej procedury jest monitorowanie dyfuzji cząsteczek gościa w porowatych gospodarzach. Metoda ta może pomóc w udzieleniu odpowiedzi na kluczowe pytania z zakresu chemii fizycznej, takie jak jednoczesne wyjaśnienie dyfuzji w różnych skalach czasowych i przestrzennych. Główną zaletą tej techniki jest to, że rejestruje ona proces dyfuzji w całości, a dodatkowe początkowe warunki brzegowe są wyznaczane eksperymentalnie.Aby rozpocząć procedurę, należy napełnić szalkę Petriego o średnicy 10 cm etanolem do wysokości 5 mm. Umieść aerogel w szalce Petriego i odetnij cylindryczny fragment o długości od 5 mm do 1 cm. Następnie odetnij kawałek rurki termokurczliwej, który będzie o około 1 cm dłuższy niż cylindryczny fragment aerogelu.Za pomocą przecinaka do rurek szklanych podziel szklaną rurkę do próbek o średnicy wewnętrznej 2 mm na dwa odcinki o długości 4 cm każdy. Wsuń jeden z odcinków rurki na głębokość 5 mm w jeden z końców rurki termokurczliwej. Następnie użyj opalarki, aby ostrożnie podgrzać koniec rurki termokurczliwej, nie powodując kurczenia się pozostałej części rurki.Następnie zanurz probówkę z próbką oraz rurkę termokurczliwą w szalce Petriego zawierającej aerogel.

in-situ-monitoring-diffusion-guest-molecules-porous-media-using

Research

JoVE Journal

Chemistry

Chemia

Niniejszy protokół opisuje metodę trójwymiarowego obrazowania stężenia tlenu w skali mikronowej w bezpośrednim otoczeniu żywych komórek z wykorzystaniem mikroskopii rezonansu spinowego elektronów.

Mikroobrazowanie za pomocą rezonansu spin-elektronowego żywych organizmów do mapowania tlenu

Metody obrazowania biologicznego stosowane do oceny biodystrybucji komórkowej nanocząsteczek znajdują zastosowanie w monitorowaniu terapeutycznym i diagnostycznym związków sformułowanych w nanostruktury. Metody opisane w niniejszym opracowaniu są czułe i swoiste w ocenie za pomocą korejestracji histologicznej. Przedstawione metodologie zapewniają ścieżkę translacyjną od zastosowań na modelach gryzoni do zastosowań u ludzi.

Rejestrowane obrazowanie biomedyczne nanomateriałów w monitorowaniu diagnostyki i terapii

Ten artykuł pokazuje oryginalną metodologię opartą na zdalnym uruchamianiu cząstek magnetycznych osadzonych w biofilmie bakteryjnym oraz rozwoju dedykowanych pęset magnetycznych do pomiaru in situ lokalnych właściwości mechanicznych złożonego żywego materiału zbudowanego przez mikroorganizmy na granicy faz.

Zdalne uruchamianie magnetyczne sond mikrometrycznych do mapowania 3D in situ właściwości fizycznych biofilmu bakteryjnego

Przestrzenny rozkład i czasowa dynamika białek błony komórkowej i lipidów to gorący temat w biologii. W tym przypadku problem ten został rozwiązany za pomocą czasoprzestrzennej analizy fluktuacji obrazu, która zapewnia koncepcyjnie te same fizyczne wielkości śledzenia pojedynczych cząstek, ale wykorzystuje małe znaczniki molekularne i standardowe konfiguracje mikroskopowe.

Od szybkiego obrazowania fluorescencyjnego do prawa dyfuzji molekularnej na żywych błonach komórkowych w komercyjnym mikroskopie

Nowa metoda elektronowego rezonansu paramagnetycznego (EPR), rapid scan EPR (RS-EPR), została zademonstrowana do przestrzennego obrazowania spektralnego 2D, która jest lepsza od tradycyjnej techniki ciągłej fali (CW) i otwiera nowe możliwości obrazowania in vivo. Wyniki są demonstrowane na częstotliwości 250 MHz, ale technika ta ma zastosowanie na dowolnej częstotliwości.

Szybki skan elektronowy rezonansu paramagnetycznego otwiera nowe możliwości obrazowania fizjologicznie ważnych parametrów in vivo

Opisujemy procedurę wykrywania pierwiastków chemicznych obecnych in situ w komórkach ludzkich, jak również ich kwantyfikację in vitro. Metoda ta jest odpowiednia dla każdego typu komórek i jest szczególnie przydatna do ilościowych analiz chemicznych w pojedynczych komórkach po ekspozycji na nanocząstki tlenku metalu in vitro.

In Situ Wykrywanie i kwantyfikacja pojedynczych komórek nanocząstek tlenków metali za pomocą analizy mikrosondy jądrowej

Rezonans paramagnetyczny elektronów o niskim polu (pasmo L, 1,2 GHz) przy użyciu rozpuszczalnych sond nitroksylowych i trytylowych jest demonstrowany do oceny fizjologicznie ważnych parametrów w mikrośrodowisku guza w mysich modelach raka piersi.

In vivo (in vivo) Ocena EPR pH, pO2, stanu redoks oraz stężeń fosforanów i glutationu w mikrośrodowisku guza

Tutaj prezentujemy protokół opisujący badania ex situ i in situ przemian strukturalnych w szkłach metalowych. Zastosowaliśmy metody analityczne oparte na jądrze, które badają oddziaływania nadsubtelne. Wykazujemy możliwość zastosowania spektrometrii Mössbauera i jądrowego rozpraszania promieniowania synchrotronowego do przodu podczas eksperymentów opartych na temperaturze.

Metody badań przemian strukturalnych ex situ i in situ: przypadek krystalizacji szkieł metalicznych

Spektroskopia elektronowego rezonansu paramagnetycznego (EPR) jest jednoznaczną metodą pomiaru wolnych rodników. Zastosowanie selektywnych sond spinowych pozwala na wykrywanie wolnych rodników w różnych przedziałach komórkowych. Przedstawiamy praktyczną, efektywną metodę pobierania próbek biologicznych, która ułatwia obróbkę, przechowywanie i przenoszenie próbek do pomiarów EPR.

Zastosowanie elektronowego rezonansu paramagnetycznego w próbkach biologicznych w temperaturze otoczenia i temperaturze 77 K

Opisano użycie spektroskopii FTIR do badania właściwości powierzchni polikrystalicznych ciał stałych. Omówiono przygotowanie osadów próbek, procedury aktywacji, charakterystykę za pomocą cząsteczek sondy oraz modelowe badania adsorpcji CO2 .

In situ Spektroskopia FTIR jako narzędzie do badania oddziaływań gaz/ciało stałe: adsorpcja CO2 wzmocniona wodą w strukturze metaloorganicznej UiO-66

Tutaj prezentujemy protokół przeprowadzania eksperymentów z reakcjami na gaz zamkniętymi in situ TEM, jednocześnie szczegółowo opisując kilka powszechnie stosowanych metod przygotowania próbek.

Przeprowadzanie reakcji gazowych in situ w komórkach zamkniętych w transmisyjnym mikroskopie elektronowym

Poznaj metodę monitorowania dyfuzji cząsteczek gościnnych w ośrodkach porowatych za pomocą obrazowania EPR. Technika ta pozwala na pełne uchwycenie procesu dyfuzji i wyznaczenie warunków brzegowych doświadczalnie.

In Situ Monitorowanie dyfuzji cząsteczek gościnnych w ośrodkach porowatych za pomocą obrazowania elektronowego rezonansu paramagnetycznego (Wideo) | JoVE Journal

In Situ Monitorowanie dyfuzji cząsteczek gościnnych w ośrodkach porowatych za pomocą obrazowania elektronowego rezonansu paramagnetycznego

Przeglądaj więcej filmów