Medindo a evolução temporal de materiais em nanoescala com espalhamento de nêutrons de fluxo interrompido e de pequeno ângulo

O espalhamento de fluxo de parada de pequeno ângulo ou o SANS de fluxo de parada nos permite estudar como os materiais em nanoescala evoluem em escalas de tempo definidas de segundos a minutos. O contraste entre hidrogênio e deutério exclusivo do espalhamento de nêutrons torna essa técnica particularmente útil para estudar materiais ricos em hidrogênio, como lipídios, proteínas e polímeros. Se você estiver interessado em usar estandes de fluxo de parada para estudar seus materiais de interesse, entre em contato com o cientista de instrumentos local dos EUA em uma instalação de dispersão para ajudar a planejar seu experimento.

Quem demonstrará o procedimento serão Ryan Murphy, engenheiro químico do National Institute of Standards and Technology, ou NIST, Center for Neutron Research, ou o NCNR, e Brian Maranville, físico também do NCNR. Para começar, ligue todas as fontes de alimentação da bomba e misturadores dinâmicos. Usando o interruptor de alimentação, inicie todas as bombas e válvulas na GUI controlada pelo sistema de fluxo parado, inserindo o caminho de configuração do dispositivo e os comandos mencionados no texto do manuscrito calibrar as bombas antes de conectar seringas.

Depois de garantir que as bombas foram calibradas. Rosqueie em barris de seringa limpos para a conexão na parte superior da bomba. Certifique-se de que a cabeça de montagem da seringa está solta antes de distribuir o volume de enchimento para que a seringa não se quebre devido à força excessiva do pistão da seringa.

Em seguida, rosqueie o pistão da seringa na conexão na parte inferior da bomba. Depois que o barril da seringa e o pistão da seringa estiverem conectados à bomba, distribua o volume de enchimento. Depois que o pistão parar de se mover, aperte a cabeça de montagem da seringa.

Em seguida, conecte a tubulação às fontes de amostra e solvente, seringas, válvulas, misturadores, células de amostra e recipiente de amostra mista. Defina todas as conexões de tubulação e válvula feitas na GUI controlada pelo sistema de fluxo parado digitando as conexões de número de porta correspondentes feitas a cada válvula. Para carregar a amostra, aspirar os volumes desejados de amostra e solvente de suas fontes para as seringas de amostra através das válvulas seletoras da bomba.

Em seguida, prima o sistema dispensando todo o ar das seringas, linhas de tubulação e válvulas, garantindo que um volume suficiente de líquido seja dispensado de cada seringa. Para remover todas as bolhas de ar, uma vez que o ar tenha sido limpo do sistema, execute pelo menos uma injeção de amostra clicando na célula rotulada Iniciar experimento de mistura na GUI controlada, com essa célula ativamente selecionada. Clique no botão Executar na parte superior da GUI controlada ou pressione a tecla shift e digite as teclas juntas no teclado.

Inspecione visualmente a célula de amostra em busca de bolhas de ar. Se houver bolhas, repita as etapas de expurgo, caso contrário, prossiga para definir as etapas restantes do protocolo do experimento. Para definir o protocolo de mistura de fluxo parado.

Insira o ponto de ajuste de temperatura da unidade de ar condicionado programável que controla a temperatura dos gabinetes isolados ao redor do dispositivo de fluxo parado. Em seguida, insira todas as etapas da sequência de enxágue digitando os volumes, taxas de fluxo, tempos e número de repetições apropriados na GUI controlada. Em seguida, defina todas as etapas da sequência de injeção de amostra digitando os volumes, taxas de fluxo e tempos apropriados na GUI controlada pelo sistema de fluxo parado e, finalmente, calcule o tempo total de um único ciclo de coleta de dados de fluxo interrompido para definir os parâmetros SANS.

Defina o tempo total de aquisição de dados VSANS na GUI controlada por instrumento SANS para o tempo de ciclo calculado anteriormente. Em seguida, defina o tempo de medição de transmissão da amostra para 100 segundos e ative a coleta de dados do modo de evento. Para medir a dispersão de fundo.

Certifique-se de que o obturador do instrumento local esteja fechado antes de fixar a amostra de feixe bloqueado à parte traseira da abertura da amostra. Em seguida, depois de proteger o ambiente de instrumento local, abra o obturador de instrumento local. Em seguida, defina o tempo de aquisição de dados de espalhamento de feixe bloqueado no software e colete a contagem de dados de espalhamento de feixe bloqueado pela mesma duração que o maior tempo de aquisição de dados de espalhamento.

Quando a coleta de dados estiver completa, feche o obturador do instrumento e remova a amostra de feixe bloqueado da abertura da amostra. Em seguida, proceda à medição do espalhamento de células vazias antes de iniciar o experimento de fluxo interrompido. Certifique-se de que a área do instrumento local esteja segura.

Em seguida, abra o obturador do feixe de instrumentos local. Inicie a coleta de dados SANS usando o software de controle de instrumentos SANS no computador de instrumentos, arrastando e soltando as execuções desejadas na fila de instrumentos. Em seguida, inicie o experimento de mistura de fluxo interrompido na GUI controlada e confirme se o protocolo de mistura de fluxo interrompido definido começou a operar.

Em seguida, adicione a execução de transmissão ao final da fila. A transmissão será coletada após o término da dispersão. Depois de baixar o arquivo de dados de dispersão e os arquivos de eventos associados do compartimento do servidor, os dados de dispersão para os compartimentos de tempo desejados digitando os comandos apropriados conforme indicado no manuscrito de texto.

Em seguida, reduza os dados de espalhamento do silo usando o software fornecido na linha de luz para analisar os dados SANS resolvidos no tempo, calcule o tempo de processo de interesse a partir dos tempos de medição usando a equação fornecida no manuscrito do texto. Em seguida, extraia os parâmetros cinéticos de interesse da mudança na intensidade dependente de Q em função do tempo de processo. As taxas de contagem de nêutrons medidas do fundo do tampão de sal ao longo de vários ciclos de injeção consistindo em nove etapas de enxágue.

Uma etapa de desenho e uma etapa de injeção de amostra são mostradas aqui. As soluções lipídicas individuais marcadas com H e D foram misturadas no momento T e imediatamente fluíram para a célula da amostra. A taxa de contagem de nêutrons de medição aumentou e atingiu um valor máximo quando a célula da amostra foi preenchida no preenchimento T.

As contagens de nêutrons da amostra de vesículas lipídicas mistas em três temperaturas diferentes são plotadas em função da escala de tempo do processo corrigido, que é o tempo de interesse do processo, corrigido para o período de fluxo no estado estacionário e o tempo de atraso. Os dados SANS foram coletados continuamente no modo de evento que pode ser pós-processado nos compartimentos de tempo desejados. A cinética de troca lipídica foi medida a 36 graus, 30 graus e 20 graus Celsius.

Esses dados foram dobrados em compartimentos de tempo iguais de três segundos e são representativos das informações dependentes da escala de tempo e comprimento que podem ser obtidas a partir de uma medição TR SANS. A intensidade normalizada é plotada em função do tempo de processo para as diferentes temperaturas. A combinação de mistura de fluxo de parada e resolução de tempo SANS oferece novas oportunidades para explorar evoluções estruturais em materiais de nanovarredura que vão desde as nanopartículas lipídicas e medicamentos e vacinas de próxima geração até geopolímeros usados em materiais de construção verdes.