Introduction
مواد مسامية تلعب دورا رئيسيا في التطبيقات العملية مثل الحفز واللوني 1. عن طريق إضافة مجموعة السطحية وتعديل حجم المسام وسطح الخصائص، والمواد يمكن أن يكون متلائما مع التطبيق المطلوب 2،3. وظائف في مادة مسامية يعتمد بشكل حاسم على خصائص انتشار الجزيئات ضيف داخل المسام. في مواد مسامية، يجب أن يكون هناك تمييز بين المجهري متعدية نشر D المستمر الصغير، الذي يصف نشر على نطاق وطول الجزيئية من جهة والعيانية متعدية نشر D المستمر ماكرو من ناحية أخرى، والذي يتأثر نشرها من خلال المسام متعددة، حدود الحبوب، وتعرج والتجانس من المواد.
هناك عدة طرق الرنين المغناطيسي المتاحة لدراسة نشرها، كل مناسبة لجزءicular طول الحجم. على مقياس ملليمتر، الرنين النووي المغناطيسي (NMR) التصوير (4) والإلكترون ممغطس الرنين (الثوري) التصوير (كما وردت في هذا البروتوكول) يمكن استخدامها. نطاق أصغر في المتناول عن طريق استخدام تدرجات المجال نابض في NMR وكذلك التجارب الثوري 5،6. على مقياس النانومتر، الجيش الشعبي الثوري الطيفي يمكن استخدامها من خلال مراقبة التغيرات في التفاعل الصرف هايزنبرغ بين تحقيقات تدور 7،8. دراسات نشر متعدية باستخدام مجموعة التصوير EPR من حافز الصناعي يدعم، على سبيل المثال، وأكسيد الألومنيوم 9، لمتباين الخواص السوائل 10،11، نظم الإفراج المخدرات المصنوعة من المواد الهلامية البوليمر 12-14 ونموذج الأغشية 15.
ويعرض هذا البروتوكول وفي نهج الموقع باستخدام التصوير EPR لمراقبة انتشار متعدية العيانية تحقيقات تدور في أسطواني، وسائل الإعلام التي يسهل اختراقها. ويتجلى ذلك من أجل النظام المضيف ضيفا تتكون من عشرالبريد nitroxide تدور التحقيق 3- (2-Iodoacetamido) -2،2،5،5-ميثيل-1-pyrrolidinyloxy (IPSL) كضيف داخل organosilica mesoporous الدوري (PMO) ايروجيل UKON1 جل كمضيف والايثانول باعتباره مذيب. وقد تم بنجاح تستخدم هذا البروتوكول من قبل 16 مقارنة D ماكرو كما هو محدد مع التصوير الثوري مع D الصغرى للمواد المضيفة UKON1-جل والسيليكا جل وIPSL الأنواع الضيوف وتريس (8 كربوكسي-2،2،6،6-perdeutero-ميثيل-بنزو [1،2-د : 4،5-D '] مكرر (1،3) dithiole) الميثيل (Trityl)، انظر الشكل 1.
في الأساليب الأخرى القائمة على الموجة المستمرة (CW) EPR التصوير 17، نشر يحدث خارج مطياف. في المقابل، فإن الطريقة المعروضة هنا يستخدم نهجا الموقع في. سلسلة من لقطات من ρ 1D 1D توزيع الكثافة تدور (ر، γ) هيسجلت على مدى عدة ساعات. خلال هذا الوقت، يتم أخذ لقطة واحدة تلو الأخرى ويسلم نمط الانتشار في الوقت الحقيقي مع دقة الساعة حوالي 5 دقائق.
تم توليفها UKON1-جل والسيليكا جل في أنابيب العينات مع القطر الداخلي من 3 مم كما هو موضح في الأدب. 16،18،19 وUKON1-جل والتوليف السيليكا جل يؤدي إلى تقلص من العينة. توضع العينات داخل أنبوب الحرارة يتقلص لمنع الجزيئات ضيف من التحرك بين ايروجيل وجدار أنبوب العينة. هذه خطوة إضافية ليست ضرورية للعينات التي يمكن توليفها بشكل مباشر في أنبوب عينة من دون تغيير حجمها. انهيار عينات ايروجيل عندما تجف، لذلك يجب أن تكون مغمورة في المذيبات في جميع الأوقات. درجة الحرارة أن هناك حاجة لأنابيب الانكماش الحراري أعلى من درجة غليان الايثانول في الضغط المحيط. لذلك يصف البروتوكول استخدام طنجرة الضغط لرفع نقطة من الإيثانول المغلي.
ويشمل البروتوكول إعداد عينة من UKON1 جل تصنيعه مسبقا للتجربة التصوير الثوري وإعدادات مطياف التي تستخدم لمراقبة انتشار IPSL تدور التحقيق. لتحليل البيانات، وتوفير برنامج مكتوبة محليا ويوصف استخدامه. البيانات الخام من مطياف يمكن تحميلها مباشرة. البرنامج بحساب المكاني 1D ρ توزيع الكثافة تدور 1D (ر، γ) ويأخذ في الاعتبار الشخصي حساسية مرنان. يمكن للمستخدم اختيار منطقة من ايروجيل ونافذة الوقت الذي تمتلك فيه ثابت نشر هو يحدد لاحقا. البرنامج ثم يحدد الشروط الحدية لمعادلة الانتشار بناء على هذا الاختيار ويحل معادلة الانتشار. وهو يدعم الأقل المناسب مربع للعثور على قيمة الماكرو D حيث الحل العددي أفضل يطابق البيانات التجريبية.
الحمار = "jove_content"> بروتوكول يمكن استخدامها مع تعديلات على الضيف والمضيف مواد مختلفة طالما أن مساحة المقطع العرضي من العينة لا تتغير طوال العينة، وهذا هو ρ 1D (ر، γ) يتيح الوصول المباشر إلى لا يتأثر تركيز وعن تغيير في القسم عينة الصليب. مجموعة من القيم يمكن الوصول إليها الماكرو D ويقدر 16 بين 10 -12 م 2 / ثانية و 7 · 10 -9 م 2 / ثانية.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
تنبيه: يرجى التشاور مع جميع بيانات سلامة المواد ذات الصلة (MSDS) قبل الاستخدام. الإيثانول هو ضار إذا ابتلع أو استنشق وأنه قابل للاشتعال.
1. تحسين وموجة مستمرة (CW) المعلمات EPR
- إعداد 40 ميكرولتر من IPSL في الايثانول (سنويا) بتركيز 1 ملم.
- خذ وحدة تحكم ماصة وملء الشعرية مع الحل IPSL إلى ارتفاع ملء 2 سم. سحب محلول 1 سم الى مزيد من شعري حتى لا يكون هناك فجوة الهواء دون حل. ختم الشعرية على طرفي مع أنبوب شعري ختم المجمع. الفجوة الهواء يمنع نشر مكونات المجمع الختم في العينة.
- التفاف قطعتين من تترافلوروإيثيلين (PTFE) شريط من حوالي 5 سم طول في جميع أنحاء الشعرية على مسافة 1 سم من نهاية العلوي والسفلي من الشعيرات الدموية.
- ضع الشعرية في أنبوب عينة EPR (4 مم القطر الداخلي). تأكد من أن الشريط PTFE يحتفظ الشعريةالثابتة في محور وسط أنبوب العينة. دفع الشعرية وصولا الى الجزء السفلي من أنبوب العينة.
- وضع العينة في مرنان ومركز الحل التسمية تدور داخل مرنان.
- ضبط مطياف لاقتران حاسما باتباع تعليمات في دليل مطياف.
- إعدادات مطياف الأولية
- استخدام تردد الموجات الدقيقة لتعيين الحقل مركز (ب) باستخدام الصيغة
حيث ز ≈ 2.003 هو تقدير تقريبي لعامل غرام من أونبايريد جذرية في nitroxide التسمية تدور، ح هو ثابت بلانك وميكرون B هو مغنيطون بور. - إعداد التجربة "field_sweep" جديدة مع الحقل المغناطيسي للأرض كما الإحداثي السيني وكثافة إشارة كما تنسيق. استخدام المعلمات التالية: Centerfield المحسوبة في الخطوة السابقة، عرض الاجتياح: 400 G، modulatiعلى السعة: 0.8 G، تعديل تردد: 100 كيلوهرتز، والموجات الدقيقة توهين: 30 ديسيبل، عدد من النقاط: 2048، عدد من الفحص: 1، وقت الفحص: 80 ثانية، وقت ثابت: 50 ميللي ثانية.
- تنشيط وضع المسح الضوئي الإعداد. لإعداد المسح الضوئي الوقت ثابت، تحديد أدنى قيمة العروض مطياف. ضبط كسب المتلقي إلى قيمة حيث تملأ إشارة عرض 80٪ من مجموعة كثافة عرض، ذلك أنه حتى مع ضجيج لا جدوى البيانات لديها كثافة أعلى من 80٪ من الحد الأقصى. تعطيل مسح الإعداد بعد ذلك.
- اضغط على زر "تشغيل".
- قراءة قيمة حقل من معبر الصفر في ذروة المركزية من الطيف التي تم الحصول عليها. تعيين الحقل المركز إلى أن قيمة.
- خذ أداة الخط الأفقي وقياس عرض الطيف من النقطة التي تبدأ في أقصى اليسار الذروة إلى الارتفاع فوق مستوى خط الأساس إلى النقطة التي في أقصى اليمين عوائد الذروة إلى مستوى خط الأساس.
- تعيين عرض الاجتياح إلى ثلاثة أضعاف عرض الطيف.
- استخدام تردد الموجات الدقيقة لتعيين الحقل مركز (ب) باستخدام الصيغة
- حساب معلمات مطياف
- حساب الوقت الاجتياح: الاجتياح سرعة عرض / الاجتياح. استخدام سرعة اكتساح 5 G / ثانية.
- حساب الحد الأدنى لعدد من نقاط البيانات: 10 * عرض الاجتياح العرض / خط.
- حساب الوقت التحويل: وقت الاجتياح / عدد نقاط البيانات.
- حساب الوقت ثابت: 0.1 * خط العرض * وقت الفحص / عرض الاجتياح.
- قياس تشبع منحنى لتحديد ميكروويف الطاقة الأمثل
- تعيين توهين الموجات الدقيقة إلى 10 ديسيبل وضبط كسب المتلقي كما هو موضح في الخطوة 1.7.3.
- تعيين توهين الموجات الدقيقة إلى 50 ديسيبل وتسجيل الطيف. إذا كانت إشارة إلى نسبة الضوضاء أقل من 5: 1، زيادة عدد بالاشعة. كرر هذه الخطوة حتى إشارة إلى نسبة الضوضاء 5: 1 أو أكثر.
- إنشاء تجربة "التشبع" جديد باستخدام المجال المغناطيسي كما الإحداثي السيني 1، قوة الميكروويف كما الإحداثي السيني 2 وكثافة إشارة كما تنسيق. نسخ كافة الإعدادات من عشره "field_sweep" تجربة من الخطوة 1.9.2. لالإحداثي السيني 2، تعيين قيمة بداية توهين الموجات الدقيقة إلى 10 ديسيبل، قيمة الزيادة إلى 1 ديسيبل وعدد من النقاط إلى 41 لتغطية مجموعة من 10 ديسيبل إلى 50 ديسيبل. تشغيل التجربة.
- إنشاء جدول لمنحنى التشبع. إدراج توهين الموجات الدقيقة في ديسيبل في العمود الأول.
- حساب الجذر التربيعي للطاقة الميكروويف في الاتحاد الافريقي في العمود الثاني مع صيغة
حيث x هو توهين الموجات الدقيقة في ديسيبل من العمود الأول. - استخدام البرنامج مطياف لقياس الذروة إلى الذروة كثافة الخط الطيفي المركزي لكل توهين الموجات الدقيقة في التجربة. إرسال أن كثافة في العمود الثالث في جدول البيانات.
- رسم الجذر التربيعي للطاقة الميكروويف ضد الذروة إلى الذروة كثافة (العمود 3 ضد العمود 2) للحصول على منحنى التشبع. Incluدي الأصل (0،0) في المؤامرة.
- تحديد النظام الخطي للمنحنى التشبع. قوة الميكروويف الأمثل هو أعلى سلطة الميكروويف التي لا تزال في النظام الخطي. استخدام الإعداد تخفيف المقابلة لجميع التجارب أخرى.
2. تحديد المجال المغناطيسي القوة التدرج وقرار الوقت
- خلق تجربة جديدة في البرنامج مطياف مع الحقل المغناطيسي للأرض كما الإحداثي السيني 1 وشدة إشارة كما تنسيق. تمكين ضوابط التدرج لفائف.
- نسخ كافة الإعدادات مطياف من التجربة السابقة كما هو محدد في 1.8 و 1.9.8.
- تحديد قوة الحقل المغناطيسي الانحدار إلى 170 جم / سم في اتجاه محور عينة لافتا إلى أعلى.
- حساب عرض اكتساح جنوب غرب = SW 0 + فوف · G، حيث SW 0 هو عرض الاجتياح المحددة في 1.8.4 في حالة عدم وجود التدرج المجال المغناطيسي،فوف هو مجال الرؤية (2.5 سم) وG هو المغناطيسية قوة التدرج المجال.
- حساب يقدر حجم بكسل = خط العرض / G، وذلك باستخدام عرض خط الطيف المسجلة في 1.9.3 في حالة عدم وجود التدرج المجال المغناطيسي.
- حساب سرعة اكتساح الوقت = ف ب / الاجتياح. استخدام نفس سرعة الاجتياح كما هو الحال في 1.8.1.
- حساب الحد الأدنى لعدد من نقاط البيانات المطلوبة باستخدام قيمة أعلى من
ط. N 1 = 10 * عرض اكتساح / عرض الخط
ب. ن 2 = 10 * مجال الرؤية / (G * حجم بكسل). - حساب الوقت التحويل: وقت الاجتياح / عدد نقاط البيانات.
- حساب الوقت ثابت: 0.1 * خط العرض * وقت الفحص / عرض الاجتياح أو أقل.
- تعيين المعلمات المحسوبة في 2.3 خلال 2.9 و الضغط على زر "تشغيل".
- قياس مستوى الضوضاء من خط الأساس فضلا عن الذروة إلى الذروة كثافةمن الخط المركزي مع أداة الخط العمودي. حساب نسبة الإشارة إلى الضوضاء.
- إذا كانت إشارة إلى نسبة الضوضاء أقل من 5: 1، مضاعفة عدد بالاشعة في لوحة "مسح" من المعلمات طيف وكرر الخطوات من 2.1.3 خلال 2.11.
3. إعداد عينة
الحذر: ارتداء النظارات الواقية.
ملاحظة: حافظ على ايروجيل مغمورة تماما في المذيبات في جميع الأوقات. انظر الشكل 2 لصورة والتخطيطي.
- ملء طبق بيتري من سم القطر 10 مع الايثانول (سنويا) يصل إلى ارتفاع 5 مم.
- وضع ايروجيل في طبق بتري وقطع قطعة اسطوانية من 5 ملم إلى 1 سم في الطول.
- إعداد قطعة من الحرارة يتقلص الأنابيب التي هي حوالي 1 سم أطول من اسطوانة ايروجيل.
- استخدام قطع أنابيب الزجاج لكسر أنبوب عينة من 2 ملم القطر الداخلي لخلق قطعتين من طول 4 سم. يجب أن يكون كل من قطع طرفي المفتوحة.
- إدراج واحدة من أنبوب عينة قطعة 5 ملم عميقة في واحدة من نهاية الأنابيب الحرارة يتقلص. استخدام بندقية الحرارة لتسخين بعناية هذه الغاية من تقليص أنابيب الحرارة دون تقلص ما تبقى من الأنبوب. الآن يجب أن تكون ثابتة أنابيب الانكماش الحراري في أنبوب زجاجي.
- غمر هذا المزيج من أنبوب زجاجي وأنابيب الحرارة يتقلص في طبق بيتري من ايروجيل. بعناية دفع قطعة من ايروجيل من الخطوة 3.2 في نهاية مفتوحة للأنابيب الانكماش الحراري.
- ملء أنبوب اختبار مع الايثانول (سنويا) تصل إلى ارتفاع 7 سم. نقل عينة من طبق بتري في أنبوب الاختبار. عند القيام بذلك، تأكد من أن نهاية مفتوحة للأنابيب الانكماش الحراري هو التوجه إلى الأعلى. تأكد من أن ايروجيل مغمورة تماما في الإيثانول.
- إدراج الثاني قطعة 4 سم منأنبوب عينة من الخطوة 3.4 في نهاية مفتوحة للأنابيب الانكماش الحراري. لا تنطبق القوة، يجب أن تكون الجاذبية ما يكفي لسد الفجوات بين ايروجيل وقطع أنبوب العينة. وضع أنبوب اختبار مع العينة إلى دورق.
- ملء طنجرة ضغط مع لا يقل عن 500 مل ايثانول وإضافة بقضيب.
- ضع الكأس الذي يحتوي على عينة على الركيزة داخل طنجرة الضغط.
الحذر: تنفيذ الخطوة التالية تحت غطاء الدخان والاستمرار في ارتداء النظارات الواقية. - كوك ويقلب العينات عند إعداد ضغط 1 بار أعلى من الضغط المحيط على محرك مغناطيسي. درجة الحرارة يجب أن تصل إلى 90 ° م على الأقل. ندعه يبرد في أقرب وقت يتم التوصل إلى الضغط وضغط صمام إطلاق الإيثانول بخار. إذا لم أنابيب الحرارة يتقلص يتقلص، كرر هذه الخطوة.
ملاحظة: فورا بتنظيف طنجرة الضغط مع الماء لتقليل تأثير الايثانول على الصمامات الختم. في هذه المرحلة، وعينة مستعدة يمكن تخزينها في الإيثانول لمدة سفأشهر راؤول.
4. إعداد مطياف
- خلق تجربة 2D واستخدام الحقل المغناطيسي كما الإحداثي السيني 1، والوقت كما الإحداثي السيني (2) وشدة الإشارة كما تنسيق، بحيث يتم تسجيل اكتساح المجال المغناطيسي لكل خطوة الوقت. تمكين ضوابط التدرج لفائف.
- تعيين التأخير الزمني بين القياسات إلى الصفر. تعيين المعلمات الأخرى كما هو محدد في القسم 2. تعيين عدد من النقاط لمحور الزمن إلى 20 ساعة / زمن الاجتياح. تعيين جسر الميكروويف لأداء غرامة قيمتها بعد كل فحص شريحة.
- اتبع الخطوات في القسم 1.7 لضبط مطياف للمرنان فارغة.
5. إعداد نموذج للقياس
ملاحظة: الخطوات المرة الوحيدة الحاسمة لهذا البروتوكول هي 5.3 خلال 6.2، وهو من بدء عملية الانتشار مع إضافة التسمية تدور حتى وقت الحصول على البيانات في مطياف يبدأ. تنفيذ هذه الخطوات دون إدخالأي تأخير.
- وضع الاصبع على رأس عينة من المادة 3 للحفاظ على حل الإيثانول من المتدفقة على الجزء السفلي. ثم استخدام محقن لإزالة بعض الإيثانول من القاع 5 ملم من أنبوب عينة أقل وختم هذه الغاية مع أنبوب ختم المجمع. تأكد من أن هناك فقاعة الهواء من 2 مم في الارتفاع فوق المجمع الختم.
- إزالة جميع الإيثانول من أنبوب عينة فوق ايروجيل باستثناء 3 ملم فقط فوق ايروجيل باستخدام الشعرية ماصة باستور.
- ضخ 20 ميكرولتر من حل التسمية تدور في الإيثانول على رأس ايروجيل. تأكد من عدم خلق فقاعة الهواء على رأس ايروجيل. بمناسبة الوقت الحالي كبداية لعملية الانتشار.
- وضع العينة في أنبوب عينة مع 4 مم القطر الداخلي. استخدام الشريط PTFE إلى مركز العينة.
- استخدام قلم شعرت معلومات سرية للاحتفال أنبوب عينة الخارجي في موقف 68 مم فوق الحافة العلوية للايروجيل. وهذا يساعد في تتمحور العينة في مرنان بشكل صحيح ويضع جادخل للمرنان 1 ملم تحت الحافة العليا من ايروجيل.
6. قم بإجراء تجربة إنتشار
- وضع العينة في مرنان بحيث وسم من 5.5 محاذاة مع الجزء العلوي من صاحب PTFE من مرنان وضبط مطياف لاقتران الحرج كما هو موضح في دليل التشغيل لطيف.
- استخدام وضع المسح الضوئي الإعداد لتعيين كسب المتلقي كما هو موضح في 1.7.3 في حين أن لفائف التدرج لا تزال إيقاف.
- بدء التجربة التي أنشئت في القسم 4. اكتب الوقت الحالي. إما الانتظار 20 ساعة للتجربة لإنهاء أو إيقاف التجربة عندما لا يغير الإشارات المسجلة على مدار 4 ساعات أو أكثر. حفظ النتيجة.
7. إجراء تجارب إضافية مطلوب لتحليل البيانات
ملاحظة: إجراء التجارب في 7.1 و 7.2 مع نفس العينة مباشرة بعد التجربة نشر وبدون موفينج العينة.
- تسجيل وظيفة انتشار نقطة لDeconvolution
- التبديل إلى تجربة "اكتساح الميدان" من الخطوة 1.7.2. نسخ كافة الإعدادات من التجربة في الخطوة 6.
- تسجيل الطيف وقياس نسبة الإشارة إلى الضوضاء. إذا كان أقل من 20: 1، وزيادة عدد المسح الضوئي وكرر هذه الخطوة. وإلا حفظ الطيف.
- إجراء تجربة التصوير 2D و
- خلق تجربة جديدة على مطياف مع الحقل المغناطيسي للأرض كما الإحداثي السيني 1، وزاوية التدرج المجال المغناطيسي كما الإحداثي السيني 2 وكثافة إشارة كما تنسيق. نسخ المعلمات من الخطوة 6. تعيين طائرة التصوير إلى الطائرة YZ، وهي طائرة بما في ذلك اتجاه ثابت المجال المغناطيسي B 0 ومحور العينة.
- تعيين عدد من الزوايا N للاتجاه الانحدار إلى N = فوف / المرجوة حجم بكسل أو أعلى.
- بدء القياس وحفظ النتيجة.
- تكرار عشرخطوات الإلكترونية في 7.1 وحفظ النتيجة.
- قياس الرنان حساسية الملف الشخصي
- تحضير عينة أخرى من التحقيق تدور في حل بتكرار الخطوات 1.1 خلال 1.5، ولكن هذه المرة إضافة 4 سم من الحل في شعري بدلا من 2 سم.
- اتبع الخطوات الموجودة في القسم 2 لتسجيل مجموعة من العينة مع التدرج المجال المغناطيسي في اتجاه محور العينة. لخطوة 2.3، استخدام مجال الرؤية من 3 سم. حفظ النتيجة.
- تكرار القياس في غياب التدرج المجال المغناطيسي وحفظ النتيجة.
تحليل 8. البيانات
- إعادة بناء تجربة التصوير 2D و
- تحميل تجربة التصوير 2D ومن 7.2.3 إلى العرض الأساسي من البرنامج مطياف.
- تحميل التجربة من 7.2.4 إلى العرض الثانوي من البرنامج مطياف.
- الذهاب إلى تجهيز> التحولات> Deconvolution، حدد شريحة: كل وانقرتطبيق لأداء deconvolution.
- حفظ البيانات deconvolved إلى القرص.
- استخدام ما هو متاح بحرية البرمجيات صورة إعادة الإعمار 20 مع الأمر التالي: إعادة --input result_from_8_1_4.DSC --output reconstructed_image.DSC --steps 100 --size 256
- تحميل نتيجة من 8.1.5 إلى البرنامج مطياف كمرجع لاحق.
- تحليل تجربة إنتشار المسجلة
- بدء تشغيل البرنامج تحليل البيانات وانتقل إلى "تحميل" التبويب من البرنامج هو مبين في الشكل (3). تحميل تجربة نشر من الخطوة 6.3 تحت عنوان "تجربة نشر". تحميل المناظرة وظيفة انتشار نقطة من الخطوة 7.1.2 تحت عنوان "تجربة نشر ث / س التدرج". تحميل نتيجة من الخطوة 7.3.2 تحت عنوان "التعريف مرنان التجربة" والنتيجة من الخطوة 7.3.3 تحت عنوان "مرنان الشخصي إكسب ث / س التدرج".
- انتقل إلى علامة التبويب حساسية مرنان هو مبين في الشكل (4)
- انتقل إلى 1D كثافة تدور الشخصي التبويب هو مبين في الشكل (5) من أجل deconvolve كل عملية مسح الميداني التي سجلت في 6.2 باستخدام التجربة من 7.1 وظيفة انتشار نقطة. خفض قيمة قوة الضوضاء حتى والنتيجة هي صاخبة، ثم رفعه حتى يختفي التشويش فقط.
- التبديل إلى علامة التبويب مساحة المحاصيل هو مبين في الشكل (6). حدد مساحة من خريطة الحرارة نشر التي تقع تماما داخل ايروجيل وحيث تدور التحقيق هو على وشك الدخول من أعلاه في الخطوة أول مرة في تلك المنطقة. إذا كنت في شك، تحميل صورة بناؤها من 8.1.6 في البرنامج مطياف للمساعدة في تحديد الموضع الدقيق للايروجيل.
- زيادة مساحة من الخطوة 8.2 في الاتجاه الهبوطي من العينة بحيث لا تدور غالباالبريد يصل الحد السفلي للمنطقة في غضون الفترة الزمنية للتجربة. انظر الشكل 6 لتكون مرجعا.
- التبديل إلى علامة التبويب تدفق هو موضح في الشكل (7) والصحافة مناسبا. تظهر لوحة اليد اليسرى وجزء لا يتجزأ من المنطقة المزروعة من 8.2.5 على طول محور الموقف.
- تحقق من أن منحنى هو مبين في وسط لوحة يبدأ من الصفر ويبدأ في الارتفاع على الفور. إذا كان هذا ليس هو الحال، والعودة إلى 8.2.5.
- تحقق من أن الخط الأحمر هو مبين في وسط لوحة يتبع نقاط البيانات السوداء.
- محاكاة تركيز سبين 1D على مر الزمن وتناسب معامل إنتشار
- التبديل إلى علامة التبويب معامل الانتشار واضغط على لياقتهم.
- انتظار نتائج العملية الحسابية.
- تحقق من البيانات التجريبية التي تظهر على اليسار مباريات البيانات الرقمية التي تظهر على اليمين.
- قراءة قيمة العيانية متعدية معامل الانتشار D الماكرو الذي هو displaYED على الشاشة.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
وأظهرت صورة والتخطيطي لايروجيل داخل أنبوب تقلص في أرقام 2A و 2B. الصورة الثوري 2D وفي الشكل 2C يدل بوضوح على الحافة العلوية للايروجيل. شدة 1D ρ داخل أنبوب عينة فوق ايروجيل أقل على الرغم من أن تركيز لجنة التحقيق تدور على الأقل يصل إلى داخل ايروجيل. ومع ذلك، فإن عمق العينة عموديا على مستوى الصورة أصغر بكثير نظرا لقطرها الداخلي أقل من أنبوب العينة. لاحظ أن الصورة الثوري يظهر أيضا أي فقاعة الهواء في الأنبوب عينة ولا يبدو ايروجيل لديك أي شقوق قدم خلال تقلص أنبوب الانكماش.
ويبين الشكل 8A خريطة الحرارة نشر Trityl في UKON1 جل الشكل يظهر 8C نفس البيانات لIPSL في UKON1 جل. 8B Figuress و8D تظهر الحلول العددية للمعادلات الانتشار التي تتطابق مع البيانات التجريبية من (أ) و (ج)، على التوالي. كل شريحة رأسية من خارطة الحرارة تظهر صورة تركيزه في لجنة التحقيق تدور في نقطة ثابتة في الوقت المناسب. في بداية التجربة وتتركز التحقيقات تدور في الجزء العلوي من العينة. كما يزيد من الوقت، فهي تنتشر من خلال العينة بينما تدخل تحقيقات تدور جديدة من أعلى. وتظهر خرائط الحرارة النوعية التي نشر متعدية العيانية من Trityl أبطأ بكثير من نشر متعدية العيانية من IPSL. هذا أمر متوقع منذ Trityl أكبر من IPSL ونظام المسام والمذيبات هي نفسها.
وأظهرت معاملات متعدية نشر العيانية للTrityl وIPSL في UKON1-جل والسيليكا جل في الشكل 9. وعلى سبيل المقارنة، الشكل 9 أيضاويبين معامل المجهري متعدية نشر لIPSL في الإيثانول بنسبة 2.1 · 10 -10 م 2 / ثانية، والتي استمدت من المناسب شكل الخط الطيفي من الخطوة 7.1.2 باستخدام برنامج 21 لتحديد الوقت ارتباط التناوب كما هو موضح في سابقة المادة 16. التحليل الكمي للD ماكرو يظهر تباطؤ انتشار للجزيء Trityl أكبر مقارنة IPSL. مقارنة بين UKON1-جل والسيليكا جل معارض قيم متشابهة جدا الماكرو D. وكان من المتوقع هذا، لأن بنية المسام من aerogels مشابه والتفاعل بين تحقيقات تدور والجماعات سطح الحالية في UKON1-جل ليست قوية بما فيه الكفاية للتأثير على ماكرو D. إضافة الجلسرين للمذيب يزيد اللزوجة ويظهر انخفاض آخر على معامل الانتشار لTrityl. التجارب لTrityl في UKON1-جل والسيليكا جل لها بكرر التابعين مع عينات من نفس الدفعة. تظهر أشرطة الخطأ والانحراف المعياري الماكرو D.
الشكل 1: الصيغ التركيبية للتحقيقات تدور الصيغة الهيكلية (أ) التحقيق Trityl تدور و (ب) تحقيق IPSL. أعيد طبعها بإذن من الجمعية الكيميائية الأمريكية (16). الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 2: عينة ممهدة (أ) الصورة، (ب) الرسم التخطيطي و (ج) تدور 2D صورة كثافة 29 ساعة بعد الحقن عشرتحقيقات تدور ه على رأس ايروجيل. أعيد طبعها بإذن من الجمعية الكيميائية الأمريكية (16). الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الرقم 3: البرمجيات قطة من تحميل البيانات هذا الرقم يدل على شاشة تحميل البرمجيات المستخدمة لتحليل البيانات (الخطوة 8.2.1). تحميل البيانات التالية من اليسار إلى اليمين: البيانات الخام من التجربة نشر (الخطوة 6)، المقابلة وظيفة انتشار نقطة (الخطوة 7.1)، اكتساح الميدان لالشعرية مليئة التحقيق تدور في وجود التدرج المجال المغناطيسي على طول محور عينة (7.3.2) وظيفة انتشار نقطة المقابلة (الخطوة 7.3.3). الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الرقم 4: تحديد الشخصية حساسية مرنان هذا الرقم يدل على شاشة حساسية مرنان من البرمجيات المستخدمة لتحليل البيانات (الخطوة 8.2.2). على اليسار، فإنه يدل على اكتساح الميدان لالشعرية مليئة التحقيق تدور المسجلة في وجود التدرج المجال المغناطيسي على طول محور العينة (7.3.2) وفي منتصف هذا يظهر المقابلة وظيفة انتشار نقطة (الخطوة 7.3. 3). على اليمين يظهر الشخصي حساسية مرنان على طول محور العينة على النحو الذي يحدده deconvolution باستخدام وظيفة deconvreg ماتلاب مع المعلمة قوة الضوضاء المشار إليها. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
together.within الصفحات = "1"> 
الرقم 5: البيانات التجريبية لكثافة تدور 1D ضمن عينة هذا الرقم يدل على شاشة الشخصي الكثافة تدور 1D من البرمجيات المستخدمة لتحليل البيانات (الخطوة 8.2.3). على اليسار، فإنه يدل على شدة من التجربة نشر (الخطوة 6) في وحدات التعسفي. كل خط عمودي يقابل نقطة في الوقت المناسب وهو التفاف على شكل خط طيفي من زيادة ونقصان التحقيق Trityl و1D الشخصي الكثافة تدور، مرجحا الشخصي حساسية مرنان. الاتجاه الانحدار على طول محور عينة من أسفل إلى أعلى، وذلك أن انخفاض نقطة في الفضاء تعطي إشارة على المجال المغناطيسي أعلى والعكس بالعكس. يتم إنشاء الخط الأصفر من الجزء العلوي من العينة، حيث لمس أنبوب عينة ايروجيل وقطر من الحل تدور التحقيق يقفز من القطر الداخلي للأنبوب العينة إلى قطرها أكبر من ايروجيل. الخط الأزرقتتشكل من تلك التحقيقات تدور التي أحرزت تقدما آخر في ايروجيل بسبب نشرها. تظهر لوحة المتوسطة على شكل خط الطيفي للتحقيقات تدور التي يتم استخدامها لdeconvolution. تظهر لوحة اليد اليمنى لون المشفرة الشخصي حساسية تدور 1D على طول محور العينة على مر الزمن، على النحو الذي يحدده deconvolution باستخدام وظيفة deconvreg ماتلاب مع المعلمة قوة الضوضاء المشار لكل نقطة في الوقت المناسب. وقد تم تحويل محور الحقل المغناطيسي لموقف المكاني محور باستخدام القوة التدرج الحقل المغناطيسي، حيث تتوافق مع القيم الإيجابية إلى الجزء العلوي من العينة والقيم السلبية تتوافق مع الجزء السفلي من العينة. ويمكن رؤية الجزء العلوي من ايروجيل كخط أفقي في حوالي 3.5 مم. تحت هذا الخط، يمكن أن ينظر إلى نشر تحقيقات تدور من خلال ايروجيل بمثابة توسيع المنطقة الصفراء في الاتجاه الرأسي كما يزيد من الوقت. الرجاء النقرهنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 6: الاقتصاص كثافة تدور 1D إلى المنطقة من اهتمام ويوضح الشكل الخطوة المساحة المحصولية من البرمجيات المستخدمة لتحليل البيانات (الخطوة 8.2.4). فإنه يدل على كثافة تدور 1D من الخطوة 8.2.3 على الجانب الأيسر. يتم أخذ البيانات مباشرة من لوحة الجانب الأيمن من الشكل (5) ويقتصر على المنطقة حيث التعريف حساسية مرنان أكبر من 10 في المئة من قيمته القصوى. يظهر الجانب الأيسر نفس البيانات، ولكن اقتصاص إلى المنطقة التي اختارت المستخدم. وسيتم تحديد معامل الانتشار فقط من تلك المنطقة. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الرقم 8: كثافة تدور 1D على مر الزمن يقاس تجريبيا 1D ρ (ر، ص) في وحدات التعسفي في UKON1-جل لل(أ) Trityl و (ج) حلول IPSL والحلول العددية للمعادلة الانتشار في (ب) و (د )، على التوالي. أعيد طبعها بإذن من الجمعية الكيميائية الأمريكية (16)./54335/54335fig8large.jpg "الهدف =" _ فارغة "> الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الرقم 9: حصل معاملات نشر التي تم الحصول عليها تجريبيا العيانية متعدية نشر معاملات D الماكرو. يتم عرض الانحراف المعياري من عدة قياسات باستخدام عينات فردية من نفس الدفعة. يشار إلى المجهرية متعدية معامل الانتشار D ماكرو من IPSL كخط متقطع للمقارنة مع تقدير عدم التيقن من تحديد الوقت ارتباط التناوب في المحاكاة الطيفية، أشار خطوط كما المنقطة 16. أعيد طبعها بإذن من الجمعية الكيميائية الأمريكية (16). التنوير القائلبورصة عمان انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
يسمح البروتوكول رصد انتشار جزيئات ضيف ممغطس. وقد تم اختيار نهج التصوير 1D لأنه يسمح للقرار الوقت أعلى مقارنة مع التصوير 2D أو 3D. ويتطلب هذا النهج 1D منطقة مقطعية مستمرة من العينة بسبب كثافة الصورة 1D حصلت لا تعتمد فقط على تركيز ولكن أيضا على مساحة المقطع العرضي للعينة. وتتطلب هذه الطريقة أيضا إلى أن أطياف EPR من تحقيقات تدور داخل عينات تغيير فقط في كثافة ولكن ليس في الشكل. خلاف ذلك أكثر استهلاكا للوقت التصوير الطيفي المكانية يجب استخدام، والتي هي خارج نطاق هذا البروتوكول. يقتصر الأسلوب أيضا إلى الأنظمة التي يكمن D الكلي بين 10 -12 م 2 / ثانية و 7 · 10 -9 م 2 / ثانية إذا لوحظ العينة في المنطقة الواقعة بين 1 ملم و 1 سم في الطول، وعلى مدى فترات زمنية بين 1 ساعة و 72 ساعة 16.
اتم توليفها lthough وUKON1-جل والسيليكا جل في أنبوب العينة، وعقد عينات أثناء العملية. وهذا يخلق فجوة بين ايروجيل وجدار أنبوب عينة، والذي يحظر على نهج التصوير 1D لمراقبة نشرها. وقد تم حل هذا التعقيد من خلال وضع ايروجيل داخل أنبوب تقلص الحرارة. العينات التي لا تحتوي على الفجوة بين ايروجيل وأنبوب عينة يمكن قياسها مباشرة. تخدم تجربة التصوير 2D وكتجربة مراقبة للتحقق من تحقيق زيادة ونقصان ما هو خارج أنبوب تقلص الحرارة بسبب تسرب. الصورة 2D يمكن بناؤها مع تصفية العودة خوارزمية الإسقاط التي يتم تنفيذها في البرنامج مطياف. في ولكن هذا البروتوكول استخدام خوارزمية تكرارية 20، وهذا هو أكثر قوة في ظروف صاخبة، ويقترح.
في الأعمال السابقة 10-15،17 التي تستخدم التصوير EPR لدراسة نشرها، وأعدت الحالة الأولية للتجربة بعنايةلميزة في البداية كمية معينة من تحقيقات تدور في منطقة صغيرة قدر الإمكان، ومع عينة معزولة تماما. للالطريقة الموضحة في هذا البروتوكول، والتوزيع الأولي للتحقيقات تدور ليست حرجة، طالما أن هناك جزء من العينة أن البداية لا تحتوي على تحقيقات تدور. يتم تحديد القيمة تحقيقات تدور يدخل الجزء الملحوظ من العينة مباشرة من قياس البيانات نشرها. برنامج تحليل البيانات تطبق الطريقة الموضحة في العمل السابق 16. في حين أن البرنامج مطياف يشمل جميع الوظائف المطلوبة لتنفيذ الخطوات تجهيزها في 8.2، وقد شملت هذه الخطوات في برنامج تحليل البيانات المقدمة. وهذا يجعل من الأسهل لتغيير ومقارنة اختيار المعلمات.
عندما تكييف بروتوكول لأنظمة عينة مختلفة، والمعدات، والمعلمات الطيفية مثل سرعة المسح الضوئي، تعديل السعة، تعديل frequency والميكروويف حاجة السلطة إلى أن يتم تعديلها وفقا لدليل لطيف، وأيضا قوة التدرج والفترة الزمنية التي لوحظ انتشار يحتاج إلى إعادة تقييم. مدة الزمنية التي لوحظ انتشار في الخطوة 6.3 يعتمد على ماكرو D. التجربة يمكن وقفها عندما يحدث أي تغير ملموس في بيان التركيز 1D. كما يمكن ملاحظة ذلك في البيانات الخام قبل deconvolution.
هناك عدد قليل من النقاط الحرجة لمراقبة عند اتباع الخطوات من هذا البروتوكول. وaerogels خاصة المستخدمة في هذا الانهيار البروتوكول ويتقلص بشكل لا رجعة فيه عندما تجف، لذلك فإنه من المهم للحفاظ على aerogels المغمورة في المذيبات في جميع الأوقات. السبب شغل في طنجرة الضغط مع مذيب إضافية وبقضيب في 3.8 هو بسرعة لخلق ضغط البخار قبل المذيب حول ايروجيل يتبخر. عندما تجف aerogels من أنها تقلل إلى حد كبير في دiameter وطول وعينة جديدة يجب أن يكون مستعدا. وختم مجمع أنبوب شعري يمكن أن يؤدي في إشارة الثوري إذا كان في اتصال مباشر مع المذيب وينشر في مرنان. فقاعة الهواء بين مركب الختم والمذيب في الخطوة 5.1 يخلق حاجزا لمنع هذا من الحدوث.
اعتمادا على المذيبات وهندسة من العينة أنه يمكن أن يكون من الصعب تحقيق اقتران حاسما خلال الخطوة مطياف ضبط. في هذه الحالة، وتناوب على عينة وحاول مرة أخرى، أو اتخاذ عينة من والتحقق من أن ايروجيل والشعيرات الدموية التي تحتوي على مذيب وتتركز.
خلال تحليل البيانات في الخطوة 8.2.8، يمكن للتدفق تجريبيا التسمية تدور تحيد عن مناسبا. إذا كان هذا هو الحال، وإشارة إلى نسبة الضوضاء من البيانات deconvolved غير كافية، إعادة الخطوات 8.2.2 و8.2.3 وزيادة المعلمة قوة الضوضاء إلى الحد من كمية الضجيج على حساب المكانيةالقرار. إذا كانت إشارة إلى نسبة الضوضاء ليست هي المشكلة، إعادة الخطوات 8.2.4 خلال 8.2.8 لإعادة تحديد المنطقة التي ماكرو D يتم احتساب والتأكد من أن البيانات التجريبية وكذلك يصلح في وسط لوحة من علامة التبويب تدفق تدور التحقيق هو خط من خلال الأصل، كما هو مبين في الشكل (7).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
الكتاب ليس لديهم ما يكشف.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| X-Band spectrometer | Bruker | E580 | |
| Spectrometer software | Bruker | Xepr 2.6b.108 | |
| gradient coil system | Bruker | E540 GCX2 | |
| imaging resonator | Bruker | TMHS 1007 | |
| micro-classic pipette controller | Brand | 25900 | |
| microcapillary ringcaps 50 µl | Hirschmann | 9600150 | inner diameter 0.5 mm |
| EPR sample tube 2 mm inner diameter | Bruker | ER 221TUB/2 | |
| EPR sample tube 4 mm inner diameter | Bruker | ER 221TUB/4 | |
| heat-shrink tubing DERAY-IB | DSG-Canusa | 2210048952 | 4.8 mm/2.4 mm, 2:1, 95 °C - 200 °C |
| heat gun | Bosch | PHG 600-3 | |
| PTFE band | VWR | 332362S | width 12 mm |
| test tube | length 16 cm, diameter 1.5 cm | ||
| beaker | 250 ml, height 9 cm, diameter 7 cm | ||
| capillary tube sealing | Fisher Scientific | 02-678 | |
| pressure cooker, 3 L with trivet | Beem | Vital-X-Press V2, F1000675 | |
| magnetic stirrer with heating element | |||
| ethanol (p.a.) | |||
| ethanol (techn.) | |||
| syringe | Hamilton | 1705 | 0.05 ml, custom length: 20 cm |
| Pasteur capillary pipette | length 23 cm | ||
| data analysis software | homemade | Available for download at http://www.uni-konstanz.de/drescher/software. Requires Matlab. | |
| UKON1-GEL | kindly provided by Prof. Sebastian Polarz, Martin Wessig and Andreas Schachtschneider | See references 16, 18, 19 for the synthesis |
References
- Schüth, F., Sing, K. S. W., Weitkamp, J. Handbook of Porous Solids. , Wiley-VCH Verlag GmbH. Weinheim, Germany. (2002).
- Hoffmann, F., Cornelius, M., Morell, J., Fröba, M. Silica-Based Mesoporous Organic-Inorganic Hybrid Materials. Angew. Chem. Int. Edit. 45 (20), 3216-3251 (2006).
- Sanchez, C., Boissière, C., Grosso, D., Laberty, C., Nicole, L. Design, Synthesis, and Properties of Inorganic and Hybrid Thin Films Having Periodically Organized Nanoporosity. Chem. of Mat. 20 (3), 682-737 (2008).
- Le Bihan, D., Johansen-Berg, H. Diffusion MRI at 25: Exploring brain tissue structure and function. NeuroImage. 61 (2), 324-341 (2012).
- Pregosin, P. S., Kumar, P. G. A., Fernández, I. 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. Chem. Rev. 105 (8), 2977-2998 (2005).
- Talmon, Y., et al. Molecular diffusion in porous media by PGS ESR. Phys. Chem. Chem. Phys. 12 (23), 5998-6007 (2010).
- Okazaki, M., Seelan, S., Toriyama, K. Condensation process of alcohol molecules on mesoporous silica MCM-41 and SBA-15 and fumed silica: a spin-probe ESR study. Appl. Magn. Reson. 35 (3), 363-378 (2009).
- Wessig, M., Spitzbarth, M., Drescher, M., Winter, R., Polarz, S. Multiple scale investigation of molecular diffusion inside functionalized porous hosts using a combination of magnetic resonance methods. Phys. Chem. Chem. Phys. 17 (24), 15976-15988 (2015).
- Yakimchenko, O. E., Degtyarev, E. N., Parmon, V. N., Lebedev, Y. S. Diffusion in Porous Catalyst Grains as Studied by EPR Imaging. J. Phys. Chem. 99 (7), 2038-2041 (1995).
- Cleary, D. A., Shin, Y. K., Schneider, D. J., Freed, J. H. Rapid determination of translational diffusion coefficients using ESR imaging. J. Magn. Reson. 79 (3), 474-492 (1988).
- Hornak, J. P., Moscicki, J. K., Schneider, D. J., Freed, J. H. Diffusion coefficients in anisotropic fluids by ESR imaging of concentration profiles. J. Chem. Phys. 84 (6), 3387-3395 (1986).
- Berliner, L. J., Fujii, H. EPR imaging of diffusional processes in biologically relevant polymers. J. Magn. Reson. 69 (1), 68-72 (1986).
- Degtyarev, Y. N., Schlick, S. Diffusion Coefficients of Small Molecules as Guests in Various Phases of Pluronic L64 Measured by One-Dimensional Electron Spin Resonance Imaging. Langmuir. 15 (15), 5040-5047 (1999).
- Marek, A., Labský, J., Koňák, Č, Pilař, J., Schlick, S. Translational Diffusion of Paramagnetic Tracers in HEMA Gels and in Concentrated Solutions of PolyHEMA by 1D Electron Spin Resonance Imaging. Macromolecules. 35 (14), 5517-5528 (2002).
- Shin, Y. K., Ewert, U., Budil, D. E., Freed, J. H. Microscopic versus macroscopic diffusion in model membranes by electron spin resonance spectral-spatial imaging. Biophys. J. 59 (4), 950-957 (1991).
- Spitzbarth, M., et al. Simultaneous Monitoring of Macroscopic and Microscopic Diffusion of Guest Molecules in Silica and Organosilica Aerogels by Spatially and Time-Resolved Electron Paramagnetic Resonance Spectroscopy. J. Phys. Chem. C. 119 (30), 17474-17479 (2015).
- Kruczala, K., Schlick, S. Measuring Diffusion Coefficients of Nitroxide Radicals in Heterophasic Propylene−Ethylene Copolymers by Electron Spin Resonance Imaging. Macromolecules. 44 (2), 325-333 (2011).
- Wessig, M., Drescher, M., Polarz, S. Probing Functional Group Specific Surface Interactions in Porous Solids Using ESR Spectroscopy as a Sensitive and Quantitative Tool. The J. Phys. Chem. C. 117 (6), 2805-2816 (2013).
- Kuschel, A., Polarz, S. Organosilica Materials with Bridging Phenyl Derivatives Incorporated into the Surfaces of Mesoporous Solids. Adv. Funct. Mater. 18 (8), 1272-1280 (2008).
- Spitzbarth, M., Drescher, M. Simultaneous iterative reconstruction technique software for spectral-spatial EPR imaging. J. Magn. Reson. 257, 79-88 (2015).
- Stoll, S., Schweiger, A. EasySpin, a comprehensive software package for spectral simulation and analysis in EPR. J. Magn. Reson. 178 (1), 42-55 (2006).
