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Engineering

स्टॉप-फ्लो और स्मॉल-एंगल न्यूट्रॉन स्कैटरिंग के साथ नैनोस्केल सामग्री के समय-विकास को मापना

Published: August 6, 2021 doi: 10.3791/62873
Automatic Translation
1, 2, 2,3, 1, 1
1NIST Center for Neutron Research, National Institute of Standards and Technology, 2Department of Chemistry and Biochemistry, University of Windsor, 3Department of Physics, University of Windsor

Summary

यह प्रोटोकॉल एक छोटे-कोण न्यूट्रॉन प्रकीर्णन माप के दौरान सीटू में कई तरल समाधानों को जल्दी से मिलाने और नैनोमीटर लंबाई तराजू और दूसरी बार तराजू पर गतिज प्रक्रियाओं का अध्ययन करने के लिए एक स्टॉप-फ्लो नमूना वातावरण का उपयोग प्रस्तुत करता है।

Abstract

यह पेपर तरल नमूनों को जल्दी से मिलाने और सेकंड से मिनटों के समय पैमाने पर नैनोस्केल गतिज प्रक्रियाओं का अध्ययन करने के लिए एक स्टॉप-फ्लो स्मॉल-एंगल न्यूट्रॉन-स्कैटरिंग (एसएएनएस) नमूना वातावरण का उपयोग प्रस्तुत करता है। रुका हुआ प्रवाह नमूना वातावरण तरल नमूनों की वांछित मात्रा को मिलाने के लिए व्यावसायिक रूप से उपलब्ध सिरिंज पंपों का उपयोग करता है जिन्हें तब लगभग 1 सेकंड में क्वार्ट्ज ग्लास सेल में गतिशील मिक्सर के माध्यम से इंजेक्ट किया जाता है। मिश्रण के बाद समाधान में नैनोस्ट्रक्चर के विकास का पालन करने के लिए नमूना मिश्रण के साथ समय-हल किए गए एसएएनएस डेटा अधिग्रहण को सिंक किया जाता है।

न्यूट्रॉन बीम समय का सबसे कुशल उपयोग करने के लिए, हम माप के बीच सेल को स्वचालित रूप से लोड करने, कुल्ला करने और सुखाने के लिए प्रवाह चयनकर्ता वाल्व की एक श्रृंखला का उपयोग करते हैं, जिससे कई नमूना इंजेक्शन में बार-बार डेटा संग्रह की अनुमति मिलती है। नमूना इंजेक्शन तब तक दोहराया जाता है जब तक कि पर्याप्त न्यूट्रॉन प्रकीर्णन आंकड़े एकत्र नहीं किए जाते हैं। मिश्रण सेटअप को विभिन्न मिश्रण अनुपात, नमूना सांद्रता, योजक सांद्रता और तापमान पर कैनेटीक्स को मापने के लिए व्यवस्थित रूप से स्थितियों को अलग-अलग करने के लिए प्रोग्राम किया जा सकता है। क्वार्ट्ज सेल की पथ लंबाई के आधार पर प्रति इंजेक्शन आवश्यक न्यूनतम नमूना मात्रा लगभग 150 μL है।

इस रोके हुए-प्रवाह नमूना वातावरण का उपयोग करने वाले प्रतिनिधि परिणाम एक योजक, साइक्लोडेक्सट्रिन की उपस्थिति में तेजी से लिपिड एक्सचेंज कैनेटीक्स के लिए प्रस्तुत किए जाते हैं। पुटिकाएं सेकंड के क्रम में बाहरी-पत्रक (बाहरी) लिपिड का आदान-प्रदान करती हैं और घंटों के भीतर आंतरिक और बाहरी लिपिड दोनों का पूरी तरह से आदान-प्रदान करती हैं। लिपिड एक्सचेंज कैनेटीक्स को मापने के लिए तेज (सेकंड) और धीमी (मिनट) प्रक्रियाओं को पकड़ने और गतिज दर स्थिरांक निकालने के लिए सीटू मिश्रण की आवश्यकता होती है। एक ही नमूना वातावरण का उपयोग अन्य प्रकार के तरल नमूनों जैसे लिपिड नैनोकणों, प्रोटीन, सर्फेक्टेंट, पॉलिमर, इमल्शन या अकार्बनिक नैनोकणों में आणविक विनिमय की जांच के लिए भी किया जा सकता है। नैनोस्केल संरचनात्मक परिवर्तनों और आदान-प्रदान या प्रतिक्रिया प्रणालियों के कैनेटीक्स को मापना नैनोस्केल पर विकसित होने वाली प्रक्रियाओं में नई अंतर्दृष्टि प्रदान करेगा।

Introduction

छोटे कोण न्यूट्रॉन प्रकीर्णन (SANS) ≈1 nm से ≈100nm 1,2,3 तक लंबाई के पैमाने पर विभिन्न सामग्रियों के आकार, आकार, इंटरैक्शन और संगठन को मापने का एक अनूठा तरीका प्रदान करता है। हाल के उपकरण, जिनमें वीएसएएनएस (बहुत छोटे कोण न्यूट्रॉन प्रकीर्णन) उपकरण शामिल हैं, ध्यान केंद्रित दर्पण के साथ, ≈1000 एनएम 4,5 तक भी बड़ी लंबाई के पैमाने को मापने की दिशा में सीमाओं को धक्का देते हैं। सामान्य तौर पर, न्यूट्रॉन प्रकीर्णन विधियों में निहित अद्वितीय प्रकीर्णन कंट्रास्ट नैनोस्केल संरचनाओं के समय-विकास को मापने में कई फायदे प्रदान करता है, जैसे कि फार्मास्युटिकल फॉर्मूलेशन6 में घटकों का एकत्रीकरण, बहुलक प्रणालियों में क्रॉसलिंकिंग और गेलेशन प्रतिक्रियाएं 7,8, झिल्ली प्रोटीन 9,10 के मेसो क्रिस्टलीकरण में, प्रोटीन का क्षरण और प्रकटीकरण11,12 , और सिलिका आधारित सामग्री की वृद्धि 13,14,15। अद्वितीय प्रकीर्णन कंट्रास्ट समय-हल किए गए एसएएनएस (टीआर-एसएएनएस) को अन्य स्टॉप-फ्लो-आधारित मापों के लिए एक उपयोगी पूरक बनाता है।

स्टॉप-फ्लो मिक्सिंग विधियों को अक्सर छोटे-कोण एक्स-रे स्कैटरिंग (एसएएक्सएस) 16,17,18,19,20,21, फ्लोरेसेंस स्पेक्ट्रोस्कोपी 22,23,24,25,26 और प्रकाश प्रकीर्णन 27,28,29,30 में लागू किया जाता है। मिलीसेकंड समय पैमाने पर गतिज प्रक्रियाओं का अध्ययन करने के लिए 31,32 प्रयोग। एसएएनएस और एसएएक्सएस के बीच एक महत्वपूर्ण अंतर यह है कि न्यूट्रॉन प्रकीर्णन एक गैर-विनाशकारी लक्षण वर्णन तकनीक है, और इस तरह, एसएएनएस का उपयोग नमूने को आयनित विकिरण क्षति के बिना घंटों या दिनों के लिए एक ही नमूने को मापने के लिए किया जा सकता है, जो उच्च-प्रवाह एक्स-रे प्रकीर्णनप्रयोगों के दौरान हो सकता है। चूंकि बार-बार एसएएनएस माप जांच अणु या नमूने की रासायनिक संरचना को नहीं बदलेगा, उदाहरण के लिए, फोटोब्लीचिंग के प्रभाव के बिना समय-विकास का अध्ययन किया जा सकता है, जो कैनेटीक्स माप को जटिल कर सकता है जो प्रतिदीप्ति23,24 पर निर्भर करता है। इसके अलावा, एसएएनएस का उपयोग अत्यधिक केंद्रित और ऑप्टिकल रूप से अपारदर्शी नमूनों को मापने के लिए किया जा सकता है जो अक्सर गतिशील प्रकाश प्रकीर्णन जैसी प्रकाश-आधारित तकनीकों के साथ चिह्नित करना मुश्किल होता है।

नैनोस्केल पर संरचनात्मक जानकारी प्रदान करने के अलावा, एसएएनएस का उपयोग न्यूट्रॉन प्रकीर्णन लंबाई घनत्व कंट्रास्ट में भिन्नता के माध्यम से इन संरचनाओं की स्थानीय संरचना की जांच करने के लिए किया जा सकता है। विभिन्न तत्वों का प्रकीर्णन लंबाई घनत्व (एसएलडी) आवर्त सारणी में यादृच्छिक रूप से भिन्न होता है और एक ही तत्व के विभिन्न आइसोटोप के साथ भिन्न होता है। एक सामान्य रूप से शोषित उदाहरण हाइड्रोजन (1एच या एच) और ड्यूटेरियम (2एच या डी) है, जिनकी न्यूट्रॉन प्रकीर्णन लंबाई बहुत अलग है। इसलिए, हाइड्रोजन युक्त सामग्री, जैसे सर्फेक्टेंट, लिपिड, प्रोटीन, आरएनए, डीएनए और अन्य पॉलिमर, सिस्टम के भौतिक गुणों को महत्वपूर्ण रूप से बदलने के बिना एसएएनएस का उपयोग करके ड्यूरेटेड सॉल्वैंट्स से अलग किया जा सकता है। हालांकि, यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि एच / डी विनिमय नमूने में घनत्व, हाइड्रोजन-बॉन्डिंग और चरण संक्रमण तापमान को प्रभावित कर सकता है। फिर भी, हाइड्रोजन युक्त सामग्रियों के लिए एसएएनएस की अनूठी संवेदनशीलता नरम पदार्थ अनुसंधान में विशेष रूप से उपयोगी है जहां रुचि के नमूनों में एक्स-रे-आधारित तकनीकों जैसे एसएएक्सएस में कम प्रकीर्णन कंट्रास्ट और सिग्नल होते हैं। आइसोटोपिक प्रतिस्थापन भी एसएएनएस को एच-लेबल और डी-लेबल अणुओं को मिलाकर हाइड्रोजन समृद्ध सामग्रियों में आणविक विनिमय कैनेटीक्स का अध्ययन करने के लिए एक शक्तिशाली उपकरण बनाता है। आइसोटोपिक प्रतिस्थापन उन प्रणालियों में विशेष रूप से उपयोगी है जहां भारी फ्लोरोसेंट रंजक सर्फेक्टेंट या लिपिड अणुओं की तुलना में बड़े होते हैं और विनिमय कैनेटीक्स34,35 को प्रभावित कर सकते हैं।

समय-हल किए गए एसएएनएस माप फायदेमंद हैं क्योंकि मापा तीव्रता समय, लंबाई पैमाने और एसएलडी कंट्रास्ट का एक कार्य है। जैसे, टीआर-एसएएनएस प्रयोगों को स्थानिक वितरण और नमूनों की रचनाओं में समय-निर्भर परिवर्तनों की जांच करने के लिए डिज़ाइन किया जा सकता है। SANS के इन अद्वितीय लाभों ने कई नरम सामग्री प्रणालियों जैसे सर्फेक्टेंट 36,37,38, इमल्शन 39,40,41, लिपिड 34,42,43,44,45,46,47,48,49 में गतिज प्रक्रियाओं में महत्वपूर्ण अंतर्दृष्टि पैदा की है , 50, और पॉलिमर 51,52,53,54,55,56,57,58,59,60,61,62। अधिकांश TR-SANS अध्ययनों ने मिनटों से घंटों के समय के पैमाने पर ध्यान केंद्रित किया है। हालांकि, रुचि की कई गतिज प्रक्रियाएं दूसरी बार के पैमाने पर होती हैं और अंतर्निहित तंत्र को समझने के लिए आवश्यक हैं। इन प्रारंभिक समय बिंदुओं को कैप्चर करने के लिए आवश्यक है कि समाधानों को तेजी से मिश्रित किया जाए और सीटू में मापा जाए, जिसमें मिश्रण को स्टॉप-फ्लो लाइट स्कैटरिंग 27,28,29,30,31,32, फ्लोरेसेंस 22,23,24,25,26 और एक्स-रे के दौरान डेटा संग्रह के साथ सिंक किया जाता है 16,17,18,19,20,21 प्रयोग। यह काम एक नमूना वातावरण के उपयोग का वर्णन करता है जिसे तेजी से कई तरल नमूनों को मिश्रण करने और टीआर-एसएएनएस माप के लिए क्वार्ट्ज ग्लास सेल में मिश्रण इंजेक्ट करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। मिश्रण उपकरण हाल ही में विकसित केशिका रिओएसएएनएस डिवाइस63 का अनुकूलन है और नमूना मिश्रण को नियंत्रित करने और सेल सफाई को स्वचालित करने के लिए कई सिरिंज पंप और वाल्व का उपयोग करता है। सिरिंज पंपों को प्रवाह चयनकर्ता वाल्वों की एक श्रृंखला से जोड़कर, सेकंड समय पैमाने पर टीआर-एसएएनएस माप की सुविधा के लिए कई इनलेट धाराओं को बार-बार मिश्रित, मापा, कुल्ला और सुखाया जा सकता है।

वर्तमान प्रक्रिया में माना गया है कि रुचि के नमूनों की पहचान की गई है और तैयार किया गया है। हम टीआर-एसएएनएस डेटा एकत्र करने के लिए सीटू मिश्रण सेटअप और विधियों पर ध्यान केंद्रित करते हैं। न्यूट्रॉन प्रकीर्णन डेटा एनआईएसटी सेंटर फॉर न्यूट्रॉन रिसर्च (एनसीएनआर) में वीएसएएनएस उपकरण पर एकत्र किया गया था; हालांकि, प्रक्रिया अन्य एसएएनएस उपकरणों पर लागू होनी चाहिए। अन्य एसएएनएस उपकरणों पर समान प्रोटोकॉल को लागू करने में रुचि रखने वाले पाठकों को वांछित लंबाई पैमाने और समय पैमाने पर न्यूट्रॉन फ्लक्स को अधिकतम करने के लिए इष्टतम उपकरण विन्यास निर्धारित करने के लिए स्थानीय उपकरण वैज्ञानिकों के साथ परामर्श करना चाहिए जो रुचि की गतिज प्रक्रियाओं के लिए सबसे अधिक प्रासंगिक है। यहां प्रस्तुत डेटा को वीएसएएनएस पर उच्च फ्लक्स 'व्हाइट बीम' कॉन्फ़िगरेशन का उपयोग करके एकत्र किया गया था ताकि स्थानिक रिज़ॉल्यूशन 5 के नुकसान पर न्यूट्रॉन की गिनती को अधिकतम कियाजा सके। डिटेक्टर कैरिज को प्रकीर्णन वैक्टर (क्यू), 0.005 ए -1 < क्यू < 0.5 ए -1 की एक श्रृंखला को कवर करने के लिए तैनात किया गया था, जो ≈130 एनएम से ≈13 एनएम के लंबाई के पैमाने के अनुरूप था। प्रकीर्णन वेक्टर को q = 4π/λ sin (λ/2) के रूप में परिभाषित किया गया है, जिसमें λ न्यूट्रॉन तरंगदैर्ध्य है, और λ प्रकीर्णन कोण है।

टीआर-एसएएनएस माप के लिए उपयोग किए जाने वाले स्टॉप-फ्लो मिक्सिंग डिवाइस में कई पंप, कुल्ला सिरिंज, नमूना सिरिंज, प्रवाह चयनकर्ता, साथ ही साथ एडायनामिक मिक्सर, नमूना सेल और मिश्रित नमूना कंटेनर शामिल हैं, जैसा कि चित्रा 1 में दिखाया गया है। सभी सील किए गए द्रव पथ एक वातानुकूलित बाड़े के अंदर स्थित होते हैं, जिसमें सिरिंज, वाल्व, कनेक्शन ट्यूबिंग, गतिशील मिक्सर और नमूना कोशिकाएं शामिल होती हैं। एक प्रोग्रामेबल थर्मोइलेक्ट्रिक एयर कंडीशनर का उपयोग ±1 डिग्री सेल्सियस के भीतर 10 डिग्री सेल्सियस से 50 डिग्री सेल्सियस तक की सीमा में बाड़े के तापमान को नियंत्रित करने के लिए किया जाता है। ध्यान दें कि डिवाइस के कामकाजी हिस्सों को दिखाने के लिए कुछ संलग्नक इन्सुलेशन को हटा दिया गया था। मुख्य मिश्रण डिवाइस बाड़े को एनसीएनआर में एनजी 3 वीएसएएनएस बीम लाइन पर एक ट्रांसलेशनल स्टेज पर तैनात किया गया है। न्यूट्रॉन बीम (पीले डैश्ड लाइन) के पथ में नमूना सेल को रखने के लिए अनुवाद चरण का उपयोग करके बाड़े की स्थिति को समायोजित किया जाता है।

Figure 1
चित्रा 1: एनआईएसटी सेंटर फॉर न्यूट्रॉन रिसर्च में वीएसएएनएस बीमलाइन में स्टॉप-फ्लो मिक्सिंग और छोटे-कोण न्यूट्रॉन प्रकीर्णन माप के संयोजन के लिए एक उदाहरण सेटअप। सेटअप में चार सिरिंज पंप, विलायक कुल्ला के लिए दो सिरिंज और नमूना इंजेक्शन के लिए दो सिरिंज, चार पंप चयनकर्ता वाल्व, दो मिक्सर चयनकर्ता वाल्व, एक गतिशील मिक्सर, एक प्रवाह-थ्रू क्वार्ट्ज सेल और एक मिश्रित नमूना कंटेनर शामिल हैं। घटना न्यूट्रॉन नमूना सेल के अंदर स्थित मिश्रित नमूने से बिखर जाते हैं। क्वार्ट्ज खिड़कियों और थर्मोइलेक्ट्रिक वातानुकूलित इकाई के साथ एक इंसुलेटेड बाड़े का उपयोग निरंतर तापमान पर नमूना और सभी उपकरणों को नियंत्रित करने के लिए किया जाता है। पीली डैश्ड लाइन न्यूट्रॉन बीम पथ दिखाती है। स्केल पट्टी = 10 सेमी . कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें.

चित्रा 1 में दर्शाए गए डिवाइस को दो नमूना सिरिंज, दो कुल्ला सिरिंज और एक नमूना सेल के साथ कॉन्फ़िगर किया गया है। प्रोटोकॉल के विभिन्न चरणों के लिए संबंधित प्रवाह आरेख चित्रा 2 में चित्रित किए गए हैं। दो अलग-अलग नमूनों के वांछित संस्करणों को मिक्सर और नमूना सेल (चित्रा 2 ए) में इंजेक्ट किया जाता है। एक बार नमूना सेल भर जाने के बाद, इनलेट स्विच वाल्व (आईएसवी) और आउटलेट स्विच वाल्व (ओएसवी) को गतिशील मिक्सर से नमूना सेल को अलग करने और टीआर-एसएएनएस डेटा संग्रह (चित्रा 2 बी) के दौरान सेल में नमूना वापस प्रसार को रोकने के लिए बंद कर दिया जाता है। गतिशील मिक्सर से पहले, कनेक्शन ट्यूबिंग 10 सेमी से 1 मीटर तक की लंबाई में भिन्न होती है और मिश्रण देरी के समय को प्रभावित नहीं करती है। हालांकि, गतिशील मिक्सर और नमूना सेल के बीच टयूबिंग कनेक्शन मिश्रण देरी समय और आवश्यक नमूना इंजेक्शन की मात्रा को प्रभावित करेगा। डायनामिक मिक्सर, मिक्सर सेलेक्टर वाल्व (एमएसवी 1 और एमएसवी 2), और आईएसवी और ओएसवी को जोड़ने के लिए 0.04 इंच (1 मिमी) आंतरिक व्यास और 100 मिमी लंबाई के साथ प्रीकट स्टेनलेस स्टील टयूबिंग का उपयोग किया जाता है। 1 मिमी आंतरिक व्यास और 115 मिमी लंबाई के साथ फ्लोरिनेटेड ट्यूबिंग का उपयोग आईएसवी और ओएसवी (या गतिशील मिक्सर आउटलेट) को नमूना सेल से जोड़ने के लिए किया जाता है। मिश्रण देरी के समय को प्रभावित करने वाले कुल शून्य मात्रा में मिक्सर शून्य मात्रा (0.15 एमएल), मिक्सर आउटलेट और नमूना सेल इनलेट (0.09 एमएल) के बीच टयूबिंग और नमूना सेल वॉल्यूम (0.16 एमएल) शामिल हैं। इस उदाहरण में, कुल शून्य आयतन 0.4 एमएल है। ट्यूबिंग, मिक्सर और नमूना सेल शून्य मात्रा की तुलना में वाल्व की आंतरिक शून्य मात्रा नगण्य है। उदाहरण के लिए, नियोजित कम दबाव वाले चयनकर्ता वाल्व (0.75 मिमी बोर व्यास) में 4 μL की अनुमानित शून्य मात्रा होती है, जबकि उच्च दबाव वाले चयनकर्ता वाल्व और स्विच वाल्व (0.25 मिमी बोर व्यास) में 0.5 μL की अनुमानित शून्य मात्रा होती है।

टीआर-एसएएनएस माप पूरा होने के बाद, नमूने को विलायक के साथ सेल से बाहर धकेल दिया जाता है, और अवशिष्ट नमूने को हटाने और नमूना सेल को साफ करने के लिए सेल के माध्यम से कुल्ला विलायक को बार-बार पंप किया जाता है (चित्रा 2 सी)। ध्यान दें कि कुल्ला सिरिंज पंप चयनकर्ता मूल्यों के माध्यम से बड़े विलायक जलाशयों (जैसे, पानी और इथेनॉल) से जुड़े होते हैं ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि माप के बीच नमूना सेल को साफ करने के लिए पर्याप्त विलायक मात्रा उपलब्ध है। विलायक स्रोत, नमूना स्रोत, और मिश्रित नमूना कंटेनर जिनमें ज्वलनशील तरल पदार्थ होते हैं, सभी संभावित इग्निशन स्रोतों को खत्म करने के लिए बिना विद्युत उपकरण के एक अलग बाड़े में स्थित होते हैं। इसके अलावा, वाष्प-लॉकिंग बोतल कैप्स का उपयोग ज्वलनशील वाष्प और विलायक वाष्पीकरण को कम करने के लिए किया जाता है। अंत में, अवशिष्ट कुल्ला विलायक (चित्रा 2 डी) को हटाने के लिए नमूना सेल को नाइट्रोजन गैस धारा के साथ सुखाया जाता है। मिक्सर चयनकर्ता वाल्व के लिए इनलेट नाइट्रोजन गैस दबाव को नाइट्रोजन गैस सिलेंडर पर स्थित मैन्युअल दबाव नियामक का उपयोग करके लगभग 2 बार (0.2 एमपीए, गेज दबाव) तक विनियमित किया जाता है। एक बार नमूना सेल को पर्याप्त रूप से साफ और सूखने के बाद, एक नए मिश्रित नमूने को अगले माप चक्र के लिए नमूना सेल में इंजेक्ट किया जाता है ( चित्रा 2 ए में प्रवाह आरेख में सचित्र मिश्रण और इंजेक्शन को दोहराना)।

Figure 2
चित्र 2: सफाई के लिए एक नमूना सेल, दो नमूने मिश्रण, और दो कुल्ला सॉल्वैंट्स का उपयोग करके उदाहरण प्रवाह आरेख। (A) नमूना A (नीला) और नमूना B (लाल) का मिश्रण, और फिर मिश्रित नमूना (बैंगनी) को नमूना सेल में प्रवाहित करना। (बी) डेटा संग्रह के दौरान, स्टॉप-फ्लो डिवाइस स्थिति जहां आईएसवी और ओएसवी स्विच वाल्व नमूना सेल को अलग करने और डेटा संग्रह के दौरान नमूने के वापस प्रसार को रोकने के लिए बंद होते हैं। (सी) सफाई के चरण जहां नमूना सेल को डेटा संग्रह के बाद एसएस 1 (हरे) से कुल्ला विलायक से धोया जाता है। (डी) सुखाने का चरण जहां नमूना सेल को नाइट्रोजन गैस (नारंगी) के साथ सुखाया जाता है। संक्षेप: पीएसवी = पंप चयनकर्ता वाल्व; एमएसवी = मिक्सर चयनकर्ता वाल्व; ओएसवी = आउटलेट स्विच वाल्व; आईएसवी = इनलेट स्विच वाल्व; एसएस 1 = विलायक स्रोत 1; एसएसए = नमूना स्रोत ए; N2 = नाइट्रोजन गैस स्रोत। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 3 थोड़ा अलग संस्करण के लिए प्रवाह आरेख दिखाता है जिसमें मिश्रण सेटअप को एक ही स्विच वाल्व (चित्रा 3 ए) से जुड़े दो अलग-अलग नमूना कोशिकाओं के साथ कॉन्फ़िगर किया गया है। जबकि टीआर-एसएएनएस डेटा नमूना सेल 1 में एकत्र किया जाता है, नमूना सेल 2 को कुल्ला (चित्रा 3 बी) और सूखा (चित्रा 3 सी) किया जाता है। जब नमूना सेल 1 के लिए डेटा संग्रह पूरा हो जाता है, तो इनलेट स्विच वाल्व डेटा संग्रह (चित्रा 3 डी) के लिए नमूना सेल 2 में एक नए मिश्रित नमूने को निर्देशित करता है। जबकि टीआर-एसएएनएस डेटा नमूना सेल 2 में एकत्र किया जाता है, नमूना सेल 1 को धोया और सुखाया जाता है (चित्रा 3 ई)। दो नमूना कोशिकाओं के बीच यह वैकल्पिक, समानांतर प्रक्रिया बाद के नमूना इंजेक्शन के बीच के समय को कम करती है और न्यूट्रॉन बीम समय के उपयोग को अधिकतम करती है।

Figure 3
चित्रा 3: सफाई के लिए दो-नमूना कोशिकाओं, दो नमूने मिश्रण और दो कुल्ला सॉल्वैंट्स का उपयोग करके उदाहरण प्रवाह आरेख। (ए) नमूना ए (नीला) और नमूना बी (लाल) को मिलाना और फिर मिश्रित नमूना (बैंगनी) को नमूना सेल 1 में प्रवाहित करना। (बी) नमूना सेल 1 पर डेटा संग्रह के दौरान स्टॉप-फ्लो डिवाइस स्थिति जबकि नमूना सेल 2 को एसएस 1 (हरे) से विलायक से धोया जाता है। (सी) नमूना सेल 1 पर डेटा संग्रह के दौरान स्टॉप-फ्लो डिवाइस की स्थिति जबकि नमूना सेल 2 को नाइट्रोजन गैस (नारंगी) के साथ सुखाया जाता है। (डी) एक बार नमूना सेल 1 का डेटा संग्रह पूरा हो जाने के बाद, एक नया नमूना (बैंगनी) तुरंत मिश्रित होता है और नमूना सेल 2 में प्रवाहित होता है। (ई) नमूना सेल 2 पर डेटा संग्रह के दौरान स्टॉप-फ्लो डिवाइस स्थिति जबकि नमूना सेल 1 को एसएस 1 (हरे) से विलायक से धोया जाता है। जबकि एक नमूना सेल को मापा जा रहा है, दूसरे नमूना सेल को साफ और सुखाया जा रहा है। बाद के नमूना मिश्रण इंजेक्शन के बीच समय को कम करने के लिए स्टॉप-फ्लो माप प्रक्रिया दो नमूना कोशिकाओं के बीच वैकल्पिक होती है। संक्षेप: पीएसवी = पंप चयनकर्ता वाल्व; एमएसवी = मिक्सर चयनकर्ता वाल्व; ओएसवी = आउटलेट स्विच वाल्व; आईएसवी = इनलेट स्विच वाल्व; एसएस 1 = विलायक स्रोत 1; एसएसए = नमूना स्रोत ए; N2 = नाइट्रोजन गैस स्रोत। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

पंप और ट्यूबिंग लाइनों को जोड़ने, सिस्टम को प्राइमिंग करने, नमूना सेल को कुल्ला करने और सुखाने और मिश्रित नमूने को इंजेक्ट करने के लिए एक चरण-दर-चरण प्रोटोकॉल नीचे वर्णित है। यद्यपि एकल-सेल कॉन्फ़िगरेशन को सादगी (चित्रा 2) के लिए प्रदर्शित किया गया है, लचीला मॉड्यूलर सेटअप, प्रोटोकॉल और स्क्रिप्ट को आसानी से संशोधित किया जा सकता है ताकि अधिक सिरिंज पंप, वाल्व, मिक्सर या नमूना सेल कॉन्फ़िगरेशन को लागू किया जा सके, जैसे कि चित्रा 3 में दिखाए गए दो-नमूना सेल कॉन्फ़िगरेशन। मिश्रण और सफाई इंजेक्शन चक्रों में एकत्र किए गए प्रतिनिधि कच्चे न्यूट्रॉन गिनती दर डेटा को चित्रा 4 में दिखाया गया है, जबकि लिपिड एक्सचेंज कैनेटीक्स को 3 अलग-अलग तापमानों पर मापा जाता है और लिपिड के आदान-प्रदान के अंश के अनुरूप निकाले गए सामान्यीकृत बिखरे हुए तीव्रता को क्रमशः चित्रा 5 और चित्रा 6 में दिखाया गया है।

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Protocol

1. स्टॉप-फ्लो सिस्टम को सेट और शुरू करें।

  1. पावर स्विच का उपयोग करके सभी पंप पावर आपूर्ति और गतिशील मिक्सर चालू करें।
  2. डिवाइस कॉन्फ़िगरेशन पथ दर्ज करके और कमांड बस = क्यूमिक्सबस का उपयोग करके स्टॉप-फ्लो सिस्टम कंट्रोल ग्राफिकल यूजर इंटरफेस (जीयूआई) में सभी पंप और वाल्व शुरू करें। बस (), bus.open(), bus.start(), पंप=qmixpump. पंप (), पंप.इनेबल (), और वाल्व = विसीमल्टीपोस सेलेक्टर () (ऑनलाइन ओपन-सोर्स रिपॉजिटरी64 में उपलब्ध उदाहरण दीक्षा कोड देखें)।
  3. कमांड पंप.कैलिब्रेट () का उपयोग करके सिरिंज संलग्न करने से पहले पंपों को कैलिब्रेट करें।
  4. पुष्टि करें कि वाल्व शुरू किए गए हैं और कमांड वाल्व.setPort() और valve.getPort() का उपयोग करके कमांड पर सही चयनकर्ता पोर्ट पर जाएं।
  5. कमांड pump.set_syringe_param (ए, बी) का उपयोग करके प्रत्येक पंप के लिए उपयोग किए जाने वाले सिरिंज प्रकार को असाइन करें, जिसमें ए सिरिंज बैरल आंतरिक व्यास (मिमी) है, और बी सिरिंज अधिकतम पिस्टन स्ट्रोक दूरी (मिमी) है।
  6. नमूना सिरिंज को सिरिंज पंप से कनेक्ट करें।
    1. यह सुनिश्चित करने के बाद कि पंपों को कैलिब्रेट किया गया है, पंप (सिरिंज माउंट हेड) के शीर्ष पर कनेक्शन के लिए साफ सिरिंज बैरल में पेंच करें।
    2. ग्लास सिरिंज का उपयोग करते समय, सुनिश्चित करें कि भरने की मात्रा को वितरित करने से पहले सिरिंज माउंट सिर ढीला हो गया है, ताकि सिरिंज पिस्टन से अत्यधिक बल के कारण ग्लास सिरिंज न टूटे।
    3. सीरिंज पिस्टन में स्क्रू पंप (सिरिंज माउंट पूंछ) के तल पर कनेक्शन के लिए।
    4. सिरिंज बैरल और सिरिंज पिस्टन को पंप से जोड़े जाने के बाद, कमांड पंप का उपयोग करके सिरिंज प्रकार की भरण मात्रा को वितरित करें।
    5. ग्लास सिरिंज का उपयोग करते समय, पिस्टन आंदोलन बंद होने के बाद सिरिंज माउंट हेड को कस लें।
  7. ट्यूबिंग को नमूना और विलायक स्रोतों, सिरिंज, वाल्व, मिक्सर, नमूना कोशिकाओं और मिश्रित नमूना कंटेनर से कनेक्ट करें।
    1. सिरिंज पंप ट्यूबिंग को पंप चयनकर्ता वाल्व से कनेक्ट करें।
    2. पंप चयनकर्ता वाल्व ट्यूबिंग को नमूना स्रोतों से कनेक्ट करें।
    3. पंप चयनकर्ता वाल्व ट्यूबिंग को कुल्ला विलायक स्रोतों से कनेक्ट करें।
    4. पंप चयनकर्ता वाल्व ट्यूबिंग को मिक्सर चयनकर्ता वाल्व ट्यूबिंग से कनेक्ट करें।
    5. मिक्सर चयनकर्ता वाल्व ट्यूबिंग को नाइट्रोजन गैस स्रोत से कनेक्ट करें।
    6. मिक्सर चयनकर्ता वाल्व ट्यूबिंग को मिक्सर इनलेट्स से कनेक्ट करें।
    7. मिक्सर आउटलेट को इनलेट स्विच वाल्व से कनेक्ट करें।
    8. इनलेट स्विच वाल्व को नमूना सेल इनलेट से कनेक्ट करें।
    9. नमूना सेल आउटलेट को आउटलेट स्विच वाल्व से कनेक्ट करें।
    10. आउटलेट स्विच वाल्व को मिश्रित नमूना कंटेनर से कनेक्ट करें।
  8. प्रत्येक वाल्व के लिए किए गए संबंधित पोर्ट नंबर कनेक्शन में टाइप करके स्टॉप-फ्लो सिस्टम कंट्रोल जीयूआई में किए गए सभी टयूबिंग और वाल्व कनेक्शन (चरण 1.7) को परिभाषित करें (ऑनलाइन ओपन-सोर्स रिपॉजिटरी64 में उदाहरण नियंत्रण कोड देखें)।
  9. मिक्सर इनलेट और नमूना सेल आउटलेट के बीच ट्यूबिंग की शून्य मात्रा की गणना करें, जो प्रत्येक माप के लिए नमूना सेल को भरने के लिए आवश्यक नमूने की न्यूनतम मात्रा को परिभाषित करता है।

2. नमूना लोड करें।

  1. वांछित संख्याओं को टाइप करके स्टॉप-फ्लो सिस्टम कंट्रोल जीयूआई में वांछित नमूना भरण मात्रा और विलायक भरण वॉल्यूम सेट करें (ऑनलाइन ओपन-सोर्स रिपॉजिटरी64 में उदाहरण नियंत्रण कोड देखें)।
  2. पंप चयनकर्ता वाल्व के माध्यम से नमूना सिरिंज में अपने स्रोतों से वांछित नमूना और विलायक मात्रा (एस्पिरेट) खींचने के लिए पंप.एस्पिरेट () कमांड का उपयोग करें।
    नोट: जब पहली बार एक खाली सिरिंज लोड किया जाता है, तो सिरिंज के शीर्ष पर हवा मौजूद होगी जिसे चरण 3 में नमूना और विलायक के साथ सिस्टम को प्राइम करने के लिए शुद्ध किया जाना चाहिए।

3. सिस्टम को प्राइम करें।

  1. सीरिंज, ट्यूबिंग लाइनों और वाल्वों से सभी हवा को बाहर निकालने (डिस्पेंसर) करने के लिए पंप.डिस्पेंसर () कमांड का उपयोग करें। सुनिश्चित करें कि सिरिंज, ट्यूबिंग और वाल्व से सभी हवा को पूरी तरह से हटाने के लिए प्रत्येक सिरिंज से पर्याप्त तरल मात्रा वितरित की जाती है। यदि किसी भी ट्यूबिंग के अंदर हवा के बुलबुले दिखाई दे रहे हैं, तो बुलबुले को हटाने तक विलायक या नमूना देना जारी रखें।
  2. एक बार जब सिस्टम से हवा निकाल दी जाती है, तो कम से कम एक नमूना इंजेक्शन और कुल्ला प्रक्रिया करें (न्यूट्रॉन प्रकीर्णन डेटा एकत्र किए बिना)।
    1. नियंत्रण GUI में प्रारंभ मिश्रण प्रयोग लेबल वाले सेल का चयन करने के लिए क्लिक करें।
    2. इस सेल को सक्रिय रूप से चयनित करने के साथ, नियंत्रण जीयूआई के शीर्ष पर स्थित रन बटन (दाएं त्रिकोण) पर क्लिक करें, या कीबोर्ड पर शिफ्ट और एंटर कुंजियों को एक साथ दबाएं ।
    3. यह पुष्टि करने के लिए कि हवा के बुलबुले मौजूद नहीं हैं, नमूना सेल का नेत्रहीन निरीक्षण करें।
      1. यदि हवा के बुलबुले मौजूद हैं, तो ट्यूबिंग लाइनों से किसी भी हवा को और शुद्ध करने के लिए प्रोटोकॉल चरण 3.1 और 3.2 दोहराएं।
      2. यदि नमूना सेल में हवा के बुलबुले मौजूद नहीं हैं, तो शेष प्रयोग प्रोटोकॉल चरणों को परिभाषित करने के लिए चरण 4 पर आगे बढ़ें।

4. प्रोग्राम स्क्रिप्ट में स्टॉप-फ्लो मिक्सिंग प्रोटोकॉल को परिभाषित करें (ऑनलाइन ओपन-सोर्स रिपॉजिटरी64 में कोड उदाहरण देखें)।

  1. प्रोग्राम करने योग्य एयर कंडीशनर (एसी) इकाई का तापमान सेट बिंदु दर्ज करें जो स्टॉप-फ्लो डिवाइस के आसपास के इंसुलेटेड बाड़े के तापमान को नियंत्रित करता है।
    1. एसी कंट्रोल यूनिट पर स्टार बटन को पकड़ते समय सेटपॉइंट तापमान को बदलने के लिए ऊपर और नीचे के तीर दबाएं। वैकल्पिक रूप से, नियंत्रण GUI में वांछित तापमान सेटपॉइंट टाइप करें और रन पर क्लिक करें।
    2. गतिज प्रयोगशुरू करने से पहले बाड़े के इंटीरियर को वांछित तापमान पर बराबर करने की अनुमति देने के लिए 15-30 मिनट तक प्रतीक्षा करें।
      नोट: सुलभ तापमान सीमा वर्तमान में 10 डिग्री सेल्सियस और 50 डिग्री सेल्सियस के बीच है, और तापमान स्थिरता 1 डिग्री सेल्सियस ± है।
  2. नियंत्रण जीयूआई में उपयुक्त वॉल्यूम, प्रवाह दर, समय और पुनरावृत्ति की संख्या टाइप करके सभी कुल्ला अनुक्रम चरण दर्ज करें।
    1. इंजेक्शन के लिए प्रत्येक नमूने की मात्रा को परिभाषित करें, जो कुल प्रवाह दर (क्यू) को परिभाषित करता है।
    2. कुल्ला प्रक्रिया के दौरान इंजेक्ट किए जाने वाले प्रत्येक विलायक की मात्रा को परिभाषित करें।
    3. प्रत्येक कुल्ला सबस्टेप (टी ड्राई) के बीचसुखाने का समय परिभाषित करें।
    4. कुल्ला करने वाले उप-चरणों की संख्या निर्धारित करें।
    5. बाद के कुल्ला चरणों के लिए विभिन्न सॉल्वैंट्स को परिभाषित करें।
    6. प्रत्येक माप के बाद करने के लिए कुल्ला पुनरावृत्ति की संख्या को परिभाषित करें (एनकुल्ला)।
    7. नमूना सेल और मिक्सर को पूरी तरह से सूखने के समय को परिभाषित करें, बाद के नमूना इंजेक्शन (टीdry_final) के लिए एक साफ नमूना सेल प्रदान करें।
  3. स्टॉप-फ्लो सिस्टम कंट्रोल जीयूआई में उपयुक्त वॉल्यूम, प्रवाह दर और समय टाइप करके सभी नमूना इंजेक्शन अनुक्रम चरणों को परिभाषित करें।
    1. इंजेक्शन दिए जाने वाले प्रत्येक नमूने की मात्रा और प्रवाह दर को परिभाषित करें।
    2. शून्य आयतन (V शून्य) और कुल प्रवाह दर (tविलंब = Vशून्य/Q) से विलंब समय (tविलंब ) की गणना कीजिए।
      नोट: देरी का समय मिश्रित नमूने के साथ नमूना सेल भरने के लिए आवश्यक समय है।
    3. TR-SANS डेटा के लिए वांछित अधिग्रहण समय को परिभाषित करें जैसे कि ब्याज की पूरी गतिज प्रक्रिया हुई है (t scatt)।
    4. प्रकीर्णन प्रयोग के अंत और कुल्ला चक्र (टी प्रतीक्षा) की शुरुआत के बीचप्रतीक्षा समय सेट करें।
      नोट: यह प्रतीक्षा समय कम से कम 100 सेकंड होना चाहिए यदि नमूना न्यूट्रॉन ट्रांसमिशन को सेल से धोने से पहले मापा जाना है। डेटा को पूर्ण तीव्रता तक कम करने के लिए डेटा प्रोसेसिंग के दौरान नमूना संचरण की आवश्यकता होती है।
    5. चरण 4.2 (एन चक्र) में परिभाषित प्रत्येक इंजेक्शन के बीच चलाए जाने वाले कुल्ला अनुक्रमों के साथ प्रदर्शन करने के लिए इंजेक्शनचक्रों की संख्या को परिभाषित करें।
  4. समीकरण (1) का उपयोग करके एकल स्टॉप-फ्लो डेटा संग्रह चक्र (टीचक्र) के कुल समय की गणना करें।
    tचक्र = nकुल्ला × (tदेरी + tdry) + tdry_final + tदेरी + tscatt (1)
    जिसमें एनकुल्ला = कुल्ला पुनरावृत्ति की संख्या (चरण 4.2.6); टीदेरी = रुके हुए प्रवाह डिवाइस का देरी समय (चरण 4.3.2); टीड्राई = प्रत्येक कुल्ला उप-चरणों के बीच सुखाने का समय (चरण 4.2.3); टीdry_final = नमूना सेल और मिक्सर को पूरी तरह से सूखने का समय (चरण 4.2.7); tscatt = वांछित TR-SANS डेटा अधिग्रहण समय (चरण 4.3.3)

5. एसएएनएस उपकरण नियंत्रण जीयूआई में छोटे कोण न्यूट्रॉन प्रकीर्णन मापदंडों को परिभाषित करें।

  1. प्रत्येक नमूने के लिए लंबाई तराजू और रुचि की क्यू-रेंज निर्धारित करें।
  2. नमूने में न्यूट्रॉन फ्लक्स को अधिकतम करते हुए, रुचि की वांछित क्यू-रेंज को कवर करने के लिए उपकरण कॉन्फ़िगरेशन को परिभाषित करें।
  3. एसएएनएस उपकरण नियंत्रण जीयूआई में कुल वीएसएएनएस डेटा अधिग्रहण समय को चरण 4.4 (न्यूट्रॉन प्रकीर्णन डेटा अधिग्रहण समय = टी चक्र) में गणनाचक्र समय पर सेट करें।
  4. SANS उपकरण नियंत्रण GUI में नमूना संचरण माप समय 100 s पर सेट करें।
  5. SANS उपकरण नियंत्रण GUI का उपयोग करके, कमांड लाइन में GenerateEventModeData सत्य लिखकर इवेंट मोड डेटा संग्रह चालू करें।

6. टीआर-एसएएनएस डेटा को संसाधित करने के लिए स्टॉप-फ्लो प्रयोग शुरू करने से पहले डेटा कमी के लिए मानक प्रकीर्णन माप एकत्र करें।

  1. पृष्ठभूमि प्रकीर्णन को मापें।
    1. सुनिश्चित करें कि स्थानीय उपकरण शटर बंद है।
    2. अवरुद्ध बीम नमूने को नमूना एपर्चर के पीछे संलग्न करें, स्थानीय उपकरण वातावरण को सुरक्षित करें, और स्थानीय उपकरण शटर खोलें।
    3. सॉफ़्टवेयर में अवरुद्ध बीम प्रकीर्णन डेटा अधिग्रहण समय को परिभाषित करें, और अवरुद्ध बीम प्रकीर्णन डेटा एकत्र करें, जो सबसे लंबे समय तक प्रकीर्णन डेटा अधिग्रहण समय (टी स्कैट) के समान अवधि के लिए गिना जाता है।
    4. एक बार डेटा संग्रह पूरा हो जाने के बाद, उपकरण शटर को बंद करें, और नमूना एपर्चर से अवरुद्ध बीम नमूना हटा दें।
  2. खाली सेल प्रकीर्णन को मापें।
    1. सुनिश्चित करें कि नमूना सेल को अच्छी तरह से धोया और सुखाया गया है।
    2. स्थानीय उपकरण शटर खोलें।
    3. 100 सेकंड के लिए खाली सेल ट्रांसमिशन माप एकत्र करें।
    4. खाली सेल प्रकीर्णन माप एकत्र करें, कम से कम सबसे लंबे समय तक अधिग्रहण समय (टी स्कैट) के लिएगिनती करें।

7. रुका हुआ प्रवाह प्रयोग शुरू करें।

  1. इवेंट मोड में VSANS प्रकीर्णन डेटा संग्रह प्रारंभ करें।
    1. सुनिश्चित करें कि स्थानीय उपकरण क्षेत्र सुरक्षित है और फिर स्थानीय उपकरण बीम शटर खोलें।
    2. उपकरण कंप्यूटर पर SANS उपकरण नियंत्रण सॉफ्टवेयर का उपयोग करके SANS डेटा संग्रह शुरू करें, वांछित रन को उपकरण कतार में खींचकर और छोड़कर।
      नोट: यह सुनिश्चित करने के लिए कि शुरुआती समय बिंदुओं को मापा जाता है, स्टॉप-फ्लो मिक्सिंग प्रयोग शुरू करने से पहले डेटा संग्रह शुरू करें। देरी के समय (टीदेरी) के लिए डेटा को बाद के चरण में पोस्ट-प्रोसेस किया जाएगा।
  2. नियंत्रण GUI में रुका हुआ प्रवाह मिश्रण प्रयोग प्रारंभ करें।
    1. स्टॉप-फ्लो सिस्टम नियंत्रण GUI में प्रारंभ मिश्रण प्रयोग लेबल वाले नोटबुक कक्ष का चयन करें।
    2. इस सेल को सक्रिय रूप से चयनित करने के साथ, स्टॉप-फ्लो डिवाइस कंट्रोल प्रोग्राम के शीर्ष पर स्थित रन बटन (दाएं त्रिकोण) पर क्लिक करें, या कीबोर्ड पर शिफ्ट और एंटर कुंजियों को एक साथ दबाएं ।
    3. पुष्टि करें कि अनुभाग 4 में परिभाषित स्टॉप-फ्लो मिक्सिंग प्रोटोकॉल ने काम करना शुरू कर दिया है।
    4. SANS उपकरण नियंत्रण GUI का उपयोग करके प्रकीर्णन रन के बाद VSANS उपकरण कतार में 100 s ट्रांसमिशन माप जोड़ें।
    5. SANS उपकरण नियंत्रण GUI में प्रत्येक शेष बंद-प्रवाह मिश्रण चक्र(n चक्र - 1, चरण 4.3.5) के लिए उपकरण कतार में एक प्रकीर्णन माप रन और एक संचरण माप रन जोड़ें।

8. सभी पृष्ठभूमि को हटाने के लिए डेटा को संसाधित और कम करें, डिटेक्टर संवेदनशीलता के लिए सही, और नमूना संचरण के लिए सही।

  1. सर्वर से डेटा फ़ाइलों और संबद्ध ईवेंट फ़ाइलों को प्रकीर्णन डाउनलोड करें।
    नोट: प्रत्येक वीएसएएनएस माप के बाद अलग-अलग डिटेक्टर इवेंट फाइलें उत्पन्न की जाएंगी, प्रत्येक सक्रिय डिटेक्टर कैरिज (जैसे, फ्रंट, मिडिल और / या बैक डिटेक्टर) के लिए एक इवेंट फ़ाइल।
  2. कमांड इवेंट्स = रेबिन (फ़ाइल नाम) का उपयोग करके वांछित टाइम बिन में प्रकीर्णन डेटा को बिन करें, जिसके बाद कमांड ईvents.do_rebinning (टाइमबिन्स) होता है, जिसमें इनपुट फ़ाइल नाम वांछित SANS डेटा फ़ाइल के नाम से मेल खाता है, और टाइमबिन सेकंड में वांछित टाइम बिन सीमाओं की एक सूची है।
    नोट: यदि इनपुट टाइमबिन को सूची के बजाय एकल संख्या के रूप में दर्ज किया जाता है, तो डेटा को समान समय चौड़ाई के साथ डिब्बे की एन संख्या में विभाजित किया जाएगा, जहां एन इनपुट टाइमबिन है (बीमलाइन द्वारा प्रदान की गई सॉफ़्टवेयर स्क्रिप्ट देखें और ऑनलाइन ओपन-सोर्स रिपॉजिटरी64 उपलब्ध है)।
  3. बीमलाइन65 प्रदान किए गए सॉफ़्टवेयर का उपयोग करके बिन्ड स्कैटरिंग डेटा को कम करें।

9. TR-SANS डेटा का विश्लेषण करें।

  1. समीकरण (2) का उपयोग करके माप समय से ब्याज (टी प्रक्रिया) कीप्रक्रिया समय की गणना करें।
    tप्रक्रिया = ti - tस्टॉप + tदेरी (2)
    जहां प्रवाह बंद होने के बाद शुरू होने वाला माप समय डिब्बे टीआई है, प्रवाह बंद होने पर टीस्टॉप तुरंत माप समय है, औरटी देरी देरी का समय है।
  2. चरण 8.2 में परिभाषित समय डिब्बे और चरण 9.1 में गणना की गई टी प्रक्रिया का उपयोग करकेप्रक्रिया समय के फ़ंक्शन के रूप में क्यू-निर्भर तीव्रता I (q) को प्लॉट करें।
    नोट: सबसे पहले सुलभ प्रक्रिया का समयदेरी से प्रतिबंधित है। पहले की प्रक्रिया समय बिंदुओं को मापने के लिए, कुल प्रवाह दर (क्यू) बढ़ाएं या कुल शून्य मात्रा (वी शून्य) को कमकरें।
  3. प्रक्रिया समय के फलन के रूप में I(q) में परिवर्तन से ब्याज के गतिज पैरामीटर निकालें।

10. प्रयोग समाप्त करें।

  1. स्थानीय उपकरण शटर को बंद करके न्यूट्रॉन बीम को बंद करें।
  2. किसी भी भागों को डिस्कनेक्ट करने, ट्यूबिंग करने या किसी भी नमूने या मिश्रित नमूना कंटेनर को उतारने से पहले बीमलाइन द्वारा प्रदान किए गए विकिरण मॉनिटर का उपयोग करके विकिरण जांच करें।
  3. सिरिंज, टयूबिंग और मिश्रित नमूना कंटेनर को स्वास्थ्य भौतिकी विभाग में स्थानांतरित करें।
  4. स्वास्थ्य भौतिकी फॉर्म भरें और स्वास्थ्य भौतिकी कर्मियों द्वारा मूल्यांकन की प्रतीक्षा करें।

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Representative Results

यहां दिखाए गए प्रतिनिधि न्यूट्रॉन डेटा मिथाइल-β-साइक्लोडेक्सट्रिन (एमसीडी) की उपस्थिति में लिपिड एक्सचेंज कैनेटीक्स को मापते हैं, एक योजक जो विनिमय दर (केई) 66,67 के साथ पुटिकाओं के बीच लिपिड विनिमय को उत्प्रेरित करता है। पिछले प्रतिदीप्ति अध्ययनों से पता चला है कि केई एमसीडी एकाग्रता पर निर्भर करता है, और विनिमय प्रक्रिया का आधा जीवन मिनट68 के क्रम पर है। वर्तमान प्रयोग सेकंड के समय पैमाने पर पुटिकाओं के बीच एमसीडी-उत्प्रेरित लिपिड विनिमय को मापने के लिए स्टॉप-फ्लो टीआर-एसएएनएस का उपयोग करते हैं। दो समस्थानिक रूप से अलग लिपिड पुटिका आबादी तैयार की गई थी; एक पुटिका आबादी को पूंछ-हाइड्रोजनीकृत डाइमिरिस्टोइलफॉस्फेटिडिलकोलाइन (डीएमपीसी) लिपिड (चित्रा 5 में एच-लिपिड पुटिकाओं) के साथ तैयार किया गया था, और दूसरी पुटिका आबादी को पूंछ-ड्यूटेरेटेड डीएमपीसी (डीएमपीसी-डी 54) लिपिड (चित्रा 5 में डी-लिपिड पुटिकाओं) के साथ तैयार किया गया था। डीएमपीसी और डीएमपीसी-डी 54 शुष्क लिपिड पाउडर दोनों में चार्ज किए गए डाइमीरिसोटाइलफॉस्फेटिडिलग्लाइडिलग्लाइकोल (डीएमपीजी) लिपिड के 0.05 (5 मोल%) का मोल अंश जोड़ा गया था ताकि यूनिलैमेलर पुटिका गठन को बढ़ावा दियाजा सके।

अलग-अलग एच-पुटिका और डी-पुटिका समाधान एक विलायक में संबंधित लिपिड फिल्मों को हाइड्रेट करके तैयार किए गए थे, जिसमें मात्रा भारी पानी (डी2ओ) से 45% और वॉल्यूम पानी (एच2ओ) द्वारा 55% था। डी2ओ / एच2ओ विलायक संरचना की गणना इस तरह की गई थी कि विलायक के न्यूट्रॉन प्रकीर्णन लंबाई घनत्व (3) एच-लिपिड और डी-लिपिड के यादृच्छिक मिश्रण से मेल खाता है । दूसरे शब्दों में, यादृच्छिक रूप से मिश्रित एच / डी-पुटिका न्यूट्रॉन के लिए 'अदृश्य' होगी और शून्य सुसंगत न्यूट्रॉन प्रकीर्णन उत्पन्न करेगी। यूनिलैमेलर पुटिका समाधान समाधानों को पांच बार फ्रीज-पिघलाकर तैयार किया गया था और फिर 100 एनएम व्यास के छिद्रों के साथ पॉली कार्बोनेट फिल्टर के माध्यम से व्यक्तिगत समाधानों को बाहर निकाला गया था। पुटिका समाधानों को दो सिरिंज और फिल्टर के बीच 30 डिग्री सेल्सियस पर कुल 31 बार आगे और पीछे निकाला गया था। इसके बाद, उसी डी2ओ / एच2ओ विलायक मिश्रण में तैयार एक केंद्रित एमसीडी स्टॉक समाधान की एक छोटी मात्रा को पुटिका समाधान में जोड़ा गया था। अंतिम लिपिड एकाग्रता 14 mmol / L (mM) थी और mCD एकाग्रता 30 mM थी। स्टॉप-फ्लो मिक्सिंग डिवाइस में नमूना सिरिंज में घोल लोड होने से पहले अलग-अलग पुटिका समाधानों को कम से कम 30 मिनट के लिए अतिरिक्त एमसीडी के साथ बराबर किया गया था।

कई इंजेक्शन चक्रों पर मापा न्यूट्रॉन गणना दरों का एक उदाहरण चित्रा 4 ए में दिखाया गया है। प्रत्येक चक्र में 9 कुल्ला चरण, 1 सुखाने का चरण और 1 नमूना इंजेक्शन चरण शामिल थे। वीएसएएनएस उपकरण में मध्य डिटेक्टर गाड़ी पर मापी गई केवल गणना दर स्पष्टता के लिए प्रस्तुत की जाती है। फ्रंट डिटेक्टर कैरिज पर इसी तरह के रुझान पाए गए, जो बड़े प्रकीर्णन कोण या उच्च क्यू मानों पर एकत्र किए गए डेटा के अनुरूप थे। गणना दर प्रत्येक कुल्ला विलायक इंजेक्शन (विलायक एस 1 और विलायक एस 2) के साथ बढ़ी और खाली सेल बेसलाइन गणना में लौट आई जब विलायक को नाइट्रोजन गैस के साथ सेल से बाहर धकेल दिया गया और सुखाया गया। अंतिम सेल कुल्ला एस 2 के साथ था, जो इस उदाहरण में इथेनॉल था, और सेल को नमूना इंजेक्शन से पहले 3 मिनट के लिए नाइट्रोजन गैस के साथ अंतिम बार सुखाया गया था। नमूने को सेल में इंजेक्ट किए जाने के तुरंत बाद, न्यूट्रॉन गिनती दर बढ़ गई, और डेटा 5 मिनट के लिए लगातार एकत्र किया गया। चित्रा 4 ए में उदाहरण डेटा में इंजेक्ट किया गया प्रतिनिधि नमूना एक नमक बफर पृष्ठभूमि थी। समय के साथ मापा तीव्रता में उतार-चढ़ाव पृष्ठभूमि न्यूट्रॉन गणना दर में भिन्नता को दर्शाता है और औसत नमूना संरचना में परिवर्तन को प्रतिबिंबित नहीं करता है। नमूने को कुल्ला करने, सुखाने, मिश्रण करने और इंजेक्ट करने के पूरे चक्र को चित्रा 4 ए में उदाहरण में एक अतिरिक्त समय दोहराया गया था, जहां प्रत्येक चक्र कुल 15 मिनट तक चला था।

व्यक्तिगत एच-लेबल और डी-लेबल लिपिड पुटिका समाधानों को समय टी मिश्रण परमिलाया गया और तुरंत नमूना सेल में प्रवाहित किया गया। मापा न्यूट्रॉन गणना दर बढ़ गई और फिर अधिकतम मूल्य तक पहुंच गई जब नमूना सेल को टीफिल पर भरा गया था, जैसा कि चित्रा 4 बी में दिखाया गया है। नमूना सेल को भरने के लिए आवश्यक बीता हुआ समय देरी समय टी देरी कहा जाता है और टीदेरी = टीफिल-टी मिश्रण द्वारा दिया जाता है। यदि मिक्सर और नमूना सेल के बीचशून्य मात्रा (वी शून्य) ज्ञात है और कुल प्रवाह दर (क्यू) ज्ञात है, तो टीदेरी की गणना टीदेरी = वीशून्य / क्यू (प्रोटोकॉल चरण 4.3.2 देखें) के रूप में भी की जा सकती है, जो तरल नमूने के लिए मिक्सर में प्रवेश करने और नमूना सेल छोड़ने का औसत निवास समय भी है। टीफिल तक पहुंचने के बाद, प्रवाह को निरंतर प्रवाह दर पर जारी रखा गया था ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि सेल भर गया है और स्थिर स्थिति में पहुंच गया है। इसके बाद प्रवाह को तुरंत टीस्टॉप पर रोक दिया गया। औसत न्यूट्रॉन गणना दर टीफिल और टीस्टॉप के बीच माप समय के कार्य के रूप में स्थिर रही क्योंकि नमूना सेल के माध्यम से प्रवाह दर स्थिर थी, और इसलिए, न्यूट्रॉन बीम पथ के भीतर नमूना स्थिर अवस्था में था। दूसरे शब्दों में, टीस्टॉप पर मापा गया डेटा उस नमूने के अनुरूप है जिसे टीदेरी = टीफिल-टी मिक्स = वीशून्य / क्यू द्वारामिश्रित और विकसित किया गया है। टी स्टॉप के तुरंतबाद एकत्र किए गए बिन्ड माप समय ब्याज के मुख्य गतिज डेटा हैं।

चित्रा 4 सी में, तीन अलग-अलग तापमानों पर मिश्रित लिपिड पुटिकाओं के नमूने से न्यूट्रॉन गणना को सही प्रक्रिया समय पैमाने (टीप्रक्रिया) के कार्य के रूप में प्लॉट किया जाता है, जो ब्याज की प्रक्रिया समय है जिसे स्थिर-राज्य प्रवाह अवधि और देरी के समय के लिए सही किया गया है। प्रक्रिया समय पैमाने की गणना टीप्रक्रिया = टीआई- टीस्टॉप + टीदेरी, या समकक्ष रूप से, टीप्रक्रिया = टीआई- टीस्टॉप + टीफिल-टी मिश्रण द्वारा की गई थी। एसएएनएस डेटा तथाकथित इवेंट मोड में चित्रा 4 में लगातार एकत्र किया गया था। इवेंट मोड डेटा संग्रह के दौरान, प्रत्येक पता लगाए गए न्यूट्रॉन इवेंट को एक अद्वितीय टाइम स्टैम्प और दो-आयामी न्यूट्रॉन डिटेक्टर पर इसके एक्स और वाई स्थान के साथ दर्ज किया जाता है। इवेंट मोड डेटा को तब चित्रा 4 बी में वांछित टाइम बिन (टीआई) में पोस्ट-प्रोसेस किया जाता है।

सुलभ प्रक्रिया समय विंडो ऑफ इंटरेस्ट के भीतर इवेंट मोड डेटा (यानी, चित्रा 4 बी मेंरुकने के बाद प्रत्येक टी पर एकत्र किए गए न्यूट्रॉन प्रकीर्णन) को ऑनलाइन ओपन-सोर्स रिपॉजिटरी64 में उपलब्ध प्रोटोकॉल और स्क्रिप्ट का उपयोग करके उस टाइम बिन के लिए दो-आयामी (2 डी) डिटेक्टर छवि में पुनर्निर्मित किया गया था। प्रत्येक 2 डी डिटेक्टर छवि को तब पृष्ठभूमि के विभिन्न स्रोतों को घटाने के लिए डेटा रिडक्शन रूटीन का उपयोग करके संसाधित किया गया था, नमूना संचरण और डिटेक्टर दक्षता के लिए सही, और 2 डी डिटेक्टर डेटा को तीव्रता (आई) बनाम प्रकीर्णन वेक्टर (क्यू) प्लॉट65 में एकीकृत किया गया था। चित्रा 5 में डेटा को बराबर (3 एस) टाइम डिब्बे में विभाजित किया गया था और समय- और लंबाई-स्केल-निर्भर जानकारी का प्रतिनिधि है जिसे टीआर-एसएएनएस माप से प्राप्त किया जा सकता है। चित्रा 4 बी में दिखाए गए कुल कच्चे गिनती दर के समान, क्यू-निर्भर तीव्रता आई (क्यू) समय में कम हो जाती है क्योंकि बाहरी पत्रक में लिपिड विनिमय करते हैं और विभिन्न पुटिकाओं के बीच यादृच्छिक रूप से मिश्रण करते हैं।

3 अलग-अलग तापमानों पर मापा गया लिपिड एक्सचेंज कैनेटीक्स के लिए डेटा चित्रा 5 में प्रस्तुत किया गया है। प्रत्येक प्लॉट मिश्रण के बाद पहले 110 मिनट के लिए एकत्र किए गए डेटा को दर्शाता है। मापा तीव्रता 36 डिग्री सेल्सियस और 30 डिग्री सेल्सियस पर सबसे कम क्यू-मानों पर परिमाण के क्रम से घट जाती है, जो लिपिड द्रव चरण के अनुरूप होती है। इस बीच, बिखरे हुए तीव्रता डेटा 20 डिग्री सेल्सियस पर समय के साथ काफी धीमी गति से बदलते हैं, यह दर्शाता है कि लिपिड जेल चरण में बाहरी पत्रक विनिमय कैनेटीक्स बहुत धीमा है।

मापा प्रकीर्णन तीव्रता, I(q), SLD कंट्रास्ट Equation 1से संबंधित है, जिसमें पुटिका और आसपास के विलायक के बीच SLD अंतर है। यह औसत एसएलडी कंट्रास्ट किसी भी समय पुटिका में एच-लिपिड और डी-लिपिड की सापेक्ष संख्या से सीधे संबंधित है। जैसे, किसी निश्चित समय पर मापा प्रकीर्णन तीव्रता को लिपिड आबादी के अंश को निर्धारित करने के लिए सामान्यीकृत किया जा सकता है। यह सामान्यीकरण दो अतिरिक्त मापों को एकत्र करके प्राप्त किया जाता है, जिनमें शामिल हैं: (1) समय t = 0 पर मापा तीव्रता I(0), जब पुटिकाओं के बीच कोई लिपिड विनिमय नहीं होता है, और (2) समय t = ∞ पर मापा तीव्रता I(∞) जब सभी लिपिड ों का आदान-प्रदान होता है और आबादी बराबर हो जाती है। सामान्यीकृत गणना दर, 42, Equation 2चित्रा 6 में विभिन्न तापमानों के लिए प्रक्रिया समय के कार्य के रूप में प्लॉट की गई है। इस उदाहरण में, I(t) प्रक्रिया समय t (पृष्ठभूमि-घटाई गई तीव्रता को q के फ़ंक्शन के रूप में एकीकृत) पर q-एकीकृत तीव्रता है, I(∞) सभी लिपिडों के आदान-प्रदान के बाद अनंत समय पर q-एकीकृत तीव्रता है (जो विलायक पृष्ठभूमि प्रकीर्णन के समान होना चाहिए), और I(0) q-एकीकृत है समय पर तीव्रता टी = 0 (लिपिड विनिमय के बिना)। I(0) को 20 डिग्री सेल्सियस पर चरण संक्रमण तापमान के नीचे एक मिश्रित नमूने के लिए मापा गया था, जहां विनिमय धीमा था, और I (∞) को एक अलग नमूने में मापा गया था जो 40 डिग्री सेल्सियस पर 36 घंटे से अधिक समय तक बराबर था और एच-लिपिड और डी-लिपिड का पूरी तरह से आदान-प्रदान किया गया था।

सामान्यीकृत गणना दर प्रक्रिया समय t = 0 पर R(t) = 1 से t = ∞ पर R(t) = 0 तक क्षय होनी चाहिए, और नमूने में SLD कंट्रास्ट से सीधे संबंधित है और इसलिए लिपिड विनिमय की सीमा 27,28,29,30,31,32,33,34,35 . ध्यान दें कि सबसे पहले मापा गया आर (टी) डेटा आर (टी) = 1 पर 30 डिग्री सेल्सियस और 36 डिग्री सेल्सियस पर शुरू नहीं होता है, यह दर्शाता है कि मिश्रण के बाद पहले 3 सेकंड के दौरान लिपिड विनिमय की एक महत्वपूर्ण मात्रा हुई, जो नियोजित स्टॉप-फ्लो मिक्सिंग प्रोटोकॉल के देरी समय (टीदेरी = 2.4 एस) के कारण प्रयोगात्मक रूप से सुलभ नहीं थी। इस बीच, 20 डिग्री सेल्सियस पर मापा गया आर (टी) पहले (2-3) मिनट के लिए लगभग स्थिर रहा। 30 डिग्री सेल्सियस और 36 डिग्री सेल्सियस पर मापा गया लिपिड एक्सचेंज कैनेटीक्स के लिए, आर (टी) तेजी से 100 सेकंड के भीतर ≈0.5 तक क्षय हो गया, जिससे पता चलता है कि बाहरी पत्रक लिपिड पूरी तरह से आदान-प्रदान और मिनटों के भीतर समतुल्य हो गए हैं। तदनुसार, एमसीडी-उत्प्रेरित लिपिड विनिमय को कैप्चर करना स्टॉप-फ्लो एसएएनएस का उपयोग करके संभव बनाया गया था और मैनुअल पिपेट मिश्रण के साथ कैप्चर करना मुश्किल होगा। पहले की प्रक्रिया समय बिंदुओं (टी < 3 एस) को कैप्चर करने के लिए देरी के समय को कम करने के लिए छोटे शून्य मात्रा, छोटे टयूबिंग शून्य वॉल्यूम और उच्च कुल प्रवाह दर के साथ एक अलग मिक्सर प्रकार की आवश्यकता होगी।

आर (टी) लंबे समय तक क्षय होता रहा क्योंकि लिपिड आंतरिक और बाहरी पत्रकों के बीच फ्लिप-फ्लॉप होते हैं। धीमी फ्लिप-फ्लॉप प्रक्रिया (टी > 5 मिनट) के लिए टीआर-एसएएनएस डेटा को हाथ से मिश्रित असतत नमूनों के साथ एकत्र किया जा सकता है और मानक एसएएनएस नमूना कोशिकाओं में लोड किया जा सकता है, क्योंकि मैनुअल पिपेट मिश्रण विधि में लगभग 5 मिनट लगते हैं। इसी तरह, लिपिड जेल चरण में 20 डिग्री सेल्सियस पर लिपिड विनिमय मिश्रित होने और असतत रूप से मापा जाने के लिए पर्याप्त धीमा था, और इस माप को आवश्यक रूप से रोक-प्रवाह मिश्रण विधि के साथ अध्ययन करने की आवश्यकता नहीं थी। कई मिनटों से घंटों के समय के पैमाने पर कैनेटीक्स प्रक्रियाओं का माप अधिक कुशल होता है जब नमूने मैनुअल पिपेट मिश्रण द्वारा मिश्रित होते हैं। हालांकि, मिनटों से कम समय के पैमाने पर गतिज प्रक्रियाओं को इस स्टॉप-फ्लो मिक्सिंग और टीआर-एसएएनएस माप प्रक्रिया की आवश्यकता होगी।

Figure 4
चित्रा 4: मिश्रण और सफाई इंजेक्शन चक्रों के दौरान एकत्र किए गए प्रतिनिधि कच्चे न्यूट्रॉन गिनती दर डेटा। (A) न्यूट्रॉन गणना दर (मध्य डिटेक्टर) का उदाहरण कई चक्रों में बार-बार कुल्ला अनुक्रम, सुखाने के अनुक्रम और मिश्रित नमूना इंजेक्शन अनुक्रम के दौरान समय के कार्य के रूप में। (ए) में नमूना एक नमक बफर पृष्ठभूमि था, और समय के साथ तीव्रता में परिवर्तन पृष्ठभूमि गणना दर में भिन्नता को दर्शाते हैं, न कि नमूने में बदलाव। (बी) 30 डिग्री सेल्सियस पर मिश्रित एच-लिपिड और डी-लिपिड पुटिकाओं के इंजेक्शन के बाद प्रयोग समय के कार्य के रूप में मॉनिटर-सामान्यीकृत न्यूट्रॉन गणना दर। ऊर्ध्वाधर डैश्ड लाइनें मिश्रण प्रारंभ समय (टीमिश्रण), भरने का समय (टीफिल), प्रवाह स्टॉप टाइम (टीस्टॉप), और टाइम बिनिंग क्षेत्र (टीआई) को इंगित करती हैं। टी स्टॉप के बाद गिनती दर में क्षय नमूने में विपरीत के नुकसान के कारण होता है क्योंकि पुटिकाओं के बीच लिपिड विनिमय होता है। (सी) प्रयोग के पहले 100 सेकंड के लिए विनिमय प्रक्रिया समय के एक फ़ंक्शन के रूप में सामान्यीकृत न्यूट्रॉन गणना दरों की निगरानी (नीला) 20 डिग्री सेल्सियस, (हरा) 30 डिग्री सेल्सियस, और (लाल) 36 डिग्री सेल्सियस पर। इवेंट मोड डेटा को 1 एस डिब्बे में संसाधित किया जाता है। संक्षेप: एस 1 = विलायक 1; एस 2 = विलायक 2; टीमिक्स = प्रयोग समय जिस पर नमूना समाधान मिश्रित होते हैं; टीफिल = प्रयोग समय जिस पर नमूना सेल भरा जाता है; टीस्टॉप = प्रयोग समय जिस पर प्रवाह बंद हो जाता है; टीप्रक्रिया = ब्याज की गणना गतिज प्रक्रिया समय। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Figure 5
चित्र 5: लिपिड पुटिकाओं की बाहरी परत के उत्प्रेरित आदान-प्रदान का चित्रण और विभिन्न तापमानों पर प्रकीर्णन वेक्टर (क्यू) के कार्य के रूप में बिखरी हुई तीव्रता (आई) में संबंधित परिवर्तन। (ए) टी = 0 पर प्रारंभिक मिश्रण के बाद एच-लिपिड और डी-लिपिड पुटिकाओं के बीच लिपिड विनिमय दिखाने वाला योजनाबद्ध और (बी) मिथाइल-β-साइक्लोडेक्सट्रिन (एमसीडी) द्वारा उत्प्रेरित बाहरी परत का आदान-प्रदान। तरंग वेक्टर क्यू को प्रकीर्णित करने के कार्य के रूप में न्यूट्रॉन प्रकीर्णन तीव्रता में कमी। स्टॉप-फ्लो मिक्सिंग प्रयोगों और वीएसएएनएस माप को (सी) 36 डिग्री सेल्सियस, (डी) 30 डिग्री सेल्सियस और (ई) 20 डिग्री सेल्सियस पर दोहराया गया था। प्रस्तुत डेटा को प्रत्येक निर्दिष्ट तापमान पर मिश्रण के बाद पहले 10 मिनट में 3 सेकंड के अंतराल में विभाजित किया गया था। त्रुटि पट्टियाँ गिनती के आंकड़ों से प्रचारित अनिश्चितता हैं और एक मानक विचलन का प्रतिनिधित्व करती हैं। संक्षेप: केई = अंतर-पुटिका लिपिड विनिमय के लिए दर स्थिर; एमसीडी = मिथाइल-β-साइक्लोडेक्सट्रिन; केएफ = अंतर-पत्रक लिपिड विनिमय के लिए दर स्थिर, जिसे लिपिड फ्लिप-फ्लॉप भी कहा जाता है; l(q) = सेमी-1 की इकाइयों के साथ SANS तीव्रता को मापा जाता है; q = प्रकीर्णन वेक्टर। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Figure 6
चित्र 6: लिपिड के आदान-प्रदान के अंश के अनुरूप सामान्यीकृत बिखरी हुई तीव्रता जिसे ब्याज की गतिज प्रक्रियाओं के लिए दर स्थिरांक निकालने के लिए मॉडलिंग किया जा सकता है। (A) 3 s और 600 s के बीच समय के पैमाने पर होने वाले पुटिकाओं के बाहरी पत्रक के बीच लिपिड विनिमय (नीला) 20 °C, (काला) 30 °C, और (लाल) 36 °C पर मापा जाता है। आकृति में इनसेट गतिज प्रक्रिया के पहले 60 एस पर ज़ूम इन करता है। त्रुटि पट्टियाँ प्रकीर्णन तीव्रता के संख्यात्मक एकीकरण से प्रचारित अनिश्चितता हैं और एक मानक विचलन का प्रतिनिधित्व करती हैं। संक्षेप: आर (टी) = सामान्यीकृत बिखरी हुई तीव्रता; टीप्रक्रिया = ब्याज की सही प्रक्रिया समय। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

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Discussion

वर्तमान प्रक्रिया मिश्रण डिवाइस और स्टॉप-फ्लो टीआर-एसएएनएस माप करने के चरणों का वर्णन करती है। डिवाइस और प्रोटोकॉल को कम चिपचिपाहट वाले तरल नमूनों के लिए अनुकूलित किया जाता है जहां ब्याज के समय पैमाने ≈1 सेकंड से 5 मिनट तक होते हैं। 5 मिनट से अधिक समय के पैमाने के लिए, नमूनों को मैन्युअल रूप से मिलाना और उन्हें मानक प्रकीर्णन कोशिकाओं में लोड करना आसान और वांछनीय हो सकता है, खासकर उच्च चिपचिपाहट नमूने, जैल या पेस्ट के लिए। 1 सेकंड से कम समय स्केल तक पहुंचने के लिए देरी के समय को कम करने के लिए एक अलग मिश्रण उपकरण, कम कुल शून्य मात्रा और उच्च कुल प्रवाह दर की आवश्यकता होती है। यह भी ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि इन कम समय के पैमानों पर गतिज प्रक्रियाओं का अध्ययन करने के लिए टीआर-एसएएनएस के साथ मिलीसेकंड समय पैमाने पर पर्याप्त प्रकीर्णन गिनती के आंकड़ों को जमा करने के लिए बार-बार नमूना इंजेक्शन की आवश्यकता होगी। यदि कुल नमूना मात्रा सीमित है, तो एक उच्च प्रवाह तकनीक का उपयोग करना वांछनीय हो सकता है, जैसे कि प्रकाश प्रकीर्णन या एक्स-रे प्रकीर्णन, जिसके लिए प्रति इंजेक्शन कम नमूना इंजेक्शन या कम नमूना मात्रा की आवश्यकता होती है, यह मानते हुए कि प्रकाश या एक्स-रे प्रकीर्णन के साथ पर्याप्त प्रकीर्णन विपरीत मौजूद है।

यह मॉड्यूलर स्टॉप-फ्लो एसएएनएस दृष्टिकोण व्यावसायिक रूप से उपलब्ध स्टॉप-फ्लो उपकरणों की तुलना में कई प्रमुख फायदे और नुकसान बनाता है जिन्हें न्यूट्रॉन प्रकीर्णन प्रयोगों के लिए अनुकूलित किया गया है। मुख्य लाभों में शामिल हैं (1) न्यूट्रॉन बीम समय के उपयोग को अधिकतम करने के लिए कुल्ला करने की अवधि के दौरान विभिन्न नमूना कोशिकाओं के बीच बारी-बारी से टीआर-एसएएनएस माप, (2) त्रिगुट नमूना मिश्रण या अन्य अधिक जटिल नमूना मिश्रण आवश्यकताओं के लिए सिरिंज, सिरिंज वॉल्यूम और मिक्सर प्रकारों की संख्या को अनुकूलित करना, और (3) नमूना सेल को अलग करके और लंबे समय के पैमाने पर वापस प्रसार को समाप्त करके लंबी माप अवधि की अनुमति देना (>10 मिनट)। हालांकि यहां लागू नहीं किया गया है, मिश्रण सेल डिजाइन की मॉड्यूलरिटी भी कई माप विधियों के साथ एक साथ डेटा संग्रह की अनुमति देगी, जैसे कि एसएएनएस, यूवी-विस और फ्लोरेसेंस माप70। इस मॉड्यूलर सेटअप के दो प्रमुख नुकसानों में (1) अन्य प्रणालियों की तुलना में अपेक्षाकृत अधिक मिश्रण देरी समय (1 एस से 3 एस) शामिल हैं जो 1 एमएस से 100 एमएस देरी समय प्रदान कर सकते हैं, और (2) अन्य उपलब्ध प्रणालियों की तुलना में एक छोटी ऑपरेटिंग तापमान सीमा (10 डिग्री सेल्सियस से 50 डिग्री सेल्सियस) जो -20 डिग्री सेल्सियस से 80 डिग्री सेल्सियस से अधिक ऑपरेटिंग तापमान तक पहुंच सकते हैं।

सीटू मिश्रण प्रयोगों में प्रदर्शन करने से पहले रुचि के नमूनों पर प्रारंभिक एसएएनएस डेटा एकत्र करना सर्वोत्तम टीआर-एसएएनएस डेटा एकत्र करने के लिए महत्वपूर्ण है, विशेष रूप से आणविक विनिमय कैनेटीक्स की निगरानी के लिए डिज़ाइन किए गए प्रयोगों में, जैसे कि यहां प्रस्तुत उदाहरण। I(0) और I(∞) के सटीक मानों का निर्धारण सामान्यीकृत तीव्रता, R(t) के सटीक मूल्यों की गणना के लिए महत्वपूर्ण है, जिसे वांछित गतिज मापदंडों को निकालने के लिए मॉडलिंग किया गया है। आई (0) के मूल्य की गणना सीधे अलग-अलग एच-पुटिका और डी-पुटिका स्टॉक की मापा प्रकीर्णन तीव्रता से की जा सकती है, और आई (∞) को एच-लिपिड / डी-लिपिड के 50/50 मिश्रण से तैयार एक अलग पुटिका नमूना तैयार करके निर्धारित किया जा सकता है। इन नियंत्रण नमूनों से प्रकीर्णन डेटा का उपयोग टीआर-एसएएनएस माप के लिए इष्टतम क्यू-रेंज और एसएएनएस उपकरण कॉन्फ़िगरेशन निर्धारित करने के लिए भी किया जा सकता है ताकि सिग्नल को अधिकतम किया जा सके और टीआर-एसएएनएस प्रयोगों के दौरान एक्सचेंज कैनेटीक्स की प्रगति को सत्यापित किया जा सके। यदि मिश्रण के बाद पहली बार बिंदु पर मापा तीव्रता गणना की गई आई (0) के बराबर नहीं है, तो ब्याज की सभी प्रक्रियाओं को पकड़ने के लिए तेजी से मिश्रण समय की आवश्यकता हो सकती है। एक बार मापा तीव्रता आई (∞) तक पहुंचने के बाद, विनिमय प्रक्रिया पूरी हो जाती है, और सेल को अगले इंजेक्शन की तैयारी में खाली और साफ किया जा सकता है।

टीआर-एसएएनएस के लिए तरल नमूने को सफलतापूर्वक मिश्रण करने के लिए, यह सुनिश्चित करना महत्वपूर्ण है कि सभी सिरिंज, वाल्व और ट्यूबिंग लाइनें प्राइमेड और एयर-फ्री हैं, और रिसाव को रोकने के लिए सभी ट्यूबिंग कनेक्शन सुरक्षित हैं। इन महत्वपूर्ण चरणों को सही ढंग से करने में विफल रहने से गलत मिश्रण वॉल्यूम या गलत पूर्ण प्रकीर्णन तीव्रता हो सकती है। उदाहरण के लिए, न्यूट्रॉन बीम पथ में कम नमूना मात्रा के कारण नमूना सेल के भीतर फंसे हवा के बुलबुले मापा एसएएनएस तीव्रता को कम कर देंगे। वैकल्पिक रूप से, एयर-लिक्विड इंटरफेस पर बीम अपवर्तन के कारण हवा के बुलबुले डिटेक्टर पर उच्च तीव्रता के 'लकीरें' या 'फ्लेयर्स' पैदा कर सकते हैं। समय के साथ मापा प्रकीर्णन तीव्रता में अप्रत्याशित परिवर्तन खराब नमूना मिश्रण, वाल्व रिसाव, नमूना सेल में हवा के बुलबुले, या नमूना बैक-प्रसार का संकेत दे सकते हैं।

टीआर-एसएएनएस प्रयोग के दौरान प्रत्येक नमूने के लिए एक संचरण माप एकत्र करना एकत्र किए गए डेटा को पूर्ण तीव्रता तक कम करने के लिए महत्वपूर्ण है। कुछ SANS उपकरणों पर प्रकीर्णन और संचरण डेटा को एक साथ एकत्र करना संभव है, जो समग्र TR-SANS डेटा अधिग्रहण प्रोग्रामिंग को सरल बनाता है; हालाँकि, यह इस प्रोटोकॉल में उपयोग किए जाने वाले VSANS उपकरण सहित सभी उपकरणों पर संभव नहीं है। चूंकि नमूना संचरण और नमूना प्रकीर्णन माप के लिए अलग-अलग उपकरण विन्यास की आवश्यकता होती है, इसलिए प्रकीर्णन माप (प्रोटोकॉल चरण 7.2.4) के अंत में ट्रांसमिशन माप एकत्र किए गए थे ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि नमूने को सेल में इंजेक्ट करने के बाद प्रकीर्णन डेटा को शुरुआती समय बिंदुओं पर मापा गया था। संचरण केवल कुल मौलिक संरचना, नमूना पथ की लंबाई और न्यूट्रॉन तरंग दैर्ध्य पर निर्भर करता है। इसलिए, संचरण को नहीं बदलना चाहिए यदि कुल मौलिक संरचना पूरे समय-हल किए गए प्रयोग में स्थिर रहती है। एक ही नमूने के बार-बार चलने के बीच संचरण मूल्यों में बड़े अंतर प्रयोग के दौरान असंगत मिश्रण नमूना वॉल्यूम, नमूना सेल के अपूर्ण भरने, हवा के बुलबुले, या वाल्व रिसाव और नमूना बैकफ्लो से एक समस्या का संकेत देते हैं।

टीआर-एसएएनएस का एक अनूठा लाभ यह है कि मापा तीव्रता प्रकीर्णन वेक्टर (क्यू) पर निर्भर है और इसका उपयोग नैनोस्केल पर स्थानिक परिवर्तनों की जांच के लिए किया जा सकता है। जब स्टॉप-फ्लो मिक्सिंग डिवाइस के साथ जोड़ा जाता है, तो टीआर-एसएएनएस इन नैनोस्केल परिवर्तनों की जांच दूसरे से मिनट के समय के पैमाने पर कर सकता है, जो सर्फेक्टेंट और लिपिड, बहुलक और प्रोटीन एकत्रीकरण के स्व-संयोजन और आदान-प्रदान में अंतर्दृष्टि प्रदान करता है। दो या दो से अधिक तरल नमूनों के मिश्रण की सुविधा के लिए स्टॉप-फ्लो डिवाइस को कई नमूना सिरिंज पंप और सिरिंज के साथ कॉन्फ़िगर किया जा सकता है। यह लचीलापन रुचि के कैनेटीक्स पर एडिटिव्स की व्यवस्थित जांच को सक्षम बनाता है। उदाहरण के लिए, लिपिड एक्सचेंज कैनेटीक्स45,46 पर पेप्टाइड एकाग्रता के प्रभावों का अध्ययन करने के लिए एक केंद्रित रोगाणुरोधी पेप्टाइड समाधान के विभिन्न संस्करणों को एच-पुटिका और डी-पुटिका समाधानों के साथ मिलाया जा सकता है। इसके अतिरिक्त, क्योंकि सभी सील किए गए द्रव पथ एक तापमान-नियंत्रित बाड़े में संलग्न होते हैं, जिसमें नमूना सिरिंज, वाल्व, मिक्सर और ट्यूबिंग शामिल हैं, सिस्टम के तापमान को ब्याज की गतिज प्रक्रियाओं से संबंधित थर्मोडायनामिक मापदंडों को निकालने के लिए बदला जा सकता है।

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Disclosures

लेखकों के पास घोषित करने के लिए हितों का कोई टकराव नहीं है।

Acknowledgments

एनजी 3 वीएसएएनएस तक पहुंच सेंटर फॉर हाई-रिजोल्यूशन न्यूट्रॉन स्कैटरिंग द्वारा प्रदान की गई थी, जो समझौते संख्या डीएमआर -2010792 के तहत राष्ट्रीय मानक और प्रौद्योगिकी संस्थान और राष्ट्रीय विज्ञान फाउंडेशन के बीच एक साझेदारी है। एम.एच.एल.एन मिटाक्स ग्लोबलिंक (कनाडा) द्वारा प्रदान किए गए वित्त पोषण को स्वीकार करता है। किसी भी वाणिज्यिक उत्पादों या व्यापार नामों की पहचान समझ को बढ़ावा देने के लिए है और इसका मतलब राष्ट्रीय मानक और प्रौद्योगिकी संस्थान द्वारा समर्थन या सिफारिश नहीं है।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Dynamic mixer Analytical Scientific Instruments 462-0150A Magnetically coupled rotor, binary dynamic mixer assembly (ternary type available), 0.15 mL dead volume (larger dead volume available)
Fluoropolymer tubing IDEX Health & Science 1507L PFA Tubing Natural 1/16 inch OD x 0.040 inch ID x 50 ft
Fluoropolymer 1/4-28 flangeless fittings IDEX Health & Science XP-245 PFA flangeless fitting with ferrules, 1/4-28 threading, 1/16 inch OD tubing
Glass syringes Hamilton Company 81660 Hamilton 1000 series syringes, 10 mL (81660), model 1010 C syr, 1/4"-28 thread termination, other volumes available
High-pressure flow selector valves Vici Valco C85X-1570EUTB Vici 10 position selector valves, 15000 psi max, 0.25 mm bore, 1/16 inch OD tubing, 10-32 coned threaded ports, USB universal actuator
High-pressure switch valves Vici Valco C82X-1574EUHB Vici 4 port switch valves, 15000 psi max, 0.25 mm bore, 1/16 inch OD tubing, 10-32 coned threaded ports, USB universal actuator
High-pressure syringes Cetoni A2019000358 3 mL stainless steel syringe, 510 bar max, 21 mL/min flow rate max
Low-pressure flow selector valves Vici Valco C25-3180EUHB Vici 10 position selector valves, max 250 psi liquid, 0.75 mm bore, 1/16 inch OD tubing, 1/4-28 threaded ports, USB universal actuator
neMESYS high-pressure syringe pumps Cetoni A3921000103 Max force 2600 N
neMESYS mid-pressure syringe pumps Cetoni A3921000131 Max force 1000 N
Power supply Cetoni A3921000127 Base 600, supplies power for up to 4 high pressure pumps
Quartz flow-through sample cell Starna Scientific 3-2.30-Q-1/TC Quartz micro flow cells, 2 mm path length (1 mm available), 2 mm by 2 mm by 30 mm internal dimension
Quartz windows Technical Glass Products NA GE 124 Clear fused quartz ground and polished plates, 11.75 inch by 23.75 inch by 0.375 inch thick
Stainless steel 10-32 coned compression fittings IDEX Health & Science U-321X, U-320X 316 stainless steel ferrule (U-321X) and nut (U-320X) -Valco type, 10-32 coned, for 1/16 inch OD stainless steel tubing
Stainless steel tubing IDEX Health & Science U-102 Stainless Steel Tubing 1/16 inch OD x 0.020 inch ID, 10 cm, various precut lengths available
Syringe pump control software Cetoni T6000000004 QmixElements software for nemesys pumps, QmixSDK software development kit
Thermoelectric air conditioner EIC Solutions AAC-140C-4XT-HC Thermoelectric air conditioner mounted on insulated enclosure to control the pump, valve, mixer, and sample temperature
T-slot railing McMaster-Carr 47065T103 Aluminum t-slotted railing (1.5 inch by 1.5 inch) cut to various lengths
Vapor locking bottle caps  Cole-Parmer EW-12018-02 Four 304 SS port inserts, 1/4"-28 threads, GL45 bottle cap size, PTFE body, SS threads, PP collar

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