Estudar Soft-matéria e Sistemas Biológicos longo de um comprimento escala larga de nanômetros e micrômetro Tamanhos no pequeno ângulo Neutron Difract�etro KWS-2

Bioengineering
 

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Radulescu, A., Szekely, N. K., Appavou, M. S., Pipich, V., Kohnke, T., Ossovyi, V., Staringer, S., Schneider, G. J., Amann, M., Zhang-Haagen, B., Brandl, G., Drochner, M., Engels, R., Hanslik, R., Kemmerling, G. Studying Soft-matter and Biological Systems over a Wide Length-scale from Nanometer and Micrometer Sizes at the Small-angle Neutron Diffractometer KWS-2. J. Vis. Exp. (118), e54639, doi:10.3791/54639 (2016).

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Abstract

O SANS difractómetro KWS-2 é dedicado à investigação da matéria macia e sistemas biofísicos que cobrem uma escala de comprimento de largura, a partir nm para um. O instrumento é otimizado para a exploração da vasta gama Q transferência de momento entre 1x10 -4 e 0,5 Å -1 combinando pinhole clássica, concentrando-se (com lentes) e tempo-de-voo (com helicóptero) métodos e, simultaneamente, proporcionando alta -neutron intensidades com uma resolução ajustável. Devido à sua capacidade para ajustar a intensidade e a resolução dentro de amplos limites durante a experiência, combinada com a possibilidade de equipar os ambientes de amostras específicos e dispositivos auxiliares, a KWS-2 mostra uma versatilidade elevada na abordagem da ampla gama de estudos estruturais e morfológicas no o campo. estruturas de equilíbrio pode ser estudada em medições estáticas, enquanto processos dinâmicos e cinéticos podem ser investigados em escalas de tempo entre minutos a dezenas de millisecgundos com abordagens resolvidas no tempo. Sistemas típicos que são investigados com a tampa da KWS-2 gama de sistemas complexos, hierárquicos que apresentam vários níveis estruturais (por exemplo, geles, redes ou agregados macro-económicos) para pequenas e mal-espalhamento de sistemas (por exemplo, polímeros individuais ou proteínas solução). A recente atualização do sistema de detecção, que permite a detecção de taxas de contagem na faixa de MHz, abre novas oportunidades para estudar mesmo muito pequenas morfologias biológicas em solução tampão com sinais de espalhamento fracos perto do nível de dispersão tampão com alto Q.

Neste artigo, nós fornecemos um protocolo para investigar amostras com níveis tamanho característico abrangendo uma escala de comprimento de largura e exibindo encomendar na estrutura de mesoescala utilizando KWS-2. Nós apresentamos detalhadamente como usar os vários modos de trabalho que são oferecidas pelo instrumento e o nível de desempenho que seja alcançado.

Introduction

Os materiais macios e biológicos mostram uma rica variedade de morfologias que são caracterizados por características tais como auto-organização e auto-montagem de unidades elementares para maiores, agregados complexos. Eles mostram também interacção cooperativa com um grande número de graus de liberdade; fraca interacção entre as unidades estruturais, e, assim, de alta sensibilidade a campos externos; e as correlações espaço-temporais que podem medir uma vasta gama, a partir de nanômetros a milímetros e de nanossegundos para dias. Por causa da grande variedade de Length- e escalas de tempo relevante, a caracterização experimental das propriedades destes materiais são muito desafiante. Dispersando técnicas com neutrões desempenhar um papel importante na investigação da estrutura, dinâmica, e as propriedades termodinâmicas de tais sistemas complexos. Como sondas originais, neutrões oferecem a vantagem de diferentes interacções entre o 1 H e 2 H (deutério, D) isótopos de hidrogénio. A grande diferemcia na densidade comprimento de espalhamento coerente entre o hidrogénio e deutério representa a base dos métodos de variação de contraste e de harmonização contraste. Como a maior parte da matéria mole e sistemas biológicos consistem em hidrocarbonetos, hidrogénio / deutério (H / D) substituição oferece a possibilidade de variar a densidade de comprimento de espalhamento coerente de um composto ao longo de um amplo intervalo. Com esta técnica, os componentes seleccionados de um sistema complexo podem ser marcadas por troca isotópica. Dependendo do seu contraste-a diferença entre o quadrado da sua densidade e comprimento de espalhamento de que os outros componentes ou componentes de regiões seleccionadas dentro de uma matéria macia ou morfologia complexa biofísico pode ser tornada visível ou invisível na experiência espalhamento sem alterar quimicamente o sistema. Além disso, neutrões são altamente penetrante e pode ser utilizado como sondas não destrutivos e para o estudo de amostras em ambientes especiais, em que a contribuição dos materiais adicionais colocados no feixe pode ser relihabilmente medido e corrigido para.

experimentos espalhamento elástico fornecer informações sobre a estrutura e morfologia de uma amostra. A intensidade dispersa é medida no espaço recíproco como uma função do momento transferido Q, onde Q = 4π / λ pecado Θ / 2, com λ - o comprimento de onda de neutrões e Θ - o ângulo de espalhamento; este é então traduzido para o espaço real através de uma transformação Fourier inversa. Assim, grandes valores de Q relacionar com escalas de comprimento curto, com as correlações inter-atômicas investigados por difração de nêutrons clássica (ND). Em valores Q pequenas, grandes escalas de comprimento podem ser explorados por pequenas ângulo de espalhamento de nêutrons (SANS). Normalmente, simples ou montagem sintéticos ou naturais macromoléculas em solução, derreter, cinema, amostras ou a granel são caracterizados através de uma escala de comprimento de largura, a partir de tamanhos nanômetros e micrômetro, através da aplicação das SANS pin-hole clássicas ea uLTRA-SANS (com base em um único cristal de difratometria de focagem ou) técnicas. No entanto, a combinação de diferentes métodos ou meios para se alcançar uma caracterização estrutural completa às vezes é difícil por causa de questões como a quantidade disponível de amostra, a estabilidade das amostras durante longos prazos, reprodutibilidade dos efeitos em condições termodinâmicas especiais, e a análise conjunta dos dados experimentais obtidos em diferentes geometrias experimentais. Além disso, os estudos que lidam com estruturas e mudanças estruturais rápidas que são caracterizadas por um elevado espaço ou tempo de resolução são muito desafiadoras, exigindo montagens experimentais muito especiais. Portanto, o desenvolvimento de instrumentos SANS altamente versáteis, onde os limites podem ser empurradas para além da configuração típica de uma maneira fácil e viável, é benéfico para a reunião de todas as demandas especiais da comunidade de usuários.

O difractómetro SANS KWS-2 (Figura 1), operado pela J2; lich Centro de Neutron Science (JCNS) no Heinz Maier-Leibnitz Center (MLZ), em Garching, era originalmente um SANS pinhole instrumento clássico beneficiando de um alto fluxo de nêutrons (Figura Suplementar 1) fornecida pela fonte de nêutrons FRM II 1 e do sistema de guia dedicado 2-4. Depois de atualizações repetidas, o instrumento foi optimizado para a exploração de uma gama Q de largura, entre 1x10 -4 e 0,5 Å -1, proporcionando alta intensidade de neutrões e uma resolução ajustável. Com a disponibilidade de ambientes de amostras específicos e dispositivos auxiliares (Tabela 1), o aparelho pode ser equipado para estudar matéria mole e sistemas biofísicos mais de uma ampla escala de comprimento, a partir de nm até um, por meio de medições estáticas; ele também pode realizar investigações resolvida em tempo de estruturas e morfologias em equilíbrio ou em transformação devido a processos cinéticos, abrangendo uma ampla escala de tempo entre minutos e dezenas demilissegundos. No modo de funcionamento convencional (Figura 2A), uma faixa de Q entre 7x10 -4 a -1 e 0,5 Å -1 pode ser coberto através da variação da distância de amostra-para-detector e / ou do comprimento de onda. Portanto, os níveis estruturais e efeitos de correlação em uma escala de comprimento de 10 A até 9.000 Å pode ser inspecionado no espaço real (onde a dimensão é considerada como 2π / Q). A selecção do comprimento de onda, entre 4,5 A e 20-A, utilizando um monocromador mecânica (selector de velocidade) que proporciona uma propagação de onda Δλ / λ = 20%, a variação das condições de colimação (colimação comprimento L C e de abertura das aberturas, A C - a abertura de entrada, seguindo o último segmento de nêutrons guia na viga, e a S - a abertura da amostra, mesmo em frente da amostra) e de detecção de distância L D são feitos automaticamente, através do controle de computador.

Q m, e a detecção rápida em altas taxas de contagem na faixa MHz foram realizadas recentemente, com o objetivo de impulsionar o desempenho do instrumento. Durante este processo, o instrumento foi equipado com recursos adicionais.

Há um helicóptero duplo disco 5 com aberturas variáveis de fenda (Suplementar Figura 2) e modo de aquisição de dados em tempo-de-voo (TOF). O helicóptero pode ser operado a uma variando f triturador de frequência entre 10 Hz e 100 Hz e nas aberturas angulares das duas janelas choppers entre ângulos de 0 ° ≤ Δφ ≤ 90 ° alterando o posicionamento dos dois discos com respeito um ao outro. A melhoria na resolução de comprimento de onda Δλ / λ é conseguido através da redução do tempo do τ guia de nêutrons abertura w por decraliviando Δφ e / ou aumentando f helicóptero. Os impulsos resultantes registados no detector são divididos num número adequado de canais de tempo que correspondem τ W de largura e são caracterizadas pela destinado Δλ / λ.

Há também elementos de focagem feitos de fluoreto de magnésio MgF2 lentes parabólicos 6 com um diâmetro de 50 mm (Figura 1). 26 MgF2 lentes são agrupados em três volumes (4 + 6 + 16 lentes) que podem ser movidos de forma independente no feixe para atingir as condições de focagem com diferentes comprimentos de onda X = 7-20 a. A fim de aumentar a transmissão através da redução da dispersão em fonões no material das lentes, as lentes são mantidos a 70 K, utilizando um sistema de arrefecimento especial.

Há um detector de cintilação secundária de alta resolução sensível à posição com uma resolução de posição 1 mm e um pixel de 0,45 milímetro de tamanho. o detectoré tipicamente colocado na torre na parte superior do tanque de vácuo, a uma distância fixa D L = 17 m e pode ser movido verticalmente dentro ou para fora do feixe (Figura 1). O detector principal está estacionado na posição final do tanque a 20 m, enquanto o detector secundário é movido no feixe quando as investigações de alta resolução (Q) baixo usando lentes estão a ser realizados 4,7. O detector secundário é colocado em um ponto focal do sistema de lentes, enquanto uma pequena abertura de entrada com uma relação L C = 20 m seria, neste caso, no outro ponto focal.

Há um novo sistema de detecção principal, que consiste de uma matriz de 144 3 tubos He (com um rendimento global por tubo de 85% para λ = 5 A) e que define uma área de detecção activo equivalente a 0,9 m 2 (Figura 1). Inovadores eletrônica de leitura rápida montados em uma caixa fechada na parte traseira do quadro de tubo 3 Ele melhora aleia-out características e reduz o ruído de fundo. O novo sistema que substituiu o detector de cintilação de idade (6 Li cintilador e uma matriz de 8x8 fotomultiplicadores, Figura 1) é caracterizada por uma constante de tempo morto eficaz de 25 nanossegundos e uma taxa de contagem global tão alto quanto 5 MHz a 10% Dead- tempo de perfis planos. Estas características são, devido ao facto de o sistema contém canais independentes operados em paralelo, o que é uma vantagem em relação aos sistemas que experimentam tempo morto depois de um evento. A taxa de contagem muito maior encurta os tempos de medição e, por conseguinte, aumenta o número de experiências que pode ser realizado no mesmo período de tempo.

Com todas estas inovações, o instrumento tornou-se uma ferramenta altamente versátil que pode lidar com uma ampla gama de estudos estruturais, oferecendo vários modos de trabalho (Tabela 2) que podem ser selecionados e utilizados de uma forma directa e fácil de usar. No modo de alta intensidade (A Figura 2B), até doze vezes o ganho de intensidade em comparação com o modo convencional do furo de pino para a mesma resolução pode ser conseguida com as lentes através do aumento do tamanho da amostra. No modo de resolução sintonizável com helicóptero e dados TOF aquisição, melhor caracterização das características de dispersão em diferentes gamas de Q estão activados pela possibilidade de variar o comprimento de onda resolução Δ λ / λ entre 2% e 20% 5. No modo estendido Q -range (Figura 2C), usando lentes eo detector de alta resolução secundário, um Q m tão baixo quanto 1 x 10 -4 a -1 pode ser alcançada, o que, em combinação com o modo de pinhole, licenças a exploração de tamanhos sobre uma escala de comprimento contínuo do nm para a gama de micron. O uso de um helicóptero para estreitar Δ λ / λ fornece características do feixe precisas, evitando os efeitos da gravidade e cromáticas when usando as lentes. No modo em tempo real, através da exploração da alta intensidade e o seu accionamento externo de aquisição de dados por ambientes de exemplo, mudanças estruturais podem ser resolvidos com resoluções de tempo para 50 mseg. Ao melhorar a resolução de comprimento de onda para baixo para Δ λ / λ = 5% com o helicóptero, resoluções de tempo tão boas como 2 ms pode ser realizada.

Aqui, apresentamos detalhadamente um protocolo sobre como as experiências típicas são conduzidas com KWS-2 em seus diferentes modos de trabalho e como a informação estrutural das amostras investigadas podem ser obtidas a partir dos dados coletados por meio de redução de dados. Nesta demonstração, vamos usar SANS caracterizar diversos tamanhos de soluções de partículas padrão e um solução micelar polímero altamente concentrado, a fim de mostrar como tamanho e forma pode ser estudada em faixas amplas de uma forma flexível e eficiente com o KWS-2 durante uma sessão experimental. partículas esféricas de poliestireno com difealuguer tamanhos (raios de R = 150, 350, 500, 1000, e 4000 a) e uma polidispersidade de tamanho σ R equação 5 8% são dispersos numa solução de água (uma mistura de 90% de D 2 O e 10% de H 2 O), uma fracção de volume de 1%. As micelas formadas pelos C 28 H 57 -PEO5 copolímeros dibloco em D 2 O a uma concentração de 12% mostram uma estrutura ordenada.

Protocol

1. Colocar as células da amostra

  1. Dispersa-se partículas esféricas de poliestireno com tamanhos diferentes (raios de R = 150, 350, 500, 1000, e 4000 a) e uma polidispersidade de tamanho σ R equação 5 8% numa solução de água (uma mistura de 90% de D 2 O e 10% de H 2 O), uma fracção de volume de 1%.
  2. Transferir os seis soluções de partículas de poliestireno em D 2 O / H 2 O, a solução de C 28 H 57 -PEO5 em D 2 O, e a D 2 O / H 2 O e D 2 O solventes de células de quartzo (Figura 3 ) utilizando pipetas Pasteur. Encher cada uma das células de quartzo até ao pescoço. Feche as células de quartzo com as suas rolhas.
    NOTA: A operação de encher as células de quartzo com amostras devem ser realizadas no laboratório de preparação de amostras de FRM II através do cumprimento das condições de trabalho especiais definidos lá.
  3. Install as células de quartzo de encher os cartuchos de Al-do porta-amostras (figura 3). Colocar cada célula de quartzo cheios numa cavidade do cartucho e verificar se a célula de quartzo é enchido com a amostra o suficiente por determinar se a amostra cobre inteiramente a abertura da janela no cartucho que é fornecido para neutrões. Coloque a correcção e as amostras padrão (a célula de quartzo vazia, a placa de boro-carboneto, ea placa de Plexiglas) em localizações adicionais sobre o cartucho e deixar um local livre para a medição feixe vazio.
  4. Cubra o cartucho com as placas Al-capa do CD-revestidos (Figura 3), utilizando parafusos de fixação (M3x5). Corrigir o cartucho sobre o Al-frame do suporte de amostras usando os parafusos Al especiais (Figura 4).

2. Posicionamento do Porta-amostra / Ambiente Amostra no Palco Amostra

  1. Determinar o espaço necessário na posição de amostra do suporte de amostras ajustandoo comprimento do nariz de colimação (Figura 5). Selecione a configuração apropriada para o suporte da amostra a partir das configurações armazenadas no sistema de controle nariz collimation.
  2. Instalar o ambiente de suporte / amostra amostra adequada na fase de amostra na posição pré-determinada sobre a placa de ensaio óptico usando parafusos Allen, M6x40 (Figura 6).
  3. Fechar a porta deslizante motorizada chumbo (Figura 5), utilizando os botões no seu lado exterior, mantendo-se os botões de controlo activado até que a porta atinge a posição final, o que vai ser indicado por um sinal luminoso.
    Cuidado: Sem a porta completamente fechada e o interruptor final ativada, o obturador de feixe não pode ser aberto, manualmente ou a partir do software de controle de medição; o software de medição vai exigir uma verificação adicional para este problema antes de iniciar a medição.

3. Planejamento de Experimentos

  1. Escolha a adequComeram configuração experimental e modo para executar a investigação numa gama de Q que é adequado para a escala de comprimento das estruturas e os efeitos de correlação reveladas pela amostra. Verifique a gama dinâmica do instrumento 4 (Figura 7 e Tabela 2).
  2. Escolha da configuração experimental adequado e modo para permitir a intensidade adequada na amostra com base no nível estimado de a intensidade dispersa por conhecer o factor de tamanho, concentração, e o contraste aproximada que caracterizam as amostras a serem investigadas 8. Isto é feito a fim de optimizar o tempo de medição para uma estatística medido alvo e para corresponder à estabilidade da amostra no caso de amostras com um curto tempo de estabilidade. Confira o mapa intensidade para diferentes configurações experimentais 4 (Figura Suplementar 1 e Tabela 2).
  3. Escolha a configuração experimental adequado e modo depara proporcionar uma solução adequada com base num conhecimento aproximado do grau de polidispersão do tamanho e a concentração dos objectos dispersão na amostra 8. Isto é feito a fim de permitir a resolução de características de dispersão de finas que ocorrem devido a efeitos na amostra de encomendar. Entrada para a possibilidade de ajustar a resolução de comprimento de onda 5 (Tabela 2).

4. Preparar o Software de Medição e Regência e visualizando o Experiment

  1. Inicie o software de medição, digitando o KWS2TC em uma janela de terminal no computador do instrumento KWS-2 controle de medição, a fim de ativar o menu principal (Recurso Figura 3). Use o conjunto deixou de funções para definir as posições do motor elementares (Configuração), para selecionar amostras e condições de instalação (definição), para iniciar a medição e supervisionar todos os motores (controle), e supervisionar o realdetector (Live-Display).
  2. Seleccione a função de configuração no menu principal, a fim de ativar o menu kws2-Configuration (Recurso Figura 4) para definir os dados do usuário e configure as posições do motor elementares e os set-points para os dispositivos e os campos na amostra.
    1. Seleccione a função UserData (Recurso Figura 4) e preencher os campos Nome de usuário, e-mail, Primeira parte do nome do arquivo, e comentário de medição no menu de dados do usuário (ver / editar). Sair do menu, clicando em Salvar.
      Cuidado: Não use caracteres especiais, como @, $,%, etc., para o nome do arquivo de prefixo. Evitar o uso de caracteres especiais durante todo o procedimento experimental.
    2. Seleccione a função de amostra (Figura Suplementar 4), a fim de ativar o menu de configuração Sample (Recurso Figura 4). Preencha os campos de título de exemplo, a janela feixe de Amostra - tamanho, espessura da amostra, e comentário para cada samplE e posição seleccionada a partir da lista vertical esquerda do menu. Salvar cada configuração de amostra depois de completar a definição. Sair do menu, clicando em Fechar.
    3. Salve todas as configurações sob a função do arquivo no conjunto superior de funções no menu Configuração.
  3. Seleccione a função de Definição no menu principal (Recurso Figura 3), a fim de ativar o menu kws2 Definição (Recurso Figura 5) para definir a configuração experimental e do programa de medição.
    1. Seleccione a função de exemplo, a fim de ativar o menu Selecionar Amostras (Recurso Figura 5).
      1. Escolha as doze amostras que devem ser medidos (como mostrado na Figura 3) a partir da lista de amostras conhecidas no campo vertical esquerda e movê-los para o campo de amostras seleccionadas utilizando a seta azul. Ordenar a lista das amostras selecionadas usando as setas verticais azuis.
      2. Verifique a amostra pARÂMETROS e ajustar o nome, espessura e comentário, se necessário. Sair do menu, clicando em Salvar ou Fechar.
    2. Seleccione a função Detector para ativar o menu de Definição de Medidas (Recurso Figura 6).
      1. Escolha o tipo de medição estática, selecionando Padrão na área de medição. Na área de Condições Finais, selecione a unidade de tempo adequado para o tempo de medição do campo.
      2. Na área Select Detector e Collimation distâncias, escolha a configuração experimental e modo de trabalho, escolhendo os valores apropriados para o comprimento de onda (campo Selector), distância de detecção (Detector de campo Distância), o modo de aquisição de dados (campo TOF), resolução de comprimento de onda desejado (DLambda / field Lambda), tempo de medição (campo Time), configuração de lentes (campo Lenses), ea distância collimation (campo collimation Distância).
      3. Clique no botão Novo, após uma configuração é totalmente definido, a fim de corrigi-lo e armazená-lo no lomesa wer. Definir a próxima configuração e armazená-lo de forma semelhante até que todo o conjunto de configurações (Recurso Figura 6) está concluída. Clique em Salvar ou Fechar na definição do menu de medições quando o ajuste da configuração experimental e modos de trabalho está terminado.
      4. Ordenar a lista de medidas de acordo com os três ciclos (condições de triagem) mostradas na parte inferior do menu que é gerada pelo programa (Recurso Figura 7). Retirar as medidas que não são desejados, marcando a linha correspondente e clicando no botão "X" marcado em vermelho. Ajuste o tempo de medição para cada medição, como desejado por verificar o tempo total de medição definida no campo central, marcado em vermelho, no menu kws2 Definição, que permanece sempre ativo na tela.
      5. Deixar o menu com salvar ou fechar e voltar ao menu kws2 Definição (Recurso Figura 5). Feche a Definição kws2menu e voltar ao menu principal (Recurso Figura 3).
  4. Seleccione a função de controle no menu principal do software de medição KWS2 (Recurso Figura 3), a fim de ativar o menu de controle de medição (Recurso Figura 8).
    1. Entrar com o nome de usuário e senha que serão comunicados pelo cientista instrumento e bloquear a sessão para gerar o script, que irá executar os comandos do programa de medição carregado. Selecione Repetição Definição, a fim de verificar o programa de medição carregado.
    2. Pressione o botão Iniciar e responder as perguntas geradas pelo programa sobre o estado actual da porta posição da amostra eo feixe-obturador. O programa de medição será iniciada. Selecione Valores atuais, a fim de permitir a visualização da medição em curso (as posições dos motores e o status dos componentes do instrumento, contagem de taxa e EvolutioN intensidade do integral no tempo).
      NOTA: A intensidade integral sobre o detector e as taxas de contagem do detector e monitores são mostradas e podem ser usadas para alterar o programa de medição, quer individualmente ou a totalidade do conjunto de medições.
  5. Permitir que as medições ser conduzido e concluído de acordo com o programa de medição definido.
    NOTA: As medições podem ser interrompida ou suspensa, ativando a função de parada e escolher a opção desejada (para continuar, para parar a medição de corrente com ou sem salvar o arquivo, ou para parar o programa inteiro) quando a intensidade integrante recolhido até um determinado ponto do tempo é considerado suficiente ou quando as falhas são identificadas na sequência de medições.
    1. Gerar o diário de bordo da sessão de medição, clicando no botão de impressão sob a opção de Loop Definições (Figura Suplementar 8) quando o programa de medição definidos tenha sido parado ou comprão apagados.
  6. Selecione ao Vivo-Display no menu principal do software de medição KWS2 (Recurso Figura 3), a fim de ativar a interface KWSlive_MainWindow (Recurso Figura 9).
    1. Na tela Tipo, escolha GEDET ou PSD, a fim de visualizar os dados coletados com o principal ou com o (alta resolução) detector secundário, respectivamente. Escolha do modo de visualização em modo de exibição, seleccionando a tridimensional (de superfície), o bidimensional (contorno), ou o modo unidimensional (média radial). Digite as opções de enredo (linear ou escala logarítmica) e os valores de parâmetros (comprimento de onda e detecção à distância L D) nas áreas de o menu de opções médias Radial, a fim de permitir a apresentação de dados como a intensidade n (não corrigido) versus Q.
    2. Escolha um TOF-canal desejado, a fim de visualizar os dados coletados no modo TOF (com principal ou o detector secundário).

Análise 5. Os dados

  1. Inicie o software de processamento de dados, digitando o comando qtiKWS em uma janela de terminal do computador de análise de dados do instrumento KWS-2. Escolha a opção New Script no lado direito da interface principal.
  2. Escolha a opção DAN no menu de funções superiores da interface principal (Figura Suplementar 10), a fim de ativar as funções de análise de dados. Selecione o instrumento KWS-2 a partir de Opções no menu do lado direito, a fim de ativar o modo de análise de dados para dados medidos na KWS-2 usando o detector principal. Definir a pasta onde os arquivos de dados medidos estão localizadas e onde os arquivos de dados corrigidos serão armazenados.
  3. Escolha a opção Tools e ative a função de cabeçalho (s) no menu do lado direito (Recurso Figura 11) e gerar-table Informação da que contém os arquivos a serem processados. Definir o nome da tabela, clicando no conjunto esquerdo de setas verdesno campo de cabeçalho (s). Carregar os arquivos medidos clicando o direito conjunto de setas verdes no campo de cabeçalho (s) e selecionar os arquivos medidos.
    NOTA: O info-tabela que contém a informação completa sobre cada arquivo de medição é armazenado no menu explorador-como na parte inferior do projeto. Todos os resultados que serão gerados posteriormente no projeto serão armazenados lá.
  4. Ative a função de máscara no menu do lado direito (Recurso Figura 12) e gerar a máscara ativa que define a área do detector que será considerado para processamento de dados. Insira valores no Edge e campos Feixe-Stop para definir os cantos inferior esquerdo e superior direito da máscara rectangular, no caso de a análise dos padrões de espalhamento isotrópico.
  5. Ative a função de sensibilidade no menu do lado direito (Recurso Figura 13) e gerar a sensibilidade do detector para uma determinada configuração, inserindo no fi verde marcadaELDS os números de execução para as medições da amostra-padrão (Plexiglas), feixe vazio (EB) e feixe bloqueado (B4C).
    1. Clique no conjunto de setas verdes junto ao campo amarelo (Transmissão) para o cálculo da transmissão da amostra padrão. Gerar e nomear a matriz de sensibilidade, selecionando Calcular como New, e visualize a matriz gerada usando as funções de plotagem apropriadas no menu inferior. Repita este procedimento em caso de outras configurações.
  6. Ative a função de Processamento de Dados no menu do lado direito (Recurso Figura 14) e gerar a tabela de correção e calibração e mesa de roteiro, a fim de corrigir, calibrar e realizar o cálculo da média radial dos dados.
    1. Definir o número de condições utilizadas na experiência usando a barra horizontal na parte superior do menu do lado direito (seta vermelha). Preencher os campos indicados com o lápis amarelo entrando para cada condição experimental doexecutar números para a célula vazia (CE), feixe bloqueado (B4C) e padrão amostras-o Plexiglas (Abs. Cal. FS), feixe vazio para a correção padrão (Abs. Cal. EB) e feixe bloqueada para o padrão correção (Abs. Cal. B4C).
    2. Digite os números executados de medições com a frente forte dispersão no campo Center. Introduza o número de série de um feixe de vazio no campo EB e selecione a condição experimental correspondente para o cálculo do envio das amostras, marcando a caixa ao lado da função de Tr (Ec-to-EB).
    3. Clique em cada botão indicado por um conjunto de rotação setas verdes na série vertical de opções (Recurso Figura 14), a fim de carregar as informações necessárias para o processamento de dados a partir dos arquivos definidos e para calcular a transmissão da célula vazia. Clique na cabeça de cada coluna amarela, a fim de definir o nome da coluna.
    4. Clique no botão Novo, a fim de gerar e nomear a tabela dos arquivos de dados que vai Be processada. Clique no botão Adicionar para carregar os arquivos de dados que serão processados. Clique no botão Tr indicado com o conjunto de rotação setas verdes sob área de Ferramentas do Script-Quadro, a fim de calcular a transmissão de cada amostra. Verifique os resultados na tabela gerada (Recurso Figura 14).
    5. Escolher projeto no canto inferior direito da interface (Figura Suplementar 14) a fim de salvar todos os resultados como tabelas ou matrizes na sessão qtiKWS atual (projeto). Clique no botão I [X, Y], a fim de realizar a correcção e calibração de dados bidimensionais. Clique no botão I (Q), a fim de realizar a correcção, de calibração, e calculando a média dos dados radial. Traçar os resultados usando as funções gráficas sob a opção Gráfico (Figura Suplementar 15).
      NOTA: Todos os resultados serão gerados como arquivos externos que serão salvos na pasta externa que foi definido na etapa 5.2, em que, em the canto inferior direito da interface, arquivo é escolhido em vez do Project.
  7. Escolheu Ferramentas no menu do lado direito (Recurso Figura 11) e ativar o TOF | opção RT (Recurso Figura 16), a fim de dividir os dados que foram coletados com o detector principal no modo de trabalho TOF em arquivos individuais correspondentes a cada hora canal.
    1. Clique no TOF :: Calcular função de parâmetros e carregar um arquivo, a partir do qual as informações sobre as condições TOF é extraído. Clique na TOF | RT :: Sum vs função de número :: Ler e carregar o arquivo de interesse, medido em modos em tempo real ou TOF, a fim de gerar uma tabela de tof-file soma igual ao indicado no lado esquerdo da a interface de trabalho. Traçar a intensidade integral como uma função de canais horários (Suplementar Figura 16) a partir do-TOF-file soma usando as opções gráficas sob a função Graph no menu de funções superior.
    2. Definir o processamento de pARÂMETROS nos domínios da função TOF. Clique no TOF | RT :: Todos os passos seleccionados :: botão Continuar, a fim de carregar os arquivos de dados que serão separados em arquivos individuais correspondentes a cada um dos intervalos de tempo definidos.
      NOTA: Os arquivos que contém os dados medidos em cada intervalo de tempo são gerados e armazenados no local de arquivo definido no passo 5.2 e receber o nome do ficheiro original é TOF, seguido pelo número da ranhura de tempo.
    3. Proceda como no passo 5.6, a fim de analisar os dados medidos com melhor resolução, correspondendo a Δλ X destinado, usando o helicóptero.
  8. Selecione o instrumento KWS2-HRD de Opções no menu do lado direito da interface principal (Recurso Figura 17), a fim de ativar o modo de análise de dados para dados medidos com o KWS-2 usando o detector de alta resolução secundário. Ative a função de máscara no menu do lado direito (Recurso Figura 18A) e generate A máscara ativa que define a área ativa do detector.
    1. Escolha a opção danp nas funções de menu superior da interface principal (Recurso Figura 18B). Selecione a opção ASCII.2D no menu do lado direito. Activar a função de 2D de máscara, a fim de definir um sector especial sobre o detector, que será considerado para a análise de dados.
    2. Introduzir o centro da viga-stop no Centro campo. Seleccione a matriz máscara e o valor 0 na máscara :: Condições de negligenciar a área fora da máscara especial. Escolha o sector angular e clique no botão colorido no lado direito dos campos do setor. Prosseguir com os dados medidos com o detector de alta resolução, como nos passos 5.5 e 5.6.
  9. Salve o projeto qtiKWS (salvo funções sob a opção Arquivo do menu superior).

Representative Results

Os resultados representativos de uma experiência de sucesso que foi realizada com o KWS-2 em diferentes modos de funcionamento sobre a estrutura e morfologia dos dois tipos representativos de sistemas de matéria macia são apresentados nas Figuras 8-11. Estes resultados são a partir da investigação de uma série de partículas de poliestireno de tamanho padrão em D2O / H2O soluções, com um teor de D 2 O a 90%, e de o totalmente protonado copolímero dibloco C 28 H 57 em -PEO5 D 2 O a uma fracção de volume de polímero elevado (12%). As partículas de tamanho padrão de poliestireno, com raios de R = 150, 350, 500, e 1000 A foram usadas para testar o modo de pinhole convencional utilizando combinações diferentes de detecção de distâncias e comprimentos de onda L D λ. Partículas de tamanho maior (R = 4,000 Å) foram usados para testar e comissionar o modo Q -range estendida. O copolímero de dibloco que produz um MICEL ordenadaLar estrutura em altas concentrações de D 2 O foi utilizado para testar e encomendar o modo de resolução sintonizável.

A Figura 8 apresenta os resultados dos padrões de dois-dimensional de dispersão medidos em modo de pinhole usando o detector principal (o detector de cintilação de idade) e no modo de Q -range prolongada utilizando as lentes de focagem e o detector secundário de alta resolução. Figura 8A representa o padrão de dispersão de partículas de poliestireno com R = 500 A medida a L D = 8 m usando λ = 5 Å. A Figura 8B mostra o padrão de dispersão de partículas de poliestireno com R = 1,000 Å, coletadas em L D = 20 m usando λ = 20 Å. Para as medições realizadas com λ = 5 A, o feixe directo foi recolhida no centro de feixe-stop instalada em frente do detector, e o feixe transmitido pode ser monitorizada com um smaLL 3 Ele contador que foi instalado no meio do feixe de parada. Este é o assim chamado Monitor 3 (Recurso Figura 8). O instrumento tem dois adicionais 3 Ele contadores, que são instalados na frente do selector de velocidade (Monitor 1) para monitorar o feixe policromático, e atrás do selector de velocidade (monitor 2) para monitorar o feixe monocromático. Devido a limitações técnicas, as medições com λ = 20-A foi realizada com o feixe directo sobre o detector, que estava a configuração típica usada com o detector de idade KWS-2. A, intensidade do feixe directo mais fraca em comprimentos de onda longos, que cai, devido à gravidade, pode ser detectada sem danos causados ​​ao detector. O feixe transmitido, neste caso, foi monitorizado com o monitor 3 a uma curta distância de detecção G D = 2 m. Neste caso, os efeitos da gravidade são fracos e o feixe directo cai sobre a viga-paragem (como na Figura 8A). Os dados coletados de dois dimensionally no detector para um tamanho de pixel de 5,25 mm x 5,25 mm foram ainda corrigidos para a sensibilidade do detector, e as contribuições da célula vazia, fundo instrumento, e solvente foram absolutamente calibrado utilizando o espalhamento do padrão secundário Plexiglas 4. Finalmente, os padrões de dispersão que foram isotropicamente distribuídos em torno da posição Q → 0 foram em média radialmente, que entregou o dΣ / dΩ para cada sistema de poliestireno partículas.

O padrão de dispersão bidimensional das grandes partículas de poliestireno (r = 4,000 A) é mostrado na Figura 8C, tal como foi medido com o detector de alta resolução para um tamanho de pixel de 0,5 mm x 0,5 milímetros. O pequeno feixe directo é focada pelo sistema de lentes no plano de detecção e é capturado por um pequeno feixe de paragem (4 mm x 4 mm) instalada na cara do detector. A sombra do feixe quadrática-paragem pode ser observada em <strong> Figura 8C no lado superior esquerdo da área detector ativa. Os efeitos da gravidade induzir uma ampla distribuição vertical de neutrões de diferentes comprimentos de onda no detector. Além disso, porque as lentes são perfeitamente focado, apenas os neutrões caracterizado pelo λ comprimento de onda central da distribuição triangular são entregues por o selector de velocidade de 2,5; os nêutrons de diferentes comprimentos de onda em torno de um centro de chegar ao detector ligeiramente fora de foco. Estes dois efeitos produzem os vestígios fracos de feixes directos que podem ser observados apenas acima e abaixo do feixe de parada. No modo Q -range estendida estático usando lentes e o detector de alta resolução, os dados são coletados de forma contínua. A fim de diminuir a contribuição dos efeitos da gravidade, os dados dispersos são analisados num sector angular estreito que começa a partir do feixe de paragem-e estende-se horizontalmente para a sua direita, conforme representado na Figura 8C. Os dados são processados ​​fUTRAS usando a abordagem típica para alcançar o dΣ / dΩ. A figura 8D apresenta a intensidade versus a posição do feixe de paragem no sentido da borda do detector, uma vez que foi recolhido numa fatia horizontal estreita, com uma largura de um pixel de (0,5 mm) no detector de alta resolução. Dados da solução da amostra ea referência (solvente) são mostrados como eles foram coletados em uma medição de teste curto de 5 min. A queda de intensidade nas posições curtas é devido ao feixe de parada. A partir da razão das intensidades nas posições mais curtos, a remessa de amostras (87%) podem ser calculadas.

Os resultados corrigidos e calibrados obtidos em termos de dΣ / dΩ sobre a solução das partículas de poliestireno com R = 500 A são mostrados na Figura 9, em conjunto com os do solvente. Estes resultados ilustram a gama de Q, que pode ser coberta com o KWS-2 no modo convencional pinholeatravés da variação da posição de detecção G D e o uso de um ou mais comprimentos de onda. O fator de forma dispõe de 8,9 das partículas esféricas também são revelados: a região de Guinier em baixa Q e as oscilações devido à função de Bessel esférica no intervalo Q intermediária. Na gama de Q elevado, o perfil de dispersão é dominado pela dispersão do solvente, e, por conseguinte, que mostra um comportamento plana, tal como a do próprio solvente. Os mínimos factor de forma são afectados pela resolução instrumento 5, por um lado, e por a polidispersidade de tamanho de partícula, por outro lado. A resolução de instrumento no caso do KWS-2 é determinada, principalmente, pela propagação de comprimento de onda de Δλ / λ = 20%. A polidispersividade de tamanho para todos os tipos de partículas foi de cerca de σ R = 8%. A Figura 10 mostra os resultados obtidos na pesquisa SANS de todos os tipos de partículas de poliestireno expressos como dΣ/ DΩ após a correção para a contribuição solvente foi aplicado. As regiões de Guinier são claramente evidenciado por todas as partículas para valores baixos Q, ao mesmo tempo nas gamas de High Q, a inclinação de -4 é revelado, o que é típico para o factor de forma dos objectos esféricos. Os parâmetros estruturais das partículas de tamanho padrão foram confirmadas pelo ajuste dos dados com o factor de forma de esferas polidispersa 8,9 complicado com a função de resolução do instrumento 10-12.

A Figura 11 apresenta a duas dimensões e os padrões de dispersão unidimensional radialmente em média a partir da estrutura de ordenação C 28 H 57 -PEO5 micelas poliméricas que ocorre em D 2 O a uma fracção de volume de polímero de 12%. Os resultados foram coletadas em diferentes distâncias de detecção L D, com ambos os modos de resolução pinhole e ajustáveis convencionais combinados namesma sessão de medição. Quando o sistema é investigada no modo de pinhole convencional utilizando a propagação de comprimento de onda de Δλ / λ = 20%, tal como previsto pelo selector de velocidade e contínua de aquisição de dados (estático), três picos largos são observados nos padrões de dispersão em L D = 4 m. No modo de resolução sintonizável, por meio do triturador e a aquisição de dados TOF em combinação com o selector de velocidade, a propagação de comprimento de onda pode ser melhorada de modo que possa ser verificado que estas características são reais ou se uma estrutura fina deles podem aparecer. O primeiro e segundo picos observados no Δλ / λ = 20% revelam uma divisão quando são medidos com Δλ / λ = 5%, o que permitiu a identificação clara da ordenação das micelas em cúbicos (FCC) cristais de face centrada 5,13 .

Estes são dois exemplos típicos de como a versatilidade e desempenho do diffra KWS-2 SANS ctometer pode ser usado em uma maneira fácil e user-friendly, seguindo o protocolo fornecido para a realização de investigações detalhadas sobre a matéria macia e sistemas biofísicos que mostram complexas características estruturais em termos de escala de comprimento e ordenação.

figura 1
Figura 1: Esquema do instrumento KWS-2 SANS, incluindo todas as atualizações feitas entre 2010 e 2015. (A) A visão geral do instrumento. (B) O detector de alta resolução secundário e sua torre na parte superior do tanque de vácuo. (C) MGF 2 lentes de focagem, agrupados em três pacotes, e seu sistema de arrefecimento (resfriado). (D) O detector principal velho (cintilação) com o seu 8 x 8 matriz de fotomultiplicadores. (E) O novo detector principal (3 Ele tubos), com uma área de detecção maior.f = "http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54639/54639fig1large.jpg" target = "_ blank"> Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 2
Figura 2: Representação esquemática de três modos de funcionamento oferecidos no KWS-2. (A) O modo convencional de pinhole. Para L C = G D, em que L C e G D são a colimação e o comprimento de detecção, respectivamente, e óptima pinhole condição A C = 2A S, em que A C e A S são a abertura de entrada de colimação e a abertura da amostra, respectivamente , o perfil do feixe I 'P no detector é de aproximadamente triangular com uma largura de base igual a 2a C. (B) O modo de focagem de alta intensidade. Usando lentes, amostras maiores podem ser medidos com a mesma resolução em the o modo convencional do furo de pino (o perfil do feixe I 'P no detector é rectangular, neste caso). (C) A Q estendida -range modo de focagem. Usando as lentes e uma pequena entrada abertura A C (habitualmente 4 mm x 4 mm) que é colocado sobre um ponto focal do sistema de lentes, um pequeno feixe é transmitido para o detector, que está colocada no outro ponto focal das lentes . Assim, um valor mais baixo para o mínimo de vector de transferência de onda Q m do que no modo de pinhole convencional pode ser conseguida. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 3
Figura 3: Vista das amostras montadas no Al-cartucho do suporte da amostra para medições, à temperatura ambiente. Nocavidades fornecidas no Al-cartucho. Células de quartzo (a) (b) cheio com as amostras e cobertos com as suas rolhas (C) pode ser colocado. As posições no Al-cartucho estavam ocupados com as amostras da seguinte forma: em posições No. 1 a No. 5, as partículas de poliestireno com tamanhos de R = 150, 350, 500, 1.000 e 4.000 Å em D 2 O / H 2 O solvente; na posição n ° 6, o C 28 H 57 -PEO5 copolímero dibloco em D 2 O; em posições # 7 e # 8, os solventes D 2 O / H 2 O e D 2 O; na posição N ° 9, a célula de quartzo de vazio (de referência); na posição N ° 10, o plexiglass (padrão); na posição N ° 11, nada (para a medição do feixe de vazio); na posição N ° 12, a placa B 4 C (gravado no lado de trás; para a medição do fundo instrumento com o feixe bloqueado). A placa Al tampa (D), revestido com máscara Cd na face externa, éfixa no topo do cartucho com os parafusos (E), a fim de proteger as células da amostra e para definir a janela de neutrões (F). Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 4
Figura 4: Vista de uma das células detentores de vários níveis e multi-posição usados na KWS-2 para medições em condições ambientais. As amostras para a sessão experimental atual foram instalados no nível médio. Os três níveis podem ser equipados com cartuchos (A) projetados para diferentes geometrias de células que são fechados com placas de Al-cobertura revestidas com máscaras Cd na face externa (para os nêutrons). A instalação dos cartuchos no suporte é feito usando os parafusos (B (C) que permite a sua montagem numa posição predeterminada na fase de amostra. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 5
Figura 5: vista de cima esquemática da área da amostra de KWS-2. (A) Apresentação de duas configurações extremas do nariz colimação, mostrando o espaço disponível para a instalação dos vários ambientes da amostra no feixe (os neutrões são provenientes do fundo, tal como indicado pelas setas amarelas). (B) O painel da porta cabo de controle, com a abertura e fechamento de chaves (1 e 2, respectivamente). O motor de porta funciona apenas enquanto as teclas são continuamente pressionado. A porta é equipado na sua periferia comsensores que induzem o desligamento do motor quando um obstáculo é detectado. Após a remoção do obstáculo, o bloqueio do motor pode ser cancelado com a tecla superior (3) e a abertura ou o fecho de acção pode ser retomado. (C) O painel do nariz collimation controle. No painel de nariz, uma configuração apropriada pode ser seleccionada usando a chave (4). O nariz é movido, mantendo a tecla (5) continuamente activado até que o posicionamento selecionado é atingido e o movimento pára por si só. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 6
Figura 6: Instalação de suporte de amostras a vários níveis e multi-posição sobre o estágio da amostra para medições SANS à temperatura ambiente (Créditos das fotos: Wenzel Schürmann, Technische Universität München, Alemanha). Os principais componentes na posição de exemplo são o nariz colimação com a abertura da amostra na sua extremidade (A), o estágio da amostra que proporciona o posicionamento horizontal e vertical das amostras no feixe (B), a janela de entrada do tanque de vácuo detector (C), a porta de chumbo com sensores no seu bordo (D), e o suporte de base de suporte da célula (e), o qual prevê a instalação do suporte na placa de ensaio óptico (M) da fase de amostra. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 7
Figura 7: A faixa dinâmica para diferentes configurações instrumentais no KWS-2. I 0 representa o fluxo de neutrões na posição amostra. As áreas definidas indicar a gama Q disponíveis que podem ser abrangidas quando o comprimento de onda é variada entre 4,5 Å e 20 Å para determinadas configurações de detecção de colimação. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 8
Figura 8: Exemplos de padrões de dispersão bidimensionais coletadas durante a sessão experimental de acordo com o protocolo atual. (A) O padrão de dispersão recolhidas em L D = 8 m a partir de partículas de poliestireno com um raio de r = 500 A em D 2 O / H 2 O, como medido com λ = 5 Å. O padrão de espalhamento é isotropicamente distribuídos ao redor do bEAM-batente, que está bloqueando o feixe directo no meio do detector. (B) O padrão de dispersão recolhidos em L D = 20 m de partículas de poliestireno com um raio de R = 1,000 A em D 2 O / H 2 O, conforme medido com λ = 20 Å. O padrão de espalhamento é isotropicamente distribuídos em torno da posição do feixe transmitido, que para este comprimento de onda cai sob o feixe de parada e é mascarado em conjunto com o feixe de parada utilizando as funções do programa de visualização. (C) O padrão de dispersão recolhidas com o detector de alta resolução em L D = 17 m de partículas de poliestireno com um tamanho de R = 4,000 A em D 2 O / H 2 O, como medido com λ = 7 A no intervalo Q estendida , com objectivas e o detector de alta resolução. O padrão de espalhamento é isotropicamente distribuídos ao redor do feixe pequeno-stop (4 mm x 4 mm), que bloqueia o feixe direto focado. O sector angular em which os dados são ainda analisadas está indicado no lado direito do feixe de parada. (D) A intensidade versus a posição do feixe de parada, uma vez que foi recolhido em um ensaio de medição curto numa fatia horizontal estreita, com a largura de um pixel de (0,5 mm), sobre o detector de alta resolução. Os dados são mostrados a partir da solução da amostra e da referência (veículo). Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 9
Figura 9: Os padrões de dispersão a partir das partículas de poliestireno em D 2 O / H 2 O (símbolos de solução) e a partir do solvente (linhas). Os dados foram coletados no modo pinhole convencional em diferentes configurações do instrumento quesão indicados por cores diferentes. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 10
Figura 10: Os padrões de dispersão de partículas de poliestireno de diferentes tamanhos em D 2 O / H 2 O após a correção para a dispersão de solvente foi aplicado. As linhas vermelhas representam ajustes com o esférico form-factor de 9, incluindo a resolução de instrumento 10, 11 e a polidispersidade tamanho. O comportamento típico Q -4 assintótica para o fator de forma esférica é indicado pela linha reta na gama alta Q. O limite inferior da gama Q coberto com diferentes comprimentos de onda ou configurações é especificamente marked. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 11
Figura 11: A dispersão de padrões de dois-dimensional e a média radialmente unidimensionais partir de C 28 H 57 -PEO5k micelas poliméricas em D 2 O (a uma fracção em volume do polímero de 12%), medido de modo convencional com pinhole Δλ / λ = 20% (em cima) e no modo de resolução sintonizável, com Δλ / λ = 5% em L D = 4m (lado esquerdo) e L D = 8m (lado direito). No modo convencional, três picos largos pode ser observada. Uma estrutura fina dos dois primeiros picos é revelada 5, 13 com uma melhor Δ & #955; / λ resolução. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 12
Figura 12: O padrão de dispersão de micelas PHO10k-PEO10k copolímero dibloco totalmente protonados em D 2 O (após a aplicação da correcção para a dispersão de solvente), tal como medido pela combinação do orifício convencional e os modos Q Médios prolongados. A morfologia cilíndrica core-shell é indicado pela dependência do Q -1 de intensidade dispersa pelo Q intermediária eo Q -5/3 dependência (blob dispersão) foi observada alta Q. O planalto intensidade em baixa Q eo dobrando Q intermediária revelam tele comprimento e a espessura dos cilindros, respectivamente. A curva vermelha representa o ajuste dos dados experimentais com um modelo de cilindro core-shell 9, com a resolução instrumental incluída 10-12. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 13
Figura 13: Os padrões de dispersão de partículas de poliestireno (R = 150 A) em D 2 O / H 2 O, medidos na pinhole convencional e de alta intensidade modos (Lens). (A) Os padrões de um-dimensionais de dispersão medidos com λ = 7 A a G D = 8 m no modo convencional e com uma relação L D = 20 m no modo de alta intensidade com lentes. em tele modo de alta intensidade, diferentes tamanhos sobre o feixe de amostra foram utilizados a fim de aumentar a intensidade. Até 12 vezes, foi alcançado o ganho de intensidade, quando as lentes 26 foram usadas em comparação com o modo convencional de pinhole. Uma grande amostra foi colocado na trajectória do feixe, utilizando uma célula de quartzo redondo com um diâmetro de 5 cm. (B) O padrão de dispersão bidimensional recolhida no detector no modo orifício para um feixe de tamanho de 10 mm x 10 mm. (C) O padrão de dispersão bidimensional recolhida no detector no modo de alta intensidade utilizando 27 lentes e um tamanho de feixe, de 30 mm x 30 mm. O tamanho (resolução) do feixe focado directo sobre o detector é o mesmo que no modo de pinhole. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 14
Figura 14: O padrão de dispersão a partir da solução tampão e a partir dos monómeros de proteína beta-amilóide (Ap 1-42, de peso molecular M W = 4,5 kDa) em hexafluoroisopropanol deuterado dHFIP tampão a uma concentração de 5,6 mg / ml depois de três semanas de incubação. Os pontos representam a curva completa dispersão da solução de proteína, enquanto o triângulo cheio mostra a curva de dispersão a partir da solução tampão. Os pontos azuis indicam a secção transversal de dispersão (na escala vertical direito) a partir de monómeros, após a correcção da contribuição tampão foi aplicada. As barras de erro representam os desvios padrão obtidos a partir das contagens de neutrões. A linha sólida vermelha mostra a função Beaucage equipada com dimensionalidade fixa d = 2 14. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.


Figura 15: Os padrões de dispersão de lisozima a 50 mg / ml em tampão de acetato 50 mM em D 2 O e de solução tampão de medida a diferentes pressões, desde a ambiente até 5000 bar. Os símbolos representam os dados da solução de proteína, enquanto as linhas mostram os dados do buffer. Os dados foram coletados em duas distâncias de detecção, L D = 4 m (símbolos abertos) e L D = 1 m (símbolos cheios). A inserção mostra o comportamento do dispersa em frente intensidade I (Q → 0) a partir da solução de proteína, o tampão, e a própria proteína (após a correcção da contribuição tampão foi aplicada) como uma função da pressão. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Parâmetro / Função equipamentos auxiliares Faixa de utilização Precisão Detalhes técnicos
posicionamento estágio da amostra máx. carregar 600 kg
X 0 - 360 mm 0,05 mm
Y 0 - 330 mm 0,05 mm
Z (eixo do feixe) manualmente, 600 mm
θ r (rotação) 0 ° - 360 ° 0.002 °
θ t (berço) ± 30 ° 0.002 °
Temperatura ambiente três níveis multi-posição Al titular (máscaras CD) 3x9 = 27 células de quartzo de largura
3x12 = 36 células de quartzo estreitas
três posições 3 células de quartzo de grande porte (Φ diâmetro = 5 cm)
Al suporte (B máscara 4 C)
Temperatura termostato (banho de óleo) + de -25 ° C a 200 ° C ± 0,5 ° C 4 posições
bloco de cobre pequena no ar ou na câmara de vácuo (com células seladas)
termostato (banho de água) + de dois níveis multi-posição a partir de 5 ° C a 85 ° C ± 0,2 ° C 2x9 = 18 células de quartzo de largura; 2x12 = 24 células de quartzo estreitas
bloco de al
forno termostato + alta precisão a partir de 10 ° C a120 ° C <0,1 ° C Uma posição, célula de quartzo ampla
Cuvette-titular Peltier-termostatizada de -20 ° C a 140 ° C ± 0,2 ° C 8 posições (todos os tipos de células de quartzo ou sanduíche bras tipo células); atmosfera controlada abaixo de 5 ° C
(Máscara B4C)
Pressão SANS celulares HP + termostato (banho de água) até 5.000 bar Temperatura na gama de 5 ° C a 85 ° C
Temperatura baixa Criostato com janelas de safira até 50 K
reometria reômetro; modos em estado estacionário e oscilatórios
Umidade celular umidade 5% a 95% Temperaturana gama desde 15 ° C a 60 ° C
In situ de FT-IR 20 espectrómetro de FT-IR células de amostra com janelas ZnSe

Tabela 1: A lista de equipamento auxiliar disponível para o difratômetro KWS-2 SANS, incluindo a gama de utilização, a precisão, e os detalhes de cada dispositivo.

Modo de medição configuração experimental Resolução feixe / tamanho da amostra máx. Intensidade [N / S] Q-intervalo [-1]
Δλ / λ
pinhole convencional λ = 7 Å 20% 10 x10 mm 2 1,3 x 10 8 0,002 .. 0,3
G C = 2 m - 20 m
L D = 1 m - 20 m
λ = 4,5 A, G C = 2 M, L D = 1 m 20% 10 x 10 mm 2 2 x 10 8 0,01 .. 0,5
λ = 10 A, L C = 20 m, L D = 20 m 20% 10 x 10 mm 2 7,5 x 10 5 0,001 .. 0,02
λ = 20 A, L C = 20 m, L D = 20 m 20% 10 x 10 mm 2 4 x 10 4 7x10 -4 .. 1.5x10 -2
Centrando-alta intensidade λ = 7 A, L C = 20 m, L D = 17 m 20% Φ = 50 mm 3 x 10 7 ≈ 0,002 .. 0,03
focando
alta resolução
(Q-faixa estendida)
λ = 7 A, L C = 20 m, L D = 17 m,
Um C = 4 x 4 mm2
20% 10 x 10 mm 2 1,6 x 10 4 ≈ 2x10 -4 .. 0,02
sintonizável resolução λ = 4,5 Å, 5% 10 x 10 mm 2 ca. 7% de modo convencional 0,002 .. 0,5
G C = 20 m,
L D = 1 m .. 20 m

Tabela 2: As configurações experimentais disponíveis no SANS difractómetro KWS-2.

Figura Suplementar 1: O fluxo de neutrões absoluta na posição amostra do KWS-2 como uma função do comprimento de onda a colimação λ diferentes comprimentos de G e C para enchimento ideal da fonte fria do reactor. Por favor clique aqui para baixar este valor.

Suplementar Figura 2: Representação esquemática do helicóptero disco duplo com uma abertura de fenda variável. A fenda de abertura Δφ pode ser ajustado entre 0 ° e 90 °, de modo que, dependendo da frequência f trituradorhelicóptero, o tempo de abertura τ W da guia (rectângulo vermelho sobre a série de imagens vertical direita) pode ser variada. Por favor clique aqui para baixar este valor.

Suplementar Figura 3: A principal interface de usuário do software do KWS-2 controle de medição e visualização. As funções do lado esquerdo (A) pode ser usado por experimentalistas, enquanto que as funções do lado direito e indicadores (B) são utilizados pelo instrumento responsável. Um servidor ou processo mostrado no menu do lado direito está operacional e funciona normalmente quando é marcado em verde. Os componentes marcados em amarelo não são ativados. Qualquer avaria é indicado com vermelho. Por favor clique aqui para baixar thé figura.

Suplementar Figura 4: Exibição do menu kws2-Configuração e funções de configuração de exemplo. Os usuários devem preencher as informações nos campos UserData primeiro e depois fazer a configuração de amostras. Os campos que devem ser preenchidos e as ações que devem ser tomadas são marcadas em vermelho. Por favor clique aqui para baixar este valor.

Suplementar Figura 5: Vista de menu Definição kws2 e selecionar as funções de exemplo. As ações que devem ser tomadas pelo usuário são descritas no passo 4.3. Por favor clique aqui para baixar este valor.

Suplementoary Figura 6: Vista de menu kws2 Definição e Definição das funções medidas. As ações que devem ser tomadas pelo usuário são descritas no passo 4.3. Por favor clique aqui para baixar este valor.

Suplementar Figura 7: O programa de medição gerada através da combinação das amostras definidas e as condições experimentais definidas. As ações que devem ser tomadas pelo usuário são descritas no passo 4.3. Por favor clique aqui para baixar este valor.

Suplementar Figura 8: O menu de controle kws2-Medição e a opção valores atuais. Os parâmetros fixos (posições, nomes, comprimento de onda, etc.) ea variables (tempo, intensidades, a contagem de taxa, etc.) que caracterizam a medição execução são exibidos. As ações que devem ser tomadas pelo usuário são descritas no passo 4.4. Por favor clique aqui para baixar este valor.

Suplementar Figura 9: A opção vivo-Display com o menu KWSlive_MainWindow e diferentes opções de visualização de dados. O modo de visualização da superfície é selecionado. Quando o modo de média Radial é selecionado (imagem do lado direito), a definição de parâmetros podem ser encontrados no menu Opções Por favor clique aqui para baixar este valor.

Suplementar Figura 10: A interface principal dos qtiKWS software de redução de dados w om as opções para a escolha de um instrumento e a localização dos dados experimentais e processados. Por favor clique aqui para baixar este valor.

Figura Suplementar 11: As funções para definir o log-book para o conjunto de dados a ser tratada (info-table). As ações que devem ser tomadas pelo usuário são descritas no passo 5.3. Por favor clique aqui para baixar este valor.

Suplementar Figura 12: As funções de definição da máscara detector para que serão processados os dados. As ações que devem ser tomadas pelo usuário são descritas no passo 5.4.target = "_ blank"> Clique aqui para baixar este valor.

Suplementar Figura 13: As funções para a definição dos mapas de sensibilidade do detector. As ações que devem ser tomadas pelo usuário são descritas no passo 5.5. Por favor clique aqui para baixar este valor.

Suplementar Figura 14: As funções para gerar a tabela de roteiro para a correção, calibração e nivelamento radial de dados. As ações que devem ser tomadas pelo usuário são descritas no passo 5.6. Por favor clique aqui para baixar este valor.

Figura Suplementar 15: As funções para plotagem tele processou dados. As ações que devem ser tomadas pelo usuário são descritas no passo 5.6.5. Por favor clique aqui para baixar este valor.

Suplementar Figura 16: As funções para a preparação e divisão dos dados medidos no modo sintonizável-resolução. Os dados dos dois pulsos emitidos pelo helicóptero e recolhidos inicialmente em 64 canais TOF são fundidos em um pulso. Vários canais são agrupados de modo que os canais de tempo resultantes que são caracterizados pela Δλ / λ destinado podem ser salvos como arquivos separados. Por favor clique aqui para baixar este valor.

Suplementar Figura 17: Por favor clique aqui para baixar este valor.

Suplementar Figura 18: As funções de definição de máscaras detector de alta resolução para os quais serão transformados os dados. As ações que devem ser tomadas pelo usuário são descritas no passo 5.8. Por favor clique aqui para baixar este valor.

Suplementar Figura 19: Visão geral de todos os tipos de células de amostra tipicamente utilizados na KWS-2 para a investigação de matéria macia e amostras biológicas, à temperatura ambiente ou variável. (A) Vista do lcélulas arge de quartzo disponíveis para o modo de alta intensidade com lentes e um tamanho grande feixe. O titular celular, que está equipada com máscaras de plástico base de boro (1), permite o planejamento e realização de três medidas em uma única sessão. (B) Vista de as células de quartzo ou de latão que são utilizados como recipientes de amostra e de um suporte com temperatura controlada (de tipo Peltier) equipado com cartuchos de 8-posição apropriada para cada tipo celular. O titular é blindado com máscaras de plástico base de boro (1) em ambas as faces. (C) vista da célula de pressão de operação no KWS-2. A célula pode proporcionar a pressão sobre a amostra entre o ambiente e 5000 bar, em um modo automático, controlados pelo programa de medição. A máscara Cd rodada (1) com uma pequena abertura no meio determina o raio-size na amostra. Por favor clique aqui para baixar este valor.

Discussion

matéria mole e sistemas biofísicos são tipicamente caracterizados por correlações estruturais e níveis microestruturais e morfológicas inter-relacionadas que abrangem uma escala de comprimento de largura, a partir nm para microns. Para entender o mecanismo de formação e evolução da morfologia de tais sistemas ea relação entre suas características microscópicas e propriedades macroscópicas, é importante explorar sua microestrutura ao longo de toda a escala de comprimento e sob condições ambientais relevantes (por exemplo, temperatura, pressão, pH , umidade, etc.). Normalmente, pequeno ângulo de espalhamento técnicas com nêutrons (SANS) ou raios-X síncrotron (SAXS) estão envolvidos em tais estudos. A desvantagem intensidade de nêutrons contra raios-X síncrotron é compensado pelo uso de relativamente grande Δλ / λ, que no entanto leva ao agravamento da resolução instrumental. No entanto, SANS oferece vantagens únicas, devido às possibilidades oferecidas pelo contrvariação ast, especialmente entre os isótopos de hidrogênio. Portanto, a SANS é um método experimental especificamente utilizado no estudo de sistemas de matéria e biofísicos macios, para a qual ele proporciona informação estrutural e morfologia única. A maioria dos difractómetros SANS em todo o mundo 21 trabalham no princípio do furo de pino (Figura 2A), o que permite a resolução baixa Q destinada. Praticamente, todos os SANS difractómetros de alto fluxo tem um fluxo máximo semelhante da ordem de 1 x 10 8 N cm-2 seg -1. Com base no comprimento de onda resolução relaxado, a KWS-2 tem um fluxo quase duplicou 2, 4. Recentemente, SANS difractómetros muito especializados tornou-se operacional para servir com características otimizadas para um intervalo específico de aplicações, como para as investigações em muito pequena dispersão vetores 22, 23. Com a recente Comissão das difractómetros especializados TOF-SANS em reatores de estado estacionário 24 ou spallation fontes 25, 26, um massivamente maior gama dinâmica Q em um determinado sistema experimental e aumento da flexibilidade e otimização quanto à escolha da resolução experimental são oferecidos. Para o SANS difractómetro KWS-2, um alto nível de versatilidade e desempenho necessários para estudos estruturais muito específicas no domínio da matéria mole e biofísica é habilitado em um instrumento SANS outra forma clássica. A otimização, flexibilidade e espontaneidade na concepção e realização de estudos complexos, como suportado pelo protocolo descrito, é conseguido através da combinação dos parâmetros otimizados experimentais (por exemplo, a intensidade, escala de comprimento, a resolução espacial e resolução de tempo) e a amostra complexa ambientes. Utilizando os vários modos de trabalho enumerados na introdução e apoiados pelos resultados apresentados nas Figuras 8-15, a KWS-2 aumenta de uma forma fácil e prático o desempenho de um SANS difractómetro clássicaa uma fonte de neutrões constante (reactor) para além dos limites convencionais de tais instrumentos.

Este protocolo apresenta os passos que um usuário regular deve realizar para definir e conduzir um programa experimental simples que envolve apenas a investigação de amostras em condições ambientais termodinâmicos (temperatura, pressão, umidade relativa) e em condições estáticas (sem cinética de formação de estrutura ou transformação, sem cisalhamento ou fluxo). Vários portadores de temperatura controlada ou em ambientes especiais da amostra (Tabela 1 e Figura 19) suplementar, tais como células de pressão, reômetros, ou células de humidade, estão disponíveis e podem ser instalados de forma óptima e ajustado com um apoio especial da equipa instrumento. Este protocolo não fornece instruções sobre as configurações e controles de tais equipamentos. A definição e a activação de controladores externos requerem a utilização de um outro protocolo, mais complexo. Este protocolo apresenta acaso de se trabalhar com células de amostras de quartzo de uma forma rectangular estreita (Figura 3). No entanto, uma grande variedade de geometrias e tipos de células (Figura 19) suplementar é oferecida aos utilizadores, a fim de proporcionar uma maior flexibilidade e eficiência na realização das experiências. No caso de utilização de tais células, o protocolo pode ser seguido com o ajuste dos parâmetros discutidos no passo 4.2.2. O software de controle de medição foi desenvolvida para oferecer aos utilizadores uma maior flexibilidade na prossecução dos seus objectivos científicos e otimização na operação técnica do instrumento. Todos os ajustes e configurações de funções e componentes do instrumento especiais são feitas pela equipe de instrumento. O envolvimento dos usuários científicos na configuração, definição e utilização do instrumento é simplificado e especificamente limitado apenas aos aspectos que estão em conexão com as questões científicas da sessão experimental. coarquivos nfiguration são predefinidos, a fim de cobrir todas as questões experimentais especiais, tais como o posicionamento dos suportes especiais no feixe, o posicionamento da amostra no feixe (coordenadas x, y, Φ, e ω sobre o estágio da amostra, mesa de rotação, ou berço na suplementar Figura 5), o ajuste das posições do detector e feixe-stop para diferentes comprimentos de onda, o ajuste dos parâmetros de helicóptero (frequência e janela de abertura) para diferentes comprimentos de onda, as distâncias de detecção e resolução destinada, etc. Além disso, o protocolo atual não descreve como o modo em tempo real pode ser utilizado na KWS-2. A utilização de um protocolo mais complexo é também necessária a fim de realizar as experiências SANS resolvidas no tempo.

Além disso, este protocolo apresenta a forma como os dados medidos podem ser corrigidas para as diferentes contribuições de dispersão a partir do instrumento e as referências e calibrado de modo a obter diferenciaram da amostraai secção transversal de dispersão, dΣ / dΩ, expressa em cm-1. Esta quantidade contém toda a informação estrutural e morfológica sobre a amostra e é medido ao longo de uma gama ampla Q correspondente a uma ampla escala de comprimento, sobre o qual correlações estruturais e tamanho-níveis inter-relacionados característicos do sistema investigado aparecer. A secção transversal de dispersão dΣ / dΩ refere-se assim a intensidade medida num experimento de dispersão estática num ângulo Θ, I S = f (Θ) com as propriedades estruturais da amostra.

Para a avaliação da dΣ / dΩ para um sistema de interesse, para além da medição do sistema, medições adicionais são necessários a fim de corrigir os dados para toda a dispersão externa (isto é, ambiente, célula de amostra, a solução de solvente ou tampão, no caso de sistemas de soluto, etc.) e para calibrar os dados corrigidos em unidades absolutas > 8. O fundo externo (célula de amostra ou recipiente), a amostra de referência (soluções de solvente ou tampão), a transmissão de amostra (necessária para a subtracção de fundo correcto e calibração dos resultados corrigidos em unidades absolutas), o fundo electrónico do detector, o detector sensibilidade (não homogeneidade na eficiência do detector que é inerente para detectores de área) e a amostra padrão normalizado também deve ser medido. Para a KWS-2, plexiglas (PMMA) é utilizado como padrão da amostra. Este é o chamado padrão secundário e é periodicamente calibrado contra uma amostra padrão primário, que é de vanádio. Vanadium proporciona uma intensidade dispersa muito fraco e requer tempos de medição muito longos para a recolha de estatísticas adequadas; portanto, não é prático para fins de SANS. A intensidade recolhidos a partir da amostra de interesse e I S a partir da amostra padrão I St pode ser expressa como se segue:

t "> equação 1 [1]

equação 1 [2]

onde 0 representa a intensidade de entrada (emitido pelo sistema de colimação), t é a espessura, A é a área exposta ao feixe, T é a transmissão, e Δ ψ é o ângulo sólido que uma célula de detecção é vista a partir da posição da amostra. Se tanto a amostra como padrão são medidos nas mesmas condições, com respeito ao feixe de entrada (isto é, L C, Um C e A S, e λ e Δ λ / λ), I 0 e A são as mesmas e o ângulo sólido é expressa como uma D / L de D (com um D que representa a área de uma célula de detecção). Ao dividir as duas relações, o espalhamento transversal seçna da amostra é obtida como:

equação 1 [3]

onde a I St é expresso como uma média (o padrão como um sistema de espalhamento incoerente oferece um padrão de dispersão plana). O I S é obtido depois de corrigir a intensidade medida da amostra na célula (recipiente) com respeito à contribuição da célula vazia ECell I e o plano de fundo no detector para o feixe de fechada, I B. O factor T T St St (dΣ / dΩ) St, que contém a dispersão e os parâmetros físicos da amostra-padrão, depende do comprimento de onda e λ neutrões é normalmente conhecido a partir da calibração da amostra padrão. Assim, é tabulados no software de redução de dados 4. Os parâmetros e quantidades na Eq. 3 que são conhecidos a partir de calibração ProcedurES e a definição da configuração experimental (t S, G D) formar o chamado factor de calibração k. As intensidades e a transmissão da amostra T S que aparecem na Eq. 3 tem de ser medido. O programa de análise de dados qtiKWS possibilita a correção, calibração e nivelamento radial dos dados experimentais e da realização dos dΣ / dΩ para as amostras investigadas em um modo de trabalho flexível e versátil. Os resultados finais gerados com o software qtiKWS são apresentados como tabelas com quatro colunas: Q, I, Δ I, Δσ onde representa dΣ / dΩ e Δσ é a resolução Q 5.

De um ponto de vista prático, com o KWS-2, SANS combinadas e investigações USANS pode ser levada a cabo, com a vantagem de que a geometria da amostra e as condições termodinâmicas permanecer constante. Grandes morfologias que mostram multiple níveis estruturais que abrangem uma grande comprimento de escala nanométrica para micrômetro tamanhos podem ser investigadas de uma forma directa, como mostrado na Figura 12. Além disso a pequena escala limite estrutural R C observada na curva de dispersão medido no modo de pinhole convencional, através da activação das lentes e o detector de alta resolução, a grande escala estrutural limite G C de micelas de núcleo-invólucro cilíndrico formado pelo poli - (hexileno-óxido-co-etileno-óxido) PHO10k-PEO10k copolímero dibloco (totalmente protonada) em D 2 o 14 pode ser observado a valores muito baixos em Q o modo de funcionamento estendida Q -range. As micelas cilíndricos são caracterizados por uma espessura total de cerca de 300 A e com um comprimento de cerca de 7000 Â, como revelado pelo ajuste dos resultados experimentais com o núcleo-concha cilíndrica forma-factor de 9,14. Portanto, certos efeitos sensíveis, tais como géis termo-sensível ou formação e crescimento de cristallinha ou parcialmente cristalinos morfologias podem ser inequivocamente explorado com o KWS-2, ao contrário da abordagem clássica de envolver dois ou mais diferentes instrumentos e geometrias de amostra.

Conforme apresentado na Figura 11, os sistemas correlacionados e ordenou estruturas podem ser estudadas com resoluções adaptados de uma forma muito flexível, sem gastar tempo e esforço na instalação de sistemas de monochromatization complexas, que envolvem aspectos de cuidados e de segurança adicionais. Além disso, através do envolvimento do chopper e do modo de aquisição de dados TOF, sistemas de matéria macia monodispersas ou complexos com baixa polidispersidade tamanho pode ser caracterizada de forma muito precisa a ainda alta intensidade 5.

Os obstáculos gerados pela dispersão fraca devido à utilização de sistemas altamente diluído ou condições desfavoráveis ​​de contraste pode ser superada pela utilização de intensidades mais elevadas, mesmo com base no tamanho do feixe maior sobre a amostra, enquanto se mantém aresolução. A Figura 13A apresenta os padrões de dispersão de partículas de poliestireno de um raio de r = 150 Â, medido no modo de alta intensidade utilizando as lentes e um tamanho de feixe quadrática que varia entre 10 mm x 10 mm, o tamanho típico utilizado no modo de pinhole convencional , e em 30 mm x 30 mm. Além disso, o resultado de uma medição com um feixe redondo 50 mm de diâmetro (tamanho completo da lente) é mostrado. Em paralelo, o resultado normalizado obtido no modo de pinhole convencional é apresentado. Usando 26 lentes com neutrões de λ = 7 Â e o mesmo tamanho de entrada abertura A C como para o modo de pinhole convencional (Figura 2B), o ganho de intensidade na amostra de cerca de 12 vezes é obtida mantendo um tamanho de feixe constante (resolução ) no detector, como mostrado na Figura 13B-C. O sistema 27 de lente tem uma transmissão de cerca de 32% à temperatura ambiente. Arrefeceu-se até uma temperatura de 50 K, a transmissão da lente aumenta devidoa supressão de espalhamento na fonões no material da lente. O sistema de 26 lentes parabólicos tem uma transmissão de cerca de 65% para um tamanho de feixe rodada de 50 mm, quando o feixe passa através de todo o volume da lente, e de cerca de 92% para um tamanho de feixe quadrática de 10 mm x 10 mm , quando apenas uma quantidade de material da lente permanece na viga. O modo de alta intensidade com lentes oferece vantagens no caso de dispersão fraca, que geralmente é encontrado em uma grande distância de detecção e é particularmente problemática no caso de condições de contraste fracos. Além disso, quando a amostra só é estável ao longo do curto período de tempo, o uso deste modo representa uma clara vantagem, como é demonstrado em outros lugares 15.

Por outro lado, no caso de sistemas biológicos, pequenos volumes de amostra são tipicamente disponível para experiências. Pequenas moléculas biológicas em condições fisiológicas com tamanhos de alguns nanômetros fornecer sinais de espalhamento fracas acima do dominant dispersão das soluções tampão. Tais sinais podem ser medidos com o KWS-2, beneficiando da alta intensidade do instrumento na configuração de baixa resolução do modo de pinhole, usando short collimation comprimentos L C = 2 m ou 4 m e detecção de distâncias curtas L D = 1 m, 2 m, ou 4 m. A Figura 14 apresenta os padrões de dispersão de proteína beta-amilóide (Ap 1-42, M W = 4,5 kDa) monômeros em hexafluoroisopropanol deuterado dHFIP, obtida após a correção para o sinal de espalhamento do tampão foi aplicada. A adequação do modelo dos dados entregues um tamanho monômero de cerca de 16 ± 1 a 16. Um tempo de medição longo de várias horas para cada condição experimental (distância de detecção L d e tipo de amostra) foi envolvida, embora as medições foram efectuadas a distâncias curtas de detecção. O detector de idade, que tem demonstrado limitações em relação à taxa de contagem, impediu o uso de distâncias curtas de colimaçãoL C, portanto, a utilização do fluxo máximo no instrumento. Com a comissão do novo sistema de detecção que permite o uso de fluxos de neutrões completo, tais intensidades fracas será medido em tempos mais curtos e com melhores estatísticas no futuro.

Finalmente, os efeitos estímulos-sensíveis podem ser estudados de uma forma flexível e fácil usando o equipamento auxiliar especial do KWS-2. Um exemplo é apresentado na Figura 15, que mostra os padrões de SANS proteína lisozima em tampão D 2 O e do tampão recolhido a diferentes pressões. Especial atenção tem sido dada para a investigação de fundo e dispersão para a frente a partir das moléculas de lisozima, utilizada no teste da nova célula de pressão fabricados internamente desempenho, seguindo um design feito por PSI, Suíça. Os resultados foram semelhantes aos obtidos por Kohlbrecher et ai. Em um estudo semelhante para testar o modelo de célula de pressão originais construídoshá 17, 18. Com o KWS-2, mais dados tenha sido adquirido desde uma pressão de 5000 bar foi alcançado. Evolução da intensidade dispersa em frente, a partir da proteína segue um comportamento linear, tal como observado no estudo de PSI, Suíça 18.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
heavy water D2O Sigma-Aldrich 151882
heavy water D2O/H2O Sigma-Aldrich 151882 90% D2O and 10% H2O
3000 Series Nanosphere Size Standards (polystyrene) Thermo Scientific 3030A 90% D2O and 10% H2O
3000 Series Nanospher Size Standards (polystyrene) Thermo Scientific 3070A 90% D2O and 10% H2O
3000 Series Nanosphere Size Standards (polystyrene) Thermo Scientific 3100A 90% D2O and 10% H2O
3000 Series Nanospher Size Standards (polystyrene) Thermo Scientific 3200A 90% D2O and 10% H2O
3000 Series Nanosphere Size Standards (polystyrene) Thermo Scientific 3800A 90% D2O and 10% H2O
diblock copolymer C28H57-PEO5k synthesized in house in D2O
Quartz Cells 110-QX Hellma analytics 110-1-46
Aluminum cuvette-holder manufactured in house for measurements at ambient temperature
screwdriver
Allen keys

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