Forschung in dieser Veröffentlichung berichtet, wurde von einer von der Universität Houston Neue Fakultät Grant, einem Samen Zuschuss von der Texas Center for Supraleitung und der American Chemical Society Petroleum Research Fund (52537-DNI) unterstützt.

1. Vorbereitung für Kolloid-Polymer-Mischungen Hinweis: Dieses Protokoll verwendet Poly (methylmethacrylat) (PMMA)-Teilchen, unter Verwendung von Poly (12-Hydroxystearinsäure) und sterisch stabilisiert mit einem Fluoreszenzfarbstoff (z. B. Nile Red, Rhodamin B, oder Fluorescein), die nach einem Standard synthetisiert markierten Rezept 52. <ol><li> Bereiten Sie eine 3:1 w / w Mischung Cyclohexylbromid (CXB) und Dekahydronaphthalin (DHN) als Aktien Lösungsmittel. Diese Mischung entspricht fast der Dichte und der Brechungsindex der Partikel. Hinzufügen eines organischen Salzes, Tetrabutylammoniumchlorid (TBAC) 46, zu dem Lösungsmittel in einer Konzentration von 1,5 mM, um teilweise zu screenen die Ladungen auf den Teilchen. </li><li> Um die Dichte der Teilchen genau zu bestimmen, bereiten eine Suspension bei ungefähre Partikelvolumenanteil Φ = 0,10 in der CXB: DHN Lösungsmittel. Zentrifugieren Sie die Suspension bei 800 g für 75 min und fügen CXB oder DHN tropfenweise, um den Auftrieb zu verbessernMatching. In diesen Experimenten wurde die Dichte der PMMA-Teilchen gemessen, ρ = 1,223 g / ml ist. </li><li> Bereiten Sie eine konzentrierte Stamm Aussetzung der PMMA-Partikel (hier Φ = 0,40) in der CXB: DHN Lösungsmittelgemisches. </li><li> Vorbereitung einer konzentrierten Lösung von linearem Polystyrol (PS) in der CBX: DHN Lösungsmittelgemisches. Hier wurde eine Lösung von PS mit einem Molekulargewicht Mw ≈ 3.000.000 (Trägheitsradius R g = 15 nm) wird bei einer Konzentration c p ≈ 50 mg / ml hergestellt. </li><li> Mischen geeignete Gewichte der Teilchen, Polymer und Lösungsmittel Lager Mischungen von Suspensionen in den gewünschten Konzentrationen von Teilchen und Polymeren zu formulieren. Anmerkung: Hier werden Suspensionen von monodispersen Teilchen mit konstanter Kolloidvolumenfraktion Φ = 0,15 hergestellt und variable Polymerkonzentration in dem freien Volumen 53 c p = 0-25 mg / ml, und bidispersed Suspensionen, die zwei Größen von kolloidalen Partikeln, with jede Größe mit einen eigenen Fluoreszenzmarkierung, in festen Gesamtkolloidvolumenfraktion Φ = 0,15 hergestellt, Volumenbruchverhältnis kleiner Partikel r = 0,50, und die Polymerkonzentration in dem freien Volumen von 5 oder 25 mg / ml. </li><li> Nach jeder Suspension wird vorbereitet, fügen CXB oder DHN tropft und Zentrifuge die Proben bei 800 g für mindestens 75 min, um zu bestätigen, dass die Teilchen und Cluster in der Suspension verbleiben Auftrieb abgestimmt. </li><li> Äquilibrieren alle Proben für mindestens 24 Stunden vor der Bildgebung Experimente. </li></ol> . 2 Ruhebeispielexperimente: Phasenverhalten <ol><li> Um die Großphasenverhalten bestimmen, fabrizieren rechteckigen Kammern von Deckgläsern (Abb. 1a). Für die Kolloid-Polymer-Mischungen in dieser Studie, Kammern Dicke h = 1 mm (von der Dicke eines Mikroskop-Objektträger gesetzt) ​​geben Groß Verhalten. </li><li> Um mehrere Entbindungen in einem einzigen Experiment Mikroskopie zuzugreifen, fabrizieren dünnen keil(Fig. 1b) förmigen Kammern, mit einer einzigen Deckglas als Abstandhalter auf einer Keil. Der Öffnungswinkel der Kammer ist &lt;0,5 °, so dass in einem einzigen Sichtfeld der die Wände nahezu parallel. Ein Vertreter Kammer ermöglicht den Zugriff auf Haft Dicken von h = 6 bis&gt; 100 um. </li><li> Aufbau Kammern auf einem Deckglas für die Bildgebung auf Basis eines umgekehrten Mikroskops und Dichtung mit UV-härtbaren Epoxidharz, das nicht in der CBX-DHN Lösungsmittelgemisch löst. </li><li> Bildproben mit einem konfokalen Mikroskop. Dieses Protokoll zeigt, Bildgebung mit einer linien konfokalen einem invertierten Mikroskop mit einer 100X-Ölimmersionslinse der numerischen Apertur NA = 1,40 ausgestattet angebracht. </li><li> Erregen die Farbstoffe unter Verwendung einer Laserquelle. Hier Wellenlängen λ = 491 bzw. 561 nm verwendet, um die Fluorescein und Rhodamin / Nile Red-Farbstoffe anzuregen sind. </li><li> Im Punkt-Scanning-System, erzeugen ein Bild durch schnelles Scannen des Brennpunkts in der Probe (in der x-y-Ebene) mit der konfokalen Software. Ein zweidimensionales Bild 512 Pixel x 512 Pixel, die ungefähr 50 &amp;mgr; m × 50 &amp;mgr; m, kann in 1/32 sec erfasst werden. Verbesserung der Bildqualität durch Mittelung mehrerer Bilder oder die Erhöhung der Aufnahmezeit. </li><li> Finde den Boden der Kammer (z = 0), beispielsweise indem sie sich auf Partikel zu seinem Boden befestigt. In diesem Setup die Höhe (z) steigt mit zunehmender Fokus in die Kammer. </li><li> Als ein Beispiel, charakterisieren die Wirkung der Beschränkung auf die Dynamik der Partikel durch den Erwerb einer 2-D-Zeitserie von Bildern (in der xy-Ebene) in der Mittelebene der Kammer. In einem typischen Experiment wurden 500 Bilder der Dimension 512 Pixel x 512 Pixel mit einer Bildrate von 1 Rahmen / sec (Zeitabstand &amp;Dgr; t = 1 sec) erworben. </li><li> Als ein zweites Beispiel, charakterisieren die 3-D-Struktur von Teilchen durch den Erwerb einer dreidimensionalen Reihe von Bildern (x, y, z). In einem typischen Experiment (512 Pixel x 512 Pixel) sind zweidimensionale Bilderan verschiedenen z-Positionen innerhalb der Kammer erworben, mit einem konstanten Abstand von Az = zwischen aufeinanderfolgenden Bildern von einem piezo eingestellt 0,2 um. Ein Volumen-Stack für eine Dicke von h = enthält 30 um somit 151 Bilder. </li><li> Suchen und Track Partikel über die Zeit in 2-D oder 3-D mit Partikel-Tracking-Software in IDL 23,54-56, MATLAB 57,58, LabView 59, 60 oder Python geschrieben. Diese Algorithmen erlauben typischerweise die Zentren der Partikel innerhalb von 40-50 nm aufgelöst werden. Erfolgreiche Partikelverfolgung erfordert, dass die Teilchen bewegen sich weniger als die interpartikulären Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Frames. </li><li> Von den Partikelpositionen berechnen strukturellen und dynamischen Metriken. Drei hier gezeigten bequem Metriken sind die 3-D-Paarkorrelationsfunktion g (r) 61, die 2-D mittleren quadratischen Verschiebung (MSD) 58,62, und die 2-D-Selbst Teil der van Hove Korrelationsfunktion G s ( x, t) 58. Die letzteren zwei Metriken können auch in 3-D zu berechnen. </li></ol> . 3 Fließende Experimente: Fließeigenschaften <ol><li> Herstellen eines einfachen Durchflusszelle mit einem Glas Mikrokapillare mit quadratischem Querschnitt (100 &amp;mgr; m × 100 &amp;mgr; m), die Teflonschlauch befestigt ist. Deckgläser verwenden, um die Kapillare zu unterstützen und mechanische Festigkeit, wie in dem Schema in Fig. 7 gezeigt. </li><li> Laden Sie die Kolloid-Polymer-Mischung in eine Glasspritze. Die Spritze mit einer Spritzenpumpe oder pneumatischen Fluidabgabesystem. </li><li> Montieren Sie die Durchflusszelle Setup auf die inverse Mikroskop. Die Spritze, die Durchflusszelle und Auslass auf der gleichen Höhe, um die Wirkung der Schwerkraft auf das Strömungsprofil zu minimieren. </li><li> Steuerung der Strömungsgeschwindigkeit der Suspension durch die Strömungszelle durch die volumetrische Strömungsgeschwindigkeit (die Spritzenpumpe) oder dem angelegten Druck (Druckkammer). Die Durchschnittsgeschwindigkeit der Suspension in den Mikrokanal hängt auch von der suspension Formulierung. Typische Werte für die maximale Geschwindigkeit in der quadratischen Mikro hier gemessenen 200-2000 &amp;mgr; m / Sek. </li><li> Während Flow, erwerben ein 2-D-konfokalen Zeitreihen bei schnellen Bildraten. Hier 500 Bilder der Dimension 512 x 512 Pixel Pixel mit 32 Bildern / sec in verschiedenen Höhen über dem Boden des Mikrokanals (z = 0 &amp;mgr; m) im Bereich von z = 5 erfasst (zeitliche Abstand Δ t = 1/32 sec) - 50 um. Jedes Bild deckt etwa die Hälfte des Querdimension (y) des Mikrokanals, wie in der Neben bis Abbildung 7. Sind die Teilchen elliptisch erscheinen, erhöhen Sie die Bildrate des Erwerbs. </li><li> Wie in Ruhe Experimente, suchen die Teilchen in 2-D mit Standard-Algorithmen für die Ortung und Verfolgung Partikel in IDL oder MATLAB. Für langsame Strömungen, in denen Teilchen bewegen sich weniger als die durchschnittliche Partikelabstand zwischen Frames, verwenden Sie Tracking-Algorithmen, um die Flugbahnen zu erhalten. </li><li> Verwenden Sie Bildkorrelations Calculate die Geschwindigkeitsprofile für schnelle Strömungen. <ol><li> Unterteilung des Bildes in horizontaler Bilder mit konstanter Höhe (y) entlang der Strömungsrichtung (x). Für zwei aufeinanderfolgende Bilder I 1 (x, y) und I 2 (x, y) verschieben das letztere Bild um den Faktor Ax und dann die Berechnung der Kreuzkovarianz zwischen I 1 (x, y) und I 2 (x + &amp;Dgr; x, y). </li><li> Identifizieren der Spitzenposition des Histogramms der Werte &amp;Dgr; x, der die Quer Kovarianz zwischen jedem Paar von Bildern zu maximieren, um die Durchschnitts Advektionsgeschwindigkeit an jeder seitlichen Position y zu erhalten. Wenn diese Verteilung nicht stark ihren Höhepunkt erreicht, Bilder zu erwerben mit einer schnelleren Bildrate. </li></ol></li></ol>

Die Autoren haben nichts zu offenbaren.

Kolloidale Suspensionen werden häufig als Modelle für beschränkt Phasenverhalten untersucht, weil Mikrometergröße kolloidale Partikel zeigen deutlich langsamer Dynamik als Atome und Moleküle und somit leicht abgebildet und im Laufe der Zeit 10 verfolgt werden. Für diese Grundlagenstudien, das Verständnis der Wirkung von interpartikulären Attraktionen beschränkt Phasenverhalten bietet die Möglichkeit, Phänomene wie Kapillar-Kondensation und Verdampfung 21,22,67 erkunden. Außerdem schein...

Dieses Papier zeigt (a) konfokale Bildgebung von ruhenden und fließenden beschränkt Kolloid-Polymer-Mischungen in zwei und drei Dimensionen und (b) Partikel-Tracking-und Korrelationsanalyse der erhaltenen Bilder, quantitative Informationen über das Phasenverhalten und die Fließeigenschaften zu erhalten. Kolloidale Suspensionen mit attraktiven Wechselwirkungen zwischen erscheinen ubiquitär in technologischen Anwendungen als Materialien für die Montage gerichtet 1-3, Drug Delivery 4, verbesserte Kohlenwasserstoffgewinnung 5-7, 8 und Energiespeicher. Ein gemeinsames Merkmal dieser Anwendungen ist, dass die Teilchen durch feine Geometrien, wie Düsen, Druckköpfe, Mikrokanäle oder poröse Medium durchströmt werden, und / oder zu dünnen Filmen oder Stäben geformt werden. Techniken verwendet, um die Struktur der Mikrongröße Kolloide in eingeschränkten Geometrien, einschließlich 17,18 Elektronenmikroskopie, Röntgenmikroskopie 19 und Laser-Beugungs m Sondenicroscopy 20 kann verwendet werden, um die Struktur und Dynamik von Teilchen im Mikromaßstab zu messen. Diese Techniken sind jedoch nicht den Zugriff auf den Trajektorien der einzelnen Partikel, aus denen strukturelle und dynamische Metriken können für den direkten Vergleich mit numerischen Simulationen 21,22 berechnet werden. Die konfokale Mikroskopie ist eine Variante der Fluoreszenz-Mikroskopie, die Bildgebung des Dünnschnitten von einem fluoreszierenden Probe ermöglicht. Für Kolloidforschung 10, ist diese Technik besonders geeignet zum Abbilden tief in dichten Suspensionen oder in drei Dimensionen. , Zwei-oder drei-dimensionale Zeitreihe der konfokalen Mikroaufnahmen Particle-Tracking-Algorithmen 23 angelegt ergeben sich die Flugbahnen aller sichtbaren Teilchen. Als Ergebnis hat die Kombination von konfokaler Mikroskopie und Partikelverfolgungs angewendet worden, um das Phasenverhalten, Struktur und Dynamik von kolloidalen Suspensionen zu untersuchen, einschließlich geordnete Kristalle 24-27 und Unordnunged Gläser und Gele 28-31 32-35. Andere können die Bildanalyse-Algorithmen angewandt werden, um die Partikeldynamik von Zeitreihen der konfokalen Mikroaufnahmen zu messen. Zum Beispiel kann Diffusionspartikeldynamik durch die Analyse der Schwankungen in der Intensität über die Zeit mit Hilfe der konfokalen Mikroskopie dynamischen Differential 36 untersucht werden. Wenn die Partikel Verschiebungen größer als der Abstand interpartikulär können Bildkorrelations 37 basierend auf Particle Image Velocimetry 38-40 aufgebracht werden, um Geschwindigkeitsprofile der Partikel zu messen. Die Kombination von Tracking-und Korrelationsalgorithmen erlaubt hat kolloidalen Dynamik in Systemen unterziehen langsamen und schnellen Strömung 11-16,41-45 gemessen werden. Wir verwenden Kolloid-Polymer-Mischungen als Modelle für attraktive kolloidalen Suspensionen 9. In diesen Mischungen sind die Reichweite und Stärke der attraktiven interpartikulären Potential über das Verhältnis gesteuertdes Polymers Gyrationsradius der Partikelradius und der Konzentration des Polymers und der elektrostatischen Abstoßung durch die Zugabe eines einwertigen organischen Salzes 46 gesteuert. Da die Wechselwirkungen zwischen den Partikeln kann genau eingestellt werden, die Verfestigung dieser Mischungen wurde ausgiebig mit 34,47-51 konfokale Mikroskopie untersucht. Hier zeigen wir, konfokale Bildgebung und Bildanalyse 37 von ruhenden und fließenden Kolloid-Polymer-Gemischen, bei dem das Kolloid Volumenanteil fixiert auf Φ = 0,15 gehalten, daß die Wirkung der Sonde Haft auf das Phasenverhalten und die Fließeigenschaften dieser Gemische. Diese Techniken sind allgemein anwendbar, um partikuläre Systeme, sind Brechungsindex angepassten und in dem die Teilchen und / oder Lösemittel kann mit einem fluoreszierenden Farbstoff markiert werden.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:752px;" width="751">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Name of Material/ Equipment</td>
			<td style="width:103px;">Company</td>
			<td style="width:119px;">Catalog Number</td>
			<td style="width:315px;">Comments/Description</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Cyclohexyl bromide</td>
			<td style="width:103px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">135194</td>
			<td style="width:315px;">CAS Number&#160; 108-85-0, Molecular wt. =163.06, Used in stock solvent</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Decahydronapthalene</td>
			<td style="width:103px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">D251</td>
			<td style="width:315px;">CAS Number 91-17-8, Molecular wt. = 138.25, Used in stock solvent</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Nile Red</td>
			<td style="width:103px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">72485</td>
			<td style="width:315px;">Fluorescent dye</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Fluorescein 5(6)-isothiocyanate</td>
			<td style="width:103px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">F3651</td>
			<td style="width:315px;">Fluorescent dye</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Rhodamine B</td>
			<td style="width:103px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">83689</td>
			<td style="width:315px;">Fluorescent dye</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Dynamic Light Scattering&#160;</td>
			<td style="width:103px;">Brookhaven Instruments</td>
			<td style="width:119px;">BI-APD</td>
			<td style="width:315px;">DLS equipment used for particle size measurement</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Polystyrene&#160;</td>
			<td style="width:103px;">Varian/Agilent</td>
			<td style="width:119px;">PL20138-23</td>
			<td style="width:315px;">Polystyrene (polymer) for inducing depletion attraction</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">tetrabutyl(ammonium chloride) (TBAC)</td>
			<td style="width:103px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">86870</td>
			<td style="width:315px;">monovalent salt</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Cover slips</td>
			<td style="width:103px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:119px;">12-518-210&#160;</td>
			<td style="width:315px;">48&#10761;65 mm</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Cover slips</td>
			<td style="width:103px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:119px;">12-540B</td>
			<td style="width:315px;">22&#10761;22 mm</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">UV Adhesive</td>
			<td style="width:103px;">Norland Adhesive</td>
			<td style="width:119px;">NOA 68T</td>
			<td style="width:315px;">Part Number 68T01 (UV cured adhesive)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">VT Eye</td>
			<td style="width:103px;">Visitech</td>
			<td style="width:119px;">VT Eye</td>
			<td style="width:315px;">confocal scanner</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">VT Infinity</td>
			<td style="width:103px;">Visitech</td>
			<td style="width:119px;">VT Infinity</td>
			<td style="width:315px;">confocal scanner</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Microscope&#160;</td>
			<td style="width:103px;">Leica</td>
			<td style="width:119px;">DMI3000B</td>
			<td style="width:315px;">Inverted Microscope</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Centrifuge</td>
			<td style="width:103px;">Thermo Scientific&#160;</td>
			<td style="width:119px;">Sorvall ST 16</td>
			<td style="width:315px;">1-5000 rpm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Glass slides</td>
			<td style="width:103px;">VWR</td>
			<td style="width:119px;">48382-171</td>
			<td style="width:315px;">25&#10761;75 mm, 1.0 mm thick</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">microcapillary</td>
			<td style="width:103px;">Vitrocom</td>
			<td style="width:119px;">8510-100</td>
			<td style="width:315px;">0.1&#10761;0.1 mm square cross section, 100 mm length</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Teflon tubing</td>
			<td style="width:103px;">smallparts</td>
			<td style="width:119px;">SLTT 26-72</td>
			<td style="width:315px;">Zeus PTFE Sublite Wall Tubing 26 AWG .016&#34; ID x .0030&#34; Wall</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Epoxy</td>
			<td style="width:103px;">Devcon</td>
			<td style="width:119px;">DA051</td>
			<td style="width:315px;">5 minute epoxy</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Syringe</td>
			<td style="width:103px;">Micromate/Cadence</td>
			<td style="width:119px;">5004</td>
			<td style="width:315px;">glass syringe with metal luer lock tip</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Syringe tips&#160;</td>
			<td style="width:103px;">Nordson</td>
			<td align="right">7018462</td>
			<td style="width:315px;">32 GA precision tips&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Syringe pump&#160;</td>
			<td style="width:103px;">New Era Pump system Inc.&#160;</td>
			<td style="width:119px;">NE1002X</td>
			<td style="width:315px;">Programmable microfluidic pump (syringepump.com)</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Weigh balance</td>
			<td style="width:103px;">Mettler Toledo</td>
			<td style="width:119px;">AB204-S</td>
			<td style="width:315px;">0.0001-220 g</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">PMMA particles</td>
			<td style="width:103px;">synthesized</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:315px;">poly(methylmethacrylate) colloidal particles</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

confocal imaging of confined quiescent and flowing colloid-polymer mixtures

Das Verhalten beschränkt kolloidalen Suspensionen mit attraktiven Wechselwirkungen zwischen ist entscheidend für das rationale Design von Materialien für die Montage gerichtet 1-3, Drug Delivery 4, verbesserte Kohlenwasserstoffgewinnung 5-7, und fließfähigen Elektroden zur Energiespeicherung 8. Suspensionen, Kolloiden fluoreszierenden und nicht-adsorbierende Polymere sind ansprechend Modellsysteme, wie das Verhältnis des Polymers der Trägheitsradius an der Partikelradius und der Konzentration des Polymers Steuer der Bereich und die Stärke der Anziehung zwischen jeweils. Durch Abstimmung der Polymereigenschaften und der Volumenanteil der Kolloide, Kolloidflüssigkeiten, Flüssigkeiten von Clustern, Gele, Kristalle und Gläser erhalten werden 9. Konfokale Mikroskopie, eine Variante der Fluoreszenzmikroskopie ermöglicht eine optisch transparente und fluoreszierende abzubildenden Probe mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung in drei Dimensionen. Bei dieser Technik wird eine kleine Loch-oder Schlitzblöcke das emittierte Fluoreszenzlicht von Bereichen der Probe, die außerhalb des Fokusvolumens des Mikroskopoptik sind. Als Ergebnis wird nur ein dünner Abschnitt der Probe in der Bildebene abgebildet wird. Diese Technik ist besonders gut geeignet, um die Struktur und Dynamik in dichten kolloidalen Suspensionen an der Ein-Teilchen-Skala zu untersuchen: die Teilchen groß genug, um mit sichtbarem Licht gelöst werden und diffundieren langsam genug, um bei typischen Scan-Geschwindigkeiten von konfokalen Handelssysteme 10 erfasst werden . Verbesserungen in der Scan-Geschwindigkeiten und-Analyse-Algorithmen wurden ebenfalls aktiviert quantitative konfokale Abbildung fließt Suspensionen 11-16,37. In dieser Arbeit zeigen wir, konfokale Mikroskopie Experimente zur begrenzten Phasenverhalten und die Fließeigenschaften von Kolloidpolymermischungen zu untersuchen. Wir bereiten erste colloid-Polymermischungen, die Dichte-und Brechungsindex angepaßt sind. Weiter berichten wir ein Standard-Protokoll für die Abbildung Ruhe dichten Kolloid-Polymer-Mischungen unter wechselnden Haft in dünnen keilförmigen Zellen. Schließlich zeigen wir, ein Protokoll für die Abbildung Kolloid-Polymer-Mischungen in Mikrokanalströmung.

Konfokale Bildgebung und Partikelverfolgung zeigen, untersuchten wir die Wirkung der Beschränkung auf das Phasenverhalten der Polymermischungen kolloid 63-65. Für diese Experimente wurde das Kolloid Durchmesser 2a = 0,865 &amp;mgr; m. Das Kolloid Volumenfraktion wurde bei Φ = 0,15 festgelegt, und die Konzentration von Polymer C wurde p 0 bis 23,6 mg / ml variiert. Repräsentative konfokale Bilder sind in Fig. 2 63, linke Spalte gezeigt. Von ...

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Confocal Imaging of Confined Quiescent and Flowing Colloid-polymer Mixtures

Die konfokale Mikroskopie ist mit Bild und fließende Ruhe Kolloid-Polymer-Mischungen, die als Modellsysteme für attraktive Suspensionen untersucht werden. Bildanalysealgorithmen werden verwendet, um strukturelle und dynamische Messgrößen für die kolloidalen Partikel, die aufgrund von geometrischen Änderungen Haft Messung berechnen.

Die konfokale Bildgebung von Enge und Ruhe Fließende Kolloid-Polymer-Mischungen

The behavior of confined colloidal suspensions with attractive interparticle interactions is critical to the rational design of materials for directed ...

confocal-imaging-confined-quiescent-flowing-colloid-polymer

Research

JoVE Journal

Chemistry

12.1K Aufrufe.  University of Houston.  Die konfokale Mikroskopie ist mit Bild und fließende Ruhe Kolloid-Polymer-Mischungen, die als Modellsysteme für attraktive Suspensionen untersucht werden. Bildanalysealgorithmen werden verwendet, um strukturelle und dynamische Messgrößen für die kolloidalen Partikel, die aufgrund von geometrischen Änderungen Haft Messung berechnen. 

Serie: Confocal Imaging of Confined Quiescent and Flowing Colloid-polymer Mixtures

Synthesis of Immunotargeted Magneto-plasmonic Nanoclusters

Magnetic and plasmonic properties combined in a single nanoparticle provide a synergy that is advantageous in a number of biomedical applications including contrast enhancement in novel magnetomotive imaging modalities, simultaneous capture&#160;and detection of circulating tumor cells (CTCs),&#160;and multimodal molecular imaging combined with photothermal therapy of cancer cells. These applications have stimulated significant interest in development of protocols for synthesis of magneto-plasmonic nanoparticles with optical absorbance in the near-infrared (NIR) region and a strong magnetic moment. Here, we present a novel protocol for synthesis of such hybrid nanoparticles that is based on an oil-in-water microemulsion method. The unique feature of the protocol described herein is synthesis of magneto-plasmonic nanoparticles of various sizes from primary blocks which also have magneto-plasmonic characteristics. This approach yields nanoparticles with a high density of magnetic and plasmonic functionalities which are uniformly distributed throughout the nanoparticle volume. The hybrid nanoparticles can be easily functionalized by attaching antibodies through the Fc moiety leaving the Fab portion that is responsible for antigen binding available for targeting.

Here, we describe a protocol for synthesis of magneto-plasmonic nanoparticles with a strong magnetic moment and a strong near-infrared (NIR) absorbance. The protocol also includes antibody conjugation to the nanoparticles through the Fc moiety for various biomedical applications which require molecular specific targeting.

Synthese von Immunotargeted Magneto-Plasmonen Nanocluster

Magnetic and plasmonic properties combined in a single nanoparticle provide a synergy that is advantageous in a number of biomedical applications ...

Forschung

Chemie

Preparation and In Vitro Characterization of Dendrimer-based Contrast Agents for Magnetic Resonance Imaging

Paramagnetic complexes of gadolinium(III) with acyclic or macrocyclic chelates are the most commonly used contrast agents (CAs) for magnetic resonance imaging (MRI). Their purpose is to enhance the relaxation rate of water protons in tissue, thus increasing the MR image contrast and the specificity of the MRI measurements. Current clinically approved contrast agents are low molecular weight molecules that are rapidly cleared from the body. The use of dendrimers as carriers of paramagnetic chelators can play an important role in the future development of more efficient MRI contrast agents. Specifically, the increase in local concentration of the paramagnetic species results in a higher signal contrast. Furthermore, this CA provides a longer tissue retention time due to its high molecular weight and size. Here, we demonstrate a convenient procedure for the preparation of macromolecular MRI contrast agents based on poly(amidoamine) (PAMAM) dendrimers with monomacrocyclic DOTA-type chelators (DOTA &#8211; 1,4,7,10-tetraazacyclododecane-1,4,7,10-tetraacetate). The chelating unit was appended by exploiting the reactivity of the isothiocyanate (NCS) group towards the amine surface groups of the PAMAM dendrimer to form thiourea bridges. Dendrimeric products were purified and analyzed by means of nuclear magnetic resonance spectroscopy, mass spectrometry, and elemental analysis. Finally, high resolution MR images were recorded and the signal contrasts obtained from the prepared dendrimeric and the commercially available monomeric agents were compared.

Preparation and In Vitro Characterization of Dendrimer-based Contrast Agents for Magnetic Resonance Imaging

This protocol describes the preparation and characterization of a dendrimeric magnetic resonance imaging (MRI) contrast agent that carries cyclen-based macrocyclic chelates coordinating paramagnetic gadolinium ions. In a series of MRI experiments in vitro, this agent produced an amplified MRI signal when compared to the commercially available monomeric analogue.

Vorbereitung und<em&gt; In Vitro</em&gt; Charakterisierung der für Magnetresonanz-Kontrastmittel Dendrimer-basierten

Paramagnetic complexes of gadolinium(III) with acyclic or macrocyclic chelates are the most commonly used contrast agents (CAs) for magnetic resonance ...

Direct Imaging of Laser-driven Ultrafast Molecular Rotation

We present a method for visualizing laser-induced, ultrafast molecular rotational wave packet dynamics. We have developed a new 2-dimensional Coulomb explosion imaging setup in which a hitherto-impractical camera angle is realized. In our imaging technique, diatomic molecules are irradiated with a circularly polarized strong laser pulse. The ejected atomic ions are accelerated perpendicularly to the laser propagation. The ions lying in the laser polarization plane are selected through the use of a mechanical slit and imaged with a high-throughput, 2-dimensional detector installed parallel to the polarization plane. Because a circularly polarized (isotropic) Coulomb exploding pulse is used, the observed angular distribution of the ejected ions directly corresponds to the squared rotational wave function at the time of the pulse irradiation. To create a real-time movie of molecular rotation, the present imaging technique is combined with a femtosecond pump-probe optical setup in which the pump pulses create unidirectionally rotating molecular ensembles. Due to the high image throughput of our detection system, the pump-probe experimental condition can be easily optimized by monitoring a real-time snapshot. As a result, the quality of the observed movie is sufficiently high for visualizing the detailed wave nature of motion. We also note that the present technique can be implemented in existing standard ion imaging setups, offering a new camera angle or viewpoint for the molecular systems without the need for extensive modification.

We present a protocol for creating a real-time movie of a molecular rotational wave packet using a high-resolution Coulomb explosion imaging setup.

Direct Imaging von lasergetriebenen Ultrakurz Molecular Rotation

We present a method for visualizing laser-induced, ultrafast molecular rotational wave packet dynamics. We have developed a new 2-dimensional Coulomb ...

Measurements of Long-range Electronic Correlations During Femtosecond Diffraction Experiments Performed on Nanocrystals of Buckminsterfullerene

The precise details of the interaction of intense X-ray pulses with matter are a topic of intense interest to researchers attempting to interpret the results of femtosecond X-ray free electron laser (XFEL) experiments. An increasing number of experimental observations have shown that although nuclear motion can be negligible, given a short enough incident pulse duration, electronic motion cannot be ignored. The current and widely accepted models assume that although electrons undergo dynamics driven by interaction with the pulse, their motion could largely be considered &#39;random&#39;. This would then allow the supposedly incoherent contribution from the electronic motion to be treated as a continuous background signal and thus ignored. The original aim of our experiment was to precisely measure the change in intensity of individual Bragg peaks, due to X-ray induced electronic damage in a model system, crystalline C60. Contrary to this expectation, we observed that at the highest X-ray intensities, the electron dynamics in C60 were in fact highly correlated, and over sufficiently long distances that the positions of the Bragg reflections are significantly altered. This paper describes in detail the methods and protocols used for these experiments, which were conducted both at the Linac Coherent Light Source (LCLS) and the Australian Synchrotron (AS) as well as the crystallographic approaches used to analyse the data.

We describe an experiment designed to probe the electronic damage induced in nanocrystals of Buckminsterfullerene (C60) by intense, femtosecond pulses of X-rays. The experiment found that, surprisingly, rather than being stochastic, the X-ray induced electron dynamics in C60 are highly correlated, extending over hundreds of unit cells within the crystals1.

Messungen von Langstrecken elektronische Korrelationen während Femtosekunden Beugungsexperimente auf Nanokristallen Buckminsterfulleren durchgeführt

The precise details of the interaction of intense X-ray pulses with matter are a topic of intense interest to researchers attempting to interpret the ...

Separation of Aldehydes and Reactive Ketones from Mixtures Using a Bisulfite Extraction Protocol

The purification of organic compounds is an essential component of routine synthetic operations. The ability to remove contaminants into an aqueous layer by generating a charged structure provides an opportunity to use extraction as a simple purification technique. By combining the use of a miscible organic solvent with saturated sodium bisulfite, aldehydes and reactive ketones can be successfully transformed into charged bisulfite adducts that can then be separated from other organic components of a mixture by the introduction of an immiscible organic layer. Here, we describe a simple protocol for the removal of aldehydes, including sterically-hindered neopentyl aldehydes and some ketones, from chemical mixtures. Ketones can be separated if they are sterically unhindered cyclic or methyl ketones. For aliphatic aldehydes and ketones, dimethylformamide is used as the miscible solvent to improve removal rates. The bisulfite addition reaction can be reversed by basification of the aqueous layer, allowing for the re-isolation of the reactive carbonyl component of a mixture.

Here, we present a protocol to remove aldehydes and reactive ketones from mixtures by a liquid-liquid extraction protocol directly with saturated sodium bisulfite in a miscible solvent. This combined protocol is rapid and facile to perform. The aldehyde or ketone can be re-isolated by the basification of the aqueous layer.

Trennung von Aldehyden und reaktive Ketone von Mischungen mit einem Bisulfit-Extraktion-Protokoll

The purification of organic compounds is an essential component of routine synthetic operations. The ability to remove contaminants into an aqueous layer ...

Regioselective O-Glycosylation of Nucleosides via the Temporary 2',3'-Diol Protection by a Boronic Ester for the Synthesis of Disaccharide Nucleosides

Disaccharide nucleosides, which consist of disaccharide and nucleobase moieties, have been known as a valuable group of natural products having multifarious bioactivities. Although chemical O-glycosylation is a commonly beneficial strategy to synthesize disaccharide nucleosides, the preparation of substrates such as glycosyl donors and acceptors requires&#160;tedious protecting&#160;group manipulations and a purification at each synthetic step. Meanwhile, several research groups have reported that boronic and borinic esters serve as a protecting or activating group of carbohydrate derivatives to achieve the regio- and/or stereoselective acylation, alkylation, silylation, and glycosylation. In this article, we demonstrate the procedure for the regioselective O-glycosylation of unprotected ribonucleosides utilizing boronic acid. The esterification of 2&#39;,3&#39;-diol of ribonucleosides with boronic acid makes the temporary protection of diol, and, following O-glycosylation with a glycosyl donor in the presence of p-toluenesulfenyl chloride and silver triflate, permits the regioselective reaction of the 5&#39;-hydroxyl group to afford the disaccharide nucleosides. This method could be applied to various nucleosides, such as guanosine, adenosine, cytidine, uridine, 5-metyluridine, and 5-fluorouridine. This article and the accompanying video represent&#160;useful (visual) information for the O-glycosylation of unprotected nucleosides and their analogs for the synthesis of not only disaccharide nucleosides, but also a variety of biologically relevant derivatives.

Regioselective O-Glycosylation of Nucleosides via the Temporary 2',3'-Diol Protection by a Boronic Ester for the Synthesis of Disaccharide Nucleosides

Here, we present protocols for the synthesis of disaccharide nucleosides by the regioselective O-glycosylation of ribonucleosides via a temporary protection of their 2&#39;,3&#39;-diol moieties utilizing a cyclic boronic ester. This method applies to several unprotected nucleosides such as adenosine, guanosine, cytidine, uridine, 5-methyluridine, and 5-fluorouridine to give corresponding disaccharide nucleosides.

Regioselective O- Glykosylierung Nukleoside über die temporäre 2', 3'-Diol Schutz durch eine Boronic Ester für die Synthese von Disaccharid Nukleosiden

Disaccharide nucleosides, which consist of disaccharide and nucleobase moieties, have been known as a valuable group of natural products having ...

Automation of a Positron-emission Tomography (PET) Radiotracer Synthesis Protocol for Clinical Production

The development of new positron-emission tomography (PET) tracers is enabling researchers and clinicians to image an increasingly wide array of biological targets and processes. However, the increasing number of different tracers creates challenges for their production at radiopharmacies. While historically it has been practical to dedicate a custom-configured radiosynthesizer and hot cell for the repeated production of each individual tracer, it is becoming necessary to change this workflow. Recent commercial radiosynthesizers based on disposable cassettes/kits for each tracer simplify the production of multiple tracers with one set of equipment by eliminating the need for custom tracer-specific modifications. Furthermore, some of these radiosynthesizers enable the operator to develop and optimize their own synthesis protocols in addition to purchasing commercially-available kits. In this protocol, we describe the general procedure for how the manual synthesis of a new PET tracer can be automated on one of these radiosynthesizers and validated for the production of clinical-grade tracers. As an example, we use the ELIXYS radiosynthesizer, a flexible cassette-based radiochemistry tool that can support both PET tracer development efforts, as well as routine clinical probe manufacturing on the same system, to produce [18F]Clofarabine ([18F]CFA), a PET tracer to measure in vivo deoxycytidine kinase (dCK) enzyme activity. Translating a manual synthesis involves breaking down the synthetic protocol into basic radiochemistry processes that are then translated into intuitive chemistry &#34;unit operations&#34; supported by the synthesizer software. These operations can then rapidly be converted into an automated synthesis program by assembling them using the drag-and-drop interface. After basic testing, the synthesis and purification procedure may require optimization to achieve the desired yield and purity. Once the desired performance is achieved, a validation of the synthesis is carried out to determine its suitability for the production of the radiotracer for clinical use.

Automation of a Positron-emission Tomography PET Radiotracer Synthesis Protocol for Clinical Production

Positron-emission tomography (PET) imaging sites that are involved in multiple early clinical research trials need robust and versatile radiotracer manufacturing capabilities. Using the radiotracer [18F]Clofarabine as an example, we illustrate how to automate the synthesis of a radiotracer using a flexible, cassette-based radiosynthesizer and validate the synthesis for clinical use.

Automatisierung eines Positronen-Emissions-Tomographie (PET) Radiotracer Synthese Protokolls für klinische Herstellung

The development of new positron-emission tomography (PET) tracers is enabling researchers and clinicians to image an increasingly wide array of biological ...

Technical Aspect of the Automated Synthesis and Real-Time Kinetic Evaluation of [11C]SNAP-7941

Positron emission tomography (PET) is an essential molecular imaging technique providing insights into pathways and using specific targeted radioligands for in vivo investigations. Within this protocol, a robust and reliable remote-controlled radiosynthesis of [11C]SNAP-7941, an antagonist to the melanin-concentrating hormone receptor 1, is described. The radiosynthesis starts with cyclotron produced [11C]CO2 that is subsequently further reacted via a gas-phase transition to [11C]CH3OTf. Then, this reactive intermediate is introduced to the precursor solution and forms the respective radiotracer. Chemical as well as the radiochemical purity are determined by means of RP-HPLC, routinely implemented in the radiopharmaceutical quality control process. Additionally, the molar activity is calculated as it is a necessity for the following real-time kinetic investigations. Furthermore, [11C]SNAP-7941 is applied to MDCKII-WT and MDCKII-hMDR1 cells for evaluating the impact of P-glycoprotein (P-gp) expression on cell accumulation. For this reason, the P-gp expressing cell line (MDCKII-hMDR1) is either used without or with blocking prior to experiments by means of the P-gp substrate (&#177;)-verapamil and the results are compared to the ones observed for the wildtype cells. The overall experimental approach demonstrates the importance of a precise time-management that is essential for every preclinical and clinical study using PET tracers radiolabelled with short-lived nuclides, such as carbon-11 (half-life: 20 min).

Technical Aspect of the Automated Synthesis and Real-Time Kinetic Evaluation of [11C]SNAP-7941

Here, we represent a protocol for the fully automated radiolabelling of [11C]SNAP-7941 and the analysis of the real-time kinetics of this PET-tracer on P-gp expressing and non-expressing cells.

Technischer Aspekt der automatisierten Synthese und Echtzeit-Kinetik-Evaluierung von [11C]SNAP-7941

Positron emission tomography (PET) is an essential molecular imaging technique providing insights into pathways and using specific targeted radioligands ...

Resolving Water, Proteins, and Lipids from In Vivo Confocal Raman Spectra of Stratum Corneum through a Chemometric Approach

Development of this in vivo confocal Raman spectroscopic method enables the direct measurement of water, proteins, and lipids with depth resolution in human subjects. This information is very important for skin-related diseases and characterizing skin care product performance. This protocol illustrates a method for confocal Raman spectra collection and the subsequent analysis of the spectral dataset leveraging chemometrics. The goal of this method is to establish a standard protocol for data collection and provide general guidance for data analysis. Preprocessing (e.g., removal of outlier spectra) is a critical step when processing large datasets from clinical studies. As an example, we provide guidance based on prior knowledge of a dataset to identify the types of outliers and develop specific strategies to remove them. A principal component analysis is performed, and the loading spectra are compared with spectra from reference materials to select the number of components used in the final multivariate curve resolution (MCR) analysis. This approach is successful for extracting meaningful information from a large spectral dataset.

Here, we present a protocol for collection of confocal Raman spectra from human subjects in clinical studies combined with chemometric approaches for spectral outlier removal and the subsequent extraction of key features.

Auflösen von Wasser, Proteinen und Lipiden aus In Vivo konfokale Raman Spectra von Stratum Corneum durch einen chemometrischen Ansatz

Development of this in vivo confocal Raman spectroscopic method enables the direct measurement of water, proteins, and lipids with depth resolution in ...

Solid Phase 11C-Methylation, Purification and Formulation for the Production of PET Tracers

Routine production of radiotracers used in positron emission tomography (PET) mostly relies on wet chemistry where the radioactive synthon reacts with a non-radioactive precursor in solution. This approach necessitates purification of the tracer by high performance liquid chromatography (HPLC) followed by reformulation in a biocompatible solvent for human administration. We recently developed a novel 11C-methylation approach for the highly efficient synthesis of carbon-11 labeled PET radiopharmaceuticals, taking advantage of solid phase cartridges as disposable &#34;3-in-1&#34; units for the synthesis, purification and reformulation of the tracers. This approach obviates the use of preparative HPLC and reduces the losses of the tracer in transfer lines and due to radioactive decay. Furthermore, the cartridge-based technique improves synthesis reliability, simplifies the automation process and facilitates compliance with the Good Manufacturing Practice (GMP) requirements. Here, we demonstrate this technique on the example of production of a PET tracer Pittsburgh compound B ([11C]PiB), a gold standard in vivo imaging agent for amyloid plaques in the human brains.

Solid Phase 11C-Methylation, Purification and Formulation for the Production of PET Tracers

We report an efficient carbon-11 radiolabeling technique to produce clinically relevant tracers for Positron Emission Tomography (PET) using solid phase extraction cartridges. 11C-methylating agent is passed through a cartridge preloaded with precursor and successive elution with aqueous ethanol provides chemically and radiochemically pure PET tracers in high radiochemical yields.

Feste Phase 11C-Methylierung, Reinigung und Formulierung für die Herstellung von PET Tracern

Routine production of radiotracers used in positron emission tomography (PET) mostly relies on wet chemistry where the radioactive synthon reacts with a ...

Die konfokale Bildgebung von Enge und Ruhe Fließende Kolloid-Polymer-Mischungen

Zusammenfassung

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