Las investigaciones realizadas en esta publicación fue apoyada por la Universidad de Houston Nueva Facultad Grant, una donación de semillas del Centro de Texas para Superconductividad, y el Fondo de Investigación del Petróleo American Chemical Society (52537-DNI).

1. Preparación de mezclas de coloide y polímeros Nota: Este protocolo utiliza poli (metacrilato de metilo) (PMMA) partículas, estéricamente estabilizado usando poli (ácido 12-hidroxiesteárico) y marcado con un colorante fluorescente (tales como Rojo Nilo, rodamina B, o fluoresceína), que se sintetizó siguiendo una norma receta 52. <ol><li> Preparar un 3:01 w / w mezcla de bromuro de ciclohexilo (CXB) y decahidronaftaleno (DHN) como una acción disolvente. Esta mezcla casi coincide con la densidad y el índice de refracción de las partículas. Añadir una sal orgánica, cloruro de tetrabutilamonio (TBAC) 46, al disolvente a una concentración de 1,5 mM a la pantalla parcialmente las cargas de las partículas. </li><li> Para determinar con precisión la densidad de las partículas, preparar una suspensión en la fracción de volumen de partículas aproximada Φ = 0,10 en el CXB: disolvente DHN. Se centrifuga la suspensión a 800 g durante 75 min y añadir CXB o DHN gota a gota a mejorar la flotabilidadcoincidente. En estos experimentos, se midió la densidad de las partículas de PMMA a ser ρ = 1,223 g / ml. </li><li> Preparar una suspensión concentrada balance de partículas de PMMA (en este caso, Φ = 0,40) en el CXB: mezcla de disolventes DHN. </li><li> Preparar una solución concentrada de poliestireno lineal (PS) en el CXB: mezcla de disolventes DHN. Aquí, una solución de PS de peso molecular $ $ w ≈ 3.000.000 (radio de giro R G = 15 nm) se prepara a una concentración de C p ≈ 50 mg / ml. </li><li> Mezclar pesos apropiados de la partícula, de polímero, y mezclas de disolventes de archivo para formular suspensiones a las concentraciones deseadas de las partículas y polímeros. Nota: Aquí, las suspensiones de partículas monodispersas se preparan en la fracción de volumen de coloide constante Φ = 0,15 y la concentración de polímero variable en el volumen libre 53 c p = 0-25 mg / ml, y bidispersed suspensiones que contienen dos tamaños de partículas coloidales, With cada tamaño que lleven una etiqueta fluorescente distinta, se preparan en la fracción del volumen total de coloide fija Φ = 0,15, relación volumen fracción de pequeñas partículas r = 0,50, y la concentración de polímero en el volumen libre de 5 o 25 mg / ml. </li><li> Después se prepara cada suspensión, añadir gota a gota CXB o DHN y centrifugar las muestras a 800 xg durante al menos 75 minutos para confirmar que las partículas y grupos dentro de la suspensión permanecen flotabilidad emparejado. </li><li> Equilibrar todas las muestras durante al menos 24 horas antes de los experimentos de formación de imágenes. </li></ol> . 2 Experimentos Ejemplos de reposo: el comportamiento de fase <ol><li> Para determinar el comportamiento de la fase a granel, fabricar cámaras rectangulares de cubreobjetos de vidrio (Figura 1a). Para las mezclas de coloide de polímero en este estudio, las cámaras de espesor h = 1 mm (fijado por el grosor de un portaobjetos de microscopio) dan mayor comportamiento. </li><li> Para tener acceso a múltiples confinamientos en un solo experimento de microscopía, fabricar cuña delgadaen forma de cámaras, utilizando un único cubreobjetos como un espaciador en una cuña (Figura 1b). El ángulo de apertura de la cámara es &lt;0,5 °, de modo que en un solo campo de visión Las paredes son muy casi paralelos. Una cámara de representante permite el acceso a los espesores de confinamiento de h = 6 a&gt; 100 micras. </li><li> Construir cámaras en una base de cubreobjetos para formación de imágenes en un microscopio invertido y sellar con epoxi curable por radiación UV, que no se disuelve en la mezcla disolvente CXB-DHN. </li><li> Muestras de imágenes utilizando un microscopio confocal. Este protocolo demuestra imágenes con un confocal de exploración lineal unido a un microscopio invertido equipado con un lente de inmersión en aceite de 100X de apertura numérica NA = 1,40. </li><li> Excitar los tintes usando una fuente de láser. Aquí longitudes de onda λ = 491 o 561 nm se utilizan para excitar la fluoresceína y colorantes rodamina / Rojo Nilo, respectivamente. </li><li> En el sistema de puntos de exploración, generar una imagen escaneando rápidamente el punto focal a través de la muestra (en el x-Y plano) usando el software confocal. Una imagen de dos dimensiones de 512 píxeles x 512 píxeles, que cubren aproximadamente 50 micras x 50 micras, pueden ser adquiridos en 1/32 seg. Mejorar la calidad de la imagen al promediar varias imágenes o aumentar el tiempo de adquisición. </li><li> Ubicar la parte inferior de la cámara (z = 0), por ejemplo, centrándose en partículas adheridas a su parte inferior. En esta configuración, la altura (z) se incrementa con el aumento de enfoque en la cámara. </li><li> A modo de ejemplo, caracterizar el efecto de confinamiento en la dinámica de las partículas mediante la adquisición de una serie de tiempo de 2-D de imágenes (en el plano xy) en el plano medio de la cámara. En un experimento típico, 500 imágenes de dimensión 512 píxeles x 512 píxeles se adquieren a una velocidad de 1 fotograma / segundo (tiempo espaciado Dt = 1 seg). </li><li> Como un segundo ejemplo, caracterizar la estructura 3-D de las partículas mediante la adquisición de una serie tridimensional de imágenes (x, y, z). En un experimento típico, imágenes en dos dimensiones (512 píxeles x 512 píxeles) sonadquirida en múltiples posiciones z dentro de la cámara, con una separación constante de Delta Z = 0,2 m entre imágenes consecutivas establecidos por un piezoeléctrico. Una pila volumen que cubre un espesor de h = 30 micras contiene por lo tanto 151 imágenes. </li><li> Busque y partículas de pista en el tiempo en 2-D o 3-D utilizando el software de partículas de seguimiento escrito en IDL 23,54-56, MATLAB 57,58, LabView 59, o Python 60. Estos algoritmos permiten típicamente los centros de las partículas que deben resolverse dentro de 40 a 50 nm. Rastreo de partículas exitosa requiere que las partículas se mueven menor que la separación entre partículas entre tramas consecutivas. </li><li> Desde las posiciones de las partículas, calcular métricas estructurales y dinámicas. Tres parámetros convenientes que se muestran aquí son la función de correlación par 3-D g (r) 61, el desplazamiento cuadrático medio 2-D (MSD) 58,62, y el ser parte 2-D de la función de correlación van Hove T s ( x, t) 58. Las dos últimas métricas pueden ser también calculados en 3-D. </li></ol> . 3 experimentos que fluye: propiedades de flujo <ol><li> Fabrique una celda de flujo simple usando un microcapilar de cristal con sección transversal cuadrada (100 m x 100 m) que está fijada a un tubo de teflón. Utilice cubreobjetos de vidrio para soportar el capilar y proporcionar rigidez mecánica, como se muestra en el esquema de la Figura 7. </li><li> Cargar la mezcla coloidal-polímero en una jeringa de vidrio. Conecte la jeringa a una bomba de jeringa o un sistema de distribución de fluido neumático. </li><li> Monte la configuración celda de flujo en el microscopio invertido. Mantener la jeringa, de células, y la salida de flujo a la misma altura para minimizar el efecto de la gravedad sobre el perfil del flujo. </li><li> Control de la velocidad de flujo de la suspensión a través de la celda de flujo por la tasa de flujo volumétrico (para la bomba de jeringa) o la presión aplicada (para la caja de presión). La velocidad media de la suspensión en los microcanales también depende del doformulación spension. Los valores típicos de la velocidad máxima en los microcanales cuadrados medidos aquí son 200-2.000 m / seg. </li><li> Durante el flujo, adquirir una serie de 2-D tiempo confocal a velocidades de cuadro rápidas. Aquí, 500 imágenes de dimensión 512 pixeles x 512 pixeles se adquieren a 32 cuadros / seg (tiempo de espaciamiento Δ t = 1/32 seg) a diferentes alturas por encima de la parte inferior de la microcanal (z = 0 micras) que van desde z = 5 - 50 micras. Cada imagen cubre aproximadamente la mitad de la dimensión lateral (y) del microcanal, tal como se muestra en el recuadro a la Figura 7. Si las partículas aparecen elíptica, aumentar la velocidad de fotogramas de adquisición. </li><li> Al igual que en los experimentos de reposo, localice las partículas en 2-D utilizando algoritmos estándar para la localización y seguimiento de partículas en IDL o Matlab. Para flujos lentos, en el que las partículas se mueven a menos de la distancia media entre partículas entre cuadros, utilizan algoritmos de rastreo para obtener las trayectorias. </li><li> Utilice correlación de imágenes de calcmular los perfiles de velocidad de los flujos rápidos. <ol><li> Subdivide la imagen en imágenes horizontales de altura constante (y) a lo largo de la dirección de flujo (x). Para dos imágenes secuenciales I 1 (x, y) y 2 (x, y) desplazar la última imagen por un factor de Dx y luego calcular la covarianza cruzada entre I 1 (x, y) y 2 (x + Ax, y). </li><li> Identificar la posición del pico del histograma de valores Dx que maximizan la covarianza cruzada entre cada par de imágenes para obtener la velocidad de advección media en cada posición y lateral. Si esta distribución no está fuertemente alcanzó su punto máximo, adquirir imágenes a una velocidad más rápida. </li></ol></li></ol>

Los autores no tienen nada que revelar.

Las suspensiones coloidales son ampliamente estudiados como modelos para el comportamiento de fase reducido, ya que las partículas coloidales de tamaño micrométrico exhiben dinámica significativamente más lento que los átomos y las moléculas y por lo tanto se pueden obtener imágenes y seguimiento en el tiempo 10 fácilmente. Para estos estudios fundamentales, la comprensión del efecto de las atracciones entre partículas en el comportamiento de la fase confinada ofrece la oportunidad de explorar fen?...

En este trabajo se demuestra (a) de imagen confocal de mezclas de coloides poliméricos en reposo y que fluyen confinados en dos y tres dimensiones y (b) de las partículas de seguimiento y análisis de correlación de las imágenes resultantes para obtener información cuantitativa sobre el comportamiento de las fases y las propiedades de flujo. Las suspensiones coloidales con atractivas interacciones entre partículas aparecen por doquier en aplicaciones tecnológicas como materiales para el montaje dirigido 1-3, la administración de fármacos 4, 5-7 mejorada recuperación de hidrocarburos, y el almacenamiento de energía 8. Una característica común de estas aplicaciones es que las partículas deben ser fluyeron a través de geometrías finas, tales como toberas, cabezales de impresión, microcanales, o medios porosos, y / o ser en forma de películas delgadas o varillas. Las técnicas utilizadas para investigar la estructura de los coloides de tamaño micrométrico en geometrías confinadas, incluyendo microscopía electrónica 17,18, la microscopía de rayos X 19, y el láser de difracción microscopy 20, se puede utilizar para medir la estructura y dinámica de las partículas en la microescala. Estas técnicas, sin embargo, no permiten el acceso a las trayectorias de las partículas individuales, de las cuales las métricas estructurales y dinámicos se pueden calcular para una comparación directa con las simulaciones numéricas 21,22. La microscopía confocal es una variante de microscopía de fluorescencia que permite formación de imágenes de secciones delgadas de una muestra fluorescente. Para la ciencia coloidal 10, esta técnica es particularmente útil para obtener imágenes de las profundidades de suspensiones densas o en tres dimensiones. Algoritmos de partículas de seguimiento de 23 aplicado a dos series de tiempo-o tridimensional de micrografías confocales producir las trayectorias de todas las partículas visibles. Como resultado, la combinación de la microscopía confocal y de partículas de seguimiento se ha aplicado para estudiar el comportamiento de fase, la estructura y la dinámica de suspensiones coloidales, incluyendo cristales ordenados 24-27 y trastornoed gafas 28-31 y 32-35 geles. Otros algoritmos de análisis de imagen se pueden aplicar para medir la dinámica de las partículas de la serie de tiempo de micrografías confocales. Por ejemplo, la dinámica de partículas difusoras pueden ser estudiadas mediante el análisis de las fluctuaciones en la intensidad en el tiempo utilizando diferencial microscopía confocal dinámico 36. Cuando los desplazamientos de las partículas son más grandes que el espaciamiento entre partículas, de correlación de imágenes 37 sobre la base de partícula de imagen velocimetría 38-40 se puede aplicar para medir perfiles de velocidad de las partículas. La combinación de algoritmos de seguimiento y de correlación ha permitido la dinámica coloidales que se miden en los sistemas sometidos a lento y rápido flujo 11-16,41-45. Utilizamos mezclas de coloides poliméricos como modelos para suspensiones coloidales atractivos 9. En estas mezclas, el rango y la fuerza del atractivo potencial entre partículas se controlan a través de la relacióndel radio de giro del polímero a la radio de la partícula y la concentración del polímero y la repulsión electrostática se controla mediante la adición de una sal orgánica monovalente 46. Debido a que las interacciones entre partículas se pueden sintonizar cuidadosamente, la solidificación de estas mezclas se ha estudiado ampliamente con microscopía confocal 34,47-51. Aquí se demuestra la imagen confocal y análisis de imágenes de 37 mezclas de coloides poliméricos reposo y fluidas, en el que se celebra la fracción de volumen de coloide fija en Φ = 0,15, que la sonda el efecto de confinamiento en el comportamiento de las fases y propiedades de flujo de estas mezclas. Estas técnicas son ampliamente aplicables a los sistemas de partículas que son índice de refracción-emparejados y en el que las partículas y / o disolvente puede ser marcado con un colorante fluorescente.

<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

El comportamiento de las suspensiones coloidales confinados con atractivas interacciones entre partículas es crítica para el diseño racional de los materiales para el montaje dirigido 1-3, la administración de fármacos 4, la mejora de la recuperación de hidrocarburos 5-7, y los electrodos capaces de fluir para el almacenamiento de energía 8. Suspensiones que contienen coloides fluorescentes y polímeros no adsorbentes son atractivos sistemas modelo, como la relación entre el radio de giro del polímero a la radio de la partícula y la concentración de polímero de control de la gama y la fuerza de la atracción entre partículas, respectivamente. Al ajustar las propiedades del polímero y la fracción de volumen de los coloides, fluidos coloidales, fluidos de agrupaciones, geles, cristales, y los vidrios se pueden obtener 9. La microscopía confocal, una variante de la microscopía de fluorescencia, permite una muestra ópticamente transparente y fluorescente para ser reflejado con una alta resolución espacial y temporal en tres dimensiones. En esta técnica, un pequeño orificio o hendidura bloquea la luz fluorescente emitida por regiones de la muestra que se encuentran fuera del volumen focal del sistema óptico del microscopio. Como resultado, se forma la imagen sólo una sección delgada de la muestra en el plano focal. Esta técnica es especialmente adecuado para investigar la estructura y la dinámica en densas suspensiones coloidales en la escala de una sola partícula: las partículas son lo suficientemente grandes como para ser resueltos usando la luz visible y difunden lo suficientemente lento como para ser capturado a velocidades típicas de los sistemas de escaneo confocal comerciales 10 . Las mejoras en la velocidad de escaneado y algoritmos de análisis han permitido también a la imagen confocal cuantitativa de suspensiones fluidas 11-16,37. En este trabajo se demuestra experimentos de microscopía confocal para investigar el comportamiento de la fase confinada y las propiedades de flujo de las mezclas de coloides poliméricos. Primero preparamos colloid mezclas de polímeros que son la densidad y el índice de refracción igualados. A continuación, se presenta un protocolo estándar para obtener imágenes densas mezclas de coloides poliméricos reposo bajo diversas confinamiento en celdas en forma de cuña delgada. Por último, demostrar un protocolo para obtener imágenes de las mezclas de coloides poliméricos durante el flujo de microcanales.

Para demostrar la imagen confocal y de partículas de seguimiento, se investigó el efecto de confinamiento en el comportamiento de las fases de las mezclas de coloides poliméricos 63-65. Para estos experimentos el diámetro coloide era 2 a = 0,865 m. La fracción de volumen de coloide se fijó en Φ = 0,15 y la concentración de polímero C p se varió desde 0 hasta 23,6 mg / ml. Confocal de imágenes representativas se muestran en la Figura 2 63, col...

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Confocal Imaging of Confined Quiescent and Flowing Colloid-polymer Mixtures

La microscopía confocal se utiliza para obtener imágenes de las mezclas de coloides poliméricos en reposo y que fluyen, los cuales son estudiados como sistemas modelo para suspensiones atractivos. Algoritmos de análisis de imagen se utilizan para calcular las métricas estructurales y dinámicas para las partículas coloidales que miden cambios debido al confinamiento geométrico.

Imagen confocal de Confinados en reposo y que fluye mezclas de coloide y polímeros

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

12.0K vistas.  University of Houston.  La microscopía confocal se utiliza para obtener imágenes de las mezclas de coloides poliméricos en reposo y que fluyen, los cuales son estudiados como sistemas modelo para suspensiones atractivos. Algoritmos de análisis de imagen se utilizan para calcular las métricas estructurales y dinámicas para las partículas coloidales que miden cambios debido al confinamiento geométrico. 

Video: 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.

Nanoclusters Síntesis de Immunotargeted Magneto-plasmónica

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

Investigación

Química

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.

Preparación y<em&gt; In Vitro</em&gt; Caracterización de los agentes de contraste basados ​​en dendrímeros de Imágenes por Resonancia Magnética

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 del impulsada por el láser ultrarrápido Molecular Rotación

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.

Medidas de largo alcance correlaciones electrónicas durante los experimentos de difracción de femtosegundo realizadas en nanocristales de buckminsterfullereno

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.

Separación de aldehidos y cetonas reactivas de mezclas mediante un protocolo de extracción de bisulfito

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&#039;,3&#039;-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.

Regioselectiva O- glicosilación de nucleósidos a través de la temporal 2', 3'-Diol protección por un éster borónico para la síntesis de nucleósidos del disacárido

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.

Automatización de un protocolo de emisión de positrones la tomografía (PET) radiosonda síntesis de producción clínica

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

Imaging Corrosion at the Metal-Paint Interface Using Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry

Corrosion developed at the paint and aluminum (Al) metal-paint interface of an aluminum alloy is analyzed using time-of-flight secondary ion mass spectrometry (ToF-SIMS), illustrating that SIMS is a suitable technique to study the chemical distribution at a metal-paint interface. The painted Al alloy coupons are immersed in a salt solution or exposed to air only. SIMS provides chemical mapping and 2D molecular imaging of the interface, allowing direct visualization of the morphology of the corrosion products formed at the metal-paint interface and mapping of the chemical after corrosion occurs. The experimental procedure of this method is presented to provide technical details to facilitate similar research and highlight pitfalls that may be encountered during such experiments.

Time-of-flight secondary ion mass spectrometry is applied to demonstrate the chemical mapping and corrosion morphology at the metal-paint interface of an aluminum alloy after being exposed to a salt solution compared with a specimen exposed to air.

Corrosión por imágenes en la interfaz metal-Paint usando espectrometría de masas de iones secundarios de tiempo de vuelo

Corrosion developed at the paint and aluminum (Al) metal-paint interface of an aluminum alloy is analyzed using time-of-flight secondary ion mass ...

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.

Aspecto técnico de la síntesis automatizada y evaluación cinética en tiempo real de [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.

Resolución de agua, proteínas y lípidos de In Vivo Confocal Raman Spectra de Stratum Corneum a través de un enfoque quimiométrico

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