Recherche présentée dans cette publication a été soutenue par l&#39;Université de Houston New Faculté Grant, une subvention de démarrage du Centre du Texas pour la supraconductivité, et le Fonds de recherche de l&#39;American Petroleum Chemical Society (52537-DNI).

1. Préparation des mélanges colloïdes-polymères Remarque: Ce protocole utilise le poly (méthacrylate de méthyle) (PMMA), des particules, stabilisées stériquement à l&#39;aide de poly (acide 12-hydroxystéarique) et marqué avec un colorant fluorescent (comme Nile Red, la rhodamine B, ou la fluorescéine), qui ont été synthétisé en suivant une norme recette 52. <ol><li> Préparer un w / w mélange de bromure de cyclohexyle (CXB) et décahydronaphtalène (DHN) comme solvant d&#39;actions 03h01. Ce mélange correspond à peu près la densité et l&#39;indice de réfraction des particules. Ajouter un sel organique, le chlorure de tétrabutylammonium (TBAC) 46, pour le solvant à une concentration de 1,5 mM pour cribler partiellement les charges sur les particules. </li><li> Pour déterminer avec précision la densité des particules, préparer une suspension à une fraction approximative du volume de particules Φ = 0,10 dans le CXB: solvant DHN. Centrifuger la suspension à 800 g pendant 75 min et ajouter CXB ou DHN goutte à goutte à améliorer la flottabilitél&#39;appariement. Dans ces expériences, la densité des particules de PMMA a été mesurée à ρ = 1,223 g / ml. </li><li> Préparer une suspension de concentré de particules de PMMA (ici, Φ = 0,40) dans le CXB: DHN mélange de solvants. </li><li> Préparer une solution concentrée de polystyrène linéaire (PS) dans la CXB: DHN mélange de solvants. Ici, une solution de PS de masse moléculaire M w ≈ 3000000 (rayon de giration r g = 15 nm) est préparé à la concentration c p ≈ 50 mg / ml. </li><li> Mélanger les poids appropriés de la particule, polymère, et mélanges de solvant d&#39;actions de formuler des suspensions aux concentrations désirées de particules et de polymères. Remarque: ici, des suspensions de particules monodispersées sont préparées à une fraction constante du volume de colloïde Φ = 0,15 et la concentration en polymère variable dans le volume libre 53 c p = 0 à 25 mg / ml, et les suspensions contenant deux tailles différentes de particules colloïdales bidispersed, wrâce à chaque taille portant un marqueur fluorescent distinct, sont préparés à une fraction totale fixe du volume de colloïde Φ = 0,15, rapport volumique de fraction de petites particules r = 0,50, et la concentration de polymère dans le volume libre de 5 ou 25 mg / ml. </li><li> Après chaque suspension est préparée, ajouter CXB ou DHN goutte à goutte et centrifuger les échantillons à 800 g pendant au moins 75 min pour confirmer que les particules et les clusters dans la suspension restent flottabilité identifié. </li><li> Tous les échantillons s&#39;équilibrer pendant au moins 24 heures avant des expériences d&#39;imagerie. </li></ol> . 2 exemples expériences quiescentes: Phase comportement <ol><li> Pour déterminer le comportement de phase en vrac, fabriquer chambres rectangulaires de lamelles de verre (figure 1a). Pour les mélanges colloïdes polymères dans cette étude, les chambres de l&#39;épaisseur h = 1 mm (fixé par l&#39;épaisseur d&#39;une lame de microscope) donnent le comportement en vrac. </li><li> Pour accéder à plusieurs accouchements dans une expérience de microscopie unique, fabriquer mince coinchambres en forme, à l&#39;aide d&#39;une seule lamelle couvre-objet comme un élément d&#39;espacement sur ​​une cale (figure 1b). L&#39;angle de la chambre d&#39;ouverture est &lt;0,5 °, de sorte que dans un seul champ de vision, les murs sont à peu près parallèles. Une chambre représentant permet d&#39;accéder à des épaisseurs de confinement de h = 6 à&gt; 100 um. </li><li> Construire des enceintes sur une base de lamelle couvre-objet pour une imagerie sur un microscope inversé et sceller avec époxy durcissant aux UV, qui ne se dissout pas dans le mélange solvant-CXB DHN. </li><li> échantillons de l&#39;image à l&#39;aide d&#39;un microscope confocal. Ce protocole démontre l&#39;imagerie confocale d&#39;une ligne de balayage fixée à un microscope inversé équipé d&#39;un objectif 100X à immersion dans l&#39;huile de l&#39;ouverture numérique NA = 1,40. </li><li> Exciter les colorants à l&#39;aide d&#39;une source laser. Voici les longueurs d&#39;onde λ = 491 nm ou 561 sont utilisés pour exciter la fluorescéine et la rhodamine colorants / Nil rouge, respectivement. </li><li> Dans le système de point de balayage, de générer une image en balayant rapidement le point focal à travers l&#39;échantillon (dans le x-y plane) en utilisant le logiciel confocal. Une image en deux dimensions de 512 pixels x 512 pixels, couvrant environ 50 um x 50 um, peuvent être acquises en 1/32 sec. Améliorer la qualité de l&#39;image en faisant la moyenne de plusieurs images ou d&#39;augmenter le temps d&#39;acquisition. </li><li> Localiser le fond de la chambre (z = 0), par exemple en mettant l&#39;accent sur les particules adhérant à sa partie inférieure. Dans cette configuration, la hauteur (z) augmente avec la mise au point dans la chambre. </li><li> A titre d&#39;exemple, de caractériser l&#39;effet de confinement sur la dynamique des particules par l&#39;acquisition d&#39;une série temporelle de 2-D des images (dans le plan xy) dans le plan médian de la chambre. Dans une expérience typique, 500 images de la dimension 512 pixels x 512 pixels sont acquises à une cadence de 1 image / s (temps d&#39;espacement At = 1 s). </li><li> Comme deuxième exemple, de caractériser la structure 3-D des particules en acquérant une série tridimensionnelle d&#39;images (x, y, z). Dans une expérience typique, des images bidimensionnelles (512 pixels x 512 pixels) sontacquis à plusieurs positions z dans la chambre, avec un espacement constant de Az = 0,2 um entre les images consécutives fixées par un piézo. Une pile de volume couvrant une épaisseur h = 30 um contient donc 151 images. </li><li> Recherchez et particules de piste dans le temps de 2-D ou 3-D à l&#39;aide de logiciels de traces de particules écrite en IDL 23,54-56, MATLAB 57,58, LabView 59, ou Python 60. Ces algorithmes permettent généralement les centres des particules à être résolues dans les 40-50 nm. Suivi des particules réussie nécessite que les particules se déplacent inférieure à l&#39;espacement interparticulaire entre les trames consécutives. </li><li> De la position des particules, calculer des métriques structurelles et dynamiques. Trois mesures pratiques présentées ici sont la fonction de corrélation de paires 3-D g (r) 61, le déplacement quadratique moyenne 2-D (MSD) 58,62, et l&#39;auto-partie 2 D de la fonction de corrélation van Hove G s ( x, t) 58. Les deux derniers paramètres peuvent également être calculées en 3-D. </li></ol> . 3 expériences Flowing: propriétés d&#39;écoulement <ol><li> Fabriquer une cellule d&#39;écoulement simple à l&#39;aide d&#39;un micro-capillaire de verre à section transversale carrée (100 um x 100 um) qui est fixée à un tube de Téflon. Utilisation des lamelles de verre pour supporter le tube capillaire et une rigidité mécanique, comme le montre le schéma de la figure 7. </li><li> Chargez le mélange colloïde-polymère dans une seringue en verre. Fixer la seringue à une pompe à seringue ou d&#39;un système de distribution de fluide pneumatique. </li><li> Montez la configuration de la cellule d&#39;écoulement sur le microscope inversé. Conserver la seringue, la cellule, la sortie d&#39;écoulement et à la même hauteur afin de minimiser l&#39;effet de la gravité sur le profil d&#39;écoulement. </li><li> Contrôler la vitesse de la suspension d&#39;écoulement à travers la cellule d&#39;écoulement par le débit volumétrique d&#39;écoulement (pour la pompe à seringue) ou la pression appliquée (pour la zone de pression). La vitesse moyenne de la suspension dans les microcanaux dépend aussi de la diformulation de spension. Les valeurs typiques de la vitesse maximale dans les micro-canaux carrés sont ici mesurées 200-2000 um / sec. </li><li> Au cours de l&#39;écoulement, d&#39;acquérir une série de temps confocale 2-D à des cadences rapides. Ici, les images de dimension 500 512 pixels x 512 pixels sont acquis à 32 images / s (espacement temps Δ t = 1/32 sec) à des hauteurs différentes au-dessus du fond du micro-canal (z = 0 um) allant de z = 5 - 50 um. Chaque image couvre environ la moitié de la dimension latérale (y) du micro-canal, comme indiqué dans l&#39;encart de la Figure 7. Si les particules apparaissent elliptique, augmenter le taux d&#39;acquisition de trame. </li><li> Comme dans les expériences de repos, de localiser les particules en 2-D en utilisant des algorithmes standard pour la localisation et le suivi des particules dans IDL ou MATLAB. Pour les flux lents, dans laquelle les particules se déplacent moins que la distance interparticulaire moyenne entre les cadres, utilisent des algorithmes de suivi pour obtenir les trajectoires. </li><li> Utilisez la corrélation d&#39;images à calcouler les profils de vitesse des flux rapides. <ol><li> Subdiviser l&#39;image en des images horizontales de hauteur constante (y) le long de la direction d&#39;écoulement (x). Pour deux images séquentielles I 1 (x, y) et I 2 (x, y) passer la dernière image par un facteur Ax et ensuite calculer la covariance croisée entre I 1 (x, y) et I 2 (x + Ax, y). </li><li> Identifier la position du pic de l&#39;histogramme des valeurs Ax qui maximisent la covariance croisée entre chaque paire d&#39;images pour obtenir la vitesse d&#39;advection moyen au niveau de chaque position latérale y. Si cette distribution n&#39;est pas fortement atteint un sommet, d&#39;acquérir des images à une cadence plus rapide. </li></ol></li></ol>

Les auteurs n&#39;ont rien à révéler.

Suspensions colloïdales sont largement étudiés comme modèles de comportement de phase confinée, car les particules colloïdales de taille micronique présentent dynamique nettement plus lent que les atomes et les molécules et donc peuvent être facilement visualisés et suivis dans le temps 10. Pour ces études fondamentales, la compréhension de l&#39;effet des attractions interparticulaires sur le comportement de phase confinée offre la possibilité d&#39;explorer des phénomènes tels que la condens...

Cet article démontre (a) l&#39;imagerie confocale de mélanges de repos et fluides confinés colloïdes polymères en deux et trois dimensions et (b) des particules suivi et analyses de corrélation des images résultantes pour obtenir des informations quantitatives sur le comportement de phase et propriétés d&#39;écoulement. Suspensions colloïdales avec les interactions entre particules intéressantes apparaissent de façon ubiquitaire dans les applications technologiques comme matériaux pour l&#39;assemblage dirigé 1-3, l&#39;administration de médicaments 4, l&#39;amélioration de 5-7 de récupération des hydrocarbures, et le stockage d&#39;énergie 8. Une caractéristique commune de ces applications est que les particules doivent être sous géométries fines, tels que des buses, têtes d&#39;impression, des microcanaux ou des milieux poreux, et / ou être façonnés en couches minces ou de tiges. Les techniques utilisées pour sonder la structure des colloïdes de l&#39;ordre du micromètre dans des géométries confinées, y compris la microscopie électronique 17,18, la microscopie à rayons X 19, et diffraction laser microscopy 20, peut être utilisé pour mesurer la structure et la dynamique des particules sur l&#39;échelle microscopique. Ces techniques, cependant, ne permettent pas l&#39;accès aux trajectoires des particules individuelles, dont les paramètres structurels et dynamiques peuvent être calculées pour une comparaison directe à des simulations numériques 21,22. La microscopie confocale est une variante de la microscopie à fluorescence qui permet l&#39;imagerie des sections minces d&#39;un échantillon fluorescent. Pour la science colloïdale 10, cette technique est particulièrement utile pour l&#39;imagerie profonde dans les suspensions denses ou en trois dimensions. Des algorithmes de poursuite de particules 23 appliqués à deux ou à une série de temps tridimensionnelles de micrographies confocales produire les trajectoires de toutes les particules visibles. Par conséquent, la combinaison de la microscopie confocale et de suivi des particules a été appliquée pour étudier le comportement de phase, la structure et la dynamique des suspensions colloïdales, notamment des cristaux de 24 à 27 commandés et troubleed lunettes 28-31 et 32-35 gels. D&#39;autres algorithmes d&#39;analyse d&#39;image peuvent être appliquées pour mesurer la dynamique des particules de série de temps de micrographies confocale. Par exemple, la dynamique des particules de diffusion peuvent être étudiés en analysant les fluctuations de l&#39;intensité au fil du temps à l&#39;aide différentielle de microscopie confocale dynamique 36. Lorsque les déplacements des particules sont plus grandes que l&#39;espacement interparticulaire, la corrélation d&#39;images sur la base de 37 particules vélocimétrie par image de 38 à 40 peut être appliquée pour mesurer les profils de vitesse des particules. La combinaison d&#39;algorithmes de suivi et de corrélation a permis dynamique colloïdales qui doivent être mesurés dans des systèmes soumis à écoulement lent et rapide 11-16,41-45. Nous utilisons des mélanges colloïdes polymères comme des modèles pour les suspensions colloïdales attrayantes 9. Dans ces mélanges, la plage et la force du potentiel interparticulaire attractive sont contrôlées par le rapportdu rayon de giration de polymère pour le rayon de la particule et la concentration du polymère et la répulsion électrostatique est commandé par l&#39;intermédiaire de l&#39;addition d&#39;un sel organique monovalent 46. Etant donné que les interactions interparticulaires peuvent être réglées avec soin, la solidification de ces mélanges a été étudiée par microscopie confocale 34,47-51. Ici, nous démontrons l&#39;imagerie confocale et analyse d&#39;image 37 de mélanges colloïdes polymères de repos et fluides, dans lequel la fraction de volume de colloïde est maintenu fixé à Φ = 0,15, qui sonde l&#39;effet du confinement sur ​​le comportement de phase et les propriétés d&#39;écoulement de ces mélanges. Ces techniques sont largement applicables à des systèmes de particules qui sont en correspondance l&#39;indice de réfraction, et dans laquelle les particules et / ou de solvant peuvent être marqués avec un colorant fluorescent.

<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

Le comportement des suspensions colloïdales confinés avec des interactions interparticulaires attractives est essentielle à la conception rationnelle de matériaux pour l&#39;assemblage dirigé 1-3, l&#39;administration de médicaments 4, l&#39;amélioration de la récupération des hydrocarbures 5-7, et des électrodes fluides de stockage d&#39;énergie 8. De suspensions contenant des colloïdes et polymères fluorescents non-adsorbantes sont attrayants systèmes modèles, comme le rapport du rayon de giration de polymère par rapport au rayon de la particule et la concentration de contrôle du polymère de la gamme et de la force de l&#39;attraction interparticulaire, respectivement. En ajustant les propriétés du polymère et la fraction volumique des colloïdes, des fluides colloïdaux, les fluides de grappes, gels, cristaux, et les verres peuvent être obtenus 9. Microscopie confocale, une variante de la microscopie de fluorescence, permet à un échantillon optiquement transparent et fluorescent à imager avec une haute résolution spatiale et temporelle en trois dimensions. Dans cette technique, un petit trou d&#39;épingle ou une fente bloque la lumière fluorescente émise à partir de régions de l&#39;échantillon qui sont en dehors du volume focal du système optique du microscope. En conséquence, seule une mince section de l&#39;échantillon dans le plan focal est imagé. Cette technique est particulièrement bien adaptée pour sonder la structure et la dynamique des suspensions colloïdales denses à l&#39;échelle unique de particules: les particules sont assez grands pour être résolus en utilisant la lumière visible et diffusent suffisamment lentement pour être capturés à des vitesses typiques de balayage des systèmes confocaux commerciaux 10 . L&#39;amélioration de la vitesse de balayage et des algorithmes d&#39;analyse ont également permis l&#39;imagerie confocale quantitative des suspensions découlant 11-16,37. Dans cet article, nous démontrons expériences de microscopie confocale à sonder le comportement de phase confiné et propriétés d&#39;écoulement des mélanges colloïdes polymères. Nous préparons premier collmélanges oid-polymères qui sont la densité et l&#39;indice de réfraction adaptés. Ensuite, nous présentons un protocole standard pour l&#39;imagerie mélanges colloïdes polymères denses de repos sous divers confinement dans des cellules en forme de coin minces. Enfin, nous démontrons un protocole pour l&#39;imagerie mélanges colloïdes polymères lors de l&#39;écoulement de microcanaux.

Pour démontrer l&#39;imagerie confocale et particules de suivi, nous avons étudié l&#39;effet du confinement sur ​​le comportement de phase de mélanges colloïdes polymères 63-65. Pour ces expériences, le diamètre des colloïdes est de 2 a = 0,865 um. La fraction volumique de colloïde a été fixé à Φ = 0,15 et la concentration du polymère c p a fait varier de 0 à 23,6 mg / ml. Images confocales représentatifs sont présentés dans la figure 2 <s...

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Confocal Imaging of Confined Quiescent and Flowing Colloid-polymer Mixtures

La microscopie confocale est utilisé pour les mélanges polymère-colloïde quiescentes et s&#39;écoulant image, qui sont étudiés en tant que systèmes modèles pour des suspensions attractifs. des algorithmes d&#39;analyse d&#39;image sont utilisés pour calculer des paramètres structuraux et dynamiques par des particules colloïdales qui permettent de mesurer les changements dus au confinement géométrique.

Imagerie confocale de clos de repos et Flowing mélanges colloïdes-polymères

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

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Chemistry

12.0K vues.  University of Houston.  La microscopie confocale est utilisé pour les mélanges polymère-colloïde quiescentes et s'écoulant image, qui sont étudiés en tant que systèmes modèles pour des suspensions attractifs. des algorithmes d'analyse d'image sont utilisés pour calculer des paramètres structuraux et dynamiques par des particules colloïdales qui permettent de mesurer les changements dus au confinement géométrique. 

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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.

Synthèse des Immunotargeted magnéto-plasmonique NANOAGRÉGATS

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

Recherche

Chimie

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.

Préparation et<em&gt; In vitro</em&gt; Caractérisation des agents de contraste à base de dendrimères pour imagerie par résonance magnétique

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.

Imagerie directe de Laser-driven Ultrafast moléculaire 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.

Mesures de corrélations électroniques à longue portée au cours d’expériences de Diffraction femtoseconde effectuées sur les nanocristaux de fullerène

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.

Séparation des aldéhydes et des cétones réactives des mélanges à l’aide d’un protocole d’Extraction de Bisulfite

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.

Régiosélective O- Glycosylation de nucléosides via le temporaire 2', 3'-Diol Protection par un Ester boronique pour la synthèse des nucléosides Disaccharide

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.

Automatisation d’un protocole de synthèse tomographie par émission de positons (TEP) traceurs radioactifs pour la Production de la clinique

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.

Corrosion par imagerie à l’interface métal-peinture utilisant la spectrométrie de masse ionique secondaire à temps de vol

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.

Aspect technique de la synthèse automatisée et de l'évaluation cinétique en temps réel 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.

Résoudre l'eau, les protéines et les lipides d'In Vivo Confocal Raman Spectra de Stratum Corneum par une approche chimiométrique

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