מחקר שפורסם בפרסום זה נתמכה על ידי ניו הפקולטה גרנט אוניברסיטת יוסטון, מענק זרע ממרכז טקסס למוליכות, והאגודה האמריקנית לכימיה נפט קרן המחקר (52537-DNI).

1. הכנת תערובות קולואיד פולימר הערה: פרוטוקול זה משתמש פולי (מתיל) (PMMA) חלקיקים, sterically התייצב באמצעות פולי (חומצת 12 hydroxystearic) וכותרתו עם צבע פלואורסצנטי (כגון הנילוס אדום, rhodamine B, או העמסה), שהיו מסונתזים הבאים סטנדרטי מתכון 52. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן 3:01 w / w תערובת של רומיד cyclohexyl (CXB) וdecahydronaphthalene (DHN) כממס מניות. תערובת זו כמעט תואמת את הצפיפות ואינדקס שבירה של החלקיקים. להוסיף מלח אורגני, כלוריד tetrabutylammonium (TBAC) 46, לממס בריכוז של 1.5 מ&quot;מ למסך באופן חלקי את ההאשמות על החלקיקים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בדיוק על מנת לקבוע את הצפיפות של החלקיקים, להכין השעיה בכל חלק חלקיקים בנפח משוער Φ = 0.10 בCXB: ממס DHN. צנטריפוגה ההשעיה בXG 800 ל75 דקות ולהוסיף CXB או dropwise DHN כדי לשפר את כוח העילויהתאמה. בניסויים אלה, הצפיפות של חלקיקי PMMA נמדדה להיות ρ = 1.223 גר &#39;/ מיליליטר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן השעיה מרוכזת המניה של חלקיקי PMMA (כאן, Φ = 0.40) בCXB: תערובת ממס DHN. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן פתרון מרוכז של קלקר ליניארי (PS) בCXB: תערובת ממס DHN. כאן, פתרון של PS של M משקל המולקולרי w ≈ 3,000,000 (רדיוס של ההסתובבות r g = 15 ננומטר) מוכן בעמ &#39;ריכוז ג ≈ 50 מ&quot;ג / מיליליטר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מערבבים את המשקולות מתאימות של החלקיקים, פולימרים, ותערובות מניית ממס לגבש השעיות בריכוזים הרצויים של חלקיקים ופולימרים. הערה: כאן, השעיות של חלקיקי monodispersed מוכנים בשבריר קולואיד נפח קבוע Φ = 0.15 וריכוז פולימר משתנה בעמ 53 ג הנפח החופשי = 0-25 מ&quot;ג / מיליליטר, וbidispersed השעיות המכילות שני גדלים של חלקיקי colloidal, Wה-i כל גודל נושאת תווית ניאון שונה, ערוכים בסך הכל חלק קטן קולואיד נפח קבוע Φ = 0.15, יחס עוצמת שבר של חלקיקים קטנים r = 0.50, וריכוז פולימר בנפח החופשי של 5 או 25 מ&quot;ג / מיליליטר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אחרי כל השעיה מוכנה, להוסיף dropwise CXB או DHN צנטריפוגות הדגימות ב XG 800 לפחות 75 דקות כדי לוודא שהחלקיקים ואשכולות בתוך ההשעיה יישארו ציפה מתאים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאזן את כל הדגימות לפחות 24 שעות לפני ניסויי הדמיה. </li></ol> . 2 ניסויים מדגמים רגיעה: התנהגות שלב <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כדי לקבוע את השלב בתפזורת ההתנהגות, לפברק תאים מלבניים מהזכוכית coverslips (איור 1 א). לתערובות קולואיד הפולימר במחקר זה, תאים של שעות = מ&quot;מ עובי 1 (שנקבע על ידי העובי של שקופיות מיקרוסקופ) נותנים התנהגות בתפזורת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כדי לגשת ללידות מרובות בניסוי מיקרוסקופיה יחיד, לפברק דק טריזצורת תאים, באמצעות coverslip יחיד כשומר רווח על טריז אחד (איור 1b). זווית הפתיחה של החדר היא &lt;0.5 °, כך שבשדה בודד מבט הקירות כמעט במקביל. קאמרי יציג מאפשר גישה לעוביי כליאה של שעות = 6 ל&gt; 100 מיקרומטר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לבנות תאים על בסיס coverslip להדמיה על מיקרוסקופ הפוכה ולאטום עם אפוקסי UV-לריפוי, אשר אינו מתמוסס בתערובת ממס CXB-DHN. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> דגימות תמונה באמצעות מיקרוסקופ confocal. פרוטוקול זה מדגים הדמיה עם confocal קו סריקה מצורף למיקרוסקופ הפוכה מצוידות בעדשת טבילת שמן 100X של צמצם מספרי NA = 1.40. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להלהיב את הצבעים באמצעות מקור לייזר. הנה אורכי הגל λ = 491 או 561 ננומטר משמשים כדי לעורר את ההעמסה וצבעי rhodamine / הנילוס אדום, בהתאמה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בשיטת הניקוד לסריקת, ליצור תמונה על ידי הסריקה במהירות לנקודה שעל פני מדגם המוקד (בx-מטוס y) באמצעות תוכנת confocal. תמונה דו ממדית של 512 פיקסלים x 512 פיקסלים, המכסים כ 50 מיקרומטר x 50 מיקרומטר, ניתן לרכוש ב1/32 שניות. לשפר את איכות תמונה על ידי חישוב ממוצע של מספר תמונות או להגדיל את זמן הרכישה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אתר את החלק התחתון של החדר (z = 0), למשל על ידי התמקדות בחלקיקים דבקו בתחתית שלה. בהגדרה זו, הגובה (z) עם הגדלת מיקוד לתוך התא. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כדוגמא, לאפיין את ההשפעה של כליאה בדינמיקה של החלקיקים על ידי רכישת סדרת 2-D זמן של תמונות (במישור XY) בmidplane של החדר. בניסוי טיפוסי, 500 תמונות של ממד 512 פיקסלים x 512 פיקסלים נרכשות במסגרת שיעור של 1 מסגרת / שניות (זמן מרווח שניות Δt = 1). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כדוגמא שנייה, לאפיין את מבנה 3-D של חלקיקים על ידי רכישת סדרה תלת ממדית של תמונות (x, y, z). בניסוי טיפוסי, תמונות דו ממדיות (512 פיקסלים x 512 פיקסלים) הןרכש בתפקידי z מרובים בתוך התא, עם מרווח קבוע של Δz = 0.2 מיקרומטר בין תמונות רצופות שנקבעו על ידי piezo. מחסנית בנפח כיסוי בעובי של שעות = 30 מיקרומטר וכך מכיל 151 תמונות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אתר וחלקיקים במסלול לאורך זמן ב2-D או 3-D באמצעות תוכנת מעקב חלקיקים נכתבה ב23,54-56 IDL, MATLAB 57,58, LabView 59, או Python 60. אלגוריתמים אלה בדרך כלל מאפשרים למרכזים של החלקיקים להיפתר בתוך 40-50 ננומטר. מעקב אחר חלקיקים מוצלחים דורש כי החלקיקים לנוע פחות ממרווח interparticle בין מסגרות ברציפות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מעמדות החלקיקים, לחשב מדדים מבניים ודינמיים. שלושה מדדים נוחים המוצגים כאן הם גרם 3-D פונקציית מתאם זוג (r) 61, עקירת 2-D הממוצע בריבוע (MSD) 58,62, וחלק עצמי 2-D של פונקציית המתאם ואן הוב G s ( x, t) 58. שני המדדים האחרונים ניתן מחושבים גם ב 3-D. </li></ol> . 3 ניסויים זורמים: מאפייני תזרים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפברק תא זרימה פשוט באמצעות microcapillary זכוכית עם חתך מרובע (100 מיקרומטר x 100 מיקרומטר) שמודבק צינורות טפלון. השתמש coverslips זכוכית לתמוך בנימים ולספק קשיחות מכאנית, כפי שמוצג בסכמטי באיור 7. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> טען את תערובת קולואיד הפולימר לתוך מזרק זכוכית. צרף את המזרק למערכת מחלק נוזל פנאומטי משאבה או מזרק. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הר התקנת תא זרימה על מיקרוסקופ ההפוכה. שמור את המזרק, תא זרימה, ולשקע באותו הגובה כדי למזער את ההשפעה של כוח הכבידה על תזרים הפרופיל. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לשלוט על קצב הזרימה של ההשעיה דרך תא הזרימה בקצב זרימת הנפחית (למשאבת המזרק) או לחץ מופעל (לתיבת הלחץ). המהירות הממוצעת של ההשעיה בmicrochannel תלויה גם suניסוח spension. ערכים אופייניים של המהירות המרבית בmicrochannel רבוע שנמדד כאן הם 200-2,000 מיקרומטר / sec. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> במהלך זרימה, לרכוש סדרת זמן confocal 2-D במסגרת שיעורים מהירים. הנה, 500 תמונות של ממד 512 פיקסלים x 512 פיקסלים נרכשים ב32 מסגרות / שניות (t Δ זמן מרווח = 1/32 שניות) בגבהים שונים מעל תחתית microchannel (z = 0 מיקרומטר) החל z = 5 - 50 מיקרומטר. כל תמונה מכסה כמחצית מרוחב הממד (y) של microchannel, כפי שמוצג בהבלעה באיור 7. אם החלקיקים מופיעים אליפטי, להגביר את קצב המסגרת של רכישה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כמו בניסויים שקטים, לאתר את החלקיקים ב2-D באמצעות אלגוריתמים סטנדרטיים לאיתור ומעקב אחר החלקיקים בIDL או MATLAB. לתזרימי איטיים, שבו חלקיקים לנוע פחות מהמרחק interparticle הממוצע בין מסגרות, משתמשים באלגוריתמי מעקב להשיג מסלולים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש במתאם תמונה לCalculate מהירות הפרופילים לתזרים מהיר. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחלק את התמונה לתמונות אופקית בגובה קבוע (y) לאורך כיוון הזרימה (x). לשתי תמונות רציפים אני 1 (x, y) ולי 2 (x, y) להעביר את התמונה האחרונה בפקטור Δx ולאחר מכן לחשב את השונות המשותפת הצולבות ביני 1 (x, y) ולי 2 (x + Δx, y). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> זהה את מיקום השיא של היסטוגרמה של ערכי Δx כי למקסם את השונות המשותפת הצולבות בין כל זוג תמונות כדי להשיג את מהירות advection הממוצעת בכל y עמדה לרוחב. אם חלוקה זו אינה בתוקף הגיעה לשיא, לרכוש תמונות במסגרת שיעור מהיר יותר. </li></ol></li></ol>

יש המחברים אין לחשוף.

השעיות Colloidal הם נחקרו באופן נרחב כמודלים למרותקים שלב התנהגות, משום שחלקיקי colloidal בגודל של מיקרון מפגינים דינמיקה איטית יותר באופן משמעותי מאטומים ומולקולות, ולכן יכולים להיות צילמו בקלות ולעקוב אחריו לאורך זמן 10. ללימודי יסוד אלה, להבין את ההשפעה של אטרקציות in...

מסמך זה מדגים (א) confocal הדמיה של תערובות שקטים וזורמים מרותקים קולואיד פולימר בשתיים ושלושה ממדים ו( ב) חלקיקי מעקב ומתאם הניתוחים של תמונות שנוצרה כדי לקבל מידע כמוני על התנהגות השלב ותכונות זרימה. השעיות קולואיד עם אינטראקציות interparticle אטרקטיביות להופיע בכל מקום ביישומים טכנולוגיים כחומרים להרכבה בבימויו 1-3, משלוח סמים 4, 5-7 הפחמימנים משופר, ואחסון אנרגיית 8. תכונה משותפת של יישומים אלה היא שצריכים זרמו החלקיקים באמצעות גיאומטריות עדינות, כגון חרירים, ראשי הדפסה, microchannels, או תווך נקבובי, ו / או להיות מעוצבים לתוך סרטים או מוטות דקים. טכניקות בשימוש כדי לחקור את המבנה של קולואידים בגודל של מיקרון בגיאומטריות מוגבלות, כוללים מיקרוסקופ אלקטרונים 17,18, מיקרוסקופיה רנטגן 19, ומטר לייזר עקיפהicroscopy 20, ניתן להשתמש בם כדי למדוד את המבנה ודינמיקה של חלקיקים על microscale. טכניקות אלה, עם זאת, אינן מאפשרות גישה למסלולים של חלקיקים בודדים, שממנו ניתן לחשב מדדים מבניים ודינמיים להשוואה ישירה לסימולציות מספריות 21,22. מיקרוסקופיה confocal הינה נגזרת של מיקרוסקופ פלואורסצנטי המאפשר הדמיה של חלקים דקים של מדגם ניאון. למדע colloidal 10, טכניקה זו שימושית במיוחד עבור הדמיה עמוקה בתוך השעיות צפופות או בשלושה ממדים. אלגוריתמי חלקיקים מעקב 23 להחיל שתיים או סדרת זמן תלת ממדי של micrographs confocal יניבו את המסלולים של כל החלקיקים הנראים לעין. כתוצאה מכך, השילוב של מיקרוסקופיה confocal וחלקיקי מעקב יושם ללמוד את התנהגות השלב, מבנה ודינמיקה של תרחיפי colloidal, כולל גבישי הורה 24-27 והפרעהed משקפי 28-31 וג&#39;לים 32-35. ניתן ליישם אלגוריתמי ניתוח תמונה אחרים למדידת חלקיקי דינמיקת סדרת זמן של micrographs confocal מ. לדוגמא, ניתן ללמוד את הדינמיקה של חלקיקי diffusive ידי ניתוח התנודות בעוצמה לאורך זמן באמצעות מיקרוסקופ דינמי ההפרש confocal 36. כאשר התקות החלקיקים גדולות יותר מאשר מרווח interparticle, מתאם תמונה 37 מבוסס על velocimetry תמונת חלקיקי 38-40 ניתן ליישם כדי למדוד מהירות פרופילים של החלקיקים. השילוב של אלגוריתמי מעקב ומתאם אפשר דינמיקת colloidal להימדד מערכות עוברות זרימה איטית ומהירה 11-16,41-45. אנו משתמשים בתערובות קולואיד פולימר כמודלים להשעיות colloidal אטרקטיביות 9. בתערובות אלה, מגוון ועוצמתו של פוטנציאל interparticle אטרקטיבי נשלטים באמצעות היחסשל רדיוס הפולימר של הסתובבות לרדיוס החלקיקים והריכוז של הפולימר והדחייה אלקטרוסטטית נשלט באמצעות התוספת של חד ערכי אורגני מלח 46. מכיוון שיכולים להיות מכוון אינטראקציות interparticle זהירות, המיצוק של תערובות אלה נחקר בהרחבה עם מיקרוסקופיה confocal 34,47-51. כאן אנו מדגימים confocal הדמיה וניתוח תמונה 37 תערובות קולואיד פולימר שקטים וזורמים, שבו חלק קולואיד הנפח מוחזק קבוע בΦ = 0.15, בדיקה כי ההשפעה של כליאה בהתנהגות השלב ותכונות זרימה של תערובות אלה. טכניקות אלה הן נרחב החלים על מערכות חלקיקים כי הם שבירה ובי יכולים להיות מתויגים החלקיקים ו / או ממס עם פלורסנט לצבוע בהתאמה מדד.

<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

ההתנהגות של מתלי colloidal מרותקים עם אינטראקציות interparticle אטרקטיביות היא קריטית לעיצוב רציונלים של חומרים להרכבה בבימויו 1-3, משלוח סמים 4, 5-7 הפחמימנים השתפר, ואלקטרודות flowable לאחסון אנרגיה 8. מתלים המכילים קולואידים ניאון ופולימרים אינן adsorbing פונים מערכות מודל, כיחס של רדיוס הפולימר של הסתובבות לרדיוס החלקיקים וריכוז שליטה פולימר את הטווח ועוצמת המשיכה interparticle, בהתאמה. על ידי כוונון מאפייני הפולימר ועוצמת השבר של קולואידים, נוזלי קולואיד, נוזלים של אשכולות, ניתן להשיג ג&#39;לים, גבישים, וכוסות 9. מיקרוסקופיה confocal, גרסה של מיקרוסקופ פלואורסצנטי, מאפשרת דגימה שקופה אופטי וניאון להיות צילמה עם גבוה במרחב וברזולוציה של זמן בשלושה ממדים. בטכניקה זו, חריר קטן או חריץ בלוקים אור הניאון הנפלט מאזורים של המדגם, כי הם מחוץ לנפח המוקד של המערכת האופטית מיקרוסקופ. כתוצאה מכך, סעיף דק בלבד של המדגם במישור המוקד הוא הדמיה. טכניקה זו היא גם מתאימה במיוחד כדי לחקור את המבנה ודינמיקה בהשעיות colloidal צפופות בקנה מידת חלקיק היחיד: החלקיקים הם גדולים מספיק כדי להיפתר באמצעות אור נראה ולפזר לאט מספיק כדי לנפול בפח במהירויות סריקה טיפוסיות של מערכות confocal מסחריות 10 . גם שיפורים במהירויות סריקה וניתוח אלגוריתמים אפשרו confocal הדמיה כמותית של השעיות זורמים 11-16,37. במאמר זה, אנו מדגימים ניסויי מיקרוסקופיה confocal לחקור מרותקת התנהגות השלב ותכונות זרימה של תערובות קולואיד פולימר. אנחנו הראשונים להכין את קולתערובות OID-פולימר שהן צפיפות ושבירה מדד מתאים. בשלב הבא, אנו מדווחים פרוטוקול סטנדרטי להדמית תערובות קולואיד פולימר צפופות שקטה תחת כליאה שונה בתאים בצורת טריז דקים. לבסוף, אנחנו מדגימים פרוטוקול הדמיה תערובות קולואיד פולימר במהלך זרימת microchannel.

כדי להדגים הדמיה confocal וחלקיקי מעקב, החוקרים בחנו את ההשפעה של כליאה בשלב ההתנהגות של תערובות קולואיד פולימר 63-65. בניסויים אלה בקוטר קולואיד היה 2 = 0.865 מיקרומטר. שבריר קולואיד הנפח נקבע על Φ = 0.15 והריכוז של p הפולימר ג היה מגוון 0-23.6 מ&quot;ג / מיליליטר. ?...

Watch this Scientific Journal Video about Confocal Imaging of Confined Quiescent and Flowing Colloid-polymer Mixtures at JoVE.com

Confocal Imaging of Confined Quiescent and Flowing Colloid-polymer Mixtures

מיקרוסקופיה confocal משמשת לתערובות תמונה שקטה וזורמים קולואיד פולימר, הנלמדים כמערכות מודל להשעיות אטרקטיביות. אלגוריתמי ניתוח תמונה משמשים לחישוב מדדים מבניים ודינמיים לחלקיקי colloidal המודדים שינויים עקב כליאה גיאומטרית.

ההדמיה confocal של רגיעה מרותקת ותערובות קולואיד פולימר מזרימים

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 Views.  University of Houston.  מיקרוסקופיה confocal משמשת לתערובות תמונה שקטה וזורמים קולואיד פולימר, הנלמדים כמערכות מודל להשעיות אטרקטיביות. אלגוריתמי ניתוח תמונה משמשים לחישוב מדדים מבניים ודינמיים לחלקיקי colloidal המודדים שינויים עקב כליאה גיאומטרית. 

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 סינתזה של Immunotargeted מגנטתי plasmonic

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

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.

הכנה<em&gt; במבחנה</em&gt; אפיון חומרי ניגוד מבוססי dendrimer עבור דימות תהודה מגנטית

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.

הדמיה ישירה של סיבוב מולקולרי מהיר ליזר מונחה

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.

מדידות של מתאמים אלקטרונית לטווח ארוך במהלך הניסויים עקיפה הפמטו-שנייה מתבצע על Nanocrystals של 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 ...

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.

פרידה של Aldehydes, קטונים תגובתי תערובות באמצעות פרוטוקול החילוץ ביסולפאט

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.

Regioselective O- גליקוזילציה של נוקלאוזידים via זמני 2', 3'-Diol הגנה על ידי אסתר Boronic לסינתזה של דו-סוכר נוקלאוזידים

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.

אוטומציה של טומוגרפיית פליטת פוזיטרונים (PET) Radiotracer סינתזה פרוטוקול לייצור קליני

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.

הדמיה קורוזיה בממשק צבע מתכת באמצעות המסה של זמן טיסה משני המוני ספקטרומטריה

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.

היבט טכני של סינתזה אוטומטי הערכה בזמן אמת קינטי של [11ג] הצמד-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.

פתרון מים, חלבונים ושומנים מ ב Vivo Confocal ראמאן ספקטרום של שכבה הקרנית באמצעות גישה כימומטרית

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