This work has been financially supported by Grants-in-Aid for Scientific Research from the Ministry of Education, Culture, Sports, Science, and Technology (No. 25248027 to M.S.).

לדוגמא הכנה 1. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> טיהור של מונומרים הטמפרטורה המגיבים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ממיסים 20 גרם של N -isopropylacrylamide (ניפה) ב 100 מ&quot;ל של טולואן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סנן את הפתרון תחת יניקה לחסל אבק. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מערבבים את תסנין עם 500 מ&quot;ל של האתר נפט. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את כלי התגובה באמבט קרח-מים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מערבב את הפתרון עד מונומרים הם זרזו (בדרך כלל 30 דקות). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סנן את הפתרון תחת יניקה להשיג את מונומרים זרז. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ייבש את מונומרים בלחץ מופחת (100 אבא) הלילה. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנת תמיסת פולימר הטמפרטורה המגיבים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> דגה 20 מ&quot;ל של מים ללא יונים עבור 1.0 דקות באמצעות משאבת דיאפרגמה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ממיסים 780.8 מ&quot;ג של ניפה מטוהרים ב 9.5 מ&quot;ל של מים degassed ו deionized. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את כלי התגובה באמבט קרח-מים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגן על התגובהאור על ידי כיסוי המנגנון ברדיד אלומיניום. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מערבבים בעדינות את הפתרון במשך 10 דקות תוך כדי החדרת הזרימה מתונה של גז Ar בעדינות באמצעות קצה פיפטה מצורף בלון גז עם צינור. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להוסיף 11.9 μL של N, N, N &#39;, N&#39; -tetramethylethylenediamine לפתרון באמצעות micropipette. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מערבב את הפתרון עבור 1.0 דקות תוך החדרת גז Ar, כאמור בשלב 1.2.5. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תוך ערבוב המדגם, לפזר 4.0 מ&quot;ג של persulfate אמוניום ב 0.5 מ&quot;ל של מים degassed ו deionized. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מערבב את הפתרון המדגם (משלב 1.2.7) ופתרון persulfate אמוניום (משלב 1.2.8). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מערבב את הפתרון עבור 30 שניות תוך החדרת גז Ar, כאמור בשלב 1.2.5. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מכסה את הפתרון עם רדיד אלומיניום ולשמור אותו במקרר (4 ° C) הלילה. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנת mounts מדגם <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים 60 μL של פתרון המדגם (מצעד 1.2.11) ב שקופית חלל. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מכסה את הפתרון עם מכסה זכוכית עגולה. היזהר שלא בועות אוויר מלכודת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר פתרון עודף באמצעות מגבונים micropipette ומעבדה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חותם את המדגם עם דבק. תנו יבש דבק בטמפרטורת החדר (בדרך כלל 6 שעות). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כן אחר שקופית מלאה 0.1% WT פוליסטירן לטקס (קוטר חלקיקים 100 ננומטר) השעיה על ידי ביצוע שלבי 1.3.1-1.3.4. שקופית זו משמשת כסטנדרט. </li></ol></li></ol> 2. מדידת גודל חלקיקים עם מיקרוסקופ פיזור אור דינאמי <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אופטימיזציה של המכשיר <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניח את שקף השעיה לטכס קלקר (משלב 1.3.5) על הבמה של מיקרוסקופ ההפוכה. צד זכוכית המכסה צריך פנים למטה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניח מנחת קורה מול הגלאי (photodiode מפולת וכן autocorrelator). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> החל קרן לייזר (לייזר מצב מוצק, λ = 488 ננומטר, 30 mW, רציפהגל) המדגם דרך עדשה אובייקטיבית (10 ×). חלק מן האור המוחזר עובר דרך מראה ההשקה של המיקרוסקופ היא נצפתה על ידי מצלמת CCD רכוב בנמל בצד של המיקרוסקופ (איור 1). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התאם את גובה של העדשה אובייקטיבי להגדיר את מוקד ב ההשעיה מדגם ידי הסטה את גובה העדשה אובייקטיבי מעמדת נמוכה עד גבוהה. במהלך הליך זה, הבבואה מתמקדת שלוש פעמים: על פני השטח של הזכוכית המכסה, על קו התפר בין הזכוכית המכסה ואת המדגם, על קו התפר בין המדגם לבין זכוכית שקופית חור. הגדר את המוקד בין הנקודות השניות ושלישיות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להחליש את עוצמת האור הפזורה על ידי שינוי כוח הליזר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הצג את האור המפוזר לתוך הגלאי על ידי הסרה מנחת הקורה מול הגלאי. יחידה זו מודדת את מתאם הזמן של עוצמת האור. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדרה (מיקרומטר φ = 50) חריר between המיקרוסקופ הגלאי כדי להשיג את האפקט confocal. התאם את המיקום של החריר כדי למקסם את עוצמת האור על הגלאי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדוד את פונקצית קורלציה הזמן של עוצמת אור פזורה למשך 30 שניות על ידי ייזום המבצע של קורלטור באמצעות מחשב. פונקציית המתאם הנמדדת מתבטאת לעתים קרובות ככל g (2) (t) - 1, כאשר t הוא מתאם הזמן 4 ו <img alt="משוואה 1" src="/files/ftp_upload/54885/54885eq1.jpg" /> . הנה, אני (t) היא עוצמת האור המפוזרת בזמן t ו (•••) T הוא מיצוע זמן. שעת הריקבון תעמוד על כ 0.1 ms. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התאם את המוקד להשיג מגוון רחב של משרעת הראשונית של פונקצית קורלציה הזמן (g (2) (t = 0) - 1). הערה: משרעת הראשונית מושפעת במידה רבה על ידי כמות האור המוחזר. באמצעות הזזת גרירת המוקדARD הממשק בין הזכוכית מכסה את המדגם, בסך של עליות אור מוחזרות. עבור מפזרי אור חזקים, כגון לטקס קלקר, משרעת הראשונית ניתן לשנות מ -0 עד 1. עם זאת, קשה להגדיר את משרעת הראשונית קרובה ל -1 לפתרונות פולימר נפוצים יותר בגלל עוצמת האור המוחזר היא גבוהה בהרבה זה של האור המפוזר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> החל את ההופכי של טרנספורמציית Laplace (באמצעות התכנית להסדרה המוגבלת Contin 13,14) לפונקצית קורלציה זמן המתקבלת לרכוש את פונקציית התפלגות גודל. במקרים בהם משרעת הראשונית מוגדר פחות מ 0.2, פונקצית ההתפלגות של רדיוס הידרודינמית יראה פסגה חדה סביב 100 ננומטר, שהוא כפול רדיוס בפועל (ראה דיון לפרטים נוספים). </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדידת מדגם <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדר את הטמפרטורה הבמה כדי 25 מעלות צלזיוס. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מקום שקופיות מוכנות עם פולי-ניפיתי (PNIPA) solutיון (שלב 1.3.4) על הבמה של המיקרוסקופ. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדוד את פונקצית קורלציה הזמן של עוצמת האור מפוזרים על ידי ביצוע השלבים 2.1.4-2.1.8. אם משרעת הראשונית גדולה מ 0.2, להתאים את המוקד להפוך את משרעת הראשונית של פונקצית קורלציה הזמן פחות מ -0.2 ידי ביצוע צעד 2.1.9. משרעת ראשונית קטנה מפשטת את הניתוח. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדר את הטמפרטורה הבמה כדי 35 מעלות צלזיוס ולחכות עד הפתרון הופך עכור. טמפרטורת הפתרון הקריטית הנמוך (LCST) של פתרון PNIPA היא 32 ° C 15. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדוד את פונקצית קורלציה העת על ידי השלבים הבאים 2.1.4-2.1.8. אם הדבר אפשרי, להתאים את המיקום של נקודת המוקד על מנת להפוך את משרעת הראשונית של פונקצית קורלציה זמן פחות מ -0.2. לקבלת פתרונות עכורים, אמפליטודות הראשונית שלהם נוטה להגדיל, מאז עוצמת עליות האור המפוזרות ואילו זה של האור המוחזר נשאר קבוע. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> החל ההופכי Laplace transformatiאל פונקציות קורלציה הזמן להשיג כדי להשיג את פונקציות התפלגות גודל. ראוי לציין, כי הגודל האמיתי הוא מחצית הערך המתקבל במקרים בהם משרעת הראשונית היא פחות מ -0.2. </li></ol></li></ol>

<ol>
	<li>Hiroi, T., Shibayama, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamic+Light+Scattering+Microscope:+Accessing+Opaque+Samples+with+High+Spatial+Resolution.">Dynamic Light Scattering Microscope: Accessing Opaque Samples with High Spatial Resolution.</a> Opt. Express. 21, 20260-20267 (2013).</li><li>Barth, H. G., Flippen, R. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Particle+Size+Analysis.">Particle Size Analysis.</a> Anal. Chem. 67, 257-272 (1995).</li><li>Liu, Y., Wang, Z., Zhang, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+supramolecular+polymers.">Characterization of supramolecular polymers.</a> Chem. Soc. Rev. 41, 5922-5932 (2012).</li><li>Berne, B. J., Pecora, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Dynamic Light Scattering with Applications to Chemistry, Biology and Physics. , (2000).</li><li>Phillies, G. D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+demonstration+of+ruultiple-scattering+suppression+in+quasielastic-light-scattering+spectroscopy+by+homodyne+coincidence+techniques.">Experimental demonstration of ruultiple-scattering suppression in quasielastic-light-scattering spectroscopy by homodyne coincidence techniques.</a> Phys. Rev. A. 24, 1939-1943 (1981).</li><li>Phillies, G. D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Suppression+of+multiple+scattering+effects+in+quasielastic+light+scattering+by+homodyne+crosscorrelation+techniques.">Suppression of multiple scattering effects in quasielastic light scattering by homodyne crosscorrelation techniques.</a> J. Chem. Phys. 74, 260-262 (1981).</li><li>Ishii, K., Yoshida, R., Iwai, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single-scattering+spectroscopy+for+extremely+dense+colloidal+suspensions+by+use+of+a+low-coherence+interferometer.">Single-scattering spectroscopy for extremely dense colloidal suspensions by use of a low-coherence interferometer.</a> Opt. Lett. 30, 555-557 (2005).</li><li>Xia, H., Ishi, K., Iwai, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrodynamic+Radius+Sizing+of+Nanoparticles+in+Dense+Polydisperse+Media+by+Low-Coherence+Dynamic+Light+Scattering.">Hydrodynamic Radius Sizing of Nanoparticles in Dense Polydisperse Media by Low-Coherence Dynamic Light Scattering.</a> Jpn. J. Appl. Phys. 44, 6261-6264 (2005).</li><li>Maret, G., Wolf, P. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multiple+light+scattering+from+disordered+media.+The+effect+of+brownian+motion+of+scatterers.">Multiple light scattering from disordered media. The effect of brownian motion of scatterers.</a> Z. Phys. B. 65, 409-413 (1987).</li><li>Pine, D. J., Weitz, D. A., Chaikin, P. M., Herbolzheimer, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Diffusing+wave+spectroscopy.">Diffusing wave spectroscopy.</a> Phys. Rev. Lett. 60, 1134-1137 (1988).</li><li>Cerbino, R., Trappe, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Differential+Dynamic+Microscopy:+ProbingWave+Vector+Dependent+Dynamics+with+a+Microscope.">Differential Dynamic Microscopy: ProbingWave Vector Dependent Dynamics with a Microscope.</a> Phys. Rev. Lett. 108, 188102 (2012).</li><li>Lu, P. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterizing+Concentrated,+Multiply+Scattering,+and+Actively+Driven+Fluorescent+Systems+with+Confocal+Differential+Dynamic+Microscopy.">Characterizing Concentrated, Multiply Scattering, and Actively Driven Fluorescent Systems with Confocal Differential Dynamic Microscopy.</a> Phys. Rev. Lett. 108, 218103 (2012).</li><li>Provencher, S. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+constrained+regularization+method+for+investing+data+represented+by+linear+algebraic+or+integral+equations.">A constrained regularization method for investing data represented by linear algebraic or integral equations.</a> Comp. Phys. Comm. 27, 213-227 (1982).</li><li>Provencher, S. W., Stepanek, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Global+analysis+of+dynamic+light+scattering+autocorrelation+functions.">Global analysis of dynamic light scattering autocorrelation functions.</a> Part. Part. Syst. Charact. 13, 291 (1996).</li><li>Takata, S., Norisuye, T., Shibayama, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Small-angle+Neutron+Scattering+Study+on+Preparation+Temperature+Dependence+of+Thermosensitive+Gels.">Small-angle Neutron Scattering Study on Preparation Temperature Dependence of Thermosensitive Gels.</a> Macromolecules. 35, 4779-4784 (2002).</li><li>Pusey, P. N., van Megen, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamic+Light+Scattering+by+Non-Ergodic+Media.">Dynamic Light Scattering by Non-Ergodic Media.</a> Physica A. 157, 705-741 (1989).</li><li>Chu, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Laser Light Scattering. 2nd Ed. , (1991).</li><li>Shibayama, M., Tanaka, T., Han, C. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Small-Angle+Neutron-Scattering+Study+on+Poly(N-Isopropyl+Acrylamide)+Gels+near+Their+Volume-Phase+Transition-Temperature.">Small-Angle Neutron-Scattering Study on Poly(N-Isopropyl Acrylamide) Gels near Their Volume-Phase Transition-Temperature.</a> J. Chem. Phys. 97, 6829-6841 (1992).</li><li>Tanaka, T., Sato, E., Hirokawa, Y., Hirotsu, S., Peetermans, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Critical+Kinetics+of+Volume+Phase+Transition+of+Gels.">Critical Kinetics of Volume Phase Transition of Gels.</a> Phys. Rev. Lett. 55, 2455-2458 (1985).</li><li>Hiroi, T., Ata, S., Shibayama, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transitions+of+Aggregation+States+for+Concentrated+Carbon+Nanotube+Dispersion.">Transitions of Aggregation States for Concentrated Carbon Nanotube Dispersion.</a> J. Phys. Chem. C. 120, 5776-5782 (2016).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

משרעת הראשונית של פונקצית קורלציה הזמן תלוי בכבדות על מוקד, כפי שמוצג באיור 2 (א). זה לכאורה סותר את העובדה שהפתרון הוא הומוגני (למעט שכבה דקה על הממשק) 8. וריאציה זו משרעת הראשונית מיוחסת וריאציה בסך של אור מוחזר. התיאוריה heterodyne חלקית 16 צופה כי משרעת הראשונית, A, עוצמת אור מפוזר, אני s, ואת עוצמת האור המוחזר, I r, יקיימו את הנוסחה 1 <img alt="משוואה 2" src="/files/ftp_upload/54885/54885eq2.jpg" /> משוואה זו מראה כי גדול I r הופך, א הקטן הופך. לכן, הוא מופחת על ידי הגדרת מוקדי העמדה הקרובה לממשק. רשות האישורים הקבוע D דיפוזיה לכאורהn להיות מושגת על ידי התאמת פונקצית קורלציה זמן במקרה של פתרונות monodisperse: <img alt="משוואה 3" src="/files/ftp_upload/54885/54885eq3.jpg" /> איפה <img alt="משוואה 4" src="/files/ftp_upload/54885/54885eq4.jpg" /> . במקרה זה, n היא מקדמת השבירה של הממס (מים, 1.33), θ היא הזווית המפוזרת (180 °), ו λ הוא אורך הגל של אור (514.5 nm). מאז אנחנו מוחלים גיאומטרית backscattering, הערך של q הוא קבוע. עם זאת, בשלב זה נפתר באמצעות אורכי גל שונים של אור. יש לציין כי כל סוג של מקור לייזר גל רציף זמין לבנות מיקרוסקופ DLS. הודות נפח המוקרן הקטן, גורם קוהרנטיות 17 מוערך יותר 0.99 והוא זניח. לקבלת פתרונות polydisperse, פונקצית ההתפלגות של D של מתקבלת על ידי טרנספורמציה Laplace ההפוכה. ה heterodyne חלקיתEory גם צופה כי D A אינו זהה D הדיפוזיה בפועל. קבועי דיפוזיה שני אלה יקיימו את המשוואה הבאה: <img alt="משוואה 5" src="/files/ftp_upload/54885/54885eq5.jpg" /> הדי דיפוזיה המתמידים מומר h הידרודינמית רדיוס R באמצעות משוואת איינשטיין-סטוקס 4. כאשר A = 1, מערכת היחסים הזאת הולכת D A = D. במקרה זה, תהליך המרת נתונים הוא זהה לזה של פיזור אור דינאמי המשותף. הקו האדום שמוצג באיור 2 (ב) מתאים במקרה זה. לעומת זאת, מערכת היחסים הזאת הולכת D A = 0.5 D על גבול A → 0. לכן, הגודל מוערך פעמים גדולות כמו הגודל האמיתי כאשר A הוא קטן (למעשה, פחות מ 0.2), כפי שמוצג על ידי הקו הכחול של איור 2 (ב) </sטרונג&gt;. אם אנו יודעים כי הוא קטן משמעותי, הציר האופקי יכול להיות מוזז, כפי שמוצג באיור 2 (ג). באופן עקרוני, אנו יכולים להמיר D לתוך D עבור כל ערך של A. בפועל, עם זאת, עדיף להגדיר את משרעת הראשונית קטן מ -0.2, מאז פשוט קירוב D של ~ 0.5 D נכון. המאפיינים הבולטים של טכניקת מיקרוסקופ פיזור אור דינאמי הודגמו באמצעות פתרון PNIPA. הקונפורמציה של PNIPA מעל ומתחת LCST נחקרה בהרחבה באמצעות נויטרונים קטן זווית פיזור 15,18. לעומת זאת, פיזור אור דינאמי לא נוצל לניתוח PNIPA מעל LCST בגלל העכירות שלה 19. בעיה זו נפתרה על ידי המיקרוסקופ פיזור אור דינאמי, כפי שמוצג איורים 3 (א) ו- (ב). גודלו של אגרגטים אלה הוא מספר &amp;# 181; מ &#39;, אשר לא ניתן להשיג גם על ידי פיזור קרני רנטגן / ניטרוני זווית קטנה או טכניקות פיזור אור קונבנציונליות. מדידות זמן נפתר באמצעות מערכת זו לתת מידע על תהליך הצבירה במהלך שינוי הטמפרטורה. החיסרון של המיקרוסקופ פיזור אור דינאמי מודגם גם באיור 3. לקבלת תוצאה מתחת LCST, פונקציית המתאם זמן מושפעת במידה רבה על ידי כמות קטנה מאוד של הנוכחי אבק (הקווים השחורים באיור 3). לדוגמה, פונקציית המתאם הזמן אינו להירקב לגמרי, אפילו עם זמני מתאם בסדר גודל של 1.0 s. הסיבה לכך היא כי הנפח מוקרן עם המנגנון הזה (כ 1.0 מיקרומטר) קטן באופן משמעותי מזה מוקרן עם מנגנון פיזור אור דינאמי הרגיל (כ 100 מיקרומטר). במקרים בהם עוצמת אור מפוזר חלש, האות מוסתר על ידי רעש, כגון לנזקים שנגרמו עקב sכמויות בקניון אבק הפתרון. לכן, שלוש פסגות שמוצגות באיור 3 (ב) לא יכולות להיות חשיבות כמותית למרות הסדר הכללי של הגודל הוא משמעותי. שים לב scatterer כזה חלש יכול להימדד על ידי מנגנון פיזור אור דינאמי קונבנציונאלי. אנחנו הוכחנו כי מיקרוסקופ פיזור אור דינאמי מאפשר לנו למדוד הן דגימות שקופות עכורות עם אותו ההתקנה. מאז המרחק האופטי בדגימות הוא קצר, טכניקה זו יכולה להיות מיושמת על דגימות אור קליטות חזקות, כגון השעיות-צינורות פחמן 20. בנוסף, בשל ברזולוציה מרחבית גבוהה, טכניקה זו יכולה להיות מיושמת על תאים ביולוגיים. עבור היישום שלה לביולוגיה, שיטה זו יכולה גם להיות משולבת עם שיטות הדמיה אחרות, כגון קרינת הדמית ראמאן. לפיכך, אנו סבורים כי מיקרוסקופ פיזור אור דינאמי הוא כלי רב עוצמה עבור מגוון רחב של תחומי מחקר.

Particle size is one of the most fundamental properties of colloidal and polymer solutions. Numerous techniques are used to measure the particle size. Particle sizes of 1.0 &#181;m or larger can be measured directly using an optical microscope. For smaller particles, alternative techniques, such as laser diffraction, electron microscopy, or atomic force microscopy, are used2,3. Dynamic light scattering is a commonly-used technique for the measurement of particle size distributions in solutions4. The results obtained using this technique are not derived from images of the particles but from the characteristic time of the fluctuations in scattered light intensity. These fluctuations originate from Brownian motion, which is characterized by a diffusion constant. The size distribution is obtained from the distribution of diffusion constants using the Einstein-Stokes equation. Due to its simplicity, dynamic light scattering is widely used for the routine assessment of solutions, such as paints and food colloids.
Pretreatment is required for most of the techniques used for the particle size measurement of solution samples. In the case of electron microscopy and atomic force microscopy, the sample must be analyzed under vacuum conditions. Therefore, it is difficult to observe the samples in their native forms. Furthermore, for laser diffraction and dynamic light scattering, only diluted samples that are free from multiple scattering and light absorption can be measured. To overcome this difficulty, several new techniques have been proposed for the measurement of dynamic light scattering from undiluted, concentrated solutions, such as cross-correlation spectroscopy5,6, low-coherence dynamic light scattering7,8, diffusing-wave spectroscopy9,10, and differential dynamic microscopy11,12.
We have developed a new apparatus called a dynamic light scattering microscope1. This apparatus enables us to measure turbid samples without dilution by means of a confocal optical system in which multiple scattering is eliminated using a pinhole. However, the measurement procedure and data analysis are slightly more complicated than those of commercially-available instruments. This video explains the measurement procedure and data analysis in detail using the analysis of the temperature-responsive polymer, poly(N-isopropylacrylamide), as an example.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="591">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="76">
			<td height="76" style="height:76px;width:216px;">N-isopropylacrylamide, 98%</td>
			<td style="width:89px;">Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.</td>
			<td style="width:119px;">I0401</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="76">
			<td height="76" style="height:76px;width:216px;">toluene, 99%</td>
			<td style="width:89px;">Wako Pure Chemical Industries, Ltd.</td>
			<td style="width:119px;">201-01876</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="76">
			<td height="76" style="height:76px;width:216px;">petroleum ether, distillation temperature 30 ~ 60 &#176;C</td>
			<td style="width:89px;">Wako Pure Chemical Industries, Ltd.</td>
			<td style="width:119px;">169-22565</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="57">
			<td height="57" style="height:57px;width:216px;">N,N,N&#39;,N&#39;-tetramethylethylenediamine, 99%</td>
			<td style="width:89px;">Sigma</td>
			<td style="width:119px;">T9281</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;width:216px;">ammonium persulfate, 98%</td>
			<td style="width:89px;">Sigma</td>
			<td style="width:119px;">248614</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="57">
			<td height="57" style="height:57px;width:216px;">polystyrene latex suspension, 1 wt%</td>
			<td style="width:89px;">Duke Scientific Corporation</td>
			<td style="width:119px;">3500A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="57">
			<td height="57" style="height:57px;width:216px;">argon</td>
			<td style="width:89px;">Koike Sanso Kogyo Co., Ltd.</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>purity &#62; 99.999 vol.%</td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;width:216px;"></td>
			<td style="width:89px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="57">
			<td height="57" style="height:57px;width:216px;">cavity slide</td>
			<td style="width:89px;">Matsunami Glass Ind.,Ltd.</td>
			<td style="width:119px;">83-0336</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="57">
			<td height="57" style="height:57px;width:216px;">inverted microscope</td>
			<td style="width:89px;">Nikon Instech Co., Ltd.</td>
			<td style="width:119px;">ECLIPSE Ti-U</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="38">
			<td height="38" style="height:38px;width:216px;">Thermo Plate</td>
			<td style="width:89px;">Tokai Hit CO.,Ltd</td>
			<td style="width:119px;">TP-108R-C</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="38">
			<td height="38" style="height:38px;width:216px;">Ar-Kr ion laser</td>
			<td style="width:89px;">Spectra-Physics</td>
			<td style="width:119px;">Stabilite 2018</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="57">
			<td height="57" style="height:57px;width:216px;">avalanche photodiode</td>
			<td style="width:89px;">ALV-GmbH</td>
			<td style="width:119px;">ALV-High Q.E. Avalanche Photo Diode</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;width:216px;">correlator</td>
			<td style="width:89px;">ALV-GmbH</td>
			<td style="width:119px;">ALV-5000/EPP</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

measurement of particle size distribution in turbid solutions by dynamic light scattering microscopy

A protocol for measuring polydispersity of concentrated polymer solutions using dynamic light scattering is described. Dynamic light scattering is a technique used to measure the size distribution of polymer solutions or colloidal particles. Although this technique is widely used for the assessment of polymer solutions, it is difficult to measure the particle size in concentrated solutions due to the multiple scattering effect or strong light absorption. Therefore, the concentrated solutions should be diluted before measurement. Implementation of the confocal optical component in a dynamic light scattering microscope1 helps to overcome this barrier. Using such a microscopic system, both transparent and turbid systems can be analyzed under the same experimental setup without a dilution. As a representative example, a size distribution measurement of a temperature-responsive polymer solution was performed. The sizes of the polymer chains in an aqueous solution were several tens of nanometers at a temperature below the lower critical solution temperature (LCST). In contrast, the sizes increased to more than 1.0 &#181;m when above the LCST. This result is consistent with the observation that the solution turned turbid above the LCST.

זמן פונקציות קורלציה של עוצמת האור התפזרו לבתיהם השעיה לטקס קלקר (רדיוס החלקיק: 50 ננומטר) נמדדו בנקודות מוקד שונים, כפי שמוצג באיור 2 (א). פונקציות קורלציה אלה הוסבו פונקציות ההתפלגות של רדיוס הידרודינמית ידי טרנספורמציה Laplace ההופכי (עיין איור 2 (ב) ו- (ג)). שימוש באותו הליך, פונקציות קורלציה זמן פונקציות ההפצה של רדיוס הידרודינמית של הפתרון PNIPA התקבלו במהירות של 25 ° C ו -35 ° C, בהתאמה. איורים 3 (א) ו- (ב) להראות את פונקציות קורלציה הזמן של עוצמת האור המפוזרת פונקציות התפלגות גודל מקביל פתרון PNIPA להלן (25 ° C) ומעלה (35 ° C) את LCST. תפקידי התפלגות הגודל התקבלו על ידי הפיכת Laplace הפוך ואחריותיקון של heterodyne חלקית. רדיוס הידרודינמית הממוצע מתחת LCST הוא כמה עשרות ננומטרים, אשר אופיינית עבור פתרונות פולימר. לעומת זאת, רדיוס הידרודינמית מעל LCST הוא כ 1.0 מיקרומטר. תוצאה זו עולה בקנה אחד עם העובדה כי הפתרון הוא עכור מעל LCST. הקווים האדומים וכחולים באיור 3 מייצגים את התפלגות הגודל של פתרונות PNIPA מתקבלים מייד לאחר ו -20 דקות לאחר הפתרון הפכו עכורות, בהתאמה. איור 3 (ב) מצביע בבירור על הגידול של הצבירה. <img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/54885/54885fig1.jpg" /> באיור 1. שרטוטים של המיקרוסקופ פיזור אור דינאמי. חריר (PH), קרן splitter (BS), מקטב (Pol), ו photodiode מפולת (APD). <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54885/54885fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן לצפייה</a>גרסה גדולה יותר של דמות זו. <img alt="איור 2" src="/files/ftp_upload/54885/54885fig2.jpg" /> איור 2. תוצאות עבור נציג השעית לטקס קלקר. (א) פונקציות קורלציה זמן של עוצמת אור הפזורה השעייתו לטקס קלקר. הרדיוס הנקוב הוא 50 ננומטר ואת הריכוז הוא 0.1% WT. שני מערכי נתונים התקבלו נקודות פיזור שונות. (ב), (ג) פונקציות התפלגות הגודל מתאימות עבור ההשעיה לטכס קלקר שהשיגו שינוי Laplace ההופכי של (א). הקו האדום תואם את פונקצית קורלציה שזמנה משרעת ראשוני הוא כ 1.0, ואת הקו הכחול שקולה לזו עם משרעת ראשונית כי הוא כ 0.2. הציר האופקי חושב ללא (ב) ועם (ג) בהתחשב השפעת אִבּוּך חלקית (PHD) כאשר &lt;&lt;<html> ; 1. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54885/54885fig2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 3" src="/files/ftp_upload/54885/54885fig3.jpg" /> איור 3. תוצאות עבור נציג פתרון PNIPA. (א) פונקציות קורלציה זמן של עוצמת אור הפזורה לפתרון PNIPA. (ב) תפקידי התפלגות הגודל מתאימים פתרון PNIPA שהשיג שינוי Laplace ההופכי של (א). הציר האופקי חושב בהתחשב השפעת אִבּוּך חלקית עבור כל קבוצת נתונים. הקו השחור מייצג את הנתונים שהתקבלו על 25 מעלות צלזיוס. הקו האדום מייצג את הנתונים שהתקבלו רק לאחר הפתרון פנה עכור (35 מעלות צלזיוס). הקו הכחול מייצג את הנתונים המתקבלים לאחר מדידה של 20 דק &#39;של הקו האדום./54885/54885fig3large.jpg &quot;Target =&quot; _ blank &quot;&gt; לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

Watch this Scientific Journal Video about Measurement of Particle Size Distribution in Turbid Solutions by Dynamic Light Scattering Microscopy at JoVE.com

Measurement of Particle Size Distribution in Turbid Solutions by Dynamic Light Scattering Microscopy

פרוטוקול עבור המדידה הישירה של התפלגות גודל חלקיקי תמיסות מרוכזות באמצעות מיקרוסקופ פיזור אור דינאמי מוצג.

מדידת הפצת החלקיקים גודל פתרונות דלוחים ידי Dynamic Light פיזור מיקרוסקופי

A protocol for measuring polydispersity of concentrated polymer solutions using dynamic light scattering is described. Dynamic light scattering is a ...

measurement-particle-size-distribution-turbid-solutions-dynamic-light

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Electrical Engineering

Chemistry

Unit 1

The Laplace Transform

SCIENTISTS IN ACTION

14.0K Views.  University of Tokyo.  פרוטוקול עבור המדידה הישירה של התפלגות גודל חלקיקי תמיסות מרוכזות באמצעות מיקרוסקופ פיזור אור דינאמי מוצג. 

Video: Measurement of Particle Size Distribution in Turbid Solutions by Dynamic Light Scattering Microscopy

Quantitative and Qualitative Examination of Particle-particle Interactions Using Colloidal Probe Nanoscopy

Colloidal Probe Nanoscopy (CPN), the study of the nano-scale interactive forces between a specifically prepared colloidal probe and any chosen substrate using the Atomic Force Microscope (AFM), can provide key insights into physical interactions present within colloidal systems. Colloidal systems are widely existent in several applications including, pharmaceuticals, foods, paints, paper, soil and minerals, detergents, printing and much more.1-3 Furthermore, colloids can exist in many states such as emulsions, foams and suspensions. Using colloidal probe nanoscopy one can obtain key information on the adhesive properties, binding energies and even gain insight into the physical stability and coagulation kinetics of the colloids present within. Additionally, colloidal probe nanoscopy can be used with biological cells to aid in drug discovery and formulation development. In this paper we describe a method for conducting colloidal probe nanoscopy, discuss key factors that are important to consider during the measurement, and show that both quantitative and qualitative data that can be obtained from such measurements.

Colloidal probe nanoscopy can be used within a variety of fields to gain insight into the physical stability and coagulation kinetics of colloidal systems and aid in drug discovery and formulation sciences using biological systems. The method described within provides a quantitative and qualitative means to study such systems.

בחינה כמותית ואיכותי של אינטראקציות חלקיקי חלקיקים באמצעות קולואיד Probe Nanoscopy

Colloidal Probe Nanoscopy (CPN), the study of the nano-scale interactive forces between a specifically prepared colloidal probe and any chosen substrate ...

Dynamic Electrochemical Measurement of Chloride Ions

This protocol describes the dynamic measurement of chloride ions using the transition time of a silver silver chloride (Ag/AgCl) electrode. Silver silver chloride electrode is used extensively for potentiometric measurement of chloride ions concentration in electrolyte. In this measurement, long-term and continuous monitoring is limited due to the inherent drift and the requirement of a stable reference electrode. We utilized the chronopotentiometric approach to minimize drift and avoid the use of a conventional reference electrode. A galvanostatic pulse is applied to an Ag/AgCl electrode which initiates a faradic reaction depleting the Cl&#713; ions near the electrode surface. The transition time, which is the time to completely deplete the ions near the electrode surface, is a function of the ion concentration, given by the Nernst equation. The square root of the transition time is in linear relation to the chloride ion concentration. Drift of the response over two weeks is negligible (59 &#181;M/day) when measuring 1 mM [Cl&#713;]using a current pulse of 10 Am-2. This is a dynamic measurement where the moment of transition time determines the response and thus is independent of the absolute potential. Any metal wire can be used as a pseudo-reference electrode, making this approach feasible for long-term measurement inside concrete structures.

Dynamic measurement of chloride ions is presented. Transition time of an Ag/AgCl electrode, during a chronopotentiometric technique, can give the concentration of chloride ions in electrolyte. This method does not require a stable conventional reference electrode.

מדידת אלקטרוכימיות הדינמית של יוני כלוריד

This protocol describes the dynamic measurement of chloride ions using the transition time of a silver silver chloride (Ag/AgCl) electrode. Silver silver ...

Dissolution Dynamic Nuclear Polarization Instrumentation for Real-time Enzymatic Reaction Rate Measurements by NMR

The main limitation of NMR-based investigations is low sensitivity. This prompts for long acquisition times, thus preventing real-time NMR measurements of metabolic transformations. Hyperpolarization via dissolution DNP circumvents part of the sensitivity issues thanks to the large out-of-equilibrium nuclear magnetization stemming from the electron-to-nucleus spin polarization transfer. The high NMR signal obtained can be used to monitor chemical reactions in real time. The downside of hyperpolarized NMR resides in the limited time window available for signal acquisition, which is usually on the order of the nuclear spin longitudinal relaxation time constant, T1, or, in favorable cases, on the order of the relaxation time constant associated with the singlet-state of coupled nuclei, TLLS. Cellular uptake of endogenous molecules and metabolic rates can provide essential information on tumor development and drug response. Numerous previous hyperpolarized NMR studies have demonstrated the relevancy of pyruvate as a metabolic substrate for monitoring enzymatic activity in vivo. This work provides a detailed description of the experimental setup and methods required for the study of enzymatic reactions, in particular the pyruvate-to-lactate conversion rate in presence of lactate dehydrogenase (LDH), by hyperpolarized NMR.

The sensitivity enhancement provided by dissolution dynamic nuclear polarization (DNP) enables following metabolic processes in real time by NMR and MRI. The characteristics and performances of a dedicated dissolution DNP setup designed for study enzymatic reactions are discussed.

פירוק דינמי גרעיני קיטוב Instrumentation מדידות קצב התגובה האנזימטית בזמן אמת על ידי התמ&quot;ג

The main limitation of NMR-based investigations is low sensitivity. This prompts for long acquisition times, thus preventing real-time NMR measurements of ...

A Simple, Low-cost, and Robust System to Measure the Volume of Hydrogen Evolved by Chemical Reactions with Aqueous Solutions

There is a growing research interest in the development of portable systems which can deliver hydrogen on-demand to proton exchange membrane (PEM) hydrogen fuel cells. Researchers seeking to develop such systems require a method of measuring the generated hydrogen. Herein, we describe a simple, low-cost, and robust method to measure the hydrogen generated from the reaction of solids with aqueous solutions. The reactions are conducted in a conventional one-necked round-bottomed flask placed in a temperature controlled water bath. The hydrogen generated from the reaction in the flask is channeled through tubing into a water-filled inverted measuring cylinder. The water displaced from the measuring cylinder by the incoming gas is diverted into a beaker on a balance. The balance is connected to a computer, and the change in the mass reading of the balance over time is recorded using data collection and spreadsheet software programs. The data can then be approximately corrected for water vapor using the method described herein, and parameters such as the total hydrogen yield, the hydrogen generation rate, and the induction period can also be deduced. The size of the measuring cylinder and the resolution of the balance can be changed to adapt the setup to different hydrogen volumes and flow rates.

The study of methods to generate on-demand hydrogen for fuel cells continues to grow in importance. However, systems to measure hydrogen evolution from the reaction of chemicals with water can be complicated and expensive. This article details a simple, low-cost, and robust method to measure the evolution of hydrogen gas.

פשוט, בעלות נמוכה, ואת מערכת חזקה כדי למדוד את הנפח של מימן התפתח באמצעות תגובות כימיות עם תמיסות מימיות

There is a growing research interest in the development of portable systems which can deliver hydrogen on-demand to proton exchange membrane (PEM) ...

Fabrication and Testing of Photonic Thermometers

In recent years, a push for developing novel silicon photonic devices for telecommunications has generated a vast knowledge base that is now being leveraged for developing sophisticated photonic sensors. Silicon photonic sensors seek to exploit the strong confinement of light in nano-waveguides to transduce changes in physical state to changes in resonance frequency. In the case of thermometry, the thermo-optic coefficient, i.e., changes in refractive index due to temperature, causes the resonant frequency of the photonic device such as a Bragg grating to drift with temperature. We are developing a suite of photonic devices that leverage recent advances in telecom compatible light sources to fabricate cost-effective photonic temperature sensors, which can be deployed in a wide variety of settings ranging from controlled laboratory conditions, to the noisy environment of a factory floor or a residence. In this manuscript, we detail our protocol for the fabrication and testing of photonic thermometers.

We describe the process of fabrication and testing of photonic thermometers.

ייצור ובדיקה של מדי חום פוטוני

In recent years, a push for developing novel silicon photonic devices for telecommunications has generated a vast knowledge base that is now being ...

Nanosponge Tunability in Size and Crosslinking Density

We describe a protocol for the synthesis of linear polyesters containing pendant epoxide functionality and their incorporation into a nanosponge with controlled dimensions. This approach begins with synthesis of a functionalized lactone which is key to the pendant functionalization of the resulting polymer. Valerolactone (VL) and allyl-valerolactone (AVL) are then copolymerized using ring-opening polymerization. Post-polymerization modification is then used to install an epoxide moiety on some or all of the pendant allyl groups. Epoxy-amine chemistry is employed to form nanoparticles in a dilute solution of both polymer and small molecule diamine crosslinker based on the desired nanosponge size and crosslinking density. Nanosponge sizes can be characterized by transmission electron microscopy (TEM) imaging to determine the dimension and distribution. This method provides a pathway by which highly tunable polyesters can create tunable nanoparticles, which can be used for small molecule drug encapsulation. Due to the nature of the backbone, these particles are hydrolytically and enzymatically degradable for a controlled release of a wide range of hydrophobic small molecules.

This article describes a process for tuning the size and crosslinking density of covalently crosslinked nanoparticles from linear polyesters containing pendant functionality. By tailoring synthesis parameters (polymer molecular weight, pendant functionality incorporation, and crosslinker equivalents), a desired nanoparticle size and crosslinking density can be achieved for drug delivery applications.

Nanosponge Tunability ב גודל וצפיפות Crosslinking

We describe a protocol for the synthesis of linear polyesters containing pendant epoxide functionality and their incorporation into a nanosponge with ...

DNA-magnetic Particle Binding Analysis by Dynamic and Electrophoretic Light Scattering

Isolation of DNA using magnetic particles is a field of high importance in biotechnology and molecular biology research. This protocol describes the evaluation of DNA-magnetic particles binding via dynamic light scattering (DLS) and electrophoretic light scattering (ELS). Analysis by DLS provides valuable information on the physicochemical properties of particles including particle size, polydispersity, and zeta potential. The latter describes the surface charge of the particle which plays major role in electrostatic binding of materials such as DNA. Here, a comparative analysis exploits three chemical modifications of nanoparticles and microparticles and their effects on DNA binding and elution. Chemical modifications by branched polyethylenimine, tetraethyl orthosilicate and (3-aminopropyl)triethoxysilane are investigated. Since DNA exhibits a negative charge, it is expected that zeta potential of particle surface will decrease upon binding of DNA. Forming of clusters should also affect particle size. In order to investigate the efficiency of these particles in isolation and elution of DNA, the particles are mixed with DNA in low pH (~6), high ionic strength and dehydration environment. Particles are washed on magnet and then DNA is eluted by Tris-HCl buffer (pH = 8). DNA copy number is estimated using quantitative polymerase chain reaction (PCR). Zeta potential, particle size, polydispersity and quantitative PCR data are evaluated and compared. DLS is an insightful and supporting method of analysis that adds a new perspective to the process of screening of particles for DNA isolation.

This protocol describes the synthesis of magnetic particles and evaluation of their DNA-binding properties via dynamic and electrophoretic light scattering. This method focuses on monitoring changes in particle size, their polydispersity and zeta potential of particle surface which play major role in binding of materials such as DNA.

חלקיקים מגנטיים-DNA מחייב ניתוח לפי פיזור אור דינאמי, Electrophoretic

Isolation of DNA using magnetic particles is a field of high importance in biotechnology and molecular biology research. This protocol describes the ...

Microfluidic Chips for In Situ Crystal X-ray Diffraction and In Situ Dynamic Light Scattering for Serial Crystallography

This protocol describes fabricating microfluidic devices with low X-ray background optimized for goniometer based fixed target serial crystallography. The devices are patterned from epoxy glue using soft lithography and are suitable for in situ X-ray diffraction experiments at room temperature. The sample wells are lidded on both sides with polymeric polyimide foil windows that allow diffraction data collection with low X-ray background. This fabrication method is undemanding and inexpensive. After the sourcing of a SU-8 master wafer, all fabrication can be completed outside of a cleanroom in a typical research lab environment. The chip design and fabrication protocol utilize capillary valving to microfluidically split an aqueous reaction into defined nanoliter sized droplets. This loading mechanism avoids the sample loss from channel dead-volume and can easily be performed manually without using pumps or other equipment for fluid actuation. We describe how isolated nanoliter sized drops of protein solution can be monitored in situ by dynamic light scattering to control protein crystal nucleation and growth. After suitable crystals are grown, complete X-ray diffraction datasets can be collected using goniometer based in situ fixed target serial X-ray crystallography at room temperature. The protocol provides custom scripts to process diffraction datasets using a suite of software tools to solve and refine the protein crystal structure. This approach avoids the artefacts possibly induced during cryo-preservation or manual crystal handling in conventional crystallography experiments. We present and compare three protein structures that were solved using small crystals with dimensions of approximately 10-20 &#181;m grown in chip. By crystallizing and diffracting in situ, handling and hence mechanical disturbances of fragile crystals is minimized. The protocol details how to fabricate a custom X-ray transparent microfluidic chip suitable for in situ serial crystallography. As almost every crystal can be used for diffraction data collection, these microfluidic chips are a very efficient crystal delivery method.

Microfluidic Chips for In Situ Crystal X-ray Diffraction and In Situ Dynamic Light Scattering for Serial Crystallography

This protocol describes in detail how to fabricate and operate microfluidic devices for X-ray diffraction data collection at room temperature. Additionally, it describes how to monitor protein crystallization by dynamic light scattering and how to process and analyze obtained diffraction data.

Microfluidic שבבים עבור בחיי עיר קריסטל רנטגן עקיפה ו בחיי עיר פיזור אור דינאמי עבור קריסטלוגרפיה טורי

This protocol describes fabricating microfluidic devices with low X-ray background optimized for goniometer based fixed target serial crystallography. The ...

Elemental-sensitive Detection of the Chemistry in Batteries through Soft X-ray Absorption Spectroscopy and Resonant Inelastic X-ray Scattering

Energy storage has become more and more a limiting factor of today's sustainable energy applications, including electric vehicles and green electric grid based on volatile solar and wind sources. The pressing demand of developing high-performance electrochemical energy storage solutions, i.e., batteries, relies on both fundamental understanding and practical developments from both the academy and industry. The formidable challenge of developing successful battery technology stems from the different requirements for different energy-storage applications. Energy density, power, stability, safety, and cost parameters all have to be balanced in batteries to meet the requirements of different applications. Therefore, multiple battery technologies based on different materials and mechanisms need to be developed and optimized. Incisive tools that could directly probe the chemical reactions in various battery materials are becoming critical to advance the field beyond its conventional trial-and-error approach. Here, we present detailed protocols for soft X-ray absorption spectroscopy (sXAS), soft X-ray emission spectroscopy (sXES), and resonant inelastic X-ray scattering (RIXS) experiments, which are inherently elemental-sensitive probes of the transition-metal 3d and anion 2p states in battery compounds. We provide the details on the experimental techniques and demonstrations revealing the key chemical states in battery materials through these soft X-ray spectroscopy techniques.

Here, we present a protocol for typical experiments of soft X-ray absorption spectroscopy (sXAS) and resonant inelastic X-ray scattering (RIXS) with applications in battery material studies.

זיהוי רגיש היסודות של הכימיה בסוללות דרך בליעה רכה רנטגן, רנטגן פלסטית תהודה פיזור

Energy storage has become more and more a limiting factor of today's sustainable energy applications, including electric vehicles and green electric grid ...

Application of Voltage in Dynamic Light Scattering Particle Size Analysis

Dynamic light scattering (DLS) is a common method for characterizing the size distribution of polymers, proteins, and other nano- and microparticles. Modern instrumentation permits measurement of particle size as a function of time and/or temperature, but currently there is no simple method for performing DLS particle size distribution measurements in the presence of applied voltage. The ability to perform such measurements would be useful in the development of electroactive, stimuli-responsive polymers for applications such as sensing, soft robotics, and energy storage. Here, a technique using applied voltage coupled with DLS and a temperature ramp to observe changes in aggregation and particle size in thermoresponsive polymers with and without electroactive monomers is presented. The changes in aggregation behavior observed in these experiments were only possible through the combined application of voltage and temperature control. To obtain these results, a potentiostat was connected to a modified cuvette in order to apply voltage to a solution. Changes in polymer particle size were monitored using DLS in the presence of constant voltage. Simultaneously, current data were produced, which could be compared with particle size data, to understand the relationship between current and particle behavior. The polymer poly(N-isopropylacrylamide) (pNIPAM) served as a test polymer for this technique, as pNIPAM's response to temperature is well-studied. Changes in the lower-critical solution temperature (LCST) aggregation behavior of pNIPAM and poly(N-isopropylacrylamide)-block-poly(ferrocenylmethyl methacrylate), an electrochemically active block-copolymer, in the presence of applied voltage are observed. Understanding the mechanisms behind such changes will be important when trying to achieve reversible polymer structures in the presence of applied voltage.

Here, a protocol to apply voltage to solution during dynamic light scattering particle size measurements with the intent to explore the effect of voltage and temperature changes on polymer aggregation is presented.

יישום מתח בניתוח מידת החלקיקים של פיזור אור דינמי

Dynamic light scattering (DLS) is a common method for characterizing the size distribution of polymers, proteins, and other nano- and microparticles. ...