この刊行物で報告された研究は、ヒューストン大学の新学部·グラント、超伝導テキサスセンターからシード助成金、および米国化学会石油研究基金（52537-DNI）によってサポートされていました。

1。コロイド - ポリマー混合物の製造に注意：このプロトコルは、ポリ（メチルメタクリレート）（PMMA）粒子、立体的にポリ（12 - ヒドロキシステアリン酸）を用いて安定化標準に従って合成した（例えば、ナイルレッド、ローダミンB、またはフルオレセインなど）、蛍光色素で標識を使用してレシピ52。 <ol><li>株式溶媒としてシクロヘキシルブロマイド（CXB）とデカヒドロ（DHN）の3:1 w / wの混合物を準備します。この混合物は、ほぼ粒子の屈折の密度とインデックスと一致します。部分的に、粒子の電荷をスクリーニングする1.5 mMの濃度で溶媒中に、有機塩、テトラブチルアンモニウムクロリド（TBAC）46を追加します。 </li><li> DHN溶媒：正確に粒子の密度を決定するために、おおよその粒子の体積分率Φのサスペンション= CXB 0.10を準備。 75分間800×gで懸濁物を遠心分離し、浮力を向上させるためにCXBまたはDHN滴下するマッチング。これらの実験において、PMMA粒子の密度= 1.223グラム/ mlのρことが測定された。 </li><li> CXB（ここで、Φ= 0.40）PMMA粒子の濃縮ストック懸濁液を準備します。DHN混合溶媒。 </li><li> DHN混合溶媒：CXBの線形ポリスチレン（PS）の濃厚溶液を調製する。ここで3,000,000（回転半径R G = 15ナノメートル）≈分子量M wのPSの溶液を、濃度C pは ≈50ミリグラム/ mlに調製する。 </li><li>粒子とポリマーの所望の濃度で懸濁物を配合するために、粒子、ポリマー、溶媒株式混合物の適切な重みを混ぜる。 注：ここでは、単分散粒子の懸濁液は、一定のコロイド体積分率Φで調製する=自由体積53cと pにおける0.15および可変ポリマー濃度= 0〜25 mg / mlであり、wは、コロイド粒子2つのサイズを含む懸濁液bidispersed異なる蛍光標識を有するi番目の各サイズは、固定された総コロイド体積分率Φで調製さ=小粒子の0.15、体積分率が5または25 mg / mlの自由体積中= 0.50 rは、ポリマー濃度。 </li><li>各サスペンションを用意した後、懸濁液中の粒子やクラスターが浮力一致残っていることを確認するために、少なくとも75分間800×gでCXBまたはDHN滴下し、遠心分離器のサンプルを追加します。 </li><li>イメージング実験の前に少なくとも24時間のすべてのサンプルを平衡化させます。 </li></ol> 2静止サンプル実験：。相挙動<ol><li>バルク相挙動を決定するために、ガラス製カバースリップ（ 図1a）から長方形のチャンバーを製作。本研究ではコロイド-ポリマー混合物については、（顕微鏡のスライドの厚さによって設定される）、厚さh = 1mmのチャンバーは、バルクの挙動を与える。 </li><li>シングル顕微鏡実験で複数の閉じ込めにアクセスするには、薄いくさびを製作1くさび上のスペーサーとして単一のカバースリップを使用して、チャンバ形状（ 図1b）。単一の視野の壁は非常にほぼ平行になるようにチャンバの開口角が、&lt;0.5°である。代表室は、&gt;100μmのH = 6の閉じ込め厚さへのアクセスを許可します。 </li><li>倒立顕微鏡でのイメージングのためのカバーガラス基盤上のチャンバーを構築し、CXB-DHN混合溶媒に溶解しないUV硬化性エポキシで密封する。 </li><li>共焦点顕微鏡を用いた画像サンプル。このプロトコルは、開口数NA = 1.40の100倍油浸レンズを備えた倒立顕微鏡に装着ラインスキャン共焦点とイメージングを示しています。 </li><li>レーザー光源を使用して色素を励起する。ここで、λ= 491または561nmでは、それぞれ、フルオレセインおよびローダミン/ナイルレッド色素を励起するために使用される波長。 </li><li>点走査システムでは、急速に（x軸に試料を横切って焦点を走査して画像を生成する共焦点ソフトウェアを用いてy平面）。約50ミクロン×50ミクロンを覆う×512ピクセル512ピクセルの二次元画像は、1/32秒で取得することができる。複数の画像を平均化するか、取得時間を増加させることにより画質を向上させる。 </li><li>チャンバーの底の位置を確認します（Z = 0）、その底部に付着したパーティクルに注力するなど。このセットアップでは、高さ（z）はチャンバ内にフォーカスの増加に伴って増加する。 </li><li>一例として、チャンバの中央平面において（x-y平面における）画像の2-Dの時系列を取得することにより、粒子のダイナミクスに閉じ込め効果を特徴付ける。典型的な実験では、500次元の画像は、512×512ピクセルのピクセルは1フレーム/秒のフレームレート（時間Δt= 1秒間隔）で取得される。 </li><li>第2の例として、画像の三次元シリーズ（x、y、z）を取得することにより、粒子の3-D構造を特徴付ける。典型的な実験では、2次元画像（512ピクセル×512ピクセル）であるピエゾで設定された連続した画像間の=0.2μmのΔzの一定の間隔で、チャンバ内の複数のz位置で取得しました。 H =30μmの厚さをカバーするボリューム·スタックは、このように151の画像が含まれています。 </li><li> IDL 23,54-56、MATLAB 57,58と、LabVIEW 59、やPython 60で書かれた粒子追跡ソフトウェアを使用して、2次元または3次元に時間をかけて探して、トラック粒子。これらのアルゴリズムは、典型的には、粒子の中心が40〜50ナノメートル以内に解決されることを可能にする。成功した粒子追跡は、粒子が連続するフレーム間の粒子間の間隔よりも少ないを移動する必要があります。 </li><li>パーティクルの位置から、構造的かつダイナミックなメトリックを計算します。ここに示した三つの便利な測定基準は、（3-D対相関関数g（r）は 61 ,2-Dの平均二乗変位（MSD）58,62、およびファンホーブ相関関数G sを2-D自己一部であるx、t）が58。後者の2つのメトリックはまた、3次元で計算することができる。 </li></ol> 3フローイング実験：流動特性<ol><li>テフロンチューブに固定された正方形の断面（100ミクロン×100ミクロン）でガラスマイクロキャピラリーを使用した簡単なフローセルを製作。 図7の概略図に示すように、キャピラリを支持し、機械的剛性を提供するために、カバーガラスを使用する。 </li><li>ガラスシリンジにコロイドポリマー混合物をロードします。シリンジポンプまたは空気圧流体分配システムに注射器を取り付けます。 </li><li>倒立顕微鏡上にフローセルセットアップをマウントします。流れプロファイルに対する重力の影響を最小限にするために同じ高さで、細胞、および出口を流れる、シリンジを保つ。 </li><li> （シリンジポンプの場合）体積流量又は（圧力ボックス）に加えられる圧力によってフローセルを通して懸濁液の流量を制御する。マイクロチャネル中の懸濁液の平均速度はまた、suの依存spension配合。ここで測定平方マイクロチャネル内の最大速度の典型的な値は200〜2,000程度/秒である。 </li><li>流れの間、速いフレームレートで2-D共焦点時系列を取得する。ここで、寸法は512ピクセルの500の画像が×512ピクセルは、z = 5に至るまで、マイクロチャネルの底部の上の異なる高さ（Z = 0ミクロン）で32フレーム/秒（時間ΔT = 1/32秒間隔）で取得される- 50μmである。各画像は、挿入図に示すように、粒子は楕円表示された場合、 図7を参照する 、マイクロチャネルの横方向寸法（y）の略半分を覆う、取得フレームレートを増加させる。 </li><li>静止実験のように、IDL、またはMATLABでの粒子の位置を特定し、追跡するための標準的なアルゴリズムを使用して、2次元での粒子の位置を確認します。粒子は、フレーム間の平均粒子間距離よりも短い移動軌跡を取得するための追跡アルゴリズムを使用する遅い流れ、である。 </li><li>カルクに画像相関を使用しキュレートの高速フローの速度分布。 <ol><li>流れの方向に沿って一定の高さ（y）の水平方向の画像に画像を分割（x）である。二つの連続画像I 1（x、y）及びI 2（x、y）の係数Δxだけ後者の像をシフトした後、I 1（x、y）及びI 2（x +Δxとの間の相互共分散を計算するためy）とする。 </li><li>各横位置yでの平均移流速度を得るために、画像の各対の間の相互共分散を最大化Δxの値のヒストグラムのピーク位置を特定する。この分布が強くピークに達していない場合は、より速いフレームレートで画像を取得する。 </li></ol></li></ol>

著者らは、開示することは何もありません。

ミクロンサイズのコロイド粒子は、原子や分子よりも有意に遅いダイナミクスを示し、このように容易に画像化し、時間10的に追跡することができるため、コロイド懸濁液は広く、限られた相挙動のモデルとして研究されている。これらの基本的な研究のために、限られた相挙動に対する粒子間の観光スポットの影響を理解することは、このような毛管凝縮と蒸発21,22,67など?...

本論文では、2と3次元で静止して流れる閉じ込められたコロイドポリマー混合物（a）の共焦点イメージングを示し、（b）の粒子の追跡と相関関係が相挙動と流動特性に関する定量的情報を得るために、結果として得られる画像の解析。 魅力的な粒子間相互作用を有するコロイド懸濁液を指向アセンブリ1-3のための材料、薬物送達4、改良された炭化水素回収5-7のような技術的応用において遍在的に表示され、エネルギー貯蔵8。これらのアプリケーションの共通の特徴は、粒子は、ノズル、印字ヘッド、マイクロチャネル、または多孔性媒体の微細な幾何学的形状を流れなければならず、及び/又は薄いフィルムまたはロッドに成形されることである。電子顕微鏡17,18、X線顕微鏡19、およびレーザー回折Mを含む限られた幾何学的にミクロンサイズのコロイドの構造を調べるために使用される技術20 icroscopy、マイクロスケールでの粒子の構造および動態を測定するために使用することができる。これらの技術は、しかしながら、構造的および動的なメトリックは、数値シミュレーション21,22との直接の比較のために計算することができ、そこから個々の粒子の軌跡へのアクセスを許可しない。 共焦点顕微鏡は、蛍光試料の薄い切片のイメージングを可能にする蛍光顕微鏡の変形である。コロイド科学10については、この技術は、深い緻密懸濁液内または三次元的に画像化するために特に有用である。粒子追跡アルゴリズム23は、共焦点顕微鏡の2次元または3次元時系列に適用し、すべての可視の粒子の軌道を生じる。結果として、共焦点顕微鏡法および粒子追跡の組合せは、結晶秩序24-27および障害を含む、相の挙動、構造、およびコロイド懸濁液のダイナミクスを研究するために適用されているEDは28〜31およびゲル32〜35メガネ 。 他の画像解析アルゴリズムは、共焦点顕微鏡の時系列から粒子のダイナミクスを測定するために適用することができる。例えば、拡散粒子のダイナミクスは、共焦点差動的顕微鏡36を用いて経時的な強度の変動を分析することにより研究することができる。粒子変位が粒子間の間隔よりも大きい場合には、粒子画像流速38-40に基づいて、画像相関37は、粒子の速度分布を測定するために適用することができる。追跡と相関アルゴリズムの組み合わせは、コロイドダイナミクスが遅く、速い流れ11-16,41-45を受けているシステムで測定することができました。 我々は魅力的なコロイド懸濁液9のモデルとしてコロイドポリマーの混合物を使用しています。これらの混合物中、魅力的な粒子間ポテンシャルの範囲と強さの比を介して制御される粒子半径とポリマーとの静電反発の濃度のポリマー旋回半径の一価の有機塩46の添加を介して制御される。粒子間相互作用が慎重に調整することができるので、これらの混合物の固化が広く34,47-51共焦点顕微鏡を用いて研究されてきた。 ここでは、これらの混合物の相挙動および流動特性に閉じ込め効果を調べる共焦点イメージングおよび画像解析コロイド体積分率が、Φ= 0.15で固定保持された静止及び流れるコロイドポリマー混合物の37を 、実証している。これらの技術は、屈折率整合して粒子および/または溶媒を蛍光色素で標識することが可能である微粒子系に広く適用可能である。

<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

魅力的な粒子間相互作用を有する閉じ込められたコロイド懸濁液の挙動は監督アセンブリ1-3、薬物送達の4のための材料の合理的な設計、改善された炭化水素の回復5-7、およびエネルギー貯蔵8ための流動性の電極に不可欠です。蛍光コロイドおよび非吸着性ポリマーを含有する懸濁液は、それぞれ、ポリマー制御の粒子半径と濃度に旋回の高分子半径の比粒子間引力の範囲や強度など、モデル系を訴えている。ポリマー特性及びコロイドの体積分率を調整することによって、コロイド流体は、クラスタの流体、ゲル、結晶、およびガラスが09を得ることができる。 共焦点顕微鏡、蛍光顕微鏡の変異体は、光学的に透明で蛍光試料が画像化されることを可能にする3次元での高空間分解能と時間分解能を持つ。この技術では、小さなピンホール又は顕微鏡光学系の焦点体積の外側にある試料の領域からブロックを発する蛍光スリット。その結果、焦点面における試料の唯一の薄い部分が画像化される。この技術は、特によく単一粒子スケールで緻密なコロイド懸濁液中の構造および動態を調べるのに適している：粒子は、可視光を使用して解決されるのに十分大きく、商業共焦点システム10の典型的な走査速度で捕捉される十分にゆっくり拡散する。スキャン速度と解析アルゴリズムの改善にも流れる懸濁液 11-16,37 の定量的な共焦点イメージングを可能にした。本稿では、限られた相挙動とコロイド-ポリマー混合物の流動特性を調べるために、共焦点顕微鏡実験を示しています。我々は最初のコルを準備密度及び屈折率であるOIDポリマーの混合物が一致しました。次に、薄いくさび形の細胞内の様々な密封下の静止密なコロイド - ポリマーの混合物を画像化するための標準プロトコルを報告する。最後に、我々はマイクロチャネル流中にコロイドポリマー混合物を撮像するためのプロトコルを示す。

共焦点イメージングおよび粒子追跡を実証するために、我々は、コロイドポリマー混合63-65の相挙動に対する閉じ込めの効果を調べた。これらの実験のためにコロイド直径は2 = 0.865であった。コロイドの体積分率は、Φ= 0.15に固定し、 ポリマー c pの濃度は、0〜23.6 mg / mlのに変化させた。代表的な共焦点画像は、 図2 63、左の列に示されてい?...

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Confocal Imaging of Confined Quiescent and Flowing Colloid-polymer Mixtures

共焦点顕微鏡は、魅力的な懸濁液のためのモデル系として研究されている画像の静止や流れるコロイドポリマー混合物に使用されます。画像解析アルゴリズムは、幾何学的な閉じ込めに起因する変化を測定するコロイド粒子のための構造的および動的メトリックを計算するために使用される。

監禁静止と流れるコロイド·ポリマー混合物の共焦点イメージング

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 ビュー.  University of Houston. 共焦点顕微鏡は、魅力的な懸濁液のためのモデル系として研究されている画像の静止や流れるコロイドポリマー混合物に使用されます。画像解析アルゴリズムは、幾何学的な閉じ込めに起因する変化を測定するコロイド粒子のための構造的および動的メトリックを計算するために使用される。 

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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.

Immunotargeted磁気プラズモニックナノクラスターの合成

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

化学

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.

調製と<em&gt;インビトロ</em&gt;磁気共鳴イメージングのためのデンドリマーベースの造影剤のキャラクタリゼーション

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.

レーザー駆動の超高速分子回転のダイレクトイメージング

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.

バックミンスターフラーレンのナノ結晶のフェムト秒回折実験中長距離電子相関の測定

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.

アルデヒドおよびケトン類の反応性の重亜硫酸塩の抽出のプロトコルを使用して混合物からの分離

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.

ヌクレオシドを介して一時 2'、3'-ジオール保護ホウ酸エステル糖ヌクレオシドの合成のためのOの位置選択的グリコシル化反応

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.

臨床用陽電子放出断層レントゲン写真撮影 (ペット) ルコース合成プロトコルの自動化

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.

飛行時間二次イオン質量分析を用いた金属塗料界面での腐食イメージング

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.

[11C]SNAP-7941の自動合成とリアルタイム運動評価の技術的側面

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.

化学的アプローチによるストラタム角質のインビボ共焦点ラマンスペクトルからの水、タンパク質、脂質の解明

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