Name: phase diagram characterization using magnetic beads as liquid carriers
Uploaded: 2015-09-04T13:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 37 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Phase Diagram Characterization Using Magnetic Beads as Liquid Carriers at JoVE.com

The authors acknowledge many useful discussions with M. Caggioni and support from Proctor and Gamble in the form of an internship for NAB.

デバイスでワンタイム関連材料の作製<ol><li>チューブの準備<ol><li> 15cmのセグメントにチューブカット。チューブは1.6mmで、内径3.2 mmの外径を有します。 </li><li>ハングチューブセグメントは、垂直方向にテープを使用。過剰フッ素ポリマー液を収集するために、チューブの下に紙タオルを置きます。 </li><li>それは内壁に全周に接触するように、注射器を用いて、各管セグメントの上部開口部に、フルオロポリマー溶液100μlを注入します。 </li><li>チューブセグメントは、フルオロポリマー溶液を過剰量を除去するために、1時間の場所にハングアップすることができます。 </li><li>滴り落ちなかったチューブの底側から任意のフルオロポリマーソリューションを清掃してください。位置をぶら下げからチューブを外し、ペーパータオルを処分。 </li><li> 1時間100℃のオーブン中に置き、チューブセグメントは、フルオロポリマーコーティング層をアニールします。 </li><li>オーブンからチューブセグメントを削除します。チューブワンセグとして、ピンセットを使用してくださいメントが熱くなります。 </li></ol></li><li>希薄磁性ビーズ溶液の調製<ol><li>質量図2に示されるキャリーオーバー量とMBとの間の関係によって決定されるように、所望のキャリーオーバー量を達成するために必要な磁気ビーズの濃度を計算します。 注：元のMB溶液は、溶液の50ml中のMB 1gを有しています。 20μLの試験室の容積を考慮すると、6の比率を蒸留水で元のMBの溶液を希釈：〜0.4μLのキャリーオーバーの量を得るために：4（水MB溶液）。別のキャリーオーバー量が所望される場合に希釈率を調整します。 </li><li>マイクロバランスの上に20ミリリットルサンプルバイアルを置きます。バランスをゼロ。 </li><li>マイクロピペットを用いて0.6ミリリットルを撤回その後、磁気ビーズ液容器を攪拌します。 </li><li>バランスのサンプルバイアル中にピペットで解決策を分注します。 </li><li>サンプルバイアルに蒸留水を0.4ミリリットルを分注します。 </li></ol></li><li>蛍光色素Liquid準備<ol><li> 1分間のソリューションをボルテックスすることによってDI水への色素の2重量％に溶解します。 </li></ol></li></ol>蛍光実験のための実験のセットアップの調製<ol><li>チュービング装置の作製。 <ol><li>チューブの一端にメスルアーロックコネクタを挿入します。 </li><li> 3ミリリットルの容量と0.1ミリリットルの卒業を持つルアーロックシリンジにチューブを置きます。 </li><li>シリンジポンプにシリンジを配置し、2ミリリットル/時間で送り速度を設定します。 </li><li>チューブへの液体の正確な挿入のために、磁気ビーズ、蛍光色素を含む溶液を撤回するシリンジポンプを使用しています。 </li><li>シリンジポンプ撤退を使用してチューブ内に磁気ビーズ溶液20μlを挿入します。この液体セグメントは、テストチャンバ（テストチャンバ容積は、実験に応じて変えることができる）と呼ばれています。 1分間磁気ビーズ溶液の入った容器をボルテックスした後、中に手でかき混ぜます<html>離脱サイクルは、均一なMB分散液を形成します。 </li><li>試験室の液体挿入が終了した後、チューブに空気の6μLを引き出します。この空気の量は、後の二つの液セグメント間における弁を形成することになります。 </li><li>エアギャップの挿入が完了した後、蛍光色素で液体の回収180μLを始めます。この液体セグメントは、リザーバと呼ばれます。リザーバ容量は、実験に応じて変えることができます。より大きなリザーバ容量は、染料濃度の変化を最小限にすることが有益です。 </li><li>チューブのもう一方の端に二メスルアーロックコネクタを配置します。 </li><li>注射器からチューブデバイスを削除します。 </li><li>デバイスの両端にルアーロックキャップを配置します。 </li></ol></li><li>蛍光実験のための光学のセットアップ<ol><li>倒立顕微鏡に接続されているすべてのコンポーネントの電源をオンにします。 </li><li>コンピュータの電源を入れ、顕微鏡イメージングソフトウェアを開きます。 </li></ol></li></ol>蛍光実験のための &quot;&gt; 3。実験手順<ol><li>倒立顕微鏡を用いて試験室とリザーバの初期蛍光強度の測定を行います。サンプルの蛍光を分析する場合、フォーカスは、チューブ内の液体のセグメントの（x、y方向の両方で）中央の位置にあることを確認してください。データスプレッドシートに記録し測定。 </li><li>磁気ビーズ全てが試験チャンバー内の1つの領域に分離するような立方体磁石の上にデバイスを配置します。マグネット（〜10秒）の上に装置を移動させることにより、容器にビーズを転送します。 1インチネオジムキューブ磁石は45.6キロの引っ張り力でグレードN48です。 </li><li>磁気ビーズクラスタは、エアギャップを通ってリザーバ内に転送されると、磁石の上にデバイスを配置し、クラスタ内に捕捉された液体を放出するために回転させて磁気ビーズを撹拌します。貯水池の均質化がされるまで磁気ビーズの撹拌を続行完成した（〜30〜45秒）。 </li><li>磁石容器内の磁気ビーズをすべて1つの領域に分離するようなの上にデバイスを配置します。試験室に戻って磁気ビーズクラスタを転送します。 </li><li>クラスタは、試験室に到達すると、磁石の上にデバイスを配置し、内に閉じ込められた蛍光の液体を放出するために回転させて磁気ビーズを撹拌します。試験室の均質化が完了するまで磁気ビーズの撹拌を継続する（〜30〜45秒）。 </li><li>倒立顕微鏡を用いて、試験室とリザーバの両方の蛍光強度の測定を行います。データスプレッドシートに記録し測定。 </li><li>両方の液体のセグメントが類似の蛍光強度（〜100サイクル）に収束するまで、ステップ3.2から3.6までを繰り返します。 </li></ol>蛍光データの4数値解析<ol><li>スプレッドシートに保存された蛍光強度のデータでは、MATLABを用いた数値解析を行います。 </li><li> DERIVeは、式リザーバと試験室の両方での蛍光強度の理論値を算出します。 MATLABスクリプトファイルに次の式を組み込みます： Iは、蛍光強度（AU）であり、Vは体積（μL）であり、nは転送の数であり、Rはリザーバーで、Tは、試験室であり、Cは、キャリーオーバーです。 </li><li> MATLABを使用して、プロットを生成し、すべての実験のためのキャリーオーバーの量を決定するために分析します。 図2を生成するためにこのデータを使用してください。 </li></ol>界面活性剤の実験のための実験のセットアップの準備5。 <ol><li>チュービング装置の作製。 <ol><li>チューブの一端にメスルアーロックを挿入します。 </li><li>ルアーロックシリンジにチューブを置きます。 </li><li>シリンジポンプにシリンジを配置し、2ミリリットル/時間で送り速度を設定します。 </li><li>チューブへの液体の正確な挿入のために、磁気ビーズおよびSUを含む溶液を撤回するシリンジポンプを使用rfactant。 </li><li>シリンジポンプ撤退を使用してチューブに20μlの磁気ビーズ溶液を挿入します。この液体セグメントは、テストチャンバ（テストチャンバ容積は、実験に応じて変えることができる）と呼ばれています。均一なMB分散液を形成するために離脱サイクル中に手で磁気ビーズ溶液で容器を攪拌します。 </li><li>試験室の液体挿入が終了した後、チューブに空気の6μLを引き出します。この空気の量は、後にエアギャップと呼ぶことにします。 </li><li>エアギャップの挿入が完了した後、純粋なC12E5界面活性剤の離脱180μLを始めます。これは、後に、リザーバと呼ぶことにします。 </li></ol></li><li>界面活性剤の実験のための光学のセットアップ。 <ol><li>磁気ビーズと試験室は、ステレオ顕微鏡の焦点にあるようにチューブ装置を、シリンジポンプを動かします。 </li><li> LED光源の上に偏光フィルムのシートを配置します。に接続されているチューブの下にLED光源をスライドさせシリンジポンプ。 </li><li>テープを使用して、実体顕微鏡のレンズに別の偏光フィルムを取り付けます。 2偏光フィルムが互いにオフセット90度を持っていることを確認してください。 </li><li>ステレオ顕微鏡にCCD（電荷結合素子）カメラをマウントします。カメラをパソコンに接続し、イメージングソフトウェアを開きます。 </li></ol></li></ol>界面活性剤の実験のための実験手順6. <ol><li>磁石がスタンドに取り付けている間に試験室の隣のキューブ磁石を配置します。 </li><li>磁気ビーズは、クラスタを形成した後、磁気ビーズクラスタは、エアギャップを横切って、及び界面活性剤の貯留室に、テストチャンバから移動されるように、2ミリリットル/時間の供給速度でチューブ内の液体をポンピング始めます。 </li><li>磁気ビーズクラスタはリザーバ室の中間点に達すると、シリンジポンプにポンプを停止します。 </li><li>磁気ビーズを分離することを可能にする、チューブから離れキューブ磁石を移動ND磁気ビーズクラスタに閉じ込められた液体の拡散時間を短縮。 </li><li>異なる段階を経て、H 2 O / C12E5混合サイクルを観察するためにコンピュータの画面を見ます。 </li><li>液体の拡散と相変化が完了すると、磁気ビーズクラスターに形成ので、貯水池によってバック元の宛先への磁石を配置します。 </li><li>シリンジポンプを用いて、磁気ビーズクラスタは、エアギャップを横切って、界面活性剤リザーバから転送され、そのようなことは、液体を引き出すバックH 2 O、試験室へ。 </li><li>磁気ビーズクラスタは試験室の中間点に達すると、シリンジポンプにポンプを停止します。 </li><li>離れてチューブからキューブ磁石を移動します。これは、磁気ビーズを分離することができますし、磁気ビーズクラスタに閉じ込められた液体の拡散時間を減らすのに役立ちます。 </li><li>異なる段階を経て、H 2 O / C12E5混合サイクルを観察するためにコンピュータの画面を見ます。 </lI&gt; <li>液体の拡散と相変化が完了すると、磁気ビーズクラスターに形成ので、試験室によって元の宛先に戻って磁石を配置します。 </li><li>試験室は、位相変化が表示されるまで繰り返して、6.2から6.11を繰り返します。 </li></ol>

<ol>
	<li>Gijs, M. A., Lacharme, F., Lehmann, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidic+applications+of+magnetic+particles+for+biological+analysis+and+catalysis.">Microfluidic applications of magnetic particles for biological analysis and catalysis.</a> Chemical review. 110, 1518-1563 (2009).</li><li>Kozissnik, B., Dobson, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biomedical+applications+of+mesoscale+magnetic+particles.">Biomedical applications of mesoscale magnetic particles.</a> MRS Bulleti. 38, 927-932 (2013).</li><li>Ali-Cherif, A., Begolo, S., Descroix, S., Viovy, J. -. L., Malaquin, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Programmable+Magnetic+Tweezers+and+Droplet+Microfluidic+Device+for+High-Throughput+Nanoliter+Multi-Step+Assays.">Programmable Magnetic Tweezers and Droplet Microfluidic Device for High-Throughput Nanoliter Multi-Step Assays.</a> Angewandte Chemie International Editio. 51, 10765-10769 (2012).</li><li>Blumenschein, N. A., Han, D., Caggioni, M., Steckl, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Magnetic+Particles+as+Liquid+Carriers+in+the+Microfluidic+Lab-in-Tube+Approach+To+Detect+Phase+Change.">Magnetic Particles as Liquid Carriers in the Microfluidic Lab-in-Tube Approach To Detect Phase Change.</a> ACS Applied Materials, &amp; Interface. 6, 8066-8072 (2014).</li><li>Bordelon, H., 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=Development+of+a+low-resource+RNA+extraction+cassette+based+on+surface+tension+valves.">Development of a low-resource RNA extraction cassette based on surface tension valves.</a> ACS applied materials. 3, 2161-2168 (2011).</li><li>Adams, N. M., 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=Design+criteria+for+developing+low-resource+magnetic+bead+assays+using+surface+tension+valves.">Design criteria for developing low-resource magnetic bead assays using surface tension valves.</a> Biomicrofluidic. 7, 014104 (2013).</li><li>Hishida, M., Tanaka, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transition+of+the+hydration+state+of+a+surfactant+accompanying+structural+transitions+of+self-assembled+aggregates.">Transition of the hydration state of a surfactant accompanying structural transitions of self-assembled aggregates.</a> Journal of Physics: Condensed Matte. 24, 284113 (2012).</li><li>Strey, R., Schomacker, R., Roux, D., Nallet, F., Olsson, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dilute+lamellar+and+L3+phases+in+the+binary+water-C12E5+system.">Dilute lamellar and L3 phases in the binary water-C12E5 system.</a> Journal of the Chemical Society, Faraday Transaction. 86, 2253-2261 (1990).</li><li>Chen, B. -. H., 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=Dissolution+Rates+of+Pure+Nonionic+Surfactants.">Dissolution Rates of Pure Nonionic Surfactants.</a> Langmui. 16, 5276-5283 (2000).</li><li>Warren, P. B., Buchanan, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Kinetics+of+surfactant+dissolution.">Kinetics of surfactant dissolution.</a> Current Opinion in Colloid, &amp; Interface Scienc. 6, 287-293 (2001).</li><li>Laughlin, 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> The Aqueous Phase Behavior of Surfactant. , (1996).</li><li>Laughlin, R. G., 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=Phase+Studies+by+Diffusive+Interfacial+Transport+Using+Near-Infrared+Analysis+for+Water+(DIT-NIR).">Phase Studies by Diffusive Interfacial Transport Using Near-Infrared Analysis for Water (DIT-NIR).</a> The Journal of Physical Chemistry. 104, 7354-7362 (2000).</li><li>Lynch, M. L., Kochvar, K. A., Burns, J. L., Laughlin, R. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Aqueous-Phase+Behavior+and+Cubic+Phase-Containing+Emulsions+in+the+C12E2&#8722;Water+System.">Aqueous-Phase Behavior and Cubic Phase-Containing Emulsions in the C12E2&#8722;Water System.</a> Langmui. 16, 3537-3542 (2000).</li></ol>

The authors have no competing financial interests.

相図の調査のための最も一般的な技術では、異なる組成および比率を有する複数のサンプルを調製し、長いプロセスと材料のかなりの量を引き起こす熱力学的平衡に到達する必要があることが必要です。いくつかの課題DITによって解決することができます（拡散界面輸送）方法は、平らな毛細血管および赤外線分析法を用いて、それらのどれも、低コストの投資ですべての問題を解決するこ?...

直径1マイクロメートル程度の磁気ビーズ（MBS）は、特に生物医学装置のため、マイクロ流体ベースのアプリケーションでかなり頻繁に1,2を使用されています。これらのデバイスでは、MBは​​、いくつか例を挙げると、そのような細胞および核酸分離、造影剤、および薬物送達などの機能を提供しています。外部（磁場）の制御および液滴ベースのマイクロフルイディクスの組み合わせは、少量（&lt;100 NL）を使用したイムノアッセイの3コントロールを可能にしました。液体4を処理するために使用される場合、MBはまた、有望であることが示されました。このアプローチは、空気弁で​​区切られたチューブ内の液体セグメント間の生体分子を輸送するためにMBを使用しています。この方法は、過去に見られる他のより複雑なラボオンチップデバイスほど強力ではありませんが、それははるかに簡単ですし、液体のマイクロリットルサイズのボリュームを処理する能力を提供しません。同様のアプローチは、最近Haseltonのグループによって報告された5および生物医学に応用されていますアッセイ。 この装置の最も重要な側面の一つは、表面張力制御空気弁によって提供される液体のセグメントの分離です。あるMBに接続されている液体のマイクロリットルの容積は、外部印加磁場を使用して液体のセグメント間のこのエアギャップを介して輸送されます。外部磁界の影響下（1.9ミクロンの平均は直径〜0.4から7ミクロンから）微粒子のMBは内の液体をトラップする微細多孔クラスタを作成します。この液体閉じ込めの強さは、次の1つのリザーバからのMBを輸送する際に表面張力の力に耐えるのに十分です。ほとんどのアプローチは、液体のみ6内に含まれる（例えば、バイオマーカーとしての）特定の分子の輸送を必要として、典型的には、この効果は、望ましくありません。しかし、私たちの仕事に見られるように、この効果は、デバイスの正の側面となるために利用することができます。 私たちは、この「ラボ・イン・チューブを利用してきました二元材料系に相図を分析するために、 図1に概略的に示される」アプローチ。それはリッチを提供するので、それは広くなど特に医薬品、食品、化粧品などの産業用途で使用される界面活性剤C12E5は、特性の主な焦点として選択されている、H 2 O / C12E5二元系を調べました探索するフェーズのセット。我々は、この化学物質の混合物の特定の一態様によれば、ある濃度7-9で液体結晶相に、すなわち遷移に焦点を当てています。この遷移は、容易に相境界を強調するために、光学顕微鏡研究において偏光板を組み込むことによって、我々の装置で観察されます。 相図をマッピングできることは、相転移10に関わる動力学を理解するために研究の非常に重要な分野です。正確に溶剤Aと界面活性剤との相互作用を決定する能力ND他のコンポーネントは、それらの複雑さと、多くの異なるフェーズ11に非常に重要です。多くの他の技術は、以前に相変化を特徴づけるために使用されています。従来の手法は、それぞれ異なる濃度からなる、それらは長い処理時間とサンプル量の高い量を必要とする、平衡化することができ、多くのサンプルを作ることを含みます。その後、サンプルは、典型的には、そのような界面活性剤組成物12,13の高解像度を提供し、拡散界面輸送（DIT）、などの光学的方法により分析されます。私たちが利用している方法と同様に、DITの方法は、画像の異なる位相境界に偏光を使用しています。

<table><tbody><tr><td>AccuBead</td><td>Bioneer Inc.</td><td>TS-1010-1</td><td>Magnetic beads</td></tr><tr><td>C12E5 Surfactant</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>76437</td><td></td></tr><tr><td>Thermo Scientific Nalgene 890</td><td>Fisher Scientific</td><td>14176178</td><td></td></tr><tr><td>Cube Magnet</td><td>Apex Magnets</td><td>M1CU</td><td></td></tr><tr><td>Polarizer Film</td><td>Edmund Optics</td><td>38-493</td><td></td></tr><tr><td>Teflon AF</td><td>Dupont</td><td>400s1-100-1</td><td>Fluoropolymer solution</td></tr><tr><td>Keyacid Red Dye</td><td>Keystone</td><td>601-001-49</td><td>Fluorescent dye</td></tr><tr><td>Luer-Lock</td><td>Cole-Parmer</td><td>T-45502-12</td><td>Female</td></tr><tr><td>Luer-Lock</td><td>Cole-Parmer</td><td>T-45502-56</td><td>Male</td></tr><tr><td>Syringe</td><td>Fisher Scientific</td><td>14-823-435</td><td>3 ml</td></tr><tr><td>Syringe Pump</td><td>Stoelting</td><td>53130</td><td></td></tr><tr><td>Stereo Microscope</td><td>Nikon</td><td>SMZ-2T</td><td></td></tr><tr><td>Inverted Microscope</td><td>Nikon</td><td>Eclipse Ti-U</td><td>The filter cube used had an excitation wavelength range from 540-580 nm and a dichroic mirror at 585 nm, allowing for photoemission ranging from 593-668 nm.</td></tr><tr><td>Balance</td><td>Denver Instruments&amp;nbsp;</td><td>PI-225D</td><td></td></tr><tr><td>Microscope-Mounted Camera</td><td>Motic</td><td>5000</td><td></td></tr></tbody></table>

phase diagram characterization using magnetic beads as liquid carriers

〜1.9μmの平均直径を有する磁性ビーズは、これらの液体のセグメントの位相変化を調査する目的で、チューブに隣接液体セグメント間の液体のマイクロリットル容量を輸送するために使用されました。磁気ビーズは、ビーズの外部に隣接液体セグメント間の空気バルブを埋めることを可能にする、磁石を用いて制御しました。疎水性コーティングは、二つの液体のセグメントの間の分離を強化するために、管の内面に塗布しました。印加磁場は、キャリーオーバー量と呼ばれ、クラスタ内の特定の液体の量を捕捉、磁気ビーズの集合体クラスターを形成しました。蛍光染料は、その後、隣接する液体のセグメント内の蛍光強度を変更し、液体の転送、一連の続いて、一つの液体部分に添加しました。測定された蛍​​光強度変化の数値解析に基づいて、磁気ビーズの質量あたりのキャリーオーバーの量が判明しています〜2〜3μL/ mgであることを。この液体の少量は、ラボ・イン・チューブアプローチするための装置の実現可能性を高め、数百マイクロリットルの比較的少量の液体セグメントの使用を可能にしました。液体体積の小さな組成変動を適用するこの技術は、水と界面活性剤C12E5（ペンタエチレングリコールモノドデシルエーテル）との二元状態図を分析する従来の方法よりも少ない試料容量で迅速分析に至るまで適用しました。

磁気ビーズ質量の関数として、数値解析、平均液体キャリーオーバーボリュームのMATLABと共に磁気ビーズと液体のマイクロリットル容量の量を輸送するためのラボ・イン・チューブのアプローチを使用して、（図2）が見出されました。磁気ビーズの高い質量が2〜3μL/ mgでの割合が高いキャリーオーバーのボリュームを提供します。実験（ 図1）は、H 2 O / C12E5...

Watch this Scientific Journal Video about Phase Diagram Characterization Using Magnetic Beads as Liquid Carriers at JoVE.com

Phase Diagram Characterization Using Magnetic Beads as Liquid Carriers

Here, we present a protocol to investigate multi-component phase diagrams using externally controlled magnetic beads as liquid carriers in a lab-in-tube approach. This approach can aid in applications that seek to gather further information on phase change in complex liquid systems.

相図の特徴付け液体担体として磁気ビーズを使用しました

Magnetic beads with ~1.9 &#181;m average diameter were used to transport microliter volumes of liquids between contiguous liquid segments with a tube for ...

phase-diagram-characterization-using-magnetic-beads-as-liquid-carriers

Research

JoVE Journal

Engineering

12.2K ビュー.  University of Cincinnati. Here, we present a protocol to investigate multi-component phase diagrams using externally controlled magnetic beads as liquid carriers in a lab-in-tube approach. This approach can aid in applications that seek to gather further information on phase change in complex liquid systems.

ビデオ: Phase Diagram Characterization Using Magnetic Beads as Liquid Carriers

Sputter Growth and Characterization of Metamagnetic B2-ordered FeRh Epilayers

Chemically ordered alloys are useful in a variety of magnetic nanotechnologies. They are most conveniently prepared at an industrial scale using sputtering techniques. Here we describe a method for preparing epitaxial thin films of B2-ordered FeRh by sputter deposition onto single crystal MgO substrates. Deposition at a slow rate onto a heated substrate allows time for the adatoms to both settle into a lattice with a well-defined epitaxial relationship with the substrate and also to find their proper places in the Fe and Rh sublattices of the B2 structure. The structure is conveniently characterized with X-ray reflectometry and diffraction and can be visualised directly using transmission electron micrograph cross-sections. B2-ordered FeRh exhibits an unusual metamagnetic phase transition: the ground state is antiferromagnetic but the alloy transforms into a ferromagnet on heating with a typical transition temperature of about 380 K. This is accompanied by a 1% volume expansion of the unit cell: isotropic in bulk, but laterally clamped in an epilayer. The presence of the antiferromagnetic ground state and the associated first order phase transition is very sensitive to the correct equiatomic stoichiometry and proper B2 ordering, and so is a convenient means to demonstrate the quality of the layers that can be deposited with this approach. We also give some examples of the various techniques by which the change in phase can be detected.

A method to prepare epitaxial layers of ordered alloys by sputtering is described. The B2-ordered FeRh compound is used as an example, as it displays a metamagnetic transition that depends sensitively on the degree of chemical order and the exact composition of the alloy.

メタ磁性B2-命じFeRhエピ層のスパッタ成長と評価

Chemically ordered alloys are useful in a variety of magnetic nanotechnologies. They are most conveniently prepared at an industrial scale using ...

工学

Frequency Mixing Magnetic Detection Scanner for Imaging Magnetic Particles in Planar Samples

The setup of a planar Frequency Mixing Magnetic Detection (p-FMMD) scanner for performing Magnetic Particles Imaging (MPI) of flat samples is presented. It consists of two magnetic measurement heads on both sides of the sample mounted on the legs of a u-shaped support. The sample is locally exposed to a magnetic excitation field consisting of two distinct frequencies, a stronger component at about 77 kHz and a weaker field at 61 Hz. The nonlinear magnetization characteristics of superparamagnetic particles give rise to the generation of intermodulation products. A selected sum-frequency component of the high and low frequency magnetic field incident on the magnetically nonlinear particles is recorded by a demodulation electronics. In contrast to a conventional MPI scanner, p-FMMD does not require the application of a strong magnetic field to the whole sample because mixing of the two frequencies occurs locally. Thus, the lateral dimensions of the sample are just limited by the scanning range and the supports. However, the sample height determines the spatial resolution. In the current setup it is limited to 2 mm. As examples, we present two 20 mm &#215; 25 mm p-FMMD images acquired from samples with 1 &#181;m diameter maghemite particles in silanol matrix and with 50 nm magnetite particles in aminosilane matrix. The results show that the novel MPI scanner can be applied for analysis of thin biological samples and for medical diagnostic purposes.

A scanner for imaging magnetic particles in planar samples was developed using the planar frequency mixing magnetic detection technique. The magnetic intermodulation product response from the nonlinear nonhysteretic magnetization of the particles is recorded upon a two-frequency excitation. It can be used to take 2D images of thin biological samples.

平面サンプル中の磁性粒子を撮像する磁気検出スキャナ周波数混合

The setup of a planar Frequency Mixing Magnetic Detection (p-FMMD) scanner for performing Magnetic Particles Imaging (MPI) of flat samples is presented. ...

Phase Behavior of Charged Vesicles Under Symmetric and Asymmetric Solution Conditions Monitored with Fluorescence Microscopy

Phase-separated giant unilamellar vesicles (GUVs) exhibiting coexisting liquid-ordered and liquid-disordered domains are a common biophysical tool to investigate the lipid raft hypothesis. Numerous studies, however, neglect the impact of physiological solution conditions. On that account, the current work presents the effect of high-salinity buffer and trans-membrane solution asymmetry on liquid-liquid phase separation in charged GUVs grown from dioleylphosphatidylglycerol, egg sphingomyelin, and cholesterol. The effects were studied under isothermal and varying temperature conditions.
We describe equipment and experimental strategies applicable for monitoring the stability of coexisting liquid domains in charged vesicles under symmetric and asymmetric high-salinity solution conditions. This includes an approach to prepare charged multicomponent GUVs in high-salinity buffer at high temperatures. The protocol entails the option to perform a partial exchange of the external solution by a simple dilution step while minimizing the vesicle dilution. An alternative approach is presented utilizing a microfluidic device that allows for a complete external solution exchange. The solution effects on phase separation were also studied under varying temperatures. To this end, we present the basic design and utility of an in-house built temperature control chamber. Furthermore, we reflect on the assessment of the GUV phase state, pitfalls associated with it and how to circumvent them.

Experiments on phase separated giant unilamellar vesicles (GUVs) frequently neglect physiological solution conditions. This work presents approaches to study the effect of high-salinity buffer on liquid-liquid phase separation in charged multicomponent GUVs as a function of trans-membrane solution asymmetry and temperature.

蛍光顕微鏡による監視対称および非対称のソリューションの条件下での荷電ベシクルの相挙動

Phase-separated giant unilamellar vesicles (GUVs) exhibiting coexisting liquid-ordered and liquid-disordered domains are a common biophysical tool to ...

化学

Fabrication Procedures and Birefringence Measurements for Designing Magnetically Responsive Lanthanide Ion Chelating Phospholipid Assemblies

Bicelles are tunable disk-like polymolecular assemblies formed from a large variety of lipid mixtures. Applications range from membrane protein structural studies by nuclear magnetic resonance (NMR) to nanotechnological developments including the formation of optically active and magnetically switchable gels. Such technologies require high control of the assembly size, magnetic response and thermal resistance. Mixtures of 1,2-dimyristoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DMPC) and its lanthanide ion (Ln3+) chelating phospholipid conjugate, 1,2-dimyristoyl-sn-glycero-3-phospho-ethanolamine-diethylene triaminepentaacetate (DMPE-DTPA), assemble into highly magnetically responsive assemblies such as DMPC/DMPE-DTPA/Ln3+ (molar ratio 4:1:1) bicelles. Introduction of cholesterol (Chol-OH) and steroid derivatives in the bilayer results in another set of assemblies offering unique physico-chemical properties. For a given lipid composition, the magnetic alignability is proportional to the bicelle size. The complexation of Ln3+ results in unprecedented magnetic responses in terms of both magnitude and alignment direction. The thermo-reversible collapse of the disk-like structures into vesicles upon heating allows tailoring of the assemblies&#39; dimensions by extrusion through membrane filters with defined pore sizes. The magnetically alignable bicelles are regenerated by cooling to 5 &#176;C, resulting in assembly dimensions defined by the vesicle precursors. Herein, this fabrication procedure is explained and the magnetic alignability of the assemblies is quantified by birefringence measurements under a 5.5 T magnetic field. The birefringence signal, originating from the phospholipid bilayer, further enables monitoring of polymolecular changes occurring in the bilayer. This simple technique is complementary to NMR experiments that are commonly employed to characterize bicelles.

Fabrication procedures for highly magnetically responsive lanthanide ion chelating polymolecular assemblies are presented. The magnetic response is dictated by the assembly size, which is tailored by extrusion through nanopore membranes. The assemblies&#39; magnetic alignability and temperature-induced structural changes are monitored by birefringence measurements, a complimentary technique to nuclear magnetic resonance and small angle neutron scattering.

製作手順と磁気応答性ランタノイド イオンのキレート リン脂質アセンブリを設計するための複屈折測定

Bicelles are tunable disk-like polymolecular assemblies formed from a large variety of lipid mixtures. Applications range from membrane protein structural ...

Methods of Ex Situ and In Situ Investigations of Structural Transformations: The Case of Crystallization of Metallic Glasses

We demonstrate the use of two nuclear-based analytical methods that can follow the modifications of microstructural arrangement of iron-based metallic glasses (MGs). Despite their amorphous nature, the identification of hyperfine interactions unveils faint structural modifications. For this purpose, we have employed two techniques that utilize nuclear resonance among nuclear levels of a stable 57Fe isotope, namely M&#246;ssbauer spectrometry and nuclear forward scattering (NFS) of synchrotron radiation. The effects of heat treatment upon (Fe2.85Co1)77Mo8Cu1B14 MG are discussed using the results of ex situ and in situ experiments, respectively. As both methods are sensitive to hyperfine interactions, information on structural arrangement as well as on magnetic microstructure is readily available. M&#246;ssbauer spectrometry performed ex situ describes how the structural arrangement and magnetic microstructure appears at room temperature after the annealing under certain conditions (temperature, time), and thus this technique inspects steady states. On the other hand, NFS data are recorded in situ during dynamically changing temperature and NFS examines transient states. The use of both techniques provides complementary information. In general, they can be applied to any suitable system in which it is important to know its steady state but also transient states.

Methods of Ex Situ and In Situ Investigations of Structural Transformations: The Case of Crystallization of Metallic Glasses

Here, we present a protocol to describe ex situ and in situ investigations of structural transformations in metallic glasses. We employed nuclear-based analytical methods which inspect hyperfine interactions. We demonstrate the applicability of M&#246;ssbauer spectrometry and nuclear forward scattering of synchrotron radiation during temperature-driven experiments.

Ex その場その場で調査構造変換の方法: 金属ガラスの結晶化の事例

We demonstrate the use of two nuclear-based analytical methods that can follow the modifications of microstructural arrangement of iron-based metallic ...

Measuring Magnetically-Tuned Ferroelectric Polarization in Liquid Crystals

Materials showing coupling phenomena between magnetism and (ferro)electricity, i.e., magnetoelectric effects, have attracted a great deal of attention due to their potential applications for future device technologies such as sensors and storage. However, conventional approaches, which usually utilize materials containing magnetic metal ions (or radicals), have a major problem: only a few materials have been found to show the coupling phenomena at room temperature. Recently, we proposed a new approach to achieve room-temperature magnetoelectrics. In contrast to conventional approaches, our alternative proposal focuses on a completely different material, a &#34;liquid crystal&#34;, free from magnetic metal ions. In such liquid crystals, a magnetic field can be utilized to control the orientational state of constituent molecules and the corresponding electric polarization through magnetic anisotropy of the molecules; it is an unprecedented mechanism of the magnetoelectric effect. In this context, this paper provides a protocol to measure ferroelectric properties induced by a magnetic field, that is, the direct magnetoelectric effect, in a liquid crystal. With the method detailed here, we successfully detected magnetically-tuned electric polarization in the chiral smectic C phase of a liquid crystal at room temperature. Taken together with the flexibility of constituent molecules, which directly affects the magnetoelectric responses, the introduced method will serve to allow liquid crystal cells to acquire more functions as room-temperature magnetoelectrics and associated optical materials.

In this report, we present a protocol to examine direct magnetoelectric effects, i.e., induction of ferroelectric polarization by applying magnetic fields, in liquid crystals. This protocol provides a unique approach, supported by the softness of liquid crystals, to achieve room-temperature magnetoelectrics.

液晶における強誘電分極の磁場調整を測定

Materials showing coupling phenomena between magnetism and (ferro)electricity, i.e., magnetoelectric effects, have attracted a great deal of attention due ...

Stable Aqueous Suspensions of Manganese Ferrite Clusters with Tunable Nanoscale Dimension and Composition

Manganese ferrite clusters (MFCs) are spherical assemblies of tens to hundreds of primary nanocrystals whose magnetic properties are valuable in diverse applications. Here we describe how to form these materials in a hydrothermal process that permits the independent control of product cluster size (from 30 to 120 nm) and manganese content of the resulting material. Parameters such as the total amount of water added to the alcoholic reaction media and the ratio of manganese to iron precursor are important factors in achieving multiple types of MFC nanoscale products. A fast purification method uses magnetic separation to recover the materials making production of grams of magnetic nanomaterials quite efficient. We overcome the challenge of magnetic nanomaterial aggregation by applying highly charged sulfonate polymers to the surface of these nanomaterials yielding colloidally stable MFCs that remain non-aggregating even in highly saline environments. These non-aggregating, uniform, and tunable materials are excellent prospective materials for biomedical and environmental applications.

We report a one-pot hydrothermal synthesis of manganese ferrite clusters (MFCs) that offers independent control over material dimension and composition. Magnetic separation allows rapid purification while surface functionalization using sulfonated polymers ensures the materials are non-aggregating in biologically relevant medium. The resulting products are well positioned for biomedical applications.

チューニング可能なナノスケールの次元と組成を有するマンガンフェライトクラスターの安定した水性懸濁液

Manganese ferrite clusters (MFCs) are spherical assemblies of tens to hundreds of primary nanocrystals whose magnetic properties are valuable in diverse ...

酸化還元活性MOFの磁気特性評価:固体電気化学

Magnetometric Characterization of Intermediates in the Solid-State Electrochemistry of Redox-Active Metal-Organic Frameworks

Electrochemical energy storage has been a widely discussed application of redox-active metal-organic frameworks (MOFs) in the past 5 years. Although MOFs show outstanding performance in terms of gravimetric or areal capacitance and cyclic stability, unfortunately their electrochemical mechanisms are not well understood in most cases. Traditional spectroscopic techniques, such as X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and X-ray absorption fine structure (XAFS), have only provided vague and qualitative information about valence changes of certain elements, and the mechanisms proposed based on such information are often highly disputable. In this article, we report a series of standardized methods, including the fabrication of solid-state electrochemical cells, electrochemistry measurements, the disassembly of cells, the collection of MOF electrochemical intermediates, and physical measurements of the intermediates under the protection of inert gases. By using these methods for quantitatively clarifying the electronic and spin state evolution within a single electrochemical step of redox-active MOFs, one can provide clear insight into the nature of electrochemical energy storage mechanisms not only for MOFs, but also for all other materials with strongly correlated electronic structures.

著者スポットライト:酸化還元活性金属有機フレームワークの固体電気化学における中間体の磁気測定特性評価  

Ex situ magnetic surveys can directly provide bulk and local information on a magnetic electrode to reveal its charge storage mechanism step by step. Herein, electron spin resonance (ESR) and magnetic susceptibility are demonstrated to monitor the evaluation of paramagnetic species and their concentration in a redox-active metal-organic framework (MOF).

酸化還元活性金属-有機骨格の固体電気化学における中間体の磁気特性評価

Electrochemical energy storage has been a widely discussed application of redox-active metal-organic frameworks (MOFs) in the past 5 years. Although MOFs ...

相図の特徴付け液体担体として磁気ビーズを使用しました

要約

さらに動画を探す

この動画の章

メタ磁性B2-命じFeRhエピ層のスパッタ成長と評価

平面サンプル中の磁性粒子を撮像する磁気検出スキャナ周波数混合

蛍光顕微鏡による監視対称および非対称のソリューションの条件下での荷電ベシクルの相挙動

製作手順と磁気応答性ランタノイドイオンのキレートリン脂質アセンブリを設計するための複屈折測定

Ex その場その場で調査構造変換の方法: 金属ガラスの結晶化の事例

液晶における強誘電分極の磁場調整を測定

チューニング可能なナノスケールの次元と組成を有するマンガンフェライトクラスターの安定した水性懸濁液

酸化還元活性金属-有機骨格の固体電気化学における中間体の磁気特性評価

酸化還元活性金属-有機骨格の固体電気化学における中間体の磁気特性評価

酸化還元活性金属-有機骨格の固体電気化学における中間体の磁気特性評価

相図の特徴付け液体担体として磁気ビーズを使用しました

要約

さらに動画を探す

この動画の章

メタ磁性B2-命じFeRhエピ層のスパッタ成長と評価

平面サンプル中の磁性粒子を撮像する磁気検出スキャナ周波数混合

蛍光顕微鏡による監視対称および非対称のソリューションの条件下での荷電ベシクルの相挙動

製作手順と磁気応答性ランタノイド イオンのキレート リン脂質アセンブリを設計するための複屈折測定

Ex その場その場で調査構造変換の方法: 金属ガラスの結晶化の事例

液晶における強誘電分極の磁場調整を測定

チューニング可能なナノスケールの次元と組成を有するマンガンフェライトクラスターの安定した水性懸濁液

酸化還元活性金属-有機骨格の固体電気化学における中間体の磁気特性評価

酸化還元活性金属-有機骨格の固体電気化学における中間体の磁気特性評価

酸化還元活性金属-有機骨格の固体電気化学における中間体の磁気特性評価

製作手順と磁気応答性ランタノイドイオンのキレートリン脂質アセンブリを設計するための複屈折測定