ストップフローと小角中性子散乱によるナノスケール材料の時間発展の測定

ストップフロー小角散乱またはストップフローSANSにより、ナノスケールの材料が数秒から数分の設定されたタイムスケールでどのように進化するかを研究することができます。中性子散乱に特有の水素と重水素のコントラストにより、この手法は、脂質、タンパク質、ポリマーなどの水素が豊富な材料の研究に特に役立ちます。ストップフロースタンドを使用して目的の材料を研究することに興味がある場合は、散乱施設の米国の地元の機器科学者に連絡して、実験の計画を支援してください。

手順を実演するのは、国立標準技術研究所(NIST)、中性子研究センターの化学エンジニアであるライアン・マーフィー、またはNCNRの物理学者であるブライアン・マランビルです。開始するには、すべてのポンプ電源とダイナミックミキサーをオンにします。電源スイッチを使用して、デバイス構成パスを入力して停止フローシステム制御GUIのすべてのポンプとバルブを開始し、テキスト原稿に記載されているコマンドがシリンジを取り付ける前にポンプを校正します。

ポンプが校正されていることを確認した後。きれいなシリンジバレルをポンプ上部の接続部にねじ込みます。充填量を分注する前に、シリンジマウントヘッドが緩んでいることを確認して、シリンジピストンからの過度の力によってシリンジが破損しないようにしてください。

次に、シリンジピストンをポンプの下部にある接続部にねじ込みます。シリンジバレルとシリンジピストンをポンプに接続した後、充填量を分注します。ピストンの動きが止まったら、シリンジマウントヘッドを締めます。

次に、チューブをサンプルおよび溶媒源、シリンジ、バルブ、ミキサー、サンプルセル、および混合サンプル容器に接続します。各バルブに対して行われる対応するポート番号接続を入力して、停止フローシステム制御GUIで作成されたすべてのチューブおよびバルブ接続を定義します。サンプルをロードするには、目的のサンプルと溶媒の量をソースからポンプセレクターバルブを介してサンプルシリンジに吸引します。

次に、シリンジ、チューブライン、バルブからすべての空気を分配してシステムをプライミングし、各シリンジから十分な液体量が分注されるようにします。すべての気泡を除去するには、システムから空気がパージされたら、制御されたGUIで[混合実験の開始]というラベルの付いたセルをクリックして、このセルをアクティブに選択して、少なくとも1つのサンプル注入を実行します。制御されたGUIの上部にある実行ボタンをクリックするか、シフトを押してキーボードのキーを一緒に入力します。

サンプルセルに気泡がないか目視検査します。気泡が存在する場合はパージステップを繰り返し、そうでない場合は残りの実験プロトコルステップの定義に進む。停止フロー混合プロトコルを定義します。

停止したフロー装置を囲む断熱エンクロージャの温度を制御するプログラマブルエアコンユニットの温度設定値を入力します。次に、制御されたGUIに適切な量、流量、時間、繰り返し回数を入力して、すべてのすすぎシーケンスステップを入力します。次に、停止フローシステム制御のGUIに適切な量、流量、および時間を入力して、すべてのサンプル注入シーケンスステップを定義し、最後に単一の停止フローデータ収集サイクルの合計時間を計算してSANSパラメータを定義します。

SANS計測器制御GUIでVSANSデータ集録の合計時間を、以前に計算したサイクルタイムに設定します。次に、サンプル送信測定時間を100秒に設定し、イベントモードのデータ収集をオンにします。バックグラウンド散乱を測定する。

ブロックされたビームサンプルをサンプル開口部の背面に取り付ける前に、ローカル機器のシャッターが閉じていることを確認してください。次に、ローカル機器環境を確保した後、ローカル機器シャッターを開きます。次に、ソフトウェアでブロックビーム散乱データ取得時間を定義し、最長散乱データ取得時間と同じ期間のブロックビーム散乱データを収集します。

データ収集が完了したら、機器のシャッターを閉じ、ブロックされたビームサンプルをサンプル開口部から取り除きます。次に、停止フロー実験を開始する前に、空の細胞散乱の測定に進みます。ローカル機器エリアが安全であることを確認します。

次に、ローカル計器ビームシャッターを開きます。計測器コンピュータのSANS計測器制御ソフトウェアを使用して、目的の実行を計測器キューにドラッグアンドドロップして、SANSデータ収集を開始します。次に、制御されたGUIで停止フロー混合実験を開始し、定義された停止フロー混合プロトコルが動作を開始したことを確認します。

次に、送信実行をキューの一番下に追加します。トランスミッションは、スキャタリングランが終了した後に収集されます。散乱データファイルと関連するイベントファイルをサーバーからダウンロードした後、テキスト原稿に示されているように適切なコマンドを入力して、散乱データを目的の時間ビンに送ります。

次にビームラインに備えられたソフトウェアを用いてビン散乱データを縮小し、時間分解SANSデータを解析し、テキスト原稿に用意されている式を用いて測定時間から目的とする処理時間を算出する。次に、プロセス時間の関数としてのQ依存強度の変化から関心のある速度論パラメータを抽出する。9つのすすぎステップからなる複数の注入サイクルにわたる塩バッファーバックグラウンドの中性子計数率を測定しました。

ここでは、1つの描画ステップと1つのサンプル注入ステップを示します。個々のH標識およびD標識脂質溶液をTミックス時に混合し、直ちに試料細胞に流した。測定中性子計数率は急上昇し、試料セルがT充填で充填されたときに最大値に達した。

3つの異なる温度での混合脂質小胞サンプルからの中性子数は、定常状態の流動期間と遅延時間について補正された関心のあるプロセス時間である補正されたプロセスタイムスケールの関数としてプロットされます。SANSデータはイベントモードで継続的に収集され、目的のタイムビンに後処理できます。脂質交換動態は、摂氏36度30度および20度で測定した。

これらのデータは、3秒の等しい時間ビンに曲げられ、TR SANS測定から得られる時間と長さのスケールに依存する情報を表しています。正規化された強度は、さまざまな温度のプロセス時間の関数としてプロットされます。ストップフロー混合と時間分解SANSを組み合わせることで、脂質ナノ粒子や次世代医薬品やワクチンからグリーン建築材料に使用されるジオポリマーに至るまで、ナノスキャン材料の構造進化を探求する新しい機会が得られます。