A pesquisa relatada nesta publicação foi apoiada por uma Universidade de Houston Nova Faculdade Grant, uma doação de sementes a partir do Centro de Supercondutividade Texas, e ao Fundo de Investigação do Petróleo American Chemical Society (52537-DNI).

1. Preparação de misturas de polímero de colóide Nota: Este protocolo utiliza o poli (metacrilato de metilo) (PMMA) de partículas, estericamente estabilizados usando poli (ácido 12-hidroxiesteárico) e marcada com um corante fluorescente (por exemplo, Vermelho do Nilo, rodamina B, ou fluoresceína), que foram sintetizados seguindo um padrão receita 52. <ol><li> Prepara-se uma w / w mistura de brometo de ciclo-hexilo (CXB) e deca-hidronaftaleno (DHN) como um solvente de estoque de 3:1. Esta mistura quase corresponde a densidade eo índice de refracção das partículas. Adicionar um sal orgânico, cloreto de tetrabutilamónio (TBAC) 46, com o solvente, a uma concentração de 1,5 mM para a tela parcialmente as cargas sobre as partículas. </li><li> Para determinar com precisão a densidade das partículas, preparar uma suspensão a fração de volume de partícula aproximado Φ = 0,10 no CXB: solvente DHN. Centrifugar a suspensão a 800 xg durante 75 minutos e adicionar gota a gota DHN CXB ou para melhorar a flutuabilidadecorrespondente. Nestas experiências, a densidade das partículas de PMMA foi medido para ser ρ = 1,223 g / ml. </li><li> Prepare uma suspensão concentrada estoque de partículas de PMMA (aqui, Φ = 0,40) no CXB: DHN mistura de solventes. </li><li> Prepara-se uma solução concentrada de poliestireno linear (PS) no CXB: DHN mistura solvente. Aqui, uma solução de PS de peso molecular M w ≈ 3.000.000 (raio de rotação r g = 15 nm) é preparada a uma concentração de c p ≈ 50 mg / ml. </li><li> Misturar os pesos apropriados de partículas do polímero, e misturas de solventes imagens para formular suspensões com as concentrações desejadas de partículas e os polímeros. Nota: Aqui, as suspensões de partículas monodispersas são preparados a fração de volume de colóide constante Φ = 0,15 e de concentração de polímero variável no volume livre 53 c p = 0-25 mg / ml, e as suspensões que contêm dois tamanhos de partículas coloidais bidispersed, wom cada tamanho com uma etiqueta fluorescente diferente, são preparados a fracção do volume total de colóide fixo Φ = 0,15, o volume relação da fracção de partículas pequenas de r = 0,50, concentração de polímero e do volume livre de 5 ou 25 mg / ml. </li><li> Depois de cada suspensão é preparada, adicionar CXB ou DHN gota a gota e de centrifugação das amostras a 800 g durante pelo menos 75 minutos para confirmar que as partículas e aglomerados na suspensão permanecem flutuabilidade combinados. </li><li> Equilibrar todas as amostras de, pelo menos, 24 horas antes das experiências de imagiologia. </li></ol> . 2 Experimentos Amostra quiescentes: comportamento de fase <ol><li> Para determinar o comportamento de fase em massa, fabricar câmaras retangulares de lamínulas de vidro (Figura 1A). Para as misturas de polímero de colóide neste estudo, as câmaras de espessura h = 1 mm (definida pela espessura de uma lâmina de microscópio) dar comportamento granel. </li><li> Para acessar vários confinamentos em um único experimento de microscopia, fabricar fina cunhacâmaras forma, utilizando uma única lamela como um espaçador em uma cunha (Figura 1b). O ângulo de abertura da câmara é &lt;0,5 °, de modo que num campo de visão das paredes são quase paralelas entre si. Uma câmara representativa permite o acesso a espessuras de confinamento de h = 6 a&gt; 100 mM. </li><li> Construir câmaras em uma base de lamela para imagens em um microscópio invertido e selar com epoxi curável por UV, que não se dissolve na mistura solvente CXB-DHN. </li><li> Amostras de imagem usando um microscópio confocal. Este protocolo demonstra imagem com uma linha de varredura confocal ligado a um microscópio invertido equipado com uma lente de imersão em óleo 100X de abertura numérica NA = 1,40. </li><li> Excitar os corantes utilizando uma fonte de laser. Aqui os comprimentos de onda λ = 491 ou 561 nm são utilizadas para excitar a fluoresceína e os corantes de rodamina / Vermelho do Nilo, respectivamente. </li><li> No sistema de ponto-de varredura, gerar uma imagem por varredura rapidamente o ponto focal em toda a amostra (no x-y plano) utilizando o software confocal. A imagem bidimensional de 512 pixels x 512 pixels, cobrindo aproximadamente 50 mm x 50 mm, podem ser adquiridos em 1/32 seg. Melhorar a qualidade da imagem pela média de várias imagens ou aumentando o tempo de aquisição. </li><li> Localizado na parte inferior da câmara (z = 0), por exemplo, concentrando-se em partículas aderidas à sua parte inferior. Nesta configuração, a altura (z) aumenta com o aumento foco na câmara. </li><li> Como exemplo, caracterizar o efeito de confinamento sobre a dinâmica das partículas através da aquisição de uma série de tempo de 2-D de imagens (no plano xy) no plano médio da câmara. Em um experimento, 500 imagens de dimensão 512 pixels x 512 pixels são adquiridos a uma taxa de quadros de 1 frame / seg (tempo de espaçamento Dt = 1 seg.) </li><li> Como um segundo exemplo, caracterizar a estrutura 3-D de partículas através da aquisição de uma série tridimensional de imagens (x, y, z). Em uma experiência típica, imagens bidimensionais (512 pixels x 512 pixels) sãoadquirido em várias posições z dentro da câmara, com um espaçamento constante de Δz = 0,2 m entre imagens consecutivas definidas por um piezo. Uma pilha de volume que abrange uma espessura h = 30 mm, assim, contém 151 imagens. </li><li> Localize e partículas de pista ao longo do tempo em 2-D ou 3-D usando-tracking partícula software escrito em IDL 23,54-56, MATLAB 57,58, LabView 59, ou Python 60. Estes algoritmos geralmente permitir que os centros das partículas a ser resolvido dentro de 40-50 nm. Rastreamento de partículas bem sucedida requer que as partículas se movem menos do que o espaçamento interpartículas entre quadros consecutivos. </li><li> A partir das posições das partículas, calcular as métricas estruturais e dinâmicas. Três métricas convenientes mostradas aqui são a função de correlação par 3-D g (r) 61, o deslocamento médio-quadrado 2-D (MSD) 58,62, eo auto parte 2-D da função de correlação van Hove G s ( x, t) 58. Os dois últimos indicadores pode também ser calculado em 3-D. </li></ol> . 3 experimentos de fluxo: propriedades de fluxo <ol><li> Fabricar uma célula de fluxo simples, usando um microcapilar vidro com corte transversal quadrado (100 mm x 100 mm), que é afixada a tubulação de Teflon. Use lamelas de vidro para suportar o capilar e proporcionar rigidez mecânica, como mostrado no diagrama esquemático na Figura 7. </li><li> Carregar a mistura de polímero de colóide dentro de uma seringa de vidro. Fixe a seringa a uma bomba de seringa ou um sistema de distribuição de fluido pneumático. </li><li> Monte a configuração de célula de fluxo para o microscópio invertido. Manter a seringa, célula de fluxo, e saída na mesma altura para minimizar o efeito da gravidade sobre o perfil do escoamento. </li><li> Controlar a velocidade de fluxo da suspensão através da célula de fluxo por a taxa de fluxo volumétrico (para a bomba de seringa) ou a pressão aplicada (para a caixa de pressão). A velocidade média da suspensão nos microcanais também depende da suformulação spension. Os valores típicos da velocidade máxima nos microcanais quadrados medidos são aqui 200-2.000 mM / seg. </li><li> Durante o fluxo, adquirir um 2-D de séries temporais confocal com taxas de quadro rápidas. Aqui, 500 imagens de dimensão de 512 pixels x 512 pixels são adquiridos a 32 quadros / seg (tempo de espaçamento Δ t = 1/32 seg) a diferentes alturas acima do fundo do microcanal (z = 0 mm) que variam de z = 5 - 50 um. Cada imagem cobre cerca de metade da dimensão lateral (y) do microcanal, como mostrado na inserção à Fig. 7. Se as partículas parecem elíptica, aumentar a taxa de fotogramas de aquisição. </li><li> Como em experimentos quiescentes, localize as partículas em 2-D usando algoritmos padrão para localização e rastreamento de partículas em IDL ou MATLAB. Para os fluxos lentas, em que as partículas se movem menos do que a distância média entre os quadros de interpartículas, utilizam algoritmos de rastreamento para obter as trajectórias. </li><li> Use correlação imagem para calcUlate os perfis de velocidade para os fluxos rápidos. <ol><li> Subdividir a imagem em imagens horizontais de altura constante (y) ao longo da direcção do fluxo de (x). Para duas imagens sequenciais I 1 (x, y) e I 2 (x, y) deslocar o último imagem por um factor de Ax e, em seguida, calcular a covariância cruzada entre I 1 (x, y) e I 2 (x + Ax, y). </li><li> Identificar a posição do pico do histograma de valores AX que maximizam a covariância cruzada entre cada par de imagens para obter a velocidade adveccao significativo em cada posição lateral y. Se essa distribuição não é fortemente pico, adquirir imagens com uma taxa de quadros mais rápido. </li></ol></li></ol>

Os autores não têm nada a revelar.

As suspensões coloidais são amplamente estudada como modelo para o comportamento de fase confinada, porque as partículas coloidais de tamanho micro exibem dinâmica significativamente mais lento do que os átomos e as moléculas e, assim, pode ser facilmente trabalhada e rastreado ao longo do tempo 10. Para estes estudos fundamentais, a compreensão do efeito de atrações interpartículas no comportamento de fase confinado oferece a oportunidade de explorar fenômenos como condensação capilar e evapora?...

Este trabalho demonstra (a) imagem confocal de misturas quiescentes e fluindo confinados colóide-polímero em duas e três dimensões e (b) partícula de rastreamento e de correlação das imagens resultantes para obter informações quantitativas sobre o comportamento de fases e propriedades de fluxo. Suspensões coloidais com interações interpartículas atrativas aparecer onipresente em aplicações tecnológicas como materiais para a montagem dirigida 1-3, a entrega da droga 4, a melhoria 5-7 recuperação de hidrocarbonetos, e de armazenamento de energia 8. Uma característica comum destes aplicativos é que as partículas devem ser fluiu através geometrias finas, como bicos, cabeças de impressão, microcanais, ou meios porosos, e / ou ser moldado em filmes finos ou varas. Técnicas utilizadas para sondar a estrutura de colóides micro-empresas em geometrias confinadas, incluindo microscopia eletrônica de 17,18, microscopia de raios-x 19, e laser de difração microscopy 20, pode ser usado para medir a estrutura e a dinâmica das partículas em microescala. Estas técnicas, no entanto, não permitem acesso às trajetórias de partículas individuais, das quais métricas estruturais e dinâmicas podem ser computados para comparação direta com simulações numéricas 21,22. A microscopia confocal é uma variante de microscopia de fluorescência que permite imagens de cortes finos de uma amostra de fluorescência. Para a ciência coloidal 10, esta técnica é particularmente útil para a imagem no fundo de suspensões densas ou em três dimensões. Algoritmos de partícula de localização 23 aplicado a duas ou séries temporais tridimensional de micrografias confocal produzir as trajectórias de todas as partículas visíveis. Como resultado, a combinação de microscopia confocal e partículas de controlo foi aplicado para estudar o comportamento de fase, a estrutura, e dinâmicas de suspensões coloidais, incluindo cristais ordenados 24-27 e desordemed óculos 28-31 e 32-35 géis. Outros algoritmos de análise de imagem pode ser aplicado para medir a dinâmica das partículas a partir de séries cronológicas de micrografias confocal. Por exemplo, a dinâmica das partículas difusoras pode ser estudado através da análise das variações na intensidade ao longo do tempo usando microscopia confocal dinâmica diferencial 36. Quando os deslocamentos das partículas são maiores do que o espaçamento interpartículas, correlação entre a imagem 37 com base na imagem da partícula velocimetria 38-40 pode ser aplicado para medir os perfis de velocidade das partículas. A combinação de monitoramento e correlação algoritmos permitiu dinâmica coloidais a ser medida em sistemas submetidos lento e rápido fluxo de 11-16,41-45. Usamos misturas colóide de polímero como modelos para atraentes suspensões coloidais 9. Nestas misturas, a gama e a força do potencial atractivo interpartículas são controladas através do ráciodo raio de giração de polímero para o raio da partícula e a concentração do polímero e da repulsão electrostática é controlado através da adição de um sal monovalente orgânico 46. Porque as interacções interpartículas pode ser cuidadosamente ajustados, a solidificação destas misturas tem sido extensivamente estudada por microscopia confocal 34,47-51. Aqui demonstramos imagem confocal e análise de imagem 37 de misturas de polímeros com colóide de quiescentes e fluidas, em que a fracção do volume de colóide é mantido fixo em Φ = 0,15, que o efeito da sonda de confinamento no comportamento de fase e as propriedades de escoamento destas misturas. Estas técnicas são amplamente aplicáveis ​​a sistemas de partículas que são de refracção e no qual as partículas e / ou solvente pode ser marcada com um corante fluorescente de correspondência de índice.

<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

O comportamento de suspensões coloidais confinados com interacções atractivas interpartículas é crítica para a concepção racional de materiais para a montagem dirigida 1-3, a entrega da droga 4, melhorou a recuperação de hidrocarboneto de 5-7, e eléctrodos de fluidos para o armazenamento de energia 8. Suspensões contendo colóides fluorescentes e polímeros não-adsorventes são atraentes sistemas modelo, como a relação do raio de giração de polímero para o raio da partícula e a concentração de polímero de controlo da gama e da força da atracção de interpartículas, respectivamente. Ao ajustar as propriedades do polímero e a fracção de volume de colóides, fluidos coloidais, fluidos de aglomerados, geles, cristais e vidros pode ser obtido 9. Microscopia confocal, uma variante de microscopia de fluorescência, permite que uma amostra de opticamente transparentes e fluorescente a ser trabalhada com alta resolução espacial e resolução temporal em três dimensões. Nesta técnica, um pequeno furo ou fenda bloqueia a luz fluorescente emitida a partir de regiões da amostra que estão do lado de fora do volume focal do sistema óptico do microscópio. Como resultado, apenas uma seção fina da amostra no plano focal é imaginada. Esta técnica é particularmente adequado para investigar a estrutura e dinâmica em suspensões coloidais densas na escala de partícula única: as partículas são grandes o suficiente para ser resolvido usando a luz visível e difundir lentamente o suficiente para ser capturado em velocidades de varredura típicos de sistemas confocal comerciais 10 . Melhorias na velocidade de varredura e algoritmos de análise também permitiram imagem confocal quantitativa das suspensões fluindo 11-16,37. Neste artigo, demonstramos experimentos de microscopia confocal para sondar o comportamento de fase confinado e propriedades de fluxo das misturas colóide-polímero. Primeiro preparar collmisturas oid-polímero que são densidade e refração índice combinado. Em seguida, apresentamos um protocolo padrão para imagens misturas colóide-polímero densas quiescentes sob variando confinamento em células em forma de cunha finas. Finalmente, foi demonstrado um protocolo para imagiologia misturas colóide-polímero durante o fluxo de microcanais.

Para demonstrar imagem confocal e partícula-rastreamento, investigou o efeito de confinamento no comportamento da fase das misturas de polímero colóide de 63-65. Para estas experiências, o diâmetro colóide foi 2 a = 0,865 mM. A fracção do volume de colóide foi fixada em Φ = 0,15 e a concentração de polímero de c p foi variou de 0 a 23,6 mg / ml. Imagens confocais representativos são mostrados na Figura 2 63, coluna da esquerda. A partir da...

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Confocal Imaging of Confined Quiescent and Flowing Colloid-polymer Mixtures

A microscopia confocal é utilizado para as misturas de polímero-colóide quiescentes e fluidas de imagem, que são estudados como sistemas modelo para suspensões atraentes. Algoritmos de análise de imagem são utilizadas para calcular as métricas estruturais e dinâmicas para as partículas coloidais que medem alterações devido ao confinamento geométrico.

Imagem confocal de Confinado repouso e fluindo Misturas colóide-polímero

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 visualizações.  University of Houston.  A microscopia confocal é utilizado para as misturas de polímero-colóide quiescentes e fluidas de imagem, que são estudados como sistemas modelo para suspensões atraentes. Algoritmos de análise de imagem são utilizadas para calcular as métricas estruturais e dinâmicas para as partículas coloidais que medem alterações devido ao confinamento geométrico. 

Vídeo: Confocal Imaging of Confined Quiescent and Flowing Colloid-polymer Mixtures

Synthesis of Immunotargeted Magneto-plasmonic Nanoclusters

Magnetic and plasmonic properties combined in a single nanoparticle provide a synergy that is advantageous in a number of biomedical applications including contrast enhancement in novel magnetomotive imaging modalities, simultaneous capture&#160;and detection of circulating tumor cells (CTCs),&#160;and multimodal molecular imaging combined with photothermal therapy of cancer cells. These applications have stimulated significant interest in development of protocols for synthesis of magneto-plasmonic nanoparticles with optical absorbance in the near-infrared (NIR) region and a strong magnetic moment. Here, we present a novel protocol for synthesis of such hybrid nanoparticles that is based on an oil-in-water microemulsion method. The unique feature of the protocol described herein is synthesis of magneto-plasmonic nanoparticles of various sizes from primary blocks which also have magneto-plasmonic characteristics. This approach yields nanoparticles with a high density of magnetic and plasmonic functionalities which are uniformly distributed throughout the nanoparticle volume. The hybrid nanoparticles can be easily functionalized by attaching antibodies through the Fc moiety leaving the Fab portion that is responsible for antigen binding available for targeting.

Here, we describe a protocol for synthesis of magneto-plasmonic nanoparticles with a strong magnetic moment and a strong near-infrared (NIR) absorbance. The protocol also includes antibody conjugation to the nanoparticles through the Fc moiety for various biomedical applications which require molecular specific targeting.

Síntese de Immunotargeted magneto-plasmónico Nanoclusters

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

Química

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.

preparação e<em&gt; In Vitro</em&gt; Caracterização de agentes de contraste à base de dendrímeros para Ressonância Magnética

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.

Direct Imaging da Laser-driven Ultrafast rotação Molecular

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.

Medições de correlações eletrônicas de longo alcance durante experimentos de difração de femtossegundo realizados em nanocristais de Buckminsterfulereno

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.

Separação de aldeídos e cetonas reativas de misturas usando um protocolo de extração de bissulfito

The purification of organic compounds is an essential component of routine synthetic operations. The ability to remove contaminants into an aqueous layer ...

Regioselective O-Glycosylation of Nucleosides via the Temporary 2',3'-Diol Protection by a Boronic Ester for the Synthesis of Disaccharide Nucleosides

Disaccharide nucleosides, which consist of disaccharide and nucleobase moieties, have been known as a valuable group of natural products having multifarious bioactivities. Although chemical O-glycosylation is a commonly beneficial strategy to synthesize disaccharide nucleosides, the preparation of substrates such as glycosyl donors and acceptors requires&#160;tedious protecting&#160;group manipulations and a purification at each synthetic step. Meanwhile, several research groups have reported that boronic and borinic esters serve as a protecting or activating group of carbohydrate derivatives to achieve the regio- and/or stereoselective acylation, alkylation, silylation, and glycosylation. In this article, we demonstrate the procedure for the regioselective O-glycosylation of unprotected ribonucleosides utilizing boronic acid. The esterification of 2&#39;,3&#39;-diol of ribonucleosides with boronic acid makes the temporary protection of diol, and, following O-glycosylation with a glycosyl donor in the presence of p-toluenesulfenyl chloride and silver triflate, permits the regioselective reaction of the 5&#39;-hydroxyl group to afford the disaccharide nucleosides. This method could be applied to various nucleosides, such as guanosine, adenosine, cytidine, uridine, 5-metyluridine, and 5-fluorouridine. This article and the accompanying video represent&#160;useful (visual) information for the O-glycosylation of unprotected nucleosides and their analogs for the synthesis of not only disaccharide nucleosides, but also a variety of biologically relevant derivatives.

Regioselective O-Glycosylation of Nucleosides via the Temporary 2&#039;,3&#039;-Diol Protection by a Boronic Ester for the Synthesis of Disaccharide Nucleosides

Here, we present protocols for the synthesis of disaccharide nucleosides by the regioselective O-glycosylation of ribonucleosides via a temporary protection of their 2&#39;,3&#39;-diol moieties utilizing a cyclic boronic ester. This method applies to several unprotected nucleosides such as adenosine, guanosine, cytidine, uridine, 5-methyluridine, and 5-fluorouridine to give corresponding disaccharide nucleosides.

Regioselective O- glicosilação de nucleosídeos através o temporário 2', 3'-Diol proteção por um éster de Boronic para a síntese de dissacarídeo nucleosídeos

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.

Automação de um protocolo de síntese Positron emission Tomography (PET) Radiotracer para produção clínica

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.

Corrosão por imagem na interface metal-Paint usando espectrometria de massa de íons secundários de tempo de voo

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.

Aspecto técnico da síntese automatizada e avaliação cinética em tempo real de [11C] SNAP-7941

Positron emission tomography (PET) is an essential molecular imaging technique providing insights into pathways and using specific targeted radioligands ...

Resolving Water, Proteins, and Lipids from In Vivo Confocal Raman Spectra of Stratum Corneum through a Chemometric Approach

Development of this in vivo confocal Raman spectroscopic method enables the direct measurement of water, proteins, and lipids with depth resolution in human subjects. This information is very important for skin-related diseases and characterizing skin care product performance. This protocol illustrates a method for confocal Raman spectra collection and the subsequent analysis of the spectral dataset leveraging chemometrics. The goal of this method is to establish a standard protocol for data collection and provide general guidance for data analysis. Preprocessing (e.g., removal of outlier spectra) is a critical step when processing large datasets from clinical studies. As an example, we provide guidance based on prior knowledge of a dataset to identify the types of outliers and develop specific strategies to remove them. A principal component analysis is performed, and the loading spectra are compared with spectra from reference materials to select the number of components used in the final multivariate curve resolution (MCR) analysis. This approach is successful for extracting meaningful information from a large spectral dataset.

Here, we present a protocol for collection of confocal Raman spectra from human subjects in clinical studies combined with chemometric approaches for spectral outlier removal and the subsequent extraction of key features.

Resolvendo água, proteínas e lipídeos de in vivo confocal Raman Spectra de stratum corneum através de uma abordagem quimiométrica

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