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

1. Numune Hazırlama <ol><li> Sıcaklığa duyarlı monomerlerin saflaştırılması <ol><li> 100 mL tolüen içinde bir N -isopropylacrylamide 20 g (NIPA) içinde çözülür. </li><li> toz ortadan kaldırmak için emme altında çözüm Filtre. </li><li> petrol eteri, 500 mL ile süzüntü karıştırın. </li><li> bir buz-su banyosu içinde, reaksiyon kabı yerleştirin. </li><li> Monomerler (tipik olarak 30 dakika) çökeltilir kadar çözelti karıştırılır. </li><li> Çöken monomerlerin elde etmek için emme altında çözüm Filtre. </li><li> gece boyunca düşük basınç (100 Pa) altında monomerlerin kurutun. </li></ol></li><li> Sıcaklığa duyarlı bir polimer çözeltisinin hazırlanması <ol><li> bir diyafram pompa ile 1.0 dakika boyunca iyonu giderilmiş su gazdan arındırın 20 mi. </li><li> gazı alınmış ve deiyonize su, 9.5 mL saflaştırılmış NIPA arasında 780,8 mg çözülür. </li><li> bir buz-su banyosu içinde, reaksiyon kabı yerleştirin. </li><li> Reaksıyona kalkanalüminyum folyo ile kaplayan aparat ışık. </li><li> yumuşak bir tüp ile gaz silindiri bağlanmış bir pipet ucu ile, Ar gazı orta akım eklenmesi, 10 dakika boyunca yavaşça çözelti karıştırılır. </li><li> N, N, N 11.9 uL &#39;, N&#39;, bir mikropipet vasıtasıyla çözeltiye tetrametiletilendiamin ekleyin. </li><li> Ar, gazın ise adım 1.2.5 belirtildiği gibi, 1.0 dakika boyunca çözelti karıştırılır. </li><li> örnek karıştırılırken, gazı alınmış ve deiyonize su, 0.5 mL amonyum persülfat 4,0 mg çözülür. </li><li> ve (aşama 1.2.8 arasında) amonyum persülfat çözeltisi (aşama 1.2.7 gelen) örnek çözeltisi karıştırın. </li><li> Ar, gazın ise adım 1.2.5 belirtildiği gibi, 30 s için çözelti karıştırılır. </li><li> Alüminyum folyo ile çözelti örtün ve bir gece boyunca buzdolabında (4 ° C) &#39;de muhafaza edin. </li></ol></li><li> Numune bağlar hazırlanması <ol><li> dan (örnek çözeltisi 60 uL yerleştirinbir boşluk slayt adım 1.2.11). </li><li> dairesel cam kapak ile çözüm örtün. tuzak hava kabarcıkları için dikkatli olun. </li><li> Mikropipet ve laboratuvar mendil kullanarak fazla çözüm çıkarın. </li><li> yapıştırıcı ile örnek mühür. oda sıcaklığında (tipik olarak 6 saat) tutkal kurumasını bekleyin. </li><li> adımları 1.3.1-1.3.4 izleyerek ağırlıkça% 0.1 polistiren lateks (100 nm partikül çapı) süspansiyonu ile doldurulmuş bir slayt hazırlayın. Bu slayt, bir standart olarak kullanılır. </li></ol></li></ol> Dinamik Işık Saçılma Mikroskop ile 2. Partikül Boyutu Ölçümü <ol><li> Aygıtının optimizasyonu <ol><li> ters mikroskop sahnede (adım 1.3.5 itibaren) polistiren lateks süspansiyon slayt yerleştirin. cam kapak tarafı aşağı bakmalıdır. </li><li> Dedektörün önünde bir ışın damperi (çığ fotodiyot ve bir autocorrelator) yerleştirin. </li><li> Bir lazer ışını (solid-state lazer, λ = 488 nm, 30 mW uygulayın, sürekliobjektif lensi numuneye dalga) (10 x). Yansıyan ışığın bir kısmı mikroskop bir fırlatma ayna geçer ve bir CCD kamera ile gözlenen mikroskobu (Şekil 1) yan bağlantı monte edilir. </li><li> düşük-yüksek konumdan objektif lens yüksekliğini kaydırarak örnek süspansiyon de odak noktasını ayarlamak için objektif lens yüksekliğini ayarlayın. Kapak cam ve numune arasındaki arayüz, cam kapak yüzeyinde ve numune ve delik slayt cam arasındaki arayüzde: Bu işlem sırasında, yansıyan görüntü üç kez odaklanmıştır. İkinci ve üçüncü nokta arasındaki odak noktası ayarlayın. </li><li> lazer gücünü değiştirerek dağınık ışık yoğunluğunu hafifletir. </li><li> Dedektörün önündeki ışın damperi kaldırarak dedektör içine dağılmış ışık tanıtmak. Bu birim ışık şiddeti zaman korelasyon ölçer. </li><li> betw bir iğne deliği (φ = 50 mikron) Setkonfokal etkiyi elde etmek için mikroskop ve dedektör een. Dedektörün ışık yoğunluğunu en üst düzeye çıkarmak için iğne deliği konumunu ayarlayın. </li><li> Bir bilgisayar üzerinden korelatör çalışmasını başlatarak 30 saniye süreyle dağınık ışık şiddeti zaman korelasyon fonksiyonu ölçün. 1, t, korelasyon zaman 4 ve - ölçülen korelasyon fonksiyonu genellikle gr (2), (±) olarak ifade edilir <img alt="denklem 1" src="/files/ftp_upload/54885/54885eq1.jpg" /> . Burada, I (t) t zamanında ve (•••) T zaman ortalama olan en dağınık ışık şiddetidir. çürüme süresi yaklaşık 0.1 ms olacaktır. </li><li> Zaman korelasyon fonksiyonunun ilk genlik için geniş bir yelpazede elde etmek için odak noktası ayarlayın (g (2) (t = 0) - 1). NOT: İlk genlik kuvvetle yansıyan ışığın miktarına göre değişir. Odak noktası tow hareket ettirerekKapak cam ve numune, yansıyan ışık miktarında artma arasındaki arayüzü ard. polistiren lateks gibi güçlü bir ışık saçıcı için, başlangıç ​​genliği Ancak, 0 ile 1 arasında değiştirilebilir, yansıtılan ışığın yoğunluğu çok daha yüksek olduğu için daha yaygın polimer çözeltileri için 1 civarındadır başlangıç ​​genliğini ayarlamak zordur saçılan ışığın bu. </li><li> Ters Laplace dönüşümü boyutu dağılımı fonksiyonunu elde etmek için elde edilen zaman korelasyon fonksiyonu (kısıtlı düzenlilestirme programı CONTIN 13,14 kullanarak) uygulayın. Başlangıç ​​büyüklüğü en az 0.2 olarak ayarlanır durumlarda, hidrodinamik yarıçapının dağılım fonksiyonu iki gerçek yan çapı (ayrıntılar için tartışmaya bakınız) 100 nm civarında sivri bir tepe gösterir. </li></ol></li><li> örnek ölçümü <ol><li> 25 ° C&#39;ye sahne sıcaklığını ayarlamak. </li><li> poli-NIPA (PNIPA) SOLUT ile hazırlanan bir slayt yerleştiriniyon mikroskobu sahnede (adım 1.3.4). </li><li> adımları 2.1.4-2.1.8 izleyerek saçılan ışık şiddeti zaman korelasyon fonksiyonu ölçün. İlk genlik 0.2 büyükse, adım 2.1.9 takip ederek zaman korelasyon fonksiyonunun ilk genlik yapmak için en az 0.2 odak noktasını ayarlayın. Küçük bir başlangıç ​​genlik analizi kolaylaştırır. </li><li> 35 ° C&#39;ye sahne sıcaklığını ayarlamak ve çözüm bulanık dönene kadar bekleyin. PNIPA çözümün düşük kritik çözelti sıcaklığı (LCST&#39;nin) C 15 32 ° &#39;dir. </li><li> Aşağıdaki adımlarla zaman korelasyon fonksiyonu ölçmek 2.1.4-2.1.8. Mümkünse, zaman korelasyon fonksiyonu az 0.2 başlangıç ​​genlik yapmak için odak noktası konumunu ayarlayın. bulanık çözeltiler için, başlangıç ​​genlikleri yansıtılan ışığın bu sabit kalmaktadır dağınık ışık artar yoğunluğu için, artma eğilimi gösterir. </li><li> Ters Laplace transformati uygulaElde edilen zaman korelasyon fonksiyonları üzerinde boyut dağılım fonksiyonlarını elde etmek. gerçek boyut, ilk büyüklüğü 0.2&#39;den daha az olduğu durumlarda yarısı elde edilen değer olduğuna dikkat edin. </li></ol></li></ol>

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

The authors have nothing to disclose.

Zaman bağıntı fonksiyonunun başlangıç büyüklüğü büyük ölçüde Şekil 2&#39;de gösterildiği gibi, bir odak noktasına bağlıdır: (a). Bu görünüşte çözeltisi (arabiriminde ince bir tabaka hariç) homojen olduğu gerçeğini 8 çelişmektedir. Başlangıç ​​genlik Bu değişim yansıtılan ışığın miktarı bir varyasyon ilişkilendirilir. Kısmi heterodyne teorisi 16 ilk genlik, A, dağınık ışık şiddeti, ben s ve yansıyan ışık yoğunluğu, ben r, aşağıdaki denklemi tatmin tahmin 1 <img alt="denklem 2" src="/files/ftp_upload/54885/54885eq2.jpg" /> Bu denklem ı r büyür olduğunu gösterir, daha küçük bir hale gelir. Bu nedenle, A arayüzü yakın fokal konumunun ayarlanması ile azaltılır. Görünür difüzyon sabiti D A can, tek dağılımlı çözeltiler durumunda bu zaman bağıntı fonksiyonunu oturtulması ile elde edilebilir: <img alt="denklem 3" src="/files/ftp_upload/54885/54885eq3.jpg" /> nerede <img alt="denklem 4" src="/files/ftp_upload/54885/54885eq4.jpg" /> . Burada, n çözücü (su, 1.33) kırılma indeksi olduğu, θ dağınık açısı (180 °), ve λ hafif (514.5 nm) dalga boyudur. Biz geri saçılma geometri uygulanan bu yana, q değeri sabittir. Bununla birlikte, bu nokta farklı dalga boylarında ışık kullanılarak çözülmüştür. Sürekli dalga lazer kaynağının her türlü DLS mikroskop inşa etmek mevcut olduğunu lütfen unutmayınız. Küçük ışınlanmış hacmi sayesinde, tutarlılık faktörü 17 den fazla 0.99 olacağı tahmin ve göz ardı edilebilir olduğunu. Polidispers çözeltiler, D, A, dağılım fonksiyonu Ters Laplace transformasyonu ile elde edilir. Kısmi heterodyne incieory ayrıca D Bir gerçek difüzyon sabiti D aynı değildir öngörür. Bu iki difüzyon sabitleri aşağıdaki denklemi karşılar: <img alt="Denklem 5" src="/files/ftp_upload/54885/54885eq5.jpg" /> -Sındaki geçiş sabiti D Einstein Stokes denklemi kullanarak 4 hidrodinamik çapı R, H dönüştürülür. A = 1, bu ilişki D A = D olduğunda. Bu durumda, veri dönüştürme işlemi ortak dinamik ışık saçılımı için aynıdır. Şekil 2 (b) &#39;de gösterildiği kırmızı çizgi, bu durumda karşılık gelir. Bunun aksine, bu ilişki sınırında D A = 0.5 D olur → 0 küçük (pratik, daha az 0.2) olduğu zaman ile gösterildiği gibi nedenle, boyut, gerçek boyut olarak iki kat daha büyük olduğu tahmin edilmektedir Şekil 2 (b) &#39;nin mavi çizgi </strong&gt;. Biz bir ölçüde küçük olduğunu biliyorsanız, Şekil 2 (c) &#39;de gösterildiği gibi, yatay eksen, itilebilir. Prensip olarak, biz A&#39;nın herhangi bir değer için D içine D A dönüştürebilirsiniz. Basit yaklaşım D A ~ 0.5 D geçerlidir çünkü Uygulamada, ancak, 0.2 den ilk genlik küçük ayarlamak için daha iyidir. dinamik ışık saçılımı mikroskop tekniği belirgin özellikleri PNIPA çözeltisi kullanılarak gösterildi. Aşağıda ve LCST&#39;nin üstünde PNIPA konformasyon yoğun 15,18 saçılma küçük açı nötron kullanılarak incelenmiştir. Bunun aksine, dinamik ışık saçılımı nedeniyle bulanıklık 19 LCST&#39;nin üzerinde PNIPA analizi için kullanılan edilmemiştir. Şekil 3 &#39;de gösterildiği gibi, bu sorun, dinamik ışık saçılımı mikroskobu ile çözülmüştür, (a) ve (b). Bu agrega büyüklüğü birkaç olup &amp;181. m, küçük açı X-ışını / nötron saçılımı veya geleneksel ışık saçılma teknikleriyle ya ile elde edilemeyen. Bu sistemi kullanarak zamana bağımlı ölçümler sıcaklık değişimi sırasında toplama süreci hakkında bilgi vermek. Dinamik ışık saçılım mikroskobu dezavantajı, Şekil 3 &#39;de gösterilmiştir. LCST&#39;nin altında sonuç için, zaman korelasyon fonksiyonu kuvvetle toz mevcut çok az miktarda (Şekil 3&#39;te siyah çizgiler) tarafından etkilenir. Örneğin, zaman korelasyon fonksiyonu bile 1.0 sn sırasına göre korelasyon süreleri ile tamamen çürümez. Bu cihaz (yaklaşık 1.0 um) ışınlandı hacmi her zaman, dinamik ışık saçılımı cihazının (yaklaşık 100 um) olan bu ışınlanmış daha küçük olmasıdır. saçılan ışığın yoğunluğu zayıftır durumlarda, sinyal, s neden olduğu gibi, gürültü ile örtülü olduğuçözelti içinde toz merkezi miktarları. Boyutu genel sırası anlamlıdır sonucu, bu Şekil 3 (b) &#39;de gösterilen üç adet tepe noktası niceliksel bir öneme sahip olmayabilir. Bu zayıf saçıcı geleneksel bir dinamik ışık saçma cihazı ile ölçülebilir unutmayın. Biz dinamik ışık saçılımı mikroskobu bize aynı kurulum ile şeffaf ve bulanık hem örnekleri ölçmek için olanak olduğunu göstermiştir. Örneklerde optik yol uzunluğu kısa olduğu için, bu yöntem, C-nanotüp süspansiyonlar 20 kadar güçlü ışık emici örnekleri uygulanabilir. Buna ek olarak, yüksek uzaysal çözünürlüğü, bu teknik, biyolojik hücrelere uygulanabilir. biyoloji uygulanması için bu yöntem aynı zamanda, floresans ve Raman görüntüleme gibi görüntüleme teknikleri ile birleştirilebilir. Böylece, dinamik ışık saçılımı mikroskop araştırma alanları geniş bir yelpazede için güçlü bir araç olduğunu düşünüyoruz.

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

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

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

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

Bir polistiren lateks süspansiyon için saçılan ışık yoğunluğunun zaman korelasyon fonksiyonları (partikül çapı: 50 nm), Şekil 2 &#39;de gösterildiği gibi, farklı odak noktalarında ölçülmüştür (a) dır. Bu korelasyon fonksiyonları Ters Laplace dönüşümü ile hidrodinamik yarıçapı dağılımı fonksiyonları dönüştürülmüştür (bakınız Şekil 2 (b) ve (c)). Aynı prosedür kullanılarak, PNIPA çözeltisi hidrodinamik yarıçapının zaman korelasyon fonksiyonları ve dağılım fonksiyonları sırasıyla 25 ° C&#39;de elde edildi ve 35 ° C idi. Şekil 3 (a) ve (b) dağınık ışık yoğunluğunun zaman korelasyon fonksiyonlarını yukarıda PNIPA aşağıdaki çözeltisi (25 ° C) ve (35 ° C) LCST&#39;nin karşılık gelen boyutu dağılımı fonksiyonları gösterir. boyut dağılım fonksiyonları takip Ters Laplace dönüşümü ile elde edilmiştirKısmi Heterodyne düzeltilmesi. LCST&#39;nin altında ortalama hidrodinamik çapı polimer çözeltileri için tipik olan nanometre onlarca vardır. Bunun aksine, yukarıda belirtilen LCST&#39;nin hidrodinamik çapı yaklaşık 1.0 mm. Bu sonuç, çözüm LCST&#39;nin üzerinde bulanık olduğu gerçeği ile tutarlıdır. Şekil 3&#39;te kırmızı ve mavi çizgiler hemen sonra elde edilen ve çözümden sonra 20 dk sırasıyla bulanık hale PNIPA çözümleri büyüklük dağılımını temsil etmektedir. Şekil 3 (b) açık bir şekilde toplanmasının büyüme gösterir. <img alt="Şekil 1" src="/files/ftp_upload/54885/54885fig1.jpg" /> Şekil dinamik ışık saçılımı mikroskobunun 1. Şemalar. İğne Deliği (PH), ışın ayırıcı (BS), polarize (Pol), ve çığ fotodiyot (AKB). <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54885/54885fig1large.jpg" target="_blank">Görmek için buraya tıklayınız</a>Bu rakamın daha büyük bir versiyonu. <img alt="şekil 2" src="/files/ftp_upload/54885/54885fig2.jpg" /> Polistiren lateks süspansiyon için 2. Temsilcisi sonuçları Şekil. (A) polistiren lateks süspansiyon için dağınık ışık yoğunluğu Zaman korelasyon fonksiyonları. Nominal çapı 50 nm, yoğunluğu 0.1 ila% &#39;dir. Iki gerçekleştirmede farklı saçılma noktaları elde edilmiştir. (B) ters Laplace dönüşümlerinin elde edilen polistiren lateks süspansiyon (c) &#39;e uygun boyut dağılımı işlevleri (a) dır. kırmızı çizgi olan ilk genliği yaklaşık 1.0 kez korelasyon fonksiyonuna karşılık gelir ve mavi çizgi, yaklaşık 0.2 olan bir ilk genlikli karşılık gelir. Yatay eksen kısmi heterodin (PHD) etkisini göz önünde bulundurarak, (b) olmadan ve (c) hesaplandı BIR &lt;&lt;<html> ; 1. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54885/54885fig2large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 3," src="/files/ftp_upload/54885/54885fig3.jpg" /> Şekil, bir PNIPA çözeltisi 3. Örnek sonuçlanır. (A) PNIPA çözümü için dağınık ışık yoğunluğu Zaman korelasyon fonksiyonları. (B) (a) ters Laplace dönüşümlerinin elde PNIPA çözümü için uygun büyüklükte dağılım fonksiyonları. Yatay eksen her veri seti için kısmi heterodyning etkisi dikkate alınarak hesaplandı. siyah çizgi 25 ° C&#39;de elde edilen verileri temsil eder. Kırmızı çizgi çözüm bulanık döndü hemen sonra elde edilen verileri (35 ° C) temsil etmektedir. mavi çizgi kırmızı çizgi bir 20 dk ölçümden sonra elde edilen verileri temsil eder./54885/54885fig3large.jpg &quot;Target =&quot; _ blank &quot;&gt; bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.

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

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

Dinamik ışık saçılım mikroskobu kullanılarak konsantre çözeltiler içindeki parçacık büyüklüğü dağılımının doğrudan ölçümü için bir protokol verilmektedir.

Dinamik ışık saçılımı Mikroskopi Bulanık Çözümleri Tane Büyüklüğü Dağılımının Ölçümü

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

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

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Electrical Engineering

Chemistry

Unit 1

The Laplace Transform

SCIENTISTS IN ACTION

14.0K Görüntüleme.  University of Tokyo.  Dinamik ışık saçılım mikroskobu kullanılarak konsantre çözeltiler içindeki parçacık büyüklüğü dağılımının doğrudan ölçümü için bir protokol verilmektedir. 

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

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

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

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

Kolloidal Probe Nanoscopy kullanarak parçacık-parçacık Etkileşimleri Nicel ve Nitel Sınav

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

Kimya

Dynamic Electrochemical Measurement of Chloride Ions

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

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

Klorür iyonlarının Dinamik Elektrokimyasal Ölçüm

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

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

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

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

NMR ile Gerçek zamanlı enzimatik Reaksiyon Hızı Ölçümleri için çözünme Dinamik Nükleer Polarizasyon Aletler

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

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

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

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

Basit, düşük maliyetli ve Sağlam Sistem Sulu Solutions ile Kimyasal Reaksiyonların tarafından Evolved Hidrojen Sesi Tedbir

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

Fabrication and Testing of Photonic Thermometers

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

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

İmalat ve fotonik termometreler test

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

Nanosponge Tunability in Size and Crosslinking Density

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

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

Nanosponge ayar boyutu ve Crosslinking yoğunluğu

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

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

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

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

DNA Manyetik Parçacık dinamik ve elektroforetik ışık saçılma göre analiz bağlama

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

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

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

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

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

Mikrosıvısal çip Situ Crystal x-ışını kırınım ve in Situ dinamik ışık saçılma seri kristalografisi için için

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

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

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

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

Pil ile yumuşak x-ışını soğurma spektroskopisi ve rezonans esnek olmayan x-ışını saçılması kimyada Elemental duyarlı tespiti

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

Application of Voltage in Dynamic Light Scattering Particle Size Analysis

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

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

Dinamik Işık Saçılma Parçacık Boyut Analizinde Gerilim Uygulaması

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