Bu çalışma, NSF tarafından MCB-1330685 ödülü ile desteklenmiştir. DWM, Cornell Üniversitesi Moleküler Biyofizik Eğitimi Grant&#39;ının kısmi desteğini onayladı (NIH T32GM0082567).

DİKKAT: Lütfen kullanmadan önce ilgili tüm malzeme güvenlik bilgi formlarına (MSDS) başvurun. Uygun kalibre edilmiş gaz kontrol valfleri ve valfleri ve onaylanmış gaz tüpleri de dahil olmak üzere sıkıştırılmış gazları kullanırken lütfen tüm uygun güvenlik yöntemlerini kullanın. Sıvı kriyojenlerle temas şiddetli donma ve nekroza neden olabilir. Sıvı azota karşı geçirimsiz olması gereken uygun kişisel koruyucu ekipmanı (yüz siperi, eldiven, laboratuar ceketi, paçalık pantolon, kapalı ayakkabı) kullanın. Sıvı kriyojenleri kullanırken ayakta kalın ve cihazdan engelsiz bir çıkış yolu oluşturun. Sıkıştırılmış gazlar ve sıvı kriyojenleri kullanırken boğulma tehlikelerine dikkat edin ve yeterli makyaj havası ile iyi havalandırılan bir bölgede çalışın (tuvalet kağıdına veya yüksek hava devir hızı odasına.) 1. Yoğunluk Ölçümleri İçin Sulu Çözeltilerin Hazırlanması NOT: Ağırlıklar hacimden daha yüksek doğrulukla daha kolay ölçülürUmes, çözelti konsantrasyonları w / w birimleri cinsinden ölçülür. Tüm yoğunluklar ve erime veya kaynama sıcaklıkları, ~ 100 kPa&#39;lık bir atmosferik basıncı varsayar. Aşağıdaki adımlar,% 35 a / a gliserol solüsyonunun hazırlanmasını açıklamaktadır. Aynı prosedür, diğer konsantrasyonlar ve çözünen maddeler için de kullanılabilir. <ol><li> Toplam çözünürlük hacmi için arzu edilen son konsantrasyonu elde etmek için ( örn. ,% 25 w / w ile% 100 w / w arasında) gerekli çözünen kütlenin kabaca hesaplanması, V tot = 10 mL çözelti hacmi . Örneğin,% 35 a / a gliserol solüsyonu ( ρ s = 1.26 g / mL) için, çözünen kütle, m s : <img alt="Denklem" src="/files/ftp_upload/55761/55761eq1.jpg" /> Burada x , çözünen kütle fraksiyonu (0.35) ve ρ w = 1 g / mL suyun yoğunluğudur. </li><li> Tencereye 15 mL santrifüj tüpü (veya hacimce kalibre edilmiş suya geçirimsiz konteynır) yerleştirinAnalitik bir mikro dengesizlik. İstenen katı / kriyoprotektan kütlesini ( örneğin ,% 35 w / w&#39;lik bir solüsyon için 3.77 g gliserol) tübün içine boşaltın ve gerçek katı kütlesini kaydedin. </li><li> Toplam saflığı 10.0 g&#39;a çıkarmak için yüksek saflıkta (&gt; 18 MΩ) deiyonize su ekleyin </li><li> Çözelti optik olarak homojen olana kadar kap 30saat (sıvı çözeltiler için) veya 5 dakika (katı çözeltiler için) vorteksleyin. </li><li> Çözümün son kütlesini ölçün ve kaydedin. Kabı hava geçirmez bir kapak ile sızdırmaz tutun ve sabit sıcaklıkta (293-298 K) saklayın. </li></ol> 2. Numune Soğutma Odası&#39;nın Hazırlanması <ol><li> Aşağıda açıklanan deney cihazını bir muhafaza içine yerleştirin ve kuru hava (&gt;% 5 bağıl nem (rh)) muhafaza içine akın. NOT: Muhafaza, üst ve üç tarafı şeffaf plastik tabaka ile mühürlenmiş basit bir metal çerçeve ve dördüncü tarafı esnek plastik tabaka ile kaplanmış deney erişimi ile olabilir. GiyinmekDeneyci tarafından getirilen nemi en aza indirgemek için yüz kalkanları ve tam gövde kaplaması. Nem yoğuşması ve buz oluşumu, kriyojenik sıcaklık yoğunluğu ölçümlerine çeşitli şekillerde müdahale edebilir ve bu nedenle en aza indirgenmelidir. </li><li> Dewar şişesini hasardan korumak için 4.5 L cam Dewar şişesinin altına neopren kauçuk bir disk koyun. </li><li> Kauçuk disk üzerine oturana kadar şişeye dikkatle yüksek ısı iletken bakır hazne (tıkalı bir tabandan içi boş bir silindir) yerleştirin. Odacık merkezden dışarıya çıkıntı yapan dikmeleri Dewar duvarlarına ayarlayın, böylece odanın ortalanması ve kayma eğilimi olmaz. NOT: Dewar şişesi sıvı azotu tutacak ve daha küçük hacimli bakır bölmesi sıvı bir N2-Ar karışımı tutacaktır. Sıvı azot, bakır haznesini ve içeriğini 77 K&#39;lık sabit bir sıcaklıkta tutan bir termal banyo sağlar ve haznedeki kaynama ve buharlaşma kayıplarını azaltır. Oda &amp; #39 küçük çapı yüzme dalgalarını bastırır ve bu da yüzdürme ölçümlerine müdahale edebilir ve bölmedeki sıvının cihazın herhangi bir yerinde oluşan don ve buzdan uzaklaşmasına yardımcı olur. </li><li> Yaklaşık 2 L / dak akan kuru N2 gazı ile bir gaz borusunun çıkışını bakır haznesinin altına yerleştirin ve nemli havayı boşaltın. </li><li> Sıvı azotu yavaşça bakır haznesinin dışındaki Dewar şişesine boşaltıp nitrojen kaynaması için zaman bırakın. NOT: Kaynama bittikten sonra son dolum seviyesi bakır haznesinin üstünden yaklaşık 4 cm uzaklıkta olmalıdır. </li><li> Dewar şişesinin dış kısmını halkalı bir köpük yalıtımlı kapakla örtün. Kuru N 2 gaz boşaltma tüpünü bakır haznesinden çıkartın ve kapağın eşleşen bir deliğine sokun. NOT: Dewar şişesinde ve kaynatma akışındaki kaynama noktasındaki N2 gazı kombinasyonu, herhangi bir nemli havayı dışarı atar ve yoğunlaşmasına ve kristalleşmesine engel olur.N soğuk yüzeyler. </li><li> Bakır haznesine yavaşça sıvı azot dökün. Kaynama bittikten sonra son dolum seviyesi, bakır haznesinin üstünden yaklaşık 4 cm uzaklıkta olmalıdır. </li><li> Kriyojenik sıvılar üzerindeki gaz alanlarında hafif bir N2 gazı basıncına maruz bırakarak, orta deliğin veya havalandırma deliğinin üzerine ince, optik olarak şeffaf bir plastik tabaka yerleştirin ve N2 gaz akış oranını ~ 0.2 L / dk&#39;ya düşürün. NOT: Dewar ve odacıkta kriyojenik sıvılar mevcut olduğu sürece, bu aşırı basıncı korumak ve nemin Dewar&#39;a ve şekillendirme buzuna girmesini önlemek için N2 gaz akışını ayarlamaya devam edin. </li></ol> 3. T = 298 K ve T = 77 K&#39;de Test Kütlesinin Hacim ve Yoğunluğunun Belirlenmesi <ol><li> T = 298 K havadaki ~ 1 g, ~ 0.4 mL PTFE test kütlesinin ( Malzeme Tablosu ) görünür kütlesini tencereye yerleştirerek belirleyinizKalibre edilmiş bir analitik mikro denge. </li><li> Bir gaz piknometre kullanarak T = 298 K&#39;de test kütlesinin V (298 K) hacmini veya pergelleri kullanarak boyutsal ölçümleri belirleyin. Boyut ölçümleri kullanılıyorsa, test kütlesi basit, kesin bir şekle sahip olmalıdır (şeritler veya yuvarlak köşeler yok) ve delik hacmi (asma hattı için) belirlenmelidir. </li><li> Hava ile uygulanan yüzen kuvvetin ölçülen görünür kütlesini aşağıdakilere göre düzelterek test kütlesinin kütlesini hesaplayınız: <img alt="Denklem" src="/files/ftp_upload/55761/55761eq2.jpg" /> Burada ρ air = 1.23 g / L (~% 0.1 düzeltme). </li><li> Mikro dengeyi, Dewar şişesinin kabaca 10 cm üzerinde sabit bir platforma yerleştirin ve kalibrasyonunu doğrulayın. Mikro dengenin altındaki kancadan (kitle ölçümleri asmak için tasarlanmış) ve boğazdan tutturulmuş 2 mil (50 μm) monofilament hattı kullanarak test kütlesini askıya alınızTest kütlesinde bir delik var. Havadaki görünür kütlesi belirleyin ve adım 3.3&#39;te ölçülen ile karşılaştırarak hattın kütlesi için gerektiği gibi düzeltin. </li><li> T = 77 K&#39;de test kütlesinin V (77 K) hacmini LN2&#39;deki saf sıvı azot, m uygulamasındaki görünür kütlesini ölçerek belirleyin. Test kütlesini, tamamen suya batıncaya kadar bakır bölmesindeki sıvı nitrojene indirin. Kaynama sona erdiğinde görünür kütlesi ölçün. NOT: Bakır haznesindeki sıvı azot durgun ise ve mikro denge ile sıvı yüzeyi arasındaki hava akımları az ise, bu kütle ± 0.0002 g doğruluğundan daha büyük ölçülebilir. </li><li> Hattın batık kısmı üzerindeki çekme kuvvetini tahmin edin ve ölçüm hatalarıyla karşılaştırıldığında küçük olduğunu doğrulayın. </li><li> 77 K&#39;de bilinen kütle m ve 77 K&#39;de LN2&#39;de ölçülen görünür kütle kullanılarak test kütlesinin hacmini ve yoğunluğunu hesaplayın, m app iN LN2, aşağıdakilere göre: <img alt="Denklem" src="/files/ftp_upload/55761/55761eq3.jpg" /> Burada ρ LN2 ( (77 K) = 0.807 g / mL&#39;dir. </li></ol> 4. Başlangıç ​​Sıvı N 2 -Ar Karışımının Hazırlanması <ol><li> Yaklaşık 2 L / dk&#39;lık bir akış hızında, sargılı bir tüp aracılığıyla çıkışa akan gaz. Bobinli boruyu, sıvı azot seviyesinin hemen üstünde ve Dewar&#39;ın üst yüzeyinin altındaki bakır haznesinin konumunu dengeleyen üst dikmelerin üzerine yerleştirin. Soğuk N 2 ve Ar gazı kriyojenik sıvıların üzerine çıkacak ve ısı iletimi, konveksiyon ve radyasyon boruları ve içindeki Ar gazı soğutacaktır. </li><li> Sargı tüpünü 5 dakika soğumaya bıraktıktan sonra, tüpün çıkışını sıvı azot yüzeyinin en az 10 cm altındaki bakır bölmesine yerleştirin. Daha sonra Dewar&#39;ı dairesel kapak ve şeffaf tabaka ile örtün. </li><li> Ar kabarcıkları yükselene kadar Ar akış oranını ayarlayınBoru çıkışından sıvı azotun üst yüzeyine kadar uzanır. Ardından, çıkıştaki kabarcıklar oluşana kadar akış oranını düşürünüz, ancak sıvı azot yüzeyi kırılmadan önce çözülür veya sıvılaşır. NOT: Bakır haznesindeki Ar konsantrasyonu arttıkça, kabarcık oluşumunu korumak için ar akış oranını periyodik olarak ayarlayın. Ar akış hızı çok düşükse, Ar tüp içinde donabilir ve akışını engelleyebilir. </li><li> Çevredeki Dewar&#39;daki seviyesini korumak için gerektiğinde sıvı azot ekleyin. Soğuk yüzeylerde biriken buzu alın. </li><li> İnce bir izolasyon çubuğuna bakır folyoya ince bir ( örneğin 35 mikron) dairesel bakır levha takarak ve periyodik bir şekilde yavaşça yukarı ve aşağı hareket ettirerek sıvıyı periyodik olarak karıştırın. Bu, konsantrasyon değişimlerini ve Ar&#39;ın çözeltiden kristalleşme eğilimini azaltacaktır. </li></ol> 5. Başlangıçtaki N2-Ar Karışımının Yoğunluğunun Ölçülmesi ve AyarlanmasıTure <ol><li> Ölçülecek olan numunenin T = 77 K yoğunluğunu, örn ., Numunenin sulu olmayan bileşeninin daha yüksek konsantrasyonlarındaki ölçümleri tahmin ederek N 2 -Ar karışımı için hedef yoğunluğunu hesaplayın. </li><li> Monofilament çizgisini kullanarak test kütlesini mikrobalans ölçme kabının alt kısmındaki kancaya takın, havadaki görünür kütlesini ölçün ve adım 3.1&#39;deki ölçümle anlaşmayı onaylayın. </li><li> Adım 4.5&#39;te olduğu gibi konsantrasyon ve yoğunluk gradyentlerini ortadan kaldırmak için N 2 -Ar solüsyonunu karıştırın. </li><li> Test kütlesini bakır haznesinin dışındaki sıvı azota indirgeyerek T = 77 K&#39;ye önceden soğutun. Test kütlesini azot azot gazının üstündeki sıvı azot tabakasına yükseltin, kalan sıvı azotun test kütlesinin buharlaşmasını bekleyin ve daha sonra soğuk, kuru test kütlesi N 2 -Ar karışımına tamamen suya batıncaya kadar indirin ve Sıvı yüzeyden 2 cm içeride. </li><li&gt; Herhangi bir kaynama ve yüzey dalgalanması kaybolduktan sonra, test kütlesinin belirgin kütlesini ölçün. 3.7 adımındaki gerçek kütlesi m ve T = 77 K hacim V (77K) kullanarak çözelti yoğunluğunu aşağıdaki şekilde hesaplayın: <img alt="Denklem" src="/files/ftp_upload/55761/55761eq4.jpg" /></li><li> İstenen başlangıç ​​yoğunluğu elde edilinceye kadar ilave Ar akılarak çözelti yoğunluğunu arttırın. Bu lavabo numuneleri kolayca kaybedilebilir, bu nedenle başlangıç ​​yoğunluğu beklenen numune yoğunluğundan en azından birkaç yüzde daha yüksek olmalıdır. Numune daha sonra takip etmeyi kolaylaştıran yüzer ve N 2 -Ar karışım yoğunluğunun yalnızca sıvı N 2 ilavesiyle aşağı doğru ayarlanması gerekir. </li><li> Ar ön soğutma sargılı tüpü çıkarın ve bir dahaki kullanımdan önce sıcak ve kuru olmasına izin verin. </li></ol> 6. Numune Solüsyonunun Soğutma Damlaları <ol><li> Dağıtım ve soğutmayı bırakmadan hemen önce adım 1.5 ila mi&#39;yi tekrarlayınX azot / argon kriyojenik sıvı. Kabarcıklar vermemeye dikkat edin. </li><li> Numune tüpünün hava geçirmez kapağını çıkartın. Temiz 1 mL&#39;lik bir şırınga kullanarak, 1 mL&#39;ye kadar çözelti çıkarıp kapağı değiştirin. 27 ila 33 G iğneyi şırınga üzerine takın ve havayı ve önceki dağıtmadan kaynaklanan kalıntıları dışarı atmak için iğne ile küçük bir miktarda numune itin. </li><li> N 2 -Ar karışımına numune damlalarını yansıtmak için iki yöntem kullanılabilir. <ol><li> Mütevazı soğutma hızlarıyla vitrifiye edilebilen büyük sulu olmayan bileşen konsantrasyonlarına (&gt;% 45 w / w) sahip örnekler için şırıngaya hafifçe hafifçe basarak küçük (250 μm ila 1 mm) çap, ~ 10 nL ila 1 uL damla Yüzey gerilimi ile iğne ucundan asılı durur. Ayırmak ve damlayı sıvı N 2 -Ar karışımına doğru yansıtmak için iğneye hafifçe vurun. </li><li> Vitrifikasyon için daha hızlı soğutma gerektiren numuneler için bir vakum jeneratöre bağlı bir gaz tüpünün çıkışını yerleştirinVeya (laboratuvar basınçlı hava ile tedarik edilen) sıvı N2-Ar karışımının üzerindeki gaz alanına yerleştirin ve oluşturan soğuk gaz tabakasını hafifçe emer. Bu küçük numuneler için soğutma oranlarını arttırır 11 . <ol><li> Küçük bir hacim (&lt;10 nL, damla çapı &lt;200 μm) olan numuneyi dağıtmak için iğne ucunu dikkatli bir şekilde 25-75 μm kalınlığında berrak bir polimer şeridine dokundurun. NOT: En küçük, en küresel, en kolay şekilde çıkarılan damlaları elde etmek için şeridi 10 dakika boyunca hidrofobik bir kaplama çözeltisi içine batırın ve örnek vermeden önce kurumaya bırakın. </li><li> Şeridi, ekli bir plastik veya tahta çubuk kullanarak tutun ve çubuğu artı şeridi sıvı N 2 -Ar karışımına elle daldırın. </li><li> Damla sertleştikten ve kaynama durduktan sonra cımbız kullanarak çubuğun karşısındaki şerit kenarını tutun. Şeridi, numune damlası çıkıp sörf yapmaya yüzene kadar sıvı N 2 -Ar&#39;e batırarak tutunace. </li></ol></li></ol></li></ol> 7. Numune Devletinin Değerlendirilmesi <ol><li> Uzun bir çalışma mesafesi (5-10 cm) binoküler mikroskop ve bir LED veya fiber optik aydınlatıcıdan gelen parlak, serin aydınlatma kullanarak suyun sıvı N2-Ar&#39;e batırılmış halde dikkatlice inceleyin. Vitrifiye damlacıklar açık, 12 , 13 görünmelidir. Bulanık veya bulutlu (muhtemelen birden fazla faz içeren) ve / veya çatlaklar dahil olmak üzere optik kusurları (ortalama yoğunluğu değiştiren boşluklarla ilişkili olabilir) gösteren damlaları reddet. NOT: Siyah bir arka plan sağlamak için bakır haznesinin iç yüzeyinin boyanması numune kusurlarının tanımlanmasını kolaylaştırabilir. </li></ol> 8. Numunenin Yoğunluğunun Belirlenmesi <ol><li> Dağıtılmış damla başlangıçta N 2 -Ar karışımında yüzer, batacak veya nadiren yüzen olacaktır (nadiren).Yüzen damlalar bazen yüzey gerilimi, küçük kabarcıklar veya yapışmış buz parçacıkları tarafından engellenebilir. Tüm düşme yüzeyini mikroskopta muayene edin. Damlasını, küçük (2-3 mm çapında, 10 cm uzunluğunda) önceden soğutulmuş bir plastik veya ahşap çubuk kullanarak sıvı yüzeyden aşağıya yerleştirin ve tepki gözlemleyin. </li><li> Damla batarysa damla damla nötr olarak yüzen veya yüzen hale gelene kadar adım 4&#39;teki prosedürü kullanarak sıvı N2-Ar yoğunluğunu arttırın. </li><li> Düşme yüzerse, 1.8 mL cryovial kullanarak sıvı azot ekleyerek sıvı N2-Ar yoğunluğunu azaltın. Başlangıç ​​karışım yoğunlukları (1.2-1.3 g / mL) büyük olduğunda, N2&#39;yi 1 mL&#39;lik artışlarla eklemek önemli yoğunluk değişiklikleri sağlar, ancak düşük yoğunluklarda (0.8-0.9 g / mL) 5 mL&#39;ye doğru arttırılmalıdır. Bakır haznesinde ince delikli bakır folyo tabakasını yukarı-aşağı kullanarak nazikçe N2-Ar&#39;ı karıştırın (numune damlasını kaybetmemek için). </li><li> Her N2 eklemesinden sonra, Kaygan düşümü sıvıya doğru yavaşça yerinden oynatmak için önceden soğutulmuş küçük bir çubuk kullanın ve yüzeyine dönerken hızını izleyin. </li><li> Çözelti yoğunluğu, düşmenin nötr olarak yüzmesine veya çok yavaş yükselmesine neden olacak şekilde ayarlandığında (&lt;50 μm / s, ~ 50 pL&#39;ye kadar olan hacimlerde damlalar için ~% 0.1 veya daha iyi yoğunluk doğruluğunu garanti eder), N 2 - Ar karışım yoğunluğu adım 5&#39;te anlatıldığı gibi ekleyin. Daha sonra ilk damla yavaşça batmaya başlayana kadar ilave sıvı N2 ilave edin ve N2-Ar karışım yoğunluğunu tekrar ölçün. Bu iki ölçüm düşme yoğunluğunu sınırlar. </li></ol>

<ol>
	<li>Fahy, G. M., Wowk, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Principles+of+Cryopreservation+by+Vitrification.">Principles of Cryopreservation by Vitrification.</a> Cryopreservation and Freeze-Drying Protocols. , 21-82 (2015).</li><li>Nagy, Z. P., Nel-Themaat, L., Chang, C. -. C., Shapiro, D. B., Berna, D. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cryopreservation+of+eggs.">Cryopreservation of eggs.</a> Human Fertility: Methods and Protocols. , 439-454 (2014).</li><li>Kriminski, S., Caylor, C. L., Nonato, M. C., Finkelstein, K. D., Thorne, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flash+cooling+and+annealing+of+protein+crystals.">Flash cooling and annealing of protein crystals.</a> Acta Cryst Sect D. 58 (3), 459-471 (2002).</li><li>Juers, D. H., Matthews, B. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reversible+lattice+repacking+illustrates+the+temperature+dependence+of+macromolecular+interactions.">Reversible lattice repacking illustrates the temperature dependence of macromolecular interactions.</a> J Mol Biol. 311 (4), 851-862 (2001).</li><li>Juers, D. H., Matthews, B. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cryo-cooling+in+macromolecular+crystallography:+advantages,+disadvantages+and+optimization.">Cryo-cooling in macromolecular crystallography: advantages, disadvantages and optimization.</a> Q Rev Biophys. 37 (2), 105-119 (2004).</li><li>Alcorn, T., Juers, D. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Progress+in+rational+methods+of+cryoprotection+in+macromolecular+crystallography.">Progress in rational methods of cryoprotection in macromolecular crystallography.</a> Acta Cryst Sect D. 66 (4), 366-373 (2010).</li><li>Warkentin, M., Sethna, J., Thorne, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Critical+Droplet+Theory+Explains+the+Glass+Formability+of+Aqueous+Solutions.">Critical Droplet Theory Explains the Glass Formability of Aqueous Solutions.</a> Phys Rev Lett. 110 (1), 15703 (2013).</li><li>Kriminski, S., Kazmierczak, M., Thorne, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Heat+transfer+from+protein+crystals:+implications+for+flash-cooling+and+X-ray+beam+heating.">Heat transfer from protein crystals: implications for flash-cooling and X-ray beam heating.</a> Acta Cryst Sect D. 59 (4), 697-708 (2003).</li><li>Loerting, T., Bauer, M., Kohl, I., Watschinger, K., Winkel, K., Mayer, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cryoflotation:+Densities+of+amorphous+and+crystalline+ices.">Cryoflotation: Densities of amorphous and crystalline ices.</a> J Phys Chem B. 115 (48), 14167-14175 (2011).</li><li>Shen, C., Julius, E. F., Tyree, T. J., Moreau, D. W., Thorne, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermal+contraction+of+aqueous+glycerol+and+ethylene+glycol+solutions+for+optimized+protein-crystal+cryoprotection+Thermal+contraction+of+aqueous+glycerol+and+ethylene+glycol+solutions+for+optimized+protein-crystal+cryoprotection.">Thermal contraction of aqueous glycerol and ethylene glycol solutions for optimized protein-crystal cryoprotection Thermal contraction of aqueous glycerol and ethylene glycol solutions for optimized protein-crystal cryoprotection.</a> Acta Cryst Sect D. 72 (6), 742-752 (2016).</li><li>Warkentin, M., Berejnov, V., Husseini, N. S., Thorne, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hyperquenching+for+protein+cryocrystallography.">Hyperquenching for protein cryocrystallography.</a> J Appl Cryst. 39 (6), 805-811 (2006).</li><li>McFerrin, M. B., Snell, E. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+development+and+application+of+a+method+to+quantify+the+quality+of+cryoprotectant+solutions+using+standard+area-detector+X-ray+images.">The development and application of a method to quantify the quality of cryoprotectant solutions using standard area-detector X-ray images.</a> J Appl Cryst. 35 (5), 538-545 (2002).</li><li>Chinte, U., Shah, B., DeWitt, K., Kirschbaum, K., Pinkerton, A. A., Schall, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sample+size:+An+important+parameter+in+flash-cooling+macromolecular+crystallization+solutions.">Sample size: An important parameter in flash-cooling macromolecular crystallization solutions.</a> J. Appl. Cryst. 38 (3), 412-419 (2005).</li><li>Bosart, L. W., Snoddy, A. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Specific+gravity+of+glycerol.">Specific gravity of glycerol.</a> Ind Eng Chem. 20 (12), 1377-1379 (1928).</li><li>Rodrigues, M., Francesconi, A. Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+study+of+the+excess+molar+volumes+of+binary+and+ternary+mixtures+containing+water+++(1,2-ethanediol,+or+1,2-propanediol,+or+1,3-propanediol,+or+1,2-butanediol)+++(1-n-butyl-3-methylimidazolium+bromide)+at+298.15+K+and+atmospheric+pressure.">Experimental study of the excess molar volumes of binary and ternary mixtures containing water + (1,2-ethanediol, or 1,2-propanediol, or 1,3-propanediol, or 1,2-butanediol) + (1-n-butyl-3-methylimidazolium bromide) at 298.15 K and atmospheric pressure.</a> J Solution Chem. 40 (11), 1863-1873 (2011).</li><li>Berejnov, V., Husseini, N. S., Alsaied, O. A., Thorne, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+cryoprotectant+concentration+and+cooling+rate+on+vitrification+of+aqueous+solutions.">Effects of cryoprotectant concentration and cooling rate on vitrification of aqueous solutions.</a> J Appl Cryst. 39 (2), 244-251 (2006).</li><li>Meisburger, S. P., Warkentin, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Breaking+the+Radiation+Damage+Limit+with+Cryo-SAXS.">Breaking the Radiation Damage Limit with Cryo-SAXS.</a> Biophys J. 104 (1), 227-236 (2013).</li></ol>

Yazarların açıklayacak bir şeyi yok.

Öncelikle alet yapım araçlarına ve makinelere sınırlı erişimi olan lisans öğrencileri tarafından geliştirilen mevcut cihaz ve yöntemler, 50 pL kadar küçük bireysel sıvı damlaları için son derece hassas yoğunluk ölçümleri sunar. Küçük soğutma hızlarının vitrifiye numuneleri elde etmek için yeterli olduğu konsantrasyon aralığının% 50&#39;den yakınında ve yoğunluğunda, yoğunluklar, toplu numuneler üzerindeki daha önceki ölçümlerde elde edilen konsantrasyonlarla aynıdır. Mevc...

Su ve sulu karışımların çeşitli evrelerindeki fiziksel özellikleri büyük önem taşımaktadır ve biyolojik sistemlerin in vivo ve in vitro anlaşılmasında önemlidir. Çağdaş kriyobiyoloji ve biyolojik kriyoprezervasyonda, sulu kriyoprotektan karışımlarının vitröz veya amorf fazları, 1 , 2&#39;ye özel ilgi gösterir. Nükleasyon ve buz kristallerinin büyümesi, hücre ve dokuları bozabilir ve protein denatürasyonunu ve toplanmasını destekleyebilir; bu nedenle, çözücüyü vitrifiye eden kriyoprezervasyon protokolleri gittikçe daha popüler hale geldi. Biyomoleküler kristalografide, biyomoleküller arasındaki kanallardaki çözücünün kristalleştirilmesi, kristal kafesleri bozarak kırınım özelliklerini düşürür. Vitrifikasyon, hızlı soğutma, dehidrasyon ve gliserol, etilen glikol, polietilen glikoller (PEG&#39;ler) gibi kriyoprotektif solütlerin eklenmesiyle sağlanır;Alkoller ve tuzlar. Vitrifikasyon buz kristalleşmesini ve büyümesini sınırlar, ancak soğutma ile ilgili tüm numune hasarını ortadan kaldırmaz. Örneğin, kristal mozaikliği (kristal düzlem yönelimlerinin dağılım ölçütü), protein kristalleri vitrifiye hale getirildiğinde rutin olarak 10&#39;dan 100&#39;e artar ve vitrifiye sperm hücreleri ve oositlerin çözülme sonrası sağkalım oranları değişir . Bir hasar mekanizması soğutma sırasında çözücünün ve çevredeki maddenin diferansiyel daralmasıdır ( 3 , 4 , 5) . Bir kristal, hücre veya dokudaki denge çözücüsü ve çözünen madde konsantrasyonları sıcaklığa bağlıdır ve çözücü artı çözünen madde ve çevreleyen malzeme farklı miktarlarda küçülebilir. Hızlı soğutma, çözülmeyi önleyebilir ve vitrifikasyondan önce yeniden dağıtılabilir ve diferansiyel kontratları<html> Üzerinde, örnek hasarına neden olan büyük, homojen olmayan dengesizlik streslerine neden olabilir. Dolayısıyla, soğutmadan kaynaklı hasarın azaltılmasına yönelik akılcı yaklaşımlar, sıvı ve vitrifiye sulu karışımların sıcaklığa bağlı yoğunluklarının bilgisinden yararlanabilir. Çözeltinin ağırlığına göre ağırlıkça% 50&#39;nin üzerinde olan çözünen konsantrasyonlarda (w / w), çoğu sulu kriyoprotektan karışımı 10 K / s veya daha düşük mütevazi soğutma hızlarıyla vitrifiye edilebilir ve büyük vitröz numuneleri 6 kullanarak yoğunluk ölçümleri yapılabilir. Yoğunluk daha sonra azot gibi bir sıvı kriyojen içine asıldığı zaman numunenin görünür ağırlığını ölçerek Archimedes&#39;in prensibi kullanılarak tespit edilebilir. Bununla birlikte, çözünen madde konsantrasyonu düştükçe, vitrifikasyon için gerekli soğutma hızları hızla artar: Sulu gliserol karışımları için soğutma oranları, g cinsinden çözünmüş haldeki çözeltinin ağırlığının% 50&#39;sinde &lt;10 K / s&#39;den mL&#39;nin (w / v) çözeltinin hacminin&gt; 1000&#39;e yükselir K / s% 25 w / v&#39;deAss = &quot;xref&quot;&gt; 7. Isı transferi sınır katmanıyla sınırlı hale gelir, böylece daha büyük soğutma hızlarına ulaşmak küçük ve küçük numuneler gerektirir 8 . Saf cam suyu ve buz yoğunluğunun ölçülmesi, bir makroskopik (gram kütlesi) numune oluşturmak üzere kriyojenik olarak soğutulmuş bir yüzeye bir vakumda mikrometre çapında (femtoliter hacim) damlalar bırakılarak elde edilmiştir. Bu numunenin yoğunluğu, sıvı nitrojen-argon karışımı içinde kriyoflotlama ile belirlendi, burada kriyojenik sıvının yoğunluğu, numune nötr olarak yüzen hale gelene kadar ayarlandı 9 . Bununla birlikte, daha önceki vitröz faz yoğunluğu ölçümlerinde önemli bir hata kaynağı olan boşluk hacimlerini en aza indirecek şekilde çok sayıda küçük damladan büyük numuneler üretmek önemsiz değildir. Sulu karışımlar için, aerosol haline getirme ve vakumda biriktirme sırasında çözelti bileşenlerinin diferansiyel buharlaştırılması,Birikmiş konsantrasyonlarda önemli belirsizlikler. Kriyoflotasyona dayanan ve 50 pL 10 gibi küçük damlalar kullanarak sulu karışımların doğru yoğunluk tayini için bir yöntem geliştirdik. Bu damlalar, orijinal konsantrasyonlarını koruyarak hızla soğutulabilir ve kriyojenik sıcaklık durumu (vitrifiye veya kristal), X-ışını kırınım ölçümleri ile korele olan basit bir görsel analiz kullanılarak değerlendirilebilir. Bu yöntem, sulu ve sulu olmayan karışımlar için geniş çapta uygulanabilir ve hücreler ( örneğin , gövde ve yumurta), doku numuneleri ve düşük sıcaklık yoğunlukları 0.8 ila 1.4 g / cm2 olan protein kristalleri dahil çeşitli biyolojik örneklere kadar uzatılabilir. ml.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="573">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">centrifuge tube</td>
			<td style="width:71px;">Falcon</td>
			<td style="width:119px;">6029236</td>
			<td style="width:167px;">15 mL conical centrifuge tube</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">glycerol, &#62;99.5%</td>
			<td style="width:71px;">Sigma&#160;</td>
			<td style="width:119px;">G9012-100 mL</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">ethylene glycol, &#62;99.8%</td>
			<td style="width:71px;">Sigma</td>
			<td>324558-100 mL</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">analytical microbalance</td>
			<td style="width:71px;">Mettler</td>
			<td style="width:119px;">AE240</td>
			<td>Analytical balance, 0.01 mg resolution, has hook on bottom for weighing below the balance&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">vortexer</td>
			<td style="width:71px;">Scientific Industries</td>
			<td style="width:119px;">SI-0236</td>
			<td>Vortex-Genie 2</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Apparatus enclosure framing</td>
			<td style="width:71px;">Unistrut&#160;</td>
			<td style="width:119px;">1-5/8&#34; metal framing</td>
			<td>48&#34; wide x 24&#34; deep x 40&#34; tall&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Apparatus enclosure air barrier</td>
			<td style="width:71px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>any clear plastic sheeting</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">neoprene rubber disk</td>
			<td style="width:71px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>4&#34; diameter, 1/8&#34; thick</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">dewar flask</td>
			<td style="width:71px;">Scilogix Dilvac</td>
			<td style="width:119px;">SS333</td>
			<td>4.5 liter dewar flask with steel case and clamp lid</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">copper chamber</td>
			<td style="width:71px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>This fabricated part is comprised of a 1.43&#34; diameter, 0.017&#34; wall thickness copper tube with a solid cylindrical copper base soldered to seal one end.&#160; The copper base is 0.87&#34; tall and the overall chamber height is 7&#34;.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">nitrogen gas</td>
			<td style="width:71px;">Airgas</td>
			<td style="width:119px;">NI HP300</td>
			<td>99.998% pure N2 gas</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">argon gas</td>
			<td style="width:71px;">Airgas</td>
			<td style="width:119px;">AR HP300</td>
			<td>99.998% pure Ar gas</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">rotameter</td>
			<td style="width:71px;">Omega</td>
			<td style="width:119px;">FL3692ST</td>
			<td>2.52 l/min max flow rate</td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:24px;width:216px;">foam insulating lid</td>
			<td style="width:71px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>This part is fabricated from 4 lb/ft3 crosslinked polyethylene foam (supplied by Technifab, 1355 Chester Industrial Parkway, Avon, OH), and has an OD of 2.42&#34;, and ID of 1.52&#34;, and a thickness of 0.79&#34;.&#160;&#160;&#160;&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">PTFE test mass</td>
			<td style="width:71px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>This fabricated part is a 0.246&#34; diameter, 0.580&#34; tall cylinder with a 0.060&#34; diameter hole running perpendicular to and intersecting the cylinder axis ~0.10&#34; from one end.&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">microbalance platform</td>
			<td style="width:71px;">Unistrut</td>
			<td style="width:119px;">1-5/8&#34; metal framing</td>
			<td>11&#34; wide x 24&#34; long x 24&#34; high rectangular frame with an top aluminum sheet containing a hole for the monofilament and hanging test mass</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">2 mil (50 um) monofilament line</td>
			<td style="width:71px;">Berkley</td>
			<td style="width:119px;">NF1502-CM</td>
			<td>Nanofil fishing line</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Argon precooling coil tubing</td>
			<td style="width:71px;">VWR</td>
			<td style="width:119px;">60985-512</td>
			<td>1/8&#34; ID x 1/4&#34; OD PVC tubing</td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:24px;width:216px;">perforated copper foil mixer</td>
			<td style="width:71px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>1.4&#34; diameter,&#160; 35 micron thick copper disk, cut from 1 ounce/ft2 copper sheet and perforated with holes using an awl or other sharp pointed tool.&#160; Insert 1-2 mm diameter rigid thermally insulating (plastic or wood) rod into the center and fix using epoxy as needed.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">syringe</td>
			<td style="width:71px;">BD</td>
			<td style="width:119px;">309628</td>
			<td>1 ml Luer-Lok tip syringe</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">vacuum generator</td>
			<td style="width:71px;">Gast</td>
			<td style="width:119px;">VG-015-00-00</td>
			<td>compressed air venturi single stage vacuum generator</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">hydrophobic coating spray</td>
			<td style="width:71px;">RainX</td>
			<td style="width:119px;">620036</td>
			<td>plastic water repellent</td>
		</tr>
		<tr height="84">
			<td height="84" style="height:84px;width:216px;">long focal length stereo microscope</td>
			<td style="width:71px;">Bausch and Lomb Stereozoom 6</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>0.67-4 x zoom pod with 20x eyepieces, 10 cm working distance&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">LED ring illuminator</td>
			<td style="width:71px;">Amscope</td>
			<td style="width:119px;">LED144S</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">LED spot illuminator</td>
			<td style="width:71px;">Newhouse Lighting</td>
			<td style="width:119px;">NHCLP-LED</td>
			<td>3W LED gooseneck clamp lamp</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">1.8 ml cryo vial</td>
			<td style="width:71px;">Nunc</td>
			<td>V7634-500EA</td>
			<td>Any 1.8 or 2 ml cryovial is adequate</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

measuring the densities of aqueous glasses at cryogenic temperatures

İstenen kriyojenik sıcaklık fazını hazırlamak için sulu karışımların ve hızlı soğutma gerektiren diğer numunelerin camsı faz kriyojenik sıcaklık yoğunluklarının saptanması için bir yöntem gösteriyoruz. Mikro litreden pikolit boyutundaki düşüşler, bir sıvı nitrojen-argon (N2-Ar) karışımı içine projeksiyonla soğutulur. Damlamanın kriyojenik sıcaklık fazı, X-ışını difraksiyon ölçümleri ile korele olan görsel bir test kullanılarak değerlendirilir. Sıvı N2-Ar karışımının yoğunluğu, damla nötr olarak yüzmesine değene kadar N2 veya Ar eklenerek ayarlanır. Bu karışımın yoğunluğu ve dolayısıyla damla, bir test kütlesi ve Arşimet prensibi kullanılarak belirlenir. Damla preparasyonunda uygun önlemle, buzlanma en aza indirgemek için sıvı kriyojen karışımının üstünde gaz yönetimi ve yoğunluk katmanlaşması ve faz ayrımını önlemek için kriyojenik karışımı düzenli olarak karıştırarak yoğunlukları 50 pL kadar küçük damlaların &lt;% 0.5&#39;i doğru olabilirKolayca tespit edilebilir. Sulu kriyoprotektan karışımlarındaki ölçümler, kriyoprotektan hareketi hakkında bilgi verir ve biyolojik kriyoprezervasyonda termal kontraksiyonu eşleştirmeyi kolaylaştırmak için nicel veri sağlar.

Sferik gliserol ve etilen glikol ile kriyoprotektan konsantrasyonunun vitrifiye edilmiş damlaları için T = 77 K&#39;de yoğunluk ölçümleri sırasıyla Şekil 1A ve Şekil 1B&#39;de ve daha önce kullanılarak hesaplanan T = 298 K ve 77 K arasındaki spesifik hacimdeki karşılık gelen değişim Belirlenen T = 298 K yoğunlukları, Şekil 2&#39;de gösterilmektedir. ...

Watch this Scientific Journal Video about Measuring the Densities of Aqueous Glasses at Cryogenic Temperatures at JoVE.com

Measuring the Densities of Aqueous Glasses at Cryogenic Temperatures

Kriyojenik sıcaklıklarda sulu karışımların mikro-piko-litre büyüklüğündeki damlacıklarının camsı faz yoğunluklarını belirlemek için bir protokol tarif edilmiştir.

Kriyojenik Sıcaklıklarda Sulu Camların Yoğunluğunun Ölçülmesi

We demonstrate a method for determining the vitreous phase cryogenic temperature densities of aqueous mixtures, and other samples that require rapid ...

measuring-the-densities-of-aqueous-glasses-at-cryogenic-temperatures

Research

JoVE Journal

Engineering

8.6K Görüntüleme.  Cornell University.  Kriyojenik sıcaklıklarda sulu karışımların mikro-piko-litre büyüklüğündeki damlacıklarının camsı faz yoğunluklarını belirlemek için bir protokol tarif edilmiştir. 

Video: Measuring the Densities of Aqueous Glasses at Cryogenic Temperatures

Angle-resolved Photoemission Spectroscopy At Ultra-low Temperatures

The physical properties of a material are defined by its electronic structure. Electrons in solids are characterized by energy (&omega;) and momentum (k) and the probability to find them in a particular state with given &omega; and k is described by the spectral function A(k, &omega;). This function can be directly measured in an experiment based on the well-known photoelectric effect, for the explanation of which Albert Einstein received the Nobel Prize back in 1921. In the photoelectric effect the light shone on a surface ejects electrons from the material. According to Einstein, energy conservation allows one to determine the energy of an electron inside the sample, provided the energy of the light photon and kinetic energy of the outgoing photoelectron are known. Momentum conservation makes it also possible to estimate k relating it to the momentum of the photoelectron by measuring the angle at which the photoelectron left the surface. The modern version of this technique is called Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy (ARPES) and exploits both conservation laws in order to determine the electronic structure, i.e. energy and momentum of electrons inside the solid. In order to resolve the details crucial for understanding the topical problems of condensed matter physics, three quantities need to be minimized: uncertainty* in photon energy, uncertainty in kinetic energy of photoelectrons and temperature of the sample.
In our approach we combine three recent achievements in the field of synchrotron radiation, surface science and cryogenics. We use synchrotron radiation with tunable photon energy contributing an uncertainty of the order of 1 meV, an electron energy analyzer which detects the kinetic energies with a precision of the order of 1 meV and a He3 cryostat which allows us to keep the temperature of the sample below 1 K. We discuss the exemplary results obtained on single crystals of Sr2RuO4 and some other materials. The electronic structure of this material can be determined with an unprecedented clarity.

The overall goal of this method is to determine the low-energy electronic structure of solids at ultra-low temperatures using Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy with synchrotron radiation.

Ultra-düşük sıcaklıklarda Açı çözüldü Photoemission Spektroskopi

The physical properties of a material are defined by its  electronic structure. Electrons in solids are characterized by energy (&omega;)  and momentum ...

Mühendislik

Synthesis and Microdiffraction at Extreme Pressures and Temperatures

High pressure compounds and polymorphs are investigated for a broad range of purposes such as determine structures and processes of deep planetary interiors, design materials with novel properties, understand the mechanical behavior of materials exposed to very high stresses as in explosions or impacts. Synthesis and structural analysis of materials at extreme conditions of pressure and temperature entails remarkable technical challenges. In the laser heated diamond anvil cell (LH-DAC), very high pressure is generated between the tips of two opposing diamond anvils forced against each other; focused infrared laser beams, shined through the diamonds, allow to reach very high temperatures on samples absorbing the laser radiation. When the LH-DAC is installed in a synchrotron beamline that provides extremely brilliant x-ray radiation, the structure of materials under extreme conditions can be probed in situ. LH-DAC samples, although very small, can show highly variable grain size, phase and chemical composition. In order to obtain the high resolution structural analysis and the most comprehensive characterization of a sample, we collect diffraction data in 2D grids and combine powder, single crystal and multigrain diffraction techniques. Representative results obtained in the synthesis of a new iron oxide, Fe4O5 1 will be shown.

The laser heated diamond anvil cell combined with synchrotron micro-diffraction techniques allows researchers to explore the nature and properties of new phases of matter at extreme pressure and temperature (PT) conditions. Heterogeneous samples can be characterized in situ under high pressure by 2D mapping and combined powder, single-crystal and multigrain diffraction approaches.

Aşırı basınç ve Sıcaklıklarda sentezi ve mikrodifraksiyon

High pressure compounds and polymorphs are investigated for a broad range of purposes such as determine structures and processes of deep planetary ...

Experimental Measurement of Settling Velocity of Spherical Particles in Unconfined and Confined Surfactant-based Shear Thinning Viscoelastic Fluids

An experimental study is performed to measure the terminal settling velocities of spherical particles in surfactant based shear thinning viscoelastic (VES) fluids. The measurements are made for particles settling in unbounded fluids&#160;and fluids between parallel walls. VES fluids over a wide range of rheological properties are prepared and rheologically characterized. The rheological characterization involves steady shear-viscosity and dynamic oscillatory-shear measurements to quantify the viscous and elastic properties respectively. The settling velocities under unbounded conditions are measured in beakers having diameters at least 25x the diameter of particles. For measuring settling velocities between parallel walls, two experimental cells with different wall spacing are constructed. Spherical particles of varying sizes are gently dropped in the fluids and allowed to settle. The process is recorded with a high resolution video camera and the trajectory of the particle is recorded using image analysis software. Terminal settling velocities are calculated from the data.
The impact of elasticity on settling velocity in unbounded fluids is quantified by comparing the experimental settling velocity to the settling velocity calculated by the inelastic drag predictions of Renaud et al.1&#160;Results show that elasticity of fluids can increase or decrease the settling velocity. The magnitude of reduction/increase is a function of the rheological properties of the fluids and properties of particles. Confining walls are observed to cause a retardation effect on settling and the retardation is measured in terms of wall factors.

This paper demonstrates the experimental procedure to measure terminal settling velocities of spherical particles in surfactant-based shear thinning viscoelastic fluids. Fluids over a wide range of rheological properties are prepared and settling velocities are measured for a range of particle sizes in unbounded fluids and fluids between parallel walls.

Sınırlanmamış ve Sınırlı Yüzey Aktif Bazlı Kesme Viskoelastik Sıvılarda Küresel Parçacıkların Yerleşme Hızının Deneysel Ölçümü

An experimental study is performed to measure the terminal settling velocities of spherical particles in surfactant based shear thinning viscoelastic ...

Ambient Method for the Production of an Ionically Gated Carbon Nanotube Common Cathode in Tandem Organic Solar Cells

A method of fabricating organic photovoltaic (OPV) tandems that requires no vacuum processing is presented. These devices are comprised of two solution-processed polymeric cells connected in parallel by a transparent carbon nanotubes (CNT) interlayer. This structure includes improvements in fabrication techniques for tandem OPV devices. First the need for ambient-processed cathodes is considered. The CNT anode in the tandem device is tuned via ionic gating to become a common cathode. Ionic gating employs electric double layer charging to lower the work function of the CNT electrode. Secondly, the difficulty of sequentially stacking tandem layers by solution-processing is addressed. The devices are fabricated via solution and dry-lamination in ambient conditions with parallel processing steps. The method of fabricating the individual polymeric cells, the steps needed to laminate them together with a common CNT cathode, and then provide some representative results are described. These results demonstrate ionic gating of the CNT electrode to create a common cathode and addition of current and efficiency as a result of the lamination procedure.

A method of fabricating, in ambient conditions, organic photovoltaic tandem devices in a parallel configuration is presented. These devices feature an air-processed, semi-transparent, carbon nanotube common cathode.

Tandem Organik Güneş Pilleri bir iyonik Geçitli Karbon Nanotüp Ortak Katot Üretimi için ortam Yöntemi

A method of fabricating organic photovoltaic (OPV) tandems that requires no vacuum processing is presented. These devices are comprised of two ...

A Simple Dewar/Cryostat for Thermally Equilibrating Samples at Known Temperatures for Accurate Cryogenic Luminescence Measurements

The design and operation of a simple liquid nitrogen Dewar/cryostat apparatus based upon a small fused silica optical Dewar, a thermocouple assembly, and a CCD spectrograph are described. The experiments for which this Dewar/cryostat is designed require fast sample loading, fast sample freezing, fast alignment of the sample, accurate and stable sample temperatures, and small size and portability of the Dewar/cryostat cryogenic unit. When coupled with the fast data acquisition rates of the CCD spectrograph, this Dewar/cryostat is capable of supporting cryogenic luminescence spectroscopic measurements on luminescent samples at a series of known, stable temperatures in the 77-300 K range. A temperature-dependent study of the oxygen quenching of luminescence in a rhodium(III) transition metal complex is presented as an example of the type of investigation possible with this Dewar/cryostat. In the context of this apparatus, a stable temperature for cryogenic spectroscopy means a luminescent sample that is thermally equilibrated with either liquid nitrogen or gaseous nitrogen at a known measureable temperature that does not vary (&#916;T &#60; 0.1 K) during the short time scale (~1-10 sec) of the spectroscopic measurement by the CCD. The Dewar/cryostat works by taking advantage of the positive thermal gradient dT/dh that develops above liquid nitrogen level in the Dewar where h is the height of the sample above the liquid nitrogen level. The slow evaporation of the liquid nitrogen results in a slow increase in h over several hours and a consequent slow increase in the sample temperature T over this time period. A quickly acquired luminescence spectrum effectively catches the sample at a constant, thermally equilibrated temperature.

A simple liquid nitrogen Dewar/cryostat apparatus comprised of a small fused silica optical Dewar, a thermocouple, and a charge-coupled device (CCD) spectrograph are described. The experiments for which this Dewar/cryostat is designed require fast sample loading, freezing, and alignment, accurate and stable sample temperatures, and small size/portability.

Doğru Kriyojenik Lüminesans Ölçümleri için bilinen Sıcaklıklarda Isı dengeleyici Örnekleri Basit Dewar / Kriyostat

The design and operation of a simple liquid nitrogen Dewar/cryostat apparatus based upon a small fused silica optical Dewar, a thermocouple assembly, and ...

Design and Evaluation of Smart Glasses for Food Intake and Physical Activity Classification

This study presents a series of protocols of designing and manufacturing a glasses-type wearable device that detects the patterns of temporalis muscle activities during food intake and other physical activities. We fabricated a 3D-printed frame of the glasses and a load cell-integrated printed circuit board (PCB) module inserted in both hinges of the frame. The module was used to acquire the force signals, and transmit them wirelessly. These procedures provide the system with higher mobility, which can be evaluated in practical wearing conditions such as walking and waggling. A performance of the classification is also evaluated by distinguishing the patterns of food intake from those physical activities. A series of algorithms were used to preprocess the signals, generate feature vectors, and recognize the patterns of several featured activities (chewing and winking), and other physical activities (sedentary rest, talking, and walking). The results showed that the average F1 score of the classification among the featured activities was 91.4%. We believe this approach can be potentially useful for automatic and objective monitoring of ingestive behaviors with higher accuracy as practical means to treat ingestive problems.

This study presents a protocol of designing and manufacturing a glasses-type wearable device that detects the patterns of food intake and other featured physical activities using load cells inserted in both hinges of the glasses.

Tasarım ve gıda alımı ve fiziksel aktivite sınıflandırma için akıllı gözlük değerlendirme

This study presents a series of protocols of designing and manufacturing a glasses-type wearable device that detects the patterns of temporalis muscle ...

Processing of Bulk Nanocrystalline Metals at the US Army Research Laboratory

Given their potential for significant property improvements relative to their large grained counterparts, much work has been devoted to the continued development of nanocrystalline metals. Despite these efforts, the transition of these materials from the lab bench to actual applications has been blocked by the inability to produce large scale parts that retain the desired nanocrystalline microstructures. Following the development of a method proven to stabilize the nanosized grain structure to temperatures approaching that of the melting point for the given metal, the US Army Research Laboratory (ARL) has progressed to the next stage in the development of these materials - namely the production of large scale parts suitable for testing and evaluation in a range of relevant test environments. This report provides a broad overview of the ongoing efforts in the processing, characterization, and consolidation of these materials at ARL. In particular, focus is placed on the methodology used for producing the nanocrystalline metal powders, in both small and large-scale amounts, that are at the center of ongoing research efforts.

This paper provides a brief overview of the ongoing efforts at the Army Research Laboratory on the processing of bulk nanocrystalline metals with an emphasis on the methodologies used for the production of the novel metal powders.

ABD ordusu araştırma laboratuvarı toplu Nanocrystalline metallerin işlenmesi

Given their potential for significant property improvements relative to their large grained counterparts, much work has been devoted to the continued ...

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

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

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

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

Ex Situ ve yapısal dönüşümleri in Situ soruşturma yöntemleri: Metalik gözlük kristalleşme olgusu

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

Generation and Control of Electrohydrodynamic Flows in Aqueous Electrolyte Solutions

To drive electrohydrodynamic (EHD) flows in aqueous solutions, the separation of cation and anion transport pathways is essential because a directed electric body force has to be induced by ionic motions in liquid. On the other hand, positive and negative charges attract each other, and electroneutrality is maintained everywhere in equilibrium conditions. Furthermore, an increase in an applied voltage has to be suppressed to avoid water electrolysis, which causes the solutions to become unstable. Usually, EHD flows can be induced in non-aqueous solutions by applying extremely high voltages, such as tens of kV, to inject electrical charges. In this study, two methods are introduced to generate EHD flows induced by electrical charge separations in aqueous solutions, where two liquid phases are separated by an ion-exchange membrane. Due to a difference in the ionic mobility in the membrane, ion concentration polarization is induced between both sides of the membrane. In this study, we demonstrate two methods. (i) The relaxation of ion concentration gradients occurs via a flow channel that penetrates an ion-exchange membrane, where the transport of the slower species in the membrane selectively becomes dominant in the flow channel. This is a driving force to generate an EHD flow in the liquid. (ii) A long waiting time for the diffusion of ions passing through the ion-exchange membrane enables the generation of an ion-dragged flow by externally applying an electric field. Ions concentrated in a flow channel of a 1 x 1 mm2 cross-section determine the direction of the liquid flow, corresponding to the electrophoretic transport pathways. In both methods, the electric voltage difference required for an EHD flow generation is drastically reduced to near 2 V by rectifying the ion transport pathways.

The rectification of ion transport pathways is an effective method to generate one-directional ion-dragged electrohydrodynamic flows. By setting an ion-exchange membrane in a flow channel, an electrically polarized condition is generated and causes a liquid flow to be driven when an electric field is externally applied.

Üretimi ve Electrohydrodynamic kontrolünü akar sulu elektrolit çözümlerinde

To drive electrohydrodynamic (EHD) flows in aqueous solutions, the separation of cation and anion transport pathways is essential because a directed ...

Measurement of Dynamic Force Acted on Water Strider Leg Jumping Upward by the PVDF Film Sensor

This study aimed to make an explanation for the phenomenon in nature that water strider usually jumps or glides on the water surface easily but quickly, with its peak locomotion speed reaching 150 cm/s. First of all, we observed the microstructure and hierarchy of water strider legs using the scanning electron microscope. On the basis of the observed morphology of the legs, a theoretical model of the detachment from water surface was established, which explained water striders' capability to slide on water surface effortlessly in terms of energy reduction. Secondly, a dynamic force measurement system was devised using the PVDF film sensor with excellent sensitivity, which could detect the whole interaction process. Subsequently, a single leg in contact with water was pulled upward at different speeds, and the adhesion force was measured at the same time. The results of the departing experiment suggested a deep understanding of the fast jumping of water striders.

The protocol here is dedicated to investigating the free and quick maneuvering of water strider on water surface. The protocol includes observing the microstructure of legs and measuring the adhesion force when departing from water surface at different speeds.

Su Strider bacak yukarı PVDF Film algılayıcı tarafından atlama üzerinde hareket dinamik güç ölçümü

This study aimed to make an explanation for the phenomenon in nature that water strider usually jumps or glides on the water surface easily but quickly, ...