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. Probenvorbereitung <ol><li> Reinigung von temperaturempfindlichen Monomeren <ol><li> Man löst 20 g N Isopropylacrylamid (NIPA) in 100 ml Toluol. </li><li> Filtern Sie die Lösung unter Staubabsaugung zu beseitigen. </li><li> Mischen Sie das Filtrat mit 500 ml Petrolether. </li><li> Legen Sie das Reaktionsgefäß in einem Eis-Wasser-Bad. </li><li> Rühren Sie die Lösung bis die Monomere gefällt werden (in der Regel 30 min). </li><li> Filtern Sie die Lösung unter Absaugen der ausgefällten Monomere zu erhalten. </li><li> Trocknen Sie die Monomere unter vermindertem Druck (100 Pa) über Nacht. </li></ol></li><li> Vorbereitung des temperaturempfindlichen Polymerlösung <ol><li> Entgasen 20 ml deionisiertem Wasser für 1,0 min eine Membranpumpe verwendet wird. </li><li> Man löst 780,8 mg des gereinigten NIPA in 9,5 ml entgastem und entionisiertem Wasser. </li><li> Legen Sie das Reaktionsgefäß in einem Eis-Wasser-Bad. </li><li> Schirmen Sie die Reaktion vonLicht, das durch die Vorrichtung mit Aluminiumfolie abdecken. </li><li> Rühren Sie die Lösung vorsichtig für 10 min, während eine moderate Fluss von Ar-Gas sanft über einer Pipettenspitze mit einem Rohr an der Gasflasche angebracht einzuführen. </li><li> Hinzufügen 11,9 ul N, N, N &#39;, N&#39; N&#39; - Tetramethylethylendiamin zu der Lösung über eine Mikropipette. </li><li> Rühren Sie die Lösung für 1,0 min unter Einleiten von Ar-Gas, wie es in Schritt 1.2.5 erwähnt. </li><li> Während die Probe gerührt wurde, in 0,5 ml entgastem und entionisiertem Wasser 4,0 mg Ammoniumpersulfat aufzulösen. </li><li> Mischen Sie die Probenlösung (aus Schritt 1.2.7) und Ammoniumpersulfatlösung (aus Schritt 1.2.8). </li><li> Rühren Sie die Lösung für 30 s, während Ar-Gas-Einführung, wie es in Schritt 1.2.5 erwähnt. </li><li> Decken Sie die Lösung mit Aluminiumfolie und halten es in einem Kühlschrank (4 ° C) über Nacht. </li></ol></li><li> Vorbereitung der Probe Halterungen <ol><li> Platzieren 60 &amp; mgr; l der Probenlösung (vonSchritt 1.2.11) in einem Hohlraum Folie. </li><li> Decken Sie die Lösung mit einem kreisförmigen Deckglas. Achten Sie darauf, keine Luftblasen zu stoppen. </li><li> Entfernen Sie überschüssige Lösung mit einer Mikro und Labortücher verwenden. </li><li> Verschließen Sie die Probe mit Klebstoff. Lassen Sie den Kleber trocken bei Raumtemperatur (typischerweise 6 h). </li><li> Bereiten Sie eine andere Folie mit 0,1 Gew% Polystyrol-Latex gefüllt (100-nm Partikeldurchmesser) Suspension durch folgende Schritte an 1.3.1-1.3.4. Diese Folie wird als Standard verwendet. </li></ol></li></ol> 2. Die Partikelgrößenmessung mit einem Dynamic Light Scattering Mikroskop <ol><li> Optimierung des Instruments <ol><li> Legen Sie die Polystyrol-Latex-Suspension Schieber (aus Schritt 1.3.5) auf der Bühne des inversen Mikroskops. Das Deckglas Seite sollte nach unten zeigen. </li><li> Platzieren Sie einen Strahl Dämpfer vor dem Detektor (eine Lawinenphotodiode und einen Autokorrelator). </li><li> Tragen Sie einen Laserstrahl (Festkörperlaser, λ = 488 nm, 30 mW, kontinuierlichewave) zu der Probe durch eine Objektivlinse (10 ×). Ein Teil des reflektierten Lichts geht durch einen Startspiegel des Mikroskops und wird durch eine CCD - Kamera angebracht an der Seitenöffnung des Mikroskops (1) beobachtet. </li><li> Stellen Sie die Höhe der Objektivlinse, um den Brennpunkt in der Probensuspension zu setzen, indem die Höhe der Objektivlinse von der niedrigen bis hohen Position verschieben. Während dieses Vorgangs wird das reflektierte Bild dreimal konzentriert: an der Oberfläche des Deckglases an der Grenzfläche zwischen dem Deckglas und der Probe, und an der Grenzfläche zwischen der Probe und dem Lochglasobjektträger. Stellen Sie den Brennpunkt zwischen dem zweiten und dem dritten Punkt. </li><li> Dämpft die Streulichtintensität von der Laserleistung ändert. </li><li> Einzuführen, um die Streulicht in den Detektor durch den Strahldämpfer vor dem Detektor zu entfernen. Dieses Gerät misst die zeitliche Korrelation der Lichtintensität. </li><li> Legen Sie ein Pinhole (φ = 50 &amp; mgr; m) between das Mikroskop und der Detektor die konfokale Wirkung zu erzielen. Stellen Sie die Position des Pinholes, die Lichtintensität am Detektor zu maximieren. </li><li> Messen der Zeitkorrelationsfunktion der Streulichtintensität für 30 s durch den Betrieb des Korrelators über einen Computer zu initiieren. Die gemessene Korrelationsfunktion wird oft als g (2) (t) ausgedrückt - 1, wobei t die Korrelationszeit 4 und <img alt="Gleichung 1" src="/files/ftp_upload/54885/54885eq1.jpg" /> . Hier I (t) ist die Streulichtintensität zur Zeit t und (•••) T ist Zeitmittelung. Die Abklingzeit wird etwa 0,1 ms betragen. </li><li> Stellen Sie den Brennpunkt ein breites Spektrum für die anfängliche Amplitude der Zeitkorrelationsfunktion zu erhalten (g (2) (t = 0) - 1). HINWEIS: Die anfängliche Amplitude stark von der Menge des reflektierten Lichts beeinflusst wird. Durch den Brennpunkt Schlepptau bewegenard die Schnittstelle zwischen dem Deckglas und der Probe, die Menge des reflektierten Lichts zunimmt. Für starke Licht streuenden Teilchen, wie Polystyrollatex, kann die Anfangsamplitude von 0 bis 1 verändert werden, jedoch ist es schwierig, die Anfangsamplitude nahe 1 für üblichere Polymerlösungen zu setzen, weil die Intensität des reflektierten Lichts wesentlich höher ist als die des gestreuten Lichts. </li><li> Tragen Sie die inverse Laplace - Transformation (mit dem eingeschränkten Regularisierungsprogramm CONTIN 13,14) auf die Funktion erhalten zeitliche Korrelation der Größenverteilungsfunktion zu erwerben. In Fällen, in denen die anfängliche Amplitude auf weniger als 0,2 eingestellt ist, zeigt die Verteilungsfunktion des hydrodynamischen Radius eine scharfe Spitze um 100 nm, die zweimal der tatsächliche Radius ist (siehe die Diskussion für weitere Details). </li></ol></li><li> Probenmessung <ol><li> Stellen Sie die Stufe Temperatur auf 25 ° C. </li><li> Legen Sie eine Folie, hergestellt mit Poly-NIPA (PNIPA) solution (Schritt 1.3.4) auf dem Tisch des Mikroskops. </li><li> Messen Sie die Zeitkorrelationsfunktion der Intensität des gestreuten Lichts durch folgende Schritte an 2.1.4-2.1.8. Wenn die anfängliche Amplitude größer als 0,2 ist, stellen Sie den Brennpunkt der anfänglichen Amplitude der Zeitkorrelationsfunktion zu machen weniger als 0,2 für Schritt 2.1.9 folgen. Eine kleine Anfangsamplitude vereinfacht die Analyse. </li><li> Stellen Sie die Stufe Temperatur auf 35 ° C und warten, bis die Lösung trüb macht. Die untere kritische Lösungstemperatur (LCST) von PNIPA Lösung beträgt 32 ° C 15. </li><li> Messen Sie die Zeitkorrelationsfunktion durch folgende Schritte 2.1.4-2.1.8. Wenn möglich, justieren die Position des Brennpunkts der Anfangsamplitude der Zeitkorrelationsfunktion weniger als 0,2 zu machen. Für trübe Lösungen, ihre anfänglichen Amplituden neigen, da die Intensität des gestreuten Lichtes zunimmt, während der des reflektierten Lichts konstant bleibt. </li><li> Tragen Sie die inverse Laplace transformatian die Zeitkorrelation erhaltenen Funktionen die Größenverteilungsfunktionen zu erhalten. Beachten Sie, dass die tatsächliche Größe, wobei die Ausgangsamplitude kleiner als 0,2 ist die Hälfte der erhaltene Wert in Fällen. </li></ol></li></ol>

<ol>
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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. 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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.

Die anfängliche Amplitude der Zeitkorrelationsfunktion hängt stark von der Brennpunkt, wie in Abbildung 2 (a) gezeigt. Dies widerspricht scheinbar die Tatsache , dass die Lösung homogen ist ( mit Ausnahme der dünnen Schicht an der Grenzfläche) 8. Diese Variation in der Ausgangsamplitude wird in der Menge des reflektierten Lichts auf eine Veränderung zurückzuführen. Teil heterodyne Theorie 16 sagt voraus , daß die Anfangsamplitude, A, die Streulichtintensität, I s, und die reflektierte Lichtintensität I r, die folgende Gleichung erfüllen 1 <img alt="Gleichung 2" src="/files/ftp_upload/54885/54885eq2.jpg" /> Diese Gleichung zeigt , daß , je größer I r wird, wird die kleinere A. Daher wird eine reduziert , indem die Fokusposition auf die Schnittstelle Schliessstellung. Die scheinbare Diffusionskonstante D A caim Falle von monodispersen Lösungen n durch Anpassung der Funktionszeitkorrelation erhalten werden: <img alt="Gleichung 3" src="/files/ftp_upload/54885/54885eq3.jpg" /> woher <img alt="Gleichung 4" src="/files/ftp_upload/54885/54885eq4.jpg" /> . Hierbei ist n der Brechungsindex des Lösungsmittels (Wasser, 1,33), ist θ der Streuwinkel (180 °) und λ die Wellenlänge von Licht (514,5 nm). Da wir Rückstreugeometrie angewendet wird , wird der Wert von q fixiert. Jedoch ist dieser Punkt durch die Verwendung verschiedener Wellenlängen des Lichts gelöst. Bitte beachten Sie, dass jede Art von Dauerstrichlaserquelle vorhanden ist, das DLS Mikroskop zu bauen. Dank der geringen bestrahlten Volumens, der Kohärenzfaktor 17 wird auf mehr als 0,99 sein und ist zu vernachlässigen. Für polydisperse Lösungen wird die Verteilungsfunktion von D A durch die inverse Laplace - Transformation erhalten. Teilüberlagerungs thEory sagt auch voraus , dass D A nicht die gleiche wie die tatsächliche Diffusionskonstante D ist. Diese beiden Diffusionskonstanten die folgende Gleichung erfüllen: <img alt="Gleichung 5" src="/files/ftp_upload/54885/54885eq5.jpg" /> Die konstante Diffusion D wird in den hydrodynamischen Radius R h umgewandelt , um die Einstein-Stokes - Gleichung 4. Wenn A = 1, wird diese Beziehung D A = D. In diesem Fall ist das Datenumwandlungsverfahren das gleiche wie das für die gemeinsame dynamische Lichtstreuung. Die rote Linie in Figur 2 (b) gezeigt , entspricht diesem Fall. Im Gegensatz dazu wird diese Beziehung D A = 0,5 D an der Grenze der A → 0. Daher wird die Größe geschätzt doppelt so groß wie die tatsächliche Größe zu sein , wenn A klein ist (praktisch weniger als 0,2), wie durch die gezeigte blaue Linie von 2 (b) </strong&gt;. Wenn wir wissen , dass eine signifikant klein ist, kann die horizontale Achse verschoben werden, wie in 2 (c) gezeigt. Im Prinzip können wir D A in D für jeden Wert von A zu konvertieren. In der Praxis ist es jedoch besser , die Anfangsamplitude kleiner als 0,2 eingestellt, da die einfache Näherung D A ~ 0,5 D gilt. Die herausragenden Merkmale der dynamischen Lichtstreuung Technik Mikroskop wurden unter Verwendung einer PNIPA Lösung unter Beweis gestellt. Die Konformation von PNIPA unterhalb und oberhalb der LCST wurde 15,18 Neutronenkleinwinkel mit intensiv untersucht Streuung. Im Gegensatz dazu dynamischer Lichtstreuung wurde für die Analyse von PNIPA oberhalb der LCST verwendet wegen seiner Trübung 19 nicht. Dieses Problem wird durch das dynamische Lichtstreuungsmikroskop gelöst, wie in den 3 (a) und (b) gezeigt. Die Größe dieser Aggregate ist mehrere &amp;# 181; m, die durch entweder Kleinwinkelröntgen / Neutronenstreuung oder herkömmlichen Lichtstreuungsverfahren nicht erhalten werden kann. Zeitaufgelöste Messungen mit diesem System geben Informationen über den Aggregationsprozess während der Temperaturänderung. Der Nachteil der dynamischen Streuung Mikroskoplicht wird auch in Figur 3 veranschaulicht. Für das Ergebnis unterhalb der LCST wird die Zeitkorrelationsfunktion durch die sehr kleine Menge an Staub vorhanden ist (die schwarzen Linien in 3) stark beeinflusst. Beispielsweise zerfallen die Zeitkorrelationsfunktion nicht vollständig, auch bei Korrelationszeiten in der Größenordnung von 1,0 s. Dies ist, weil das Volumen mit dieser Vorrichtung bestrahlt (ungefähr 1,0 &amp; mgr; m) deutlich kleiner als die bestrahlt mit der üblichen dynamischen Lichtstreuungsvorrichtung (ca. 100 um). In Fällen, in denen die Intensität des gestreuten Lichtes zu schwach ist, wird das Signal durch das Rauschen verdeckt, wie die durch s verursachtMall Mengen an Staub in der Lösung. Daher sind die drei Spitzen in Abbildung 3 (b) gezeigt haben , kann nicht quantitative Bedeutung , obwohl die allgemeine Ordnung der Größe von Bedeutung ist. Man beachte, dass solch eine schwache Streuer kann durch ein herkömmliches dynamisches Lichtstreuungsvorrichtung gemessen werden. Wir haben gezeigt, dass die dynamische Lichtstreuung Mikroskop ermöglicht es uns, sowohl transparente als auch trübe Proben mit dem gleichen Setup zu messen. Da die optische Weglänge in den Proben kurz ist, kann diese Technik zu stark lichtabsorbierenden Proben angewendet werden, wie beispielsweise Kohlenstoff - Nanoröhrchen - Suspensionen 20. Darüber hinaus aufgrund der hohen räumlichen Auflösung kann diese Technik auf biologische Zellen aufgebracht werden. Für ihre Anwendung in der Biologie kann dieses Verfahren auch mit anderen bildgebenden Verfahren, wie Fluoreszenz und Raman-Bildgebung kombiniert werden. So glauben wir, dass die dynamische Lichtstreuung Mikroskop ein leistungsfähiges Werkzeug für ein breites Spektrum von Forschungsfeldern ist.

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.

Zeitkorrelationsfunktion der Streulichtintensität für eine Polystyrol - Latexsuspension (Partikelradius: 50 nm) wurden bei verschiedenen Brennpunkten gemessen, wie in 2 (a) gezeigt. Diese Korrelationsfunktionen wurden in die Verteilungs umgewandelt Funktionen des hydrodynamischen Radius durch die inverse Laplace - Transformation (siehe Figur 2 (b) und (c)). Nach dem gleichen Verfahren werden die Zeitkorrelationsfunktionen und Verteilungsfunktionen des hydrodynamischen Radius der PNIPA Lösung wurden bei 25 ° C und 35 ° C erhalten wurden. Figuren 3 (a) und (b) zeigen die Zeitkorrelationsfunktion der Streulichtintensität und die entsprechenden Funktionen Verteilungs Größe der PNIPA Lösung unterhalb (25 ° C) und höher (35 ° C) der LCST. Die Größenverteilungsfunktionen wurden durch die inverse Laplace-Transformation durch die gefolgt erhaltenKorrektur des Teil heterodyne. Die durchschnittliche hydrodynamischen Radius unterhalb der LCST ist mehrere zehn Nanometer, die für die Polymerlösungen typisch ist. Im Gegensatz dazu ist der hydrodynamische Radius oberhalb der LCST etwa 1,0 &amp; mgr; m. Dieses Ergebnis ist konsistent mit der Tatsache, dass die Lösung über die LCST trüb wird. Die roten und blauen Linien in Abbildung 3 für die Größenverteilung der PNIPA Lösungen erhalten sofort nach und 20 Minuten nach der Lösung wurde trübe sind. Figur 3 (b) zeigt deutlich das Wachstum der Aggregation. <img alt="Abbildung 1" src="/files/ftp_upload/54885/54885fig1.jpg" /> Abbildung 1. Schema der dynamischen Lichtstreuung Mikroskop. Pinhole (PH), Strahlteiler (BS), einen Polarisator (Pol) und Avalanche-Photodiode (APD). <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54885/54885fig1large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier</a> , <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54885/54885fig1large.jpg" target="_blank">um</a>eine größere Version dieser Figur. <img alt="Figur 2" src="/files/ftp_upload/54885/54885fig2.jpg" /> Abbildung 2. Repräsentative Ergebnisse für einen Polystyrol - Latex - Suspension. (A) Zeitkorrelationsfunktion der Streulichtintensität für die Polystyrol - Latex - Suspension. Der Nennradius beträgt 50 nm und die Konzentration von 0,1 Gew%. Zwei Datensätze wurden aus verschiedenen Streupunkte erhalten. (B), (c) entsprechende Größe Verteilungsfunktionen für die Polystyrol - Latex - Suspension , erhalten durch die inverse Laplace - Transformation von (a). Die rote Linie entspricht der Zeitkorrelationsfunktion, dessen Anfangsamplitude beträgt etwa 1,0, und die blaue Linie entspricht, die mit einer Anfangsamplitude, die etwa 0,2 ist. Die horizontale Achse berechnet wurde ohne (b) und (c) unter Berücksichtigung der Wirkung des partiellen Überlagerung (PHD), wenn A &lt;&lt;<html> ; 1. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54885/54885fig2large.jpg" target="_blank">Bitte hier klicken</a> , um <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54885/54885fig2large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> <img alt="Figur 3" src="/files/ftp_upload/54885/54885fig3.jpg" /> Abbildung 3. Repräsentative Ergebnisse für eine PNIPA Lösung. (A) Zeitkorrelationsfunktionen von Streulichtintensität für die PNIPA Lösung. (B) Entsprechende Größenverteilungsfunktionen für die PNIPA Lösung durch die inverse Laplace - Transformation von (a) erhalten. Die horizontale Achse wurde berechnet, um die Wirkung von Teillagerung für jeden Datensatz unter Berücksichtigung. Die schwarze Linie stellt die bei 25 ° C erhaltenen Daten. Die rote Linie gibt die erhaltenen Daten nur nachdem die Lösung trübe gedreht (35 ° C). Die blaue Linie stellt die erhaltenen Daten nach einer 20-minütigen Messung der roten Linie./54885/54885fig3large.jpg &quot;Target =&quot; _ blank &quot;&gt; Bitte hier klicken, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

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

Ein Protokoll für die direkte Messung der Partikelgrößenverteilung in konzentrierten Lösungen dynamische Lichtstreuung Mikroskopie dargestellt.

Die Messung der Partikelgrößenverteilung in trüber Lösungen durch Dynamic Light Scattering Mikroskopie

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

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Nanyang Technological University

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14.1K Aufrufe.  University of Tokyo.  Ein Protokoll für die direkte Messung der Partikelgrößenverteilung in konzentrierten Lösungen dynamische Lichtstreuung Mikroskopie dargestellt. 

Serie: 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.

Quantitative und qualitative Untersuchung der Partikel-Partikel Wechselwirkungen mit Kolloidales Probe Nanoskopie

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

Forschung

Chemie

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.

Dynamische elektrochemischen Messung von Chlorid-Ionen

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.

Die Auflösung dynamische Kernpolarisation Besetzung für Echtzeit-enzymatische Reaktionsgeschwindigkeit Messungen von NMR

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

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.

Herstellung und Prüfung von photonischen Thermometer

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

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-Magnetpartikel verbindlich Analyse durch dynamische und elektrophoretische Lichtstreuung

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.

Mikrofluidische Chips für In Situ Crystal-Röntgenbeugung und In Situ dynamische Lichtstreuung für serielle Kristallographie

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.

Elementar-Sensitive Detektion der Chemie in Batterien durch weiche Röntgenabsorptionsspektroskopie und resonanten unelastische Röntgenstreuung

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

Photoelectron Imaging of Anions Illustrated by 310 Nm Detachment of F&#8722;

Anion photoelectron imaging is a very efficient method for the study of energy states of bound negative ions, neutral species and interactions of unbound electrons with neutral molecules/atoms. State-of-the-art in vacuo anion generation techniques allow application to a broad range of atomic, molecular, and cluster anion systems. These are separated and selected using time-of-flight mass spectrometry. Electrons are removed by linearly polarized photons (photo detachment) using table-top laser sources which provide ready access to excitation energies from the infra-red to the near ultraviolet. Detecting the photoelectrons with a velocity mapped imaging lens and position sensitive detector means that, in principle, every photoelectron reaches the detector and the detection efficiency is uniform for all kinetic energies. Photoelectron spectra extracted from the images via mathematical reconstruction using an inverse Abel transformation reveal details of the anion internal energy state distribution and the resultant neutral energy states. At low electron kinetic energy, typical resolution is sufficient to reveal energy level differences on the order of a few millielectron-volts, i.e., different vibrational levels for molecular species or spin-orbit splitting in atoms. Photoelectron angular distributions extracted from the inverse Abel transformation represent the signatures of the bound electron orbital, allowing more detailed probing of electronic structure. The spectra and angular distributions also encode details of the interactions between the outgoing electron and the residual neutral species subsequent to excitation. The technique is illustrated by the application to an atomic anion (F&#8722;), but it can also be applied to the measurement of molecular anion spectroscopy, the study of low lying anion resonances (as an alternative to scattering experiments) and femtosecond (fs) time resolved studies of the dynamic evolution of anions.

Here, we present a protocol for photoelectron imaging of anionic species. Anions generated in vacuo and separated by mass spectrometry are probed using velocity mapped photoelectron imaging, providing details of anion and neutral energy levels, anion and neutral structure and the nature of the anion electronic state.

Photoelektronen Bildgebung von Anionen illustriert von 310 Nm Ablösung der F−

Anion photoelectron imaging is a very efficient method for the study of energy states of bound negative ions, neutral species and interactions of unbound ...

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.

Anwendung von Spannung in der dynamischen Lichtstreuung Partikelgrößenanalyse

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

Neutron Crystallography Data Collection and Processing for Modelling Hydrogen Atoms in Protein Structures

Neutron crystallography is a structural technique that allows determination of hydrogen atom positions within biological macromolecules, yielding mechanistically important information about protonation and hydration states while not inducing radiation damage. X-ray diffraction, in contrast, provides only limited information on the position of light atoms and the X-ray beam&#160;rapidly induces radiation damage of photosensitive&#160;cofactors and metal centers. Presented here is the workflow employed for the IMAGINE and MaNDi beamlines at Oak Ridge National Laboratory (ORNL) to obtain a neutron diffraction structure once a protein crystal of suitable size (&#62; 0.1 mm3) has been grown. We demonstrate mounting of hydrogenated protein&#160;crystals in quartz capillaries for neutron diffraction data collection. Also presented is the vapor exchange process of the mounted crystals with D2O-containing buffer to ensure replacement of hydrogen atoms at exchangeable sites with deuterium. The incorporation of deuterium reduces the background arising from the incoherent scattering of hydrogen atoms and prevents density cancellation caused by their negative coherent scattering length. Sample alignment and room temperature data collection strategies are illustrated using quasi-Laue data collection at IMAGINE at the High Flux Isotope Reactor (HFIR). Furthermore, crystal mounting and rapid freezing in liquid nitrogen for cryo-data collection to trap labile reaction intermediates is demonstrated at the MaNDi time-of-flight instrument at the Spallation Neutron Source (SNS). Preparation of the model coordinate and diffraction data files and visualization of the neutron scattering length density (SLD) maps will also be addressed. Structure refinement against neutron data-only or against joint X-ray/neutron data to obtain an all-atom structure of the protein of interest will finally be discussed. The process of determining a neutron structure will be demonstrated using crystals of the lytic polysaccharide monooxygenase Neurospora crassa LPMO9D, a copper-containing metalloprotein involved in the degradation of recalcitrant polysaccharides via oxidative cleavage of the glycosidic bond.

Neutron protein crystallography is a structural technique that permits the localization of hydrogen atoms, thereby providing important mechanistic details of protein function. We present here the workflow for mounting a protein crystal, neutron diffraction data collection, structure refinement and analysis of the neutron scattering length density maps.