Школа силикат 1: Котельниковская средняя общеобразовательная школа №1 имени Героя Советского Союза Л.Д. Чурилова

Кремний очищенный, металлоид.

Поскольку кремний образует цепочки, подобные тем, что образованы углеродом, кремний был изучен как возможный базовый элемент для кремниевых организмов. Однако ограниченное количество атомов кремния, которые могут катенировать, значительно сокращает количество и разнообразие соединений кремния по сравнению с соединениями углерода.Окислительно-восстановительные реакции не являются обратимыми при обычных температурах. В водных системах стабильны только степени окисления кремния 0 и +4.

Кремний, как и углерод, относительно неактивен при обычных температурах; но при нагревании он активно реагирует с галогенами (фтором, хлором, бромом и йодом) с образованием галогенидов и с некоторыми металлами с образованием силицидов. Как и в случае с углеродом, связи в элементарном кремнии достаточно сильны, чтобы требовать больших энергий для активации или ускорения реакции в кислой среде, поэтому на него не действуют кислоты, за исключением фтористоводородной.При нагревании красным кремний подвергается воздействию водяного пара или кислорода, образуя поверхностный слой диоксида кремния. Когда кремний и углерод объединяются при температурах электропечи (2 000–2 600 ° C [3 600–4 700 ° F]), они образуют карбид кремния (карборунд, SiC), который является важным абразивом. С водородом кремний образует серию гидридов, силанов. В сочетании с углеводородными группами кремний образует серию органических соединений кремния.

Известны три стабильных изотопа кремния: кремний-28, который составляет 92.21 процент элемента в природе; кремний-29 4,70%; кремний-30 – 3,09%. Известно пять радиоактивных изотопов.

Элементарный кремний и большинство кремнийсодержащих соединений не токсичны. Действительно, ткани человека часто содержат от 6 до 90 миллиграммов кремнезема (SiO ₂ ) на 100 граммов сухого веса, а многие растения и низшие формы жизни усваивают кремнезем и используют его в своих структурах. Однако вдыхание пыли, содержащей альфа-SiO ₂ , вызывает серьезное заболевание легких, называемое силикозом, которое часто встречается у шахтеров, камнерезов и керамистов, если не используются защитные устройства.

Силикатные минералы: химическая классификация и примеры – стенограмма видео и урока

Силикатные минералы

Итак, мы установили, что силикатные минералы наиболее распространены, и они содержат кремний и кислород. Что еще нам нужно знать о силикатах? Что ж, у всех силикатов есть один и тот же фундаментальный строительный блок, и это кремний-кислородный тетраэдр . Это полный рот!

Кремний-кислородный тетраэдр образует отрицательный ион, содержащий четыре атома кислорода, окружающих меньший атом кремния, как показано выше.Он имеет молекулярную формулу (SiO4) 4-, все с отрицательным зарядом 4. Силикатные минералы состоят из миллионов этих строительных блоков, соединенных вместе различными способами.

Некоторые тетраэдры расположены независимо внутри минерала, например, оливиновая группа силикатов. Амфиболы и пироксены расположены в виде длинных цепочек тетраэдров. Слюды расположены в виде листов тетраэдров. Наконец, что не менее важно, полевой шпат и кварц образованы трехмерным расположением тетраэдров.

Группы тетраэдров удерживаются вместе положительно заряженными ионами; то есть катионы, такие как железо, магний, калий, натрий и кальций. Как мы кратко обсудим, силикаты можно идентифицировать по расположению тетраэдров и катионов, присутствующих в минерале.

Большинство силикатов образуются при охлаждении и кристаллизации расплавленной породы. Условия и окружающая среда, в которой происходит охлаждение, будут определять тип образовавшегося силиката. Некоторые силикаты, например, кварц, образуются у поверхности земли, где низкая температура и низкое давление.Другие силикаты, такие как оливин, образуются глубже в условиях более высокой температуры и более высокого давления.

Химический состав расплавленной породы также помогает определить образовавшийся минерал; то есть окружающая среда. Например, расплавленная порода, содержащая магний и железо, может образовывать минералы группы оливина, в то время как кварц образуется из расплавленной породы, состоящей только из кремния и кислорода, то есть кремний-кислородных тетраэдров.

Полевой шпат и кварц

Полевой шпат – самый распространенный силикатный минерал, составляющий более половины земной коры. Полевые шпаты отличаются трехмерным расположением тетраэдров, удерживаемых вместе различными катионами. Они названы в честь присутствующего катиона; например, калиевый полевой шпат содержит калий.

Кварц – второй по распространенности минерал в земной коре, и это единственный распространенный минерал, полностью состоящий из кремния и кислорода. Теперь, как и полевой шпат, кварц состоит из трехмерного расположения тетраэдров, но в нем отсутствуют катионы.

Прочие силикаты

Хотя полевые шпаты и кварц составляют основную часть силикатов и, следовательно, основную массу земной коры, важны другие менее распространенные силикаты. Например, слюды , такие как мусковит, характеризуются расположением тетраэдров в виде листов. Следовательно, слюду можно расколоть на тонкие листы материала, поскольку связи, удерживающие вместе группы тетраэдров, не так прочны, как связи, удерживающие кремний и кислород вместе внутри тетраэдра. Амфиболы , такие как роговая обманка, обнаруженная в граните, образованы цепочками тетраэдров. Итак, группа оливина , как упоминалось ранее, состоит из миллионов независимых тетраэдров.

Резюме урока

Таким образом, большинство минералов, составляющих поверхность земли, – это силикаты , , и они состоят из строительного блока, который мы называем кремний-кислородным тетраэдром (SiO4) 4-. Окружающая среда и условия, при которых кристаллизуется расплавленная порода, будут определять тип образовавшегося силиката.Силикаты могут образовывать независимые тетраэдры, цепочечные тетраэдры, листовые тетраэдры и, наконец, трехмерные тетраэдры.

Расположение тетраэдров удерживается вместе такими катионами, как калий, железо, кальций и магний. Ваш полевой шпат и кварц – самые распространенные силикаты, составляющие 75% земной коры. Наконец, менее распространенные силикаты включают слюды , амфиболов и группу оливина .

Результаты обучения

После этого урока вы сможете:

• Определить наиболее распространенные минералы земной коры
• Опишите структуру и важность кремний-кислородных тетраэдров
• Объясните, как эти тетраэдры удерживаются вместе
• Перечислите два самых распространенных силиката, а также несколько менее распространенных

Sr в двух небольших водоразделах, дренирующих силикатные и карбонатные породы: значение для исследований эволюции изотопов Sr в морской воде

Исследовательская статья 13 февраля 2014 г.

Исследовательская статья | 13 февраля 2014 г.

• ¹ Ключевая лаборатория поверхностной геохимии Министерства образования; Школа наук о Земле и инженерии, Нанкинский университет, Нанкин, 210093, Китай
• ² Школа географии, Нанкинский педагогический университет, Нанкин, 210046, Китай
• ³ Институт карстовой геологии Китайской академии геологических наук, Гуйлинь, 541004, Китай
• ⁴ Центр современного анализа, Нанкинский университет, Нанкин, 210093, Китай

• ¹ Ключевая лаборатория поверхностной геохимии Министерства образования; Школа наук о Земле и инженерии, Нанкинский университет, Нанкин, 210093, Китай
• ² Школа географии, Нанкинский педагогический университет, Нанкин, 210046, Китай
• ³ Институт карстовой геологии Китайской академии геологических наук, Гуйлинь, 541004, Китай
• ⁴ Центр современного анализа, Нанкинский университет, Нанкин, 210093, Китай

Получено: 30 мая 2013 г. – Начало обсуждения: 21 июня 2013 г. – Исправлено: 23 ноября 2013 г. – Принято: 31 декабря 2013 г. – Опубликовано: 13 февраля 2014 г.

Мы систематически исследовали изотопные характеристики Sr небольшого силикатного водораздела, реки Сишуй, притока реки Янцзы, и небольшого карбонатного водораздела, реки Гуйцзян, притока Жемчужной реки.Результаты показывают, что две реки имеют необычные изотопные характеристики Sr по сравнению с большинством малых водосборов. В частности, силикатный водораздел (река Сишуй) имеет относительно высокие концентрации Sr (от 0,468 до 1,70 мкмоль л ^-1 летом и от 1,30 до 3,17 мкмоль л ^-1 зимой, соответственно) и низкие ⁸⁷ Sr / ^{86 Отношения} Sr (от 0,708686 до 0,709148 летом и от 0,708515 до 0,709305 зимой). Карбонатный водораздел (река Гуйцзян) имеет низкие концентрации Sr (0.От 124 до 1,098 мкмоль л ^-1 ) и высокие отношения ⁸⁷ Sr / ⁸⁶ Sr (от 0,710558 до 0,724605).

Поскольку отношения ⁸⁷ Sr / ⁸⁶ Sr в реке Сишуй ниже, чем в морской воде, соотношение ⁸⁷ Sr / ⁸⁶ Sr в морской воде уменьшится после того, как речная вода перейдет в океаны. Предыдущие исследования также показали, что некоторые базальтовые водоразделы с чрезвычайно высокими темпами химического выветривания снижают изотопные отношения Sr в морской воде.Другими словами, водосборы рек с высокими темпами силикатного выветривания не обязательно переносят высокорадиогенный Sr в океаны. Следовательно, использование вариаций отношения ⁸⁷ Sr / ⁸⁶ Sr в морской воде для определения интенсивности силикатного выветривания континента может быть сомнительным.

В водосборе реки Гуйцзян соотношение ⁸⁷ Sr / ⁸⁶ Sr в карбонатных породах и других источниках (дождевая вода, бытовые и промышленные сточные воды и сельскохозяйственные удобрения) ниже 0.71. Для сравнения, некоторые некарбонатные компоненты, такие как песчаные породы, глинистые породы и сланцы, имеют относительно высокий изотопный состав Sr. Более того, на граниты приходятся только 5% площади дренажа, они имеют чрезвычайно высокие отношения ⁸⁷ Sr / ⁸⁶ Sr со средним значением более 0,8. Таким образом, наличие небольшого количества силикатных компонентов в карбонатных породах, очевидно, увеличивает изотопный состав Sr в речной воде.

Отшелушивающие нанолисты из флуоресцентного силиката ближнего инфракрасного диапазона для (био) фотоники

Отшелушивание египетского синего

Порошок EB был приобретен у Kremer Pigmente GmbH & Co.KG. И EB-NS были приготовлены следующим образом. Если не указано иное, был выполнен первый этап измельчения. Для получения достаточного количества наночастиц мы использовали мельницу PB (PB, Pulverisette 7 Premium Line, Fritsch, Германия), оснащенную мензурками для агата объемом 20 мл и агатовыми шариками 5 мм. Измельчение проводилось в деионизированной воде при 900 об / мин. до 60 мин. Полученное распределение зерен по размерам анализировали с помощью лазерной дифракции, проведенной с помощью лазерного измерителя частиц LS13320, Beckman & Coulter (Германия).Было выполнено три цикла после короткой стадии обработки ультразвуком. Использовали PIDS и оптическую модель R.I. 1.6 / 1. Образовавшаяся таким образом и охарактеризованная суспензия EB была затем оставлена ​​на ночь, а затем декантирована: была высушена только надосадочная часть суспензии, и полученный таким образом порошок (заметно более яркий, следствие дихроизма EB ²⁵ ) был наконец, обработан ультразвуком с длинным наконечником. Более подробно, 10 мг измельченного порошка EB PB переносили в стеклянный флакон вместе с 5 мл изопропанола (Fischer Chemical, 99.98%) или воду milli-Q. Обработку наконечника ультразвуком проводили в стеклянном флаконе с помощью звукового дисмембратора Fisherbrand ™ Model 120 (Fischer Scientific) на ледяной бане в течение 1–6 часов при 60–72 Вт (если не указано иное: типичное время обработки ультразвуком и процент мощности составляли 6 часов и 60% соответственно). Дисперсии EB хранили при комнатной температуре и встряхивали перед использованием (Vortex Mixer VV3, VWR International) в течение 10 с при максимальной мощности (2500 мин ^-1 , 10 Вт).

Атомно-силовая микроскопия

Для этого набора данных этап измельчения PB перед ультразвуковой обработкой наконечника не выполнялся.Первоначальный порошок растирали с помощью ступки и пестика до видимого изменения цвета, затем его обрабатывали ультразвуком (в изопропаноле), как описано в предыдущем разделе. Сто микролитров исходной дисперсии EB-NS (6 часов обработанной ультразвуком на наконечнике) разбавляли в 10 раз изопропанолом и встряхивали в течение 10 секунд. Десять микролитров EB-NS наносили центрифугированием (G3 Spin Coater, Specialty Coating Systems, Inc.) на поверхность слюды. Подложка продолжала вращаться со скоростью 500 об / мин. (7 RCF) в течение 2 минут (5 с времени нарастания, 30 с времени выдержки).В режиме переменного тока использовался Asylum Research MFP-3D Infinity AFM (Oxford Instruments) (версия программного обеспечения 15. 01.103). Использовались прямоугольные кантилеверы от Opus (160AC-NA, MikroMasch Europe) (алюминиевое покрытие, тетраэдрический наконечник, резонансная частота 300 кГц, силовая постоянная 26 Н · м ^-1 ). Анализ изображений проводился с помощью Gwyddion (версия 2.51).

БИК флуоресцентная спектроскопия

Установка состоит из монохроматора (MSH-150, LOT-Quantum Design GmbH), оснащенного ксеноновой дуговой лампой и дифракционной решеткой, микроскопа Olympus IX73 с объективом 10 × (UplanFLN 10 × / 0 .30, Olympus) и спектрографа Shamrock 193i (Andor Technology, Ltd), соединенного с матричным NIR-детектором (Andor iDUs InGaAs 491). Спектры регистрировали от дисперсий EB-NS при длине волны возбуждения 615 нм при времени экспозиции до 5 с и ширине щели до 500 мкм. Программное обеспечение Andor SOLIS (версия 4.29.30012.0) использовалось для получения спектров, которые затем анализировались с помощью Origin Pro 8.1. Для 2D-спектров EB-NS помещали на стеклянные подложки. Длину волны возбуждения сканировали с шагом 4 нм с помощью монохроматора, и на каждой длине волны регистрировали спектр со временем интегрирования 1 с при ширине щели 10 мкм. Двумерные спектры корректировались с учетом квантовой эффективности детектора и спектральной освещенности ксеноновой лампы монохроматора с использованием написанного самим скриптом Python.

Измерения насыщения флуоресценции

Основными компонентами используемой установки были лазерный источник (лазер суперконтинуума SC400-4-20, Fianium), фотодетектор (серия однофотонных лавинных диодов PDM, MPD) и линза объектива 60 × ( Apo N, числовая апертура 60 × / 1,49, масляная иммерсия, Olympus).Для этого набора данных этап измельчения PB перед ультразвуковой обработкой наконечника не выполнялся. Первоначальный порошок растирали с помощью ступки и пестика до видимого изменения цвета, затем его обрабатывали ультразвуком (в изопропаноле), как описано выше. Десять микролитров супернатанта образца EB-NS, обработанного ультразвуком в течение 6 часов (1: 100, разведенного в изопропаноле), наносили центрифугированием на покровное стекло. Параметры спинового покрытия были такими же, как и для АСМ-измерений. Несмотря на полидисперсность EB-NS, сканирование их с помощью конфокального микроскопа через ограниченное дифракцией фокусное пятно 1.Объектив 49 NA позволял отбирать только мельчайшие частицы, размеры которых, по оценкам, не превышали размер фокального пятна. Размер пятна более крупного EB-NS превышал размеры ограниченного дифракцией фокального пятна, что позволяло отличить их от более мелких частиц. После выбора частицы измеряли интенсивность ее флуоресценции при различных мощностях возбуждения. Возбуждение наночастиц с относительно большим временем жизни возбужденного состояния порядка 100 мкс (дополнительный рис.7) с лазером с высокой частотой повторения (20 МГц) позволяет экстраполировать насыщение люминесценции наночастицы. Сплошные кружки на дополнительном рис. 6а показывают зависимость между яркостью частицы и мощностью возбуждения, которая была измерена непосредственно перед линзой объектива. Длина волны возбуждения 640 нм. Значения интенсивности флуоресценции были нормированы на эффективность обнаружения микроскопа с учетом средней эффективности улавливания света 1. 49 NA линза объектива (70%, учитывая случайную ориентацию диполей эмиссионного перехода), коэффициент пропускания всех задействованных оптических элементов (~ 50%) и эффективность регистрации однофотонного лавинного диода (серия PDM, MPD) в текущей спектральной диапазон (~ 5%). Примечательно, что в результате указанной выше нормировки интенсивность люминесценции на рис. 2г соответствует полному числу фотонов, испускаемых частицей.

Экспериментальные данные были подогнаны под типичную функцию насыщения флуоресценции ⁶³ :

$$ I = I _ {{\ mathrm {sat}}} \ frac {{P _ {{\ mathrm {exc}}}}}} { {P _ {{\ mathrm {exc}}} + P _ {{\ mathrm {sat}}}}}, $$

(4)

, где P _exc – мощность возбуждения, P _sat – мощность насыщения, I _sat – интенсивность люминесценции наночастиц, которая может быть обнаружена при мощности возбуждения насыщения.Эта функция дает значения P _sat и I _sat для каждой измеренной кривой насыщения. {- 1}}}.$

(5)

Измерения поляризации флуоресценции

Установка в основном состояла из источника света (LED, Lumencor), излучающего неполяризованный возбуждающий свет, фотодетектора (камера EMCCD, iXon Ultra DU-897U-CS0, Andor) и объектива 60 × ( Apo N, 60 × / 1,49 NA масляная иммерсия, Olympus). Измерения проводились путем записи флуоресцентных изображений отдельных EB-NS в различных положениях на линейном поляризаторе, который помещали перед камерой.Этапы подготовки образца совпадали с этапами, выполняемыми для измерений насыщения флуоресценции. Atto 488, приобретенный у Atto-Tec, использовался в качестве эталона.

Установка для флуоресцентной визуализации NIR

Использовался микроскоп Olympus BX53, оборудованный объективами 20 × (MPlanFL N 20 × / 0,45, Olympus) и 100 × (UPlanSApo 100 × / 1,35 Sil, Olympus). Для наблюдения флуоресценции EB-NS, возбуждаемой лазером с длиной волны 561 нм (Cobolt Jive ^TM 561 нм), использовали камеру Xeva-1. 7-320 NIR (Xenics®) и камеру Zyla 5.5 sCMOS (Oxford Instruments).Обычно каплю дисперсии EB-NS наносили на предметные стекла, сушили и отображали при мощности возбуждения 10–50 мВт. Для оценки отбеливания был приготовлен раствор родамина B (Sigma-Aldrich) в изопропаноле, и капля этого раствора была нанесена на предметное стекло для визуализации. Высушенные EB-NS помещали на отдельное предметное стекло. При непрерывном возбуждении 100 мВт на длине волны 561 нм изображения со временем интегрирования 100 мс регистрировались 120 раз каждые 0,5 мин в случае Rhodamin B и каждые 1 мин со временем интегрирования 1 с в случае EB-NS. .Для Rhodamin B использовалась камера Zyla, а для EB – камера Xenics NIR. Указанная интенсивность флуоресценции соответствует среднему значению серого на изображениях.

Для экспериментов по визуализации с увеличением скорости изображения и корреляции флуоресценции размера использовалась модифицированная установка, оснащенная камерой Cheetah 640TE3 (Xenics NV, Бельгия) для обнаружения в ближнем инфракрасном диапазоне. Здесь свет проходил через дихроичное зеркало (HC BS R785, AHF, Германия) и длиннопроходный фильтр (FELH0900, Thorlabs, Inc., США), прежде чем достигнуть сенсора камеры.Изображения были получены с объективом 100 ×.

Видеоизображение EB-NS с помощью InGaAs-камеры

EB-NS (предварительно измельченные и обработанные ультразвуком в изопропаноле) подверглись единственной стадии центрифугирования (240 × g в течение 2 часов) для удаления нерасширенного материала. Десять микролитров образца EB-NS наносили центрифугированием на покровное стекло №1 со следующими настройками: 1000 об / мин. (14 RCF) в течение 1 мин (40 с времени нарастания, 20 с времени выдержки). Затем образец был помещен под установку формирования изображения в ближнем ИК-диапазоне, и были сделаны снимки с объективом 100 ×, мощностью лазера 500 мВт и временем экспозиции в диапазоне от 1 с до 5 мс (что соответствует частоте кадров от 1 до 200 кадров в секунду).Анализ данных выполнялся с помощью программного обеспечения ImageJ (v. 1.52a) и Origin Pro 8.1.

Сканирующая электронная микроскопия и корреляция SEM-NIR

Для первого качественного наблюдения расслоенного EB-NS (рис. 3a, b) этап измельчения PB перед обработкой ультразвуком не выполнялся. Первоначальный порошок растирали с помощью ступки и пестика до видимого изменения цвета, затем его обрабатывали ультразвуком (в изопропаноле), как описано выше. Десять микролитров суспензии EB-NS наносили на кремниевую пластину.Как распыление золота, так и испарение (слой золота ≈2 нм) были испытаны на разных образцах; тем не менее, наилучшие условия визуализации были соблюдены, когда этап осаждения золота не проводился. Интересно, что EB был достаточно проводящим, чтобы его можно было увидеть на SEM без осаждения золота. Этот образец наблюдали под микроскопом LEO SUPRA 35 (Zeiss) с детектором Inlens при 20 кВ (вторичные электроны).

Для корреляции SEM-NIR, EB-NS (предварительно измельченные и обработанные ультразвуком в изопропаноле) центрифугировали (240 × г в течение 2 часов). Таким образом можно было удалить нерасширенный (объемный) материал. Между тем, покровное стекло с сеткой № 1.5 (Gridded Glass Coverslips Grid-50, Ibidi, Германия) перемешивали в течение 20 минут при 70 ° C в растворе 5: 1: 1 вода: пероксид водорода: аммиак milli-Q. Затем подложку сушили с помощью азотной пушки и для увеличения адгезии EB-NS к ее поверхности проводили плазменную обработку (Zepto, Diener Electronic GmbH + Co. KG, Германия): этот этап включал 1 мин O ₂ подачи и 1 мин плазменной обработки.После очистки подложки, как описано, на нее методом центрифугирования наносили 10 мкл образца EB-NS со следующими настройками: 1000 об / мин. (14 RCF) в течение 1 мин (40 с времени нарастания, 20 с времени выдержки). Подготовленный образец затем наблюдали на установке формирования изображения в ближнем ИК-диапазоне (дополнительную информацию см. В соответствующем разделе) с объективом 100 ×, временем экспозиции 1 с и мощностью лазера 500 мВт. Наконец, субстрат перемещали в установку Quattro S SEM (Thermo Fisher Scientific, США), используемую для корреляционного анализа размера и флуоресценции. Типичными настройками визуализации здесь были: режим низкого вакуума, детектор LVD (Thermo Fisher Scientific, США), высокое напряжение = 15 кВ (вторичные электроны), давление в камере = 1,25 мбар (вода), высокое напряжение = 15 кВ и размер пятна = 3,5. . Анализ данных выполнялся с помощью программного обеспечения ImageJ (v. 1.52a) и Origin Pro 8.1.

Корреляционные измерения интенсивности и размера в глицерине

EB-NS (предварительно измельченные и обработанные ультразвуком в воде) были выбраны по размеру с помощью двух этапов жидкостного каскадного центрифугирования: ^33,64 таким образом, мы могли избавиться нерасширенного ЭБ и увеличивают монодисперсность осадка, полученного после последней стадии (первое центрифугирование = 240 × г в течение 2 часов, второе центрифугирование = 2660 × г в течение 2 часов).Затем к высушенному конечному осадку (≈1 мг) добавляли глицерин (0,5 мл) (Alfa Aesar, 99 +%), и, наконец, образец обрабатывали ультразвуком на ледяной бане в течение 2 минут при 60% для достижения гомогенного повторного диспергирования. Для визуализации 10–20 мкл образца глицерина вводили в проточную камеру (µ-Slide VI 0,5 со стеклянным дном, Ibidi, Германия) и помещали под нашу установку для визуализации в ближнем инфракрасном диапазоне. Объектив 100 × использовался для наблюдения EB-NS со скоростью 8 кадров в секунду (время экспозиции ≈50 мс, 1000 кадров) при мощности лазера 250 мВт, которая, как показано на дополнительном рис.14, не вызывает значительного перегрева образца во время сбора данных. Отслеживание частиц и расчеты MSD были выполнены с использованием самописного скрипта Python на основе пакета Trackpy ^65,66 (v0.4.2 на Python v3.7.3 ⁶⁷ ), тогда как заключительные этапы анализа данных были выполнены в Origin Pro. 8.1 программное обеспечение. Для идентификации и привязки частиц к траекториям в Trackpy были реализованы следующие параметры: memory = 300, минимальное количество точек (т.е.длина траектории) = 300, search_range (т. Е.2}} {{4 \ tau}}. $$

(8)

Кривые МСД были подогнаны до максимального времени задержки 25 с для измерения коэффициента диффузии каждой частицы. Наконец, из уравнения Стокса – Эйнштейна радиус Стокса R рассчитывается как

$$ R = \ frac {{k _ {\ mathrm {B}} T}} {{6 {\ uppi} \ eta D} }, $$

(9)

, где η – динамическая вязкость растворителя (дополнительный рис.13), T температура (дополнительный рис.14) и k _B постоянная Больцмана. Уравнение Стокса – Эйнштейна строго справедливо только для сферических частиц. Из-за высокой анизотропии EB-NS мы предположили, что броуновское движение определяется диаметром нанолистов, а не их гораздо меньшей высотой.

Микрореология in vivo

EB-NS (предварительно измельченных и обработанных ультразвуком в воде) отфильтровали с фильтром 0.Шприцевой фильтр 20 мкм. Чтобы еще больше повысить концентрацию мельчайших нанолистов в образце, отфильтрованный флакон с образцом помещали в концентратор (центробежный вакуумный концентратор Eppendorf®, Eppendorf, Германия) на 45 минут при 45 ° C и, наконец, обрабатывали ультразвуком в ванне в течение 10 минут для уменьшения агломерация. D. melanogaster эмбрион, экспрессирующий Histone2Av-GFP ⁶⁸ в возрасте 0–1 ч, собирали и дехорионировали гипохлоритом в течение 120 с, тщательно промывали водой, выравнивали на кусочке агара, переносили на покровное стекло, покрытое клеем. и покрыт галоидоуглеродным маслом (Voltalef 10 S, Lehmann & Voss) после легкого высыхания.Аликвоту суспензии в воде образца EB-NS вводили с помощью микроинжектора FemtoJet® (Eppendorf) на инвертированном микроскопе: объем впрыска рассчитывали согласно литературным данным ⁶⁹ . Примерно через 30 минут инкубации образец можно было переместить в упомянутую выше установку NIR для экспериментов по совместной локализации. EB-NS возбуждали лазером 561 нм (до 500 мВт), тогда как флуоресцентную лампу (X-Cite® 120Q, Excelitas Technologies) использовали для возбуждения GFP. Оба канала наблюдались через объектив 100 × и записывались с помощью Zyla 5.Камера 5 sCMOS. Было выбрано время экспозиции 0,1 с, и изображения по обоим каналам снимались в течение 60 с (10 кадров в секунду). Объединение пикселей 2 × 2 было выполнено, чтобы уменьшить размер полученных данных и, таким образом, облегчить последующий анализ отслеживания частиц. Что касается трекинга EB-NS в глицерине, для анализа полученных кадров использовались специальные скрипты на основе Trackpy. Оценивались только данные EB, поскольку ядра не демонстрировали какого-либо значительного движения во время сбора данных. Типичными параметрами, используемыми для отслеживания частиц, были: память = 300 кадров (элементы, исчезающие для более чем 300 кадров, считались отдельными частицами), минимальное количество точек данных = 200, максимальное смещение между кадрами = 9 пикселей и диаметр (отслеживаемой капли). = 11 пикселей.Периметр ядер был измерен вручную на ImageJ, а его координаты были реализованы в написанном самим собой коде Python, который мог оценить минимальное расстояние от каждой точки вдоль траектории до ближайшего периметра ядра. С помощью отдельного кода можно было оценить и построить графики мгновенных скоростей (время запаздывания = 0,1 с). Гистограммы Ван Хоува также были построены на Python, на основе прошлых литературных работ ⁵⁰ . Вышележащая гауссова аппроксимация была выполнена для небольших смещений (диапазон [-0.03 мкм, +0,03 мкм]).

Обнаружение зазора

Изображения в ближнем ИК-диапазоне были получены с помощью камеры DCC3240M (Thorlabs) на основе CMOS, оснащенной установленным фильтром длинного прохода 900 нм (FEL0900, Thorlabs) и 920 нм (LP920, Midwest Optical Systems) последовательно, чтобы исключить видимый фон. Для возбуждения использовали источник белого света (UHP, Prizmatix), подключенный к короткопроходному фильтру на 700 нм (FESH0700, Thorlabs) и 750 нм (FESH0750, Thorlabs). Время экспозиции от 50 до 100 мс использовалось для всех измерений.

ОЦНТ, модифицированные одноцепочечной ДНК (оцДНК), получали путем помещения 125 мкл (2 мг / мл ^-1 в PBS) (AT) ₁₅ оцДНК (Sigma-Aldrich) и 125 мкл (6,5) хиральности обогащенные ОСУНТ (Sigma-Aldrich, продукт № 773735) (2 мг / мл ^-1 в PBS) для обработки наконечником ультразвуком (15 мин, 30% амплитуда). Полученную суспензию дважды центрифугировали по 30 мин при температуре окружающей среды (16100 × г, ). Количество ICG (≈90%, MP Biomedicals GmbH) и 6-часового обработанного ультразвуком образца EB-NS в воде составляло ≈0.1 мг мл ^{– 1} .

Семена A. thaliana (экотип Col.0) высевали на стерилизованную почву (8 ч, 80 ° C) и стратифицировали в течение 2 дней в темноте при 4 ° C. Растения выращивали в условиях длинного светового дня (16 часов света / 8 часов темноты) в климатических камерах для выращивания при 22 ° C, влажности 60% и интенсивности света 120–150 мкмоль м ^{– 2} с ^{– 1} . Доставка наноматериалов и буфера в листья Arabidopsis осуществлялась, как описано Giraldo et al. ⁵³ . Вкратце, 50 мкл желаемой суспензии флуорофора NIR вводили через нижнюю (абаксиальную) сторону пластинки листа с помощью безыгольного шприца. Спектроскопические измерения присутствия EB-NS в листе выполняли с использованием установки для флуоресцентной спектроскопии NIR (время экспозиции 5 с), как описано выше. Что касается визуализации EB-NS при возбуждении комнатным светом, наблюдался 1 мл супернатанта, взятого из 6-часового образца, обработанного ультразвуком в воде. Был сделан фоновый снимок, который использовался для вычитания фона.

Сводка отчетов

Дополнительная информация о дизайне исследований доступна в Сводке отчетов по исследованиям природы, связанной с этой статьей.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно.Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки вашего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом.Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу.Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в cookie-файлах может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта.Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.