Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Chemistry
Click here for the English version

Chemistry

التصوير متحد البؤر المحصورة من هادئة ويتدفق مخاليط البوليمر المادة الغروية

Published: May 20, 2014 doi: 10.3791/51461
Automatic Translation
*1, *1, 1
1Chemical and Biomolecular Engineering Department, University of Houston
* These authors contributed equally

Summary

ويستخدم المجهر متحد البؤر لصورة مخاليط البوليمر الغروانية هادئة وتتدفق، والتي يتم دراستها كما نظم نموذج للمعلقات جذابة. وتستخدم خوارزميات تحليل الصور لحساب المقاييس الهيكلية وديناميكية للالجسيمات الغروية التي تقيس التغيرات بسبب الحبس هندسية.

Abstract

سلوك المعلقات الغروية تقتصر التفاعلات بين الجسيمات مع جذابة أمر حاسم لتصميم الرشيد للمواد موجهة لتجميع 1-3، تسليم المخدرات 4، وتحسين الانتعاش 5-7 الهيدروكربونية، وأقطاب flowable لتخزين الطاقة 8. معلقات تحتوي على الغرويات والبوليمرات الفلورية غير التكثيف-جذابة أنظمة النموذج، كما أن نسبة نصف قطر الدوران البوليمر إلى دائرة نصف قطرها الجسيمات وتركيز السيطرة بوليمر مدى وقوة الجذب بين الجسيمات، على التوالي. عن طريق ضبط خصائص البوليمر وجزء حجم الغرويات والسوائل الغروانية، والسوائل التجمعات، والمواد الهلامية، والبلورات، والنظارات ويمكن الحصول على 9. المجهري متحد البؤر، وهو البديل من مضان المجهري، يسمح للعينة شفافة بصريا والفلورسنت ليمكن تصوير مع مكانية عالية والقرار الزماني في ثلاثة أبعاد. في هذه التقنية، وهي ذات الثقب صغير أو شق كتل ضوء الفلورسنت المنبعثة من المناطق من العينة التي هي خارج الحجم البؤري للنظام بصري المجهر. ونتيجة لذلك، يتم تصوير سوى جزء رقيقة من العينة في المستوى البؤري. بشكل خاص يناسب هذه التقنية بشكل جيد لتحقيق بنية وديناميات في تعليق الغروية كثيفة في نطاق واحد الجسيمات: الجسيمات هي كبيرة بما يكفي لحلها باستخدام الضوء المرئي ومنتشر ببطء بما فيه الكفاية ليتم القبض بسرعات المسح نموذجية نظم متحد البؤر التجارية 10 . وقد مكنت التحسينات في سرعة المسح الضوئي وخوارزميات التحليل أيضا التصوير متحد البؤر الكمية المتدفقة تعليق 11-16،37. في هذه الورقة، ونحن لشرح التجارب المجهري متحد البؤر للتحقيق في سلوك المرحلة المحصورة وخصائص تدفق مخاليط الغروانية البوليمر. علينا أولا إعداد كولالخلائط OID البوليمر التي هي الكثافة والانكسار مؤشر المتطابقة. المقبل، ونحن التقرير بروتوكول قياسي لتصوير هادئة مخاليط البوليمر الغروانية كثيفة تحت الحبس متفاوتة في الخلايا على شكل وتد رقيقة. أخيرا، علينا أن نظهر بروتوكول لتصوير مخاليط البوليمر الغروانية خلال تدفق متناهية.

Introduction

يوضح هذه الورقة (أ) التصوير متحد البؤر مخاليط البوليمر الغروانية تقتصر هادئة وتتدفق في بعدين وثلاثة أبعاد و(ب) الجسيمات تتبع وتحليل العلاقة من الصور الناتجة للحصول على معلومات كمية عن السلوك المرحلة وخصائص التدفق.

تظهر المعلقات الغروية مع التفاعلات بين الجسيمات جذابة بتواجد مطلق في التطبيقات التكنولوجية كمواد موجهة لتجميع 1-3، تسليم المخدرات 4، وتحسين الانتعاش 5-7 الهيدروكربونية، وتخزين الطاقة 8. ثمة سمة مشتركة بين هذه التطبيقات هو أن الجسيمات يجب أن تتدفق من خلال هندستها الجميلة، مثل الفوهات، رؤوس الطباعة، microchannels، أو وسائل الإعلام التي يسهل اختراقها، و / أو أن تكون على شكل في الأغشية الرقيقة أو قضبان. التقنيات المستخدمة لتحقيق هيكل الغرويات ميكرون الحجم في هندستها المحصورة، بما في ذلك الإلكترون المجهري 17،18، المجهر الأشعة السينية 19، والليزر حيود مicroscopy 20، ويمكن استخدامها لقياس هيكل وديناميكية الجزيئات على الميكروسكيل. هذه التقنيات، ومع ذلك، لا تسمح بالوصول إلى مسارات الجزيئات الفردية، والتي من المقاييس الهيكلية وديناميكية يمكن حسابها للمقارنة مباشرة إلى المحاكاة العددية 21،22.

المجهري متحد البؤر هو البديل من مضان المجهر تمكن من التصوير أقسام رقيقة من عينة الفلورسنت. للعلم الغروية 10، هذه التقنية مفيدة بشكل خاص للتصوير في أعماق تعليق كثيفة أو في ثلاثة أبعاد. الخوارزميات الجسيمات تتبع 23 تطبيقها على اثنين أو سلسلة زمنية ثلاثية الأبعاد من الميكروسكوب متحد البؤر تسفر عن مسارات جميع الجزيئات مرئية. ونتيجة لذلك، تم تطبيق مزيج من المجهري متحد البؤر والجسيمات تتبع لدراسة سلوك المرحلة، وهيكل، وديناميات تعليق الغروية، بما في ذلك بلورات أمر 24-27 والفوضىإد نظارات 28-31 32-35 والمواد الهلامية.

غيرها من خوارزميات تحليل الصور يمكن تطبيقها لقياس ديناميكية الجسيمات من سلسلة زمنية من الميكروسكوب متحد البؤر. على سبيل المثال، وديناميات الجسيمات ناشر يمكن دراستها من خلال تحليل التقلبات في كثافة بمرور الوقت باستخدام المجهر متحد البؤر الفرق ديناميكية 36. عندما التشريد الجسيمات أكبر من التباعد بين الجسيمات، وصورة العلاقة القائمة على 37 صورة الجسيمات velocimetry 38-40 يمكن تطبيقها لقياس ملامح سرعة الجسيمات. سمح مزيج من تتبع وارتباط خوارزميات ديناميات الغروية التي يمكن قياسها في النظم تمر بطيئة وسريعة التدفق 11-16،41-45.

نستخدم مخاليط البوليمر الغروانية كنماذج لتعليق الغروية جذابة 9. في هذه الخلائط، يتم التحكم في مدى وقوة محتملة بين الجسيمات جذابة عن طريق نسبةفي دائرة نصف قطرها من الدوران البوليمر إلى دائرة نصف قطرها الجسيمات وتركيز البوليمر والتنافر الكهربائي يتم التحكم فيها عن طريق إضافة الملح العضوية الأحادي التكافؤ 46. لأن التفاعلات بين الجسيمات يمكن ضبطها بعناية، وترسيخ هذه الخلائط وقد درس على نطاق واسع مع المجهري متحد البؤر 34،47-51.

نحن هنا لشرح التصوير متحد البؤر وتحليل الصور 37 من مخاليط البوليمر الغروانية هادئة وتتدفق، والذي يقام على جزء من حجم الغروانية ثابتة في Φ = 0.15، وهذا التحقيق أثر الحبس على سلوك المرحلة وخصائص تدفق هذه الخلائط. هذه التقنيات قابلة للتطبيق على نطاق واسع لأنظمة الجسيمات التي هي الانكسار وفيها الجسيمات و / أو المذيبات يمكن المسمى مع صبغة الفلورسنت يقابل مؤشر.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. إعداد خلطات المادة الغروية البوليمر

ملاحظة: يستخدم هذا البروتوكول بولي (ميتاكريليت الميثيل) (البولى ميثيل ميثا أكريلات) الجسيمات، استقرت sterically باستخدام بولي (حمض 12 hydroxystearic) والمسمى مع صبغة الفلورسنت (مثل النيل الأحمر، رودامين B، أو فلوريسئين)، التي تم توليفها بعد القياسية وصفة 52.

  1. إعداد 03:01 ث / ث خليط من بروميد cyclohexyl (CXB) وdecahydronaphthalene (DHN) كمذيب الأسهم. هذا الخليط مباريات تقريبا الكثافة ومعامل الانكسار من الجزيئات. إضافة الملح العضوي، وكلوريد tetrabutylammonium (TBAC) 46، للمذيب بتركيز 1.5 ملم إلى الشاشة جزئيا الرسوم على الجسيمات.
  2. ان يحدد بدقة كثافة الجسيمات، وإعداد تعليق على حجم الجسيمات تقريبي جزء Φ = 0.10 في CXB: المذيبات DHN. الطرد المركزي تعليق في 800 x ج لمدة 75 دقيقة وإضافة CXB أو DHN نقطه نقطه لتحسين الطفومطابقة. في هذه التجارب، وقد تم قياس كثافة الجسيمات PMMA أن ρ = 1.223 جم / مل.
  3. إعداد تعليق المركزة الأسهم الجسيمات البولى ميثيل ميثا أكريلات (هنا، Φ = 0.40) في CXB: DHN خليط المذيبات.
  4. إعداد محلول مركز من البوليسترين الخطية (PS) في CXB: DHN خليط المذيبات. هنا، وإيجاد حل لPS من الوزن الجزيئي M ث ≈ 3،000،000 تم إعداد (نصف قطر الدوران ص ز = 15 نانومتر) في تركيز ج ع ≈ 50 ملغ / مل.
  5. مزيج الأوزان المناسبة للجسيمات، البوليمر، ومخاليط المذيبات الأسهم لصياغة تعليق على تركيزات الجسيمات المرجوة من والبوليمرات.
    ملاحظة: وهنا، يتم إعداد تعليق الجسيمات monodispersed في حجم ثابت الغروانية جزء Φ = 0.15 وتركيز البوليمر المتغير في حجم حرة 53 ج ص = 0-25 ملغ / مل، وbidispersed تعليق يحتوي على اثنين من أحجام الجسيمات الغروية، ثيتم إعداد إيث كل حجم تحمل تسمية الفلورسنت متميزة، ثابتة في مجموع جزء من حجم الغروانية Φ = 0.15، نسبة حجم جزء من جسيمات صغيرة ص = 0.50، وتركيز البوليمر في حجم خالية من 5 أو 25 ملغ / مل.
  6. بعد إعداد كل تعليق، أو إضافة CXB DHN نقطه نقطه وأجهزة الطرد المركزي العينات في 800 x ج لمدة 75 دقيقة على الأقل للتأكد من أن الجزيئات وكتل داخل التعليق تبقى الطفو المتطابقة.
  7. تتوازن جميع العينات لمدة 24 ساعة على الأقل قبل تجارب التصوير.

2 عينة هادئة التجارب: المرحلة السلوك

  1. لتحديد سلوك المرحلة السائبة، وافتعال غرف مستطيلة من الزجاج coverslips (الشكل 1A). لمخاليط الغروانية البوليمر في هذه الدراسة، وغرف سمك ح = 1 ملم (التي وضعتها سمك شريحة المجهر) تعطي السلوك بكميات كبيرة.
  2. للوصول إلى زنازين متعددة في التجربة المجهري واحد، افتعال رقيقة إسفينعلى شكل دوائر، وذلك باستخدام واحدة ساترة كفاصل على واحد إسفين (الشكل 1B). افتتاح زاوية من الغرفة هو <0.5 درجة، حتى أنه في حقل واحد من عرض الجدران وموازية تقريبا للغاية. A غرفة ممثل يسمح بالوصول إلى سمك الحبس من ح = 6 ل> 100 ميكرون.
  3. بناء غرف على قاعدة ساترة للتصوير على مجهر مقلوب وختم مع الأشعة فوق البنفسجية للشفاء الايبوكسي، والتي لا تذوب في خليط المذيبات CXB-DHN.
  4. عينات الصورة باستخدام المجهر متحد البؤر. يوضح هذا البروتوكول التصوير مع خط متحد البؤر المسح تعلق على مجهر مقلوب مجهزة 100X عدسة الغمر النفط من الفتحة العددية NA = 1.40.
  5. تثير الأصباغ باستخدام مصدر ليزر. أمواج بطول هنا تستخدم λ = 491 نانومتر أو 561 لإثارة فلوريسئين والأصباغ رودامين / النيل الأحمر، على التوالي.
  6. في نقطة نظام المسح الضوئي، وتوليد صورة عن طريق المسح الضوئي بسرعة النقطة المحورية عبر العينة (في سطائرة ذ) باستخدام برنامج متحد البؤر. صورة ثنائية الأبعاد من 512 بكسل × 512 بكسل، والتي تغطي ما يقرب من 50 ميكرومتر × 50 ميكرون، ويمكن الحصول عليها في 1/32 ثانية. تحسين جودة الصورة من خلال صور متعددة في المتوسط ​​أو زيادة اكتساب الوقت.
  7. تحديد الجزء السفلي من الغرفة (ض = 0)، على سبيل المثال من خلال التركيز على جزيئات انضمت إلى القاع. في هذا الإعداد، وارتفاع (ض) يزيد مع زيادة التركيز في الغرفة.
  8. كمثال على ذلك، تميز أثر الحبس على ديناميات من الجسيمات من خلال الحصول على سلسلة زمنية 2-D من الصور (في الطائرة س ص) في المستوى الناصف للغرفة. في تجربة نموذجية، 500 صورة من البعد يتم الحصول على 512 بكسل × 512 بكسل بمعدل إطار 1 إطار / ثانية (الوقت تباعد Δt = 1 ثانية).
  9. كمثال الثانية وتوصيف هيكل 3-D من الجزيئات من خلال الحصول على سلسلة من ثلاثة الأبعاد للصور (س، ص، ض). في تجربة نموذجية، والصور ثنائية الأبعاد (512 بكسل × 512 بكسل) والمكتسبة في المواقف ض متعددة داخل الغرفة، مع تباعد مستمر من Δz = 0.2 ميكرومتر بين الصور المتتالية التي وضعتها بيزو. A كومة حجم تغطي سمك ح = 30 ميكرون وبالتالي يحتوي على 151 صورة.
  10. تحديد موقع ومسار الجسيمات على مر الزمن في 2-D أو 3-D باستخدام برنامج تتبع الجسيمات مكتوب في IDL 23،54-56، MATLAB 57،58، 59 ابفيف، أو بايثون 60. تسمح هذه الخوارزميات عادة مراكز للجسيمات التي يتعين حلها في غضون 40-50 نانومتر. يتطلب نجاح تتبع الجسيمات أن الجسيمات تتحرك أقل من التباعد بين الجسيمات بين إطارات متتالية.
  11. من المواقف الجسيمات، وحساب المقاييس الهيكلية وديناميكية. ثلاثة مقاييس مريحة المعروضة هنا هي 3-D وظيفة الزوج الارتباط ز (ص) 61، وتشريد يعني-التربيعية 2-D (MSD) 58،62، والنفس جزء 2-D وظيفة الارتباط فان هوف G ق ( س، ر) 58. ويمكن حساب هذا الأخير مقياسين أيضا في 3-D.

3 تجارب يتدفق: خصائص التدفق

  1. افتعال خلية تدفق بسيط باستخدام microcapillary الزجاج مع مربع المقطع العرضي (100 × 100 ميكرومتر ميكرومتر) التي يتم تثبيتها لتفلون أنابيب. استخدام coverslips الزجاج لدعم الشعرية وتوفير صلابة ميكانيكية، كما هو مبين في التخطيطي في الشكل 7.
  2. تحميل الخليط الغروانية البوليمر في حقنة زجاجية. نعلق المحقنة إلى ضخ حقنة أو نظام صرف السوائل الهوائية.
  3. جبل الإعداد خلية تدفق على مجهر مقلوب. الحفاظ على حقنة، وتدفق الخلايا، ومخرج في نفس الارتفاع لتقليل تأثير الجاذبية على تدفق البيانات الشخصية.
  4. التحكم في معدل تدفق تعليق من خلال خلية تدفق بمعدل تدفق الحجمي (لضخ حقنة) أو الضغوط التي مورست (لمربع الضغط). متوسط ​​السرعة لتعليق في متناهية يعتمد أيضا على سوصياغة spension. القيم النموذجية الحد الأقصى للسرعة في مربع قياس متناهية هنا 200-2،000 ميكرون / ثانية.
  5. خلال التدفق، والحصول على 2-D سلسلة زمنية متحد البؤر في إطار معدلات سريعة. هنا، 500 صورة من البعد يتم الحصول على 512 بكسل × 512 بكسل عند 32 لقطة / ثانية (الوقت تباعد Δ ر = 1/32 ثانية) على ارتفاعات مختلفة فوق الجزء السفلي من متناهية (ض = 0 ميكرومتر) التي تتراوح بين ض = 5 - 50 ميكرون. يغطي كل صورة تقريبا نصف البعد الأفقي (ذ) من متناهية، كما هو مبين في الشكل أقحم 7. إذا ظهرت جزيئات بيضاوي الشكل، وزيادة معدل الإطار الحيازة.
  6. كما هو الحال في التجارب هادئة، موقع الجسيمات في 2-D باستخدام خوارزميات قياسية لتحديد وتتبع الجسيمات في المختبر الدولي للألماس أو MATLAB. لتدفقات بطيئة، والتي تتحرك الجسيمات أقل من متوسط ​​المسافة بين الجسيمات بين الإطارات، استخدام خوارزميات تتبع للحصول على مسارات.
  7. استخدام صورة لارتباط أحسبulate لمحات عن سرعة تدفق سريع.
    1. تقسيم الصورة إلى صور الأفقي للارتفاع المستمر (ص) على طول اتجاه تدفق (خ). لصورتين متتابعة I 1 (س، ص) وأنا 2 (س، ص) تحول الصورة الأخيرة بعامل Δx ثم حساب التباين المشترك المتبادل بين I 1 (س، ص) وأنا 2 (س + Δx، ذ).
    2. تحديد موقف ذروة الرسم البياني للقيم Δx التي تزيد التباين المشترك المتبادل بين كل زوج من الصور للحصول على متوسط ​​سرعة حركة الهواء الأفقية في كل موقف ذ الجانبية. إذا لم يتم هذا التوزيع بلغت ذروتها بقوة، الحصول على صور بمعدل أسرع الإطار.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

لإثبات التصوير متحد البؤر والجسيمات تتبع، ونحن دراسة تأثير الحبس على سلوك المرحلة مخاليط البوليمر الغروانية 63-65. لهذه التجارب كانت قطر الغروانية 2 أ = 0.865 ميكرون. تم إصلاح الكسر حجم الغروي في Φ = 0.15 وكان تباينت تركيز البوليمر ج ع 0-23،6 ملغ / مل. وتظهر الصور متحد البؤر ممثل في الشكل 2 63، العمود الأيسر. من المواقف الجسيمات التي تم الحصول عليها باستخدام خوارزميات تتبع، حسبنا المقاييس الهيكلية وديناميكية ممثل، بما في ذلك وظيفة الزوج الارتباط (الشكل 2، العمود الوسط) والنزوح يعني المربعة (الشكل 2، العمود الأيمن). الصور والمقاييس الهيكلية وديناميكية سمح لنا أن نميز بين المواد الهلامية الغروية (الشكل 2، الصف العلوي)، والسوائل من مجموعات (الشكل 2، الصف الأوسط)، والسوائل (<قوي> الشكل 2، الصف السفلي).

سمحت لنا هذه المقاييس لتقييم كمي التغييرات الناجمة عن الحبس في بنية الجسيمات وديناميكية. على سبيل المثال، الذروة الأولى في وظيفة الزوج الارتباط لعينة مع تركيز البوليمر ج ع = 16.6 ملغ / مل يتحرك لفصل أقصر مثل سمك الحبس انخفضت (الشكل 3 63). وبالمثل، فإن جزءا من الذات وظيفة الارتباط فان هوف لعينة مع ج ع = 16.6 ملغ / مل كما يضيق سمك الحبس وانخفضت في أصغر الحبس يسلك الملف الشخصى للغاية غير التمويه من هلام اعتقلت (الشكل 4 63) . حتى بالنسبة للعينة مع ج ع = 23.6 ملغم / لتر، وهو هلام القبض على جميع زنازين، وخفض سمك الحبس يؤدي إلى ملف تعريف أضيق وأكثر غير جاوس. اقترح هذه التغييرات التي يسببها الحبس غير مباشرة زيادة في طنانه فعال الجذب بين الجسيمات.

ويمكن أيضا أن تطبق هذه التقنيات لتقييم آثار الحبس في مخاليط bidispersed من الجزيئات التي تحمل تسميات الفلورسنت متميزة. الصور ممثل من خليط من جزيئات كبيرة (قطرها 2 لL = 1.48 ميكرون) والصغيرة (قطرها 2 لS = 0.73 ميكرون) الجسيمات، بإجمالي حجم الجسيمات جزء Φ TOT = 0.15 ونسبة الكسر حجم الجسيمات الصغيرة R = 0.50، تبين أن خفض سمك الحبس الحث على تشكيل لمرحلة هلام الغروية مثل الصلبة التي تحتوي على جزيئات الكبيرة والصغيرة (الشكل 5 65). هو واضح بهذا الشأن وخاصة بالنسبة للمعلقات التي هي السوائل السائبة (الشكل 5A-د). والمشاكل العضلية الهيكلية من الجزيئات الكبيرة تنخفض يقتصر النظام على نحو متزايد: لعينة مع ج ع = 5 ملغ / مل، والمشاكل العضلية الهيكلية تصبح القبض حيوي، بما يتفق ثإيث الانتقال التصلب (الشكل 6A 65). لعينة مع ج ع = 25 ملغ / مل، الذي يشكل هلام القبض والحبس قوي يدفع تباطؤ ديناميكية (الشكل 6B)؛ الاختلافات بين العينة الأكثر تقتصر وتنحصر الأقل هي أكبر من حل هذه التقنية (~ 40 نانومتر، والتي نحدد من التقاطع y من MSD في تركيز مخفف جدا من الجسيمات مع Φ <0.01).

المجهري متحد البؤر وتحليل الصور أيضا تمكين الاختلافات بين خصائص تدفق ضعيفة وجذابة بقوة خلال تدفق الجزيئات محصورة في وصفها 66. لهذه التجارب، ومعلقات من جزيئات قطرها 2A = 1.55 ميكرون تركزت على جزء من حجم Φ = 0.15 مع تركيز البوليمر إما ج ع = 5 ملغ / مل، أي ما يعادل ضعف جاذبية بين الجسيمات، أو ج ع = 25 ملغ / مل، المقابلة لالجذب بين الجسيمات قوية. وتظهر الصور ممثل في الشكل 8 لتعليق هادئة والمتدفقة.

كشفت ملامح كثافة عدد الفروق بين توزيع الجزيئات في تعليق ضعيفة وبقوة جذابة خلال تدفق (كما هو موضح لمعدل تدفق 10 μ لتر / ساعة في الشكل 9 66): تلك من تعليق ضعيفة جذابة (ج ع = 5 ملغ / مل، وأرقام 9A 9B) زيادة بشكل كبير أكثر نحو مركز متناهية من تلك التي وقف بقوة جذابة (ج ع = 5 ملغ / مل، أرقام 9C و9D).

وبالمثل، أظهرت تعليق ضعيفة وبقوة جاذبية الاختلافات في شكل لمحات سرعة (كما هو موضح لمعدل تدفق 8 μ لتر / ساعة في الشكل 10 66). لمحات السرعة لتعليق معجاذبية ضعيفة (ج ع = 5 ملغ / مل، أرقام 10A 10B و) هي قريبة من تلك التي تنبأ عن السوائل النيوتونية التي تتدفق في متناهية مربع. على النقيض من ذلك، لمحات السرعة لتعليق مع جذب أقوى (ج ع = 25 ملغ / مل، وأرقام 10C 10D) تحيد كثيرا عن الوضع نيوتن بالقرب من الجدران الجانبية للمتناهية (قرب ذ / L = 0).

الشكل 1
الشكل 1. تخطيطي غرف للتجارب هادئة. (أ) غرفة مستطيلة، مع سمك ثابت من 1 ملم التي وضعتها سمك شريحة زجاجية. (ب) غرفة على شكل إسفين، مع سماكة متفاوتة تراوحت 6-170 ميكرون. الحد الأقصى هو سمكالتي وضعتها أن من ساترة الزجاج.

الرقم 2
. الرقم 2 السمات المميزة من السوائل، والسوائل من الكتل، والمواد الهلامية يسار العمود: الميكروسكوب متحد البؤر. العمود الأوسط: زوج الجسيمات ارتباط وظيفة ز (ص) كدالة للتطبيع الفصل ص / 2. العمود الأيمن: تطبيع، يعني التربيعية النزوح MSD / 4 2 بوصفها وظيفة من الوقت الضائع. من أعلى إلى أسفل الصور وظائف ارتباط تظهر أمثلة ممثل هلام (ج ع = 23.6 ملغ / مل و ح / 2 = 8.7)، وهو السائل من الكتل (ج ع = 16.6 ملغ / مل و ح / 2 = 17)، والسوائل الغروية (ج ص = 0 ملغ / مل و ح / 2> 116). قطر الجسيمات هو 2 أ = 0.865 μ م. تم تعديل هذا الرقم من Spannuth وكونراد، فيز. القس بادئة رسالة 109، 028301 (2012). حقوق الطبع والنشر 2012 من قبل الجمعية الفيزيائية الأمريكية.

الرقم 3
الشكل 3. وظيفة ارتباط الزوج يشير إلى تغييرات هيكلية في الحبس. وظيفة ارتباط زوج لعينة مع ج ع = 16.6 ملغ / مل في ح / 2> 116 و ح / 2 = 69، 35، 17، و 8.7 من أعلى إلى القاع. عينة السائل من مجموعات في كل ساعة ما عدا ح / 2 = 8.7، وهو هلام. تشير الألوان المرحلة كما في الشكل 2. قطر الجسيمات هو 2 أ = 0.865 μ م. تم تعديل هذا الرقم من Spannuth وكونراد، فيز. القس بادئة رسالة 109، 028301 (2012). حقوق الطبع والنشر 2012 من قبل الجمعية الفيزيائية الأمريكية.

الرقم 4
الشكل 4. وظيفة الارتباط فان هوف والتشريد يعني التربيعية توضح التغييرات في الحبس. جزء الذاتي وظيفة الارتباط فان هوف و(الشكل) يعني تشريد-التربيعية للعينات مع (أ) ج ع = 16.6 ملغ / مل و (ب ) ج ص = 23.6 ملغ / مل بوصفها وظيفة من الحبس (ح / 2 = 69 (الدوائر)، 17 (الساحات)، و 8.7 (مثلثات)). في (أ)، العينة هو السائل من مجموعات لح / 2 = 69 و 17، ولكن جل للح / 2 = 8.7. في (ب)، العينة هو جل للجميع ح. قطر الجسيمات هو 2 أ = 0.865 μ م. هذا الرقم والنحلن معدلة من Spannuth وكونراد، فيز. القس بادئة رسالة 109، 028301 (2012). حقوق الطبع والنشر 2012 من قبل الجمعية الفيزيائية الأمريكية.

الرقم 5
الرقم 5. الممثل الميكروسكوب متحد البؤر مخاليط bidispersed. الميكروسكوب متحد البؤر من السكان الجسيمات الصغيرة والكبيرة (على حد سواء هو مبين في الرمادي، مع وجود الجسيمات الأكبر حجما أكبر كثافة)، للتعليق مع ثابت الحجم الإجمالي جزء Φ TOT = 0.15، في المئة من حجم الجسيمات الصغيرة ص = 0.50، وتركيز depletant البوليمر ج ع (ميلان) 5 ملغ / مل أو (مدافع) 25 ملغ / مل، (أ، د) بكميات كبيرة أو (قبل الميلاد، وكف) تقتصر على ارتفاع تطبيع h/2a L من ( ب ه) 20، أو (ج، و) <5.5. أقطار الجسيمات الكبيرة والصغيرة هي 2 لL = 1.48 μ م و2A S = 0.73 μ م، على التوالي. شريط المقياس هو 10 μ م.

الرقم 6
الرقم 6. يعني-التربيعية تشريد السكان الجسيمات الكبيرة يسلك الناجم عن تباطؤ الحبس. التشريد يعني-التربيعية تطبيع بوصفها وظيفة من الوقت الضائع τ من الجزيئات الكبيرة في التعليق ثنائي مع حجم المئة من جزيئات صغيرة ص = 0.50 وتركيز متفاوتة من البوليمر depletant (أ) ج ص = 5 ملغ / مل أو (ب) ج ص = 25 ملغ / مل. الحبس، سمك ح / 2 L: السائبة ( ،) 20 ( الماس )، و <5.5 ( جانب ). الخطوط المتقطعة تشير إلى وجود منحدر 1. قطر الجسيمات الكبيرة هي 2 لL = 1.48 μ م. تم تعديل هذا الرقم من باندي وكونراد، لينة المواد، 9، 10617-10626 (2013). مستنسخة بإذن من الجمعية الملكية للكيمياء (http://dx.doi.org/10.1039/c c3sm51879e).

الرقم 7
الرقم 7. تخطيطي للجهاز للتجارب تدفق متناهية. وconsi الجهازالقديسان من microcapillary الزجاج التي يتم تركيبها على ضخ حقنة باستخدام تفلون أنابيب. هو مقلوب التخطيطي كما هو مبين مقارنة مع الإعداد التجريبية، والذي يستخدم مجهر مقلوب. يشار إلى نظام الإحداثيات: هو المنحى س على طول اتجاه التدفق، ويتم توجيه ذ على طول عرض متناهية، وموجه ض على طول الاتجاه الرأسي. أقحم: التخطيطي من البروتوكول التصوير. يتم الحصول على أفلام 2 د من نصف عرض متناهية في عشرة ارتفاعات مختلفة فوق سطحه السفلي. تم تعديل هذا الرقم من باندي وكونراد، لينة المواد 8، 10695-10703 (2012). مستنسخة بإذن من الجمعية الملكية للكيمياء (http://dx.doi.org/10.1039/c2sm25935d).

الرقم 8
الرقم 8. الممثل الميكروسكوب متحد البؤر الجسيماتخلال تدفق متناهية. الميكروسكوب متحد البؤر من المعلقات الغروية مع تركيز البوليمر ج ع من (ميلان) 5 ملغ / مل و(مدافع) 25 ملغ / مل. صور (أ) و (د) تظهر العينة هادئة؛ تم الحصول على الصور (ق) و (EF) خلال تدفق على ارتفاع (ض) من (ب، ه) 5 μ م و (ج، و) 50 μ متر فوق سطح قاع متناهية. حافة القناة في الجانب الأيسر من كل صورة في (ق) و (EF)، وتدفق في الاتجاه الهبوطي على النحو المشار إليه. شريط المقياس هو 10 μ م. قطر الجسيمات هو 2 أ = 1.546 μ م. تم تعديل هذا الرقم من باندي وكونراد، لينة المواد 8، 10695-10703 (2012). مستنسخة بإذن من الجمعية الملكية للكيمياء (حطالبان الباكستانية :/ / dx.doi.org/10.1039/c2sm25935d).

الرقم 9
الرقم 9. قوة الجذب يعدل الشخصى كثافة عدد الجسيمات. عدد الجسيمات بوصفها وظيفة للموقف الوحشي تطبيع عبر متناهية ذ / L لتعليق مع جزء حجم Φ = 0.15 والبوليمر تركيز ج ع (أ، ب) 5 ملغ / مل و (ج، د) 25 ملغ / مل، استحوذت على مواقع المصب تطبيع س / L = (أ، ج) 50 و (ب، د) وترد 200. البيانات لمدة آفاق تطبيع، ض / L = 0.05 (الأحمر الداكن مثلث ) و 0.50 (الضوء الأزرق جانبμ لتر / ساعة. الخطوط المعروضة هي أدلة للعين، وأشرطة الخطأ تشير إلى الانحراف المعياري للقياسات. قطر الجسيمات هو 2 أ = 1.546 μ م. تم تعديل هذا الرقم من باندي وكونراد، لينة المواد 8، 10695-10703 (2012). مستنسخة بإذن من الجمعية الملكية للكيمياء (http://dx.doi.org/10.1039/c2sm25935d).

الرقم 10
الرقم 10. قوة الجذب يعدل ملامح السرعة. محات سرعة تطبيع بوصفها وظيفة للموقف الوحشي تطبيع عبر متناهية ذ / L لتعليق مع جزء حجم Φ = 0.15 والبوليمر تركيز ج ع من ( ب) س / L = (أ، ج) يتم عرض 5 ملغ / مل و (ج، د) 25 ملغ / مل، استحوذت على مواقع المصب تطبيع و50 (ب، د) 200. البيانات لمدة تطبيع المرتفعات، ض / L = 0.05 (الأحمر الداكن) و 0.50 (الضوء الأزرق). كان معدل تدفق 8 μ لتر / ساعة. أشرطة الخطأ تشير إلى الانحراف المعياري للقياسات. الخطوط المنقطة تشير إلى الوضع يناسب تدفق نيوتن المتوقعة للتدفق في متناهية مربع. تم تعديل هذا الرقم من باندي وكونراد، لينة المواد 8، 10695-10703 (2012). مستنسخة بإذن من الجمعية الملكية للكيمياء (http://dx.doi.org/10.1039/c2sm25935d).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

ودرس المعلقات الغروية على نطاق واسع كنماذج للسلوك المرحلة المحصورة، لأن الجسيمات الغروية ميكرون الحجم يحمل ديناميات أبطأ بكثير من الذرات والجزيئات، وبالتالي يمكن تصويرها بسهولة وتعقب على مر الزمن 10. لهذه الدراسات الأساسية، وفهم تأثير الجذب بين الجسيمات على سلوك المرحلة تقتصر يتيح الفرصة لاستكشاف الظواهر مثل التكثيف الشعري والتبخر 21،22،67. بالإضافة إلى ذلك، تظهر تعليق جذابة تقتصر بتواجد مطلق في التطبيقات الصناعية والتكنولوجية. لهذه الدراسات التطبيقية، وفهم تأثير صياغة التعليق على تدفق تقتصر قد تؤدي إلى تحسين تركيبات من المواد الأولية والأحبار عن النماذج الأولية السريعة 1-3، تسليم المخدرات 4، 5-7 تعزيز استخراج النفط، وتطبيقات تخزين الطاقة 8.

التقنيات الأخرى المستخدمة لتحقيق هيكل ميكرون الحجم كولوتشمل oids في هندستها رقيقة المجهر الإلكتروني 17،18، المجهر الأشعة السينية 19، والليزر حيود المجهري 20. مزيج من متحد البؤر المجهري وتحليل الصور خوارزميات تقدم اثنين من المزايا الرئيسية لدراسات المعلقات الغروية المحصورة. أولا، الفحص المجهري متحد البؤر يسمح التصوير في أعماق تعليق كثيفة والفلورسنت. الثانية، مسارات الجسيمات التي تم الحصول عليها من الميكروسكوب متحد البؤر يمكن استخدامها لحساب مقاييس الحيوية والهيكلية للفرد الجسيمات الغروية ميكرون الحجم. هذه القياسات تسهيل المقارنة المباشرة مع المحاكاة 21،22. غيرها من خوارزميات تحليل الصور، مثل صورة العلاقة القائمة على 37 صورة للجسيمات 38، يمكن تطبيقها على الميكروسكوب متحد البؤر التي النزوح الجسيمات أكبر من التباعد بين الجسيمات للتحقيق في ديناميات.

لقد أثبتنا بروتوكولات لتصوير هادئة وتتدفق colloiد مخاليط البوليمر في هندستها يقتصر استخدام متحد البؤر المجهري. باستخدام مقاييس ممثل الواردة في هذه الورقة، حددنا الانتقال التصلب في تعليق هادئة التي يسببها الحبس 63،64. أظهرنا أيضا أن تغيير قوة جذب يعدل حد للهجرة الجسيمات وتوطيد أثناء تدفق خليط من الغروانية البوليمر في microchannels 66.

للتجارب التدفق، والحد من واحدة من هذا البروتوكول هو صعوبة في التصوير في 3-D خلال تدفق سريع متناهية، والجزيئات عادة التحرك لمسافات كبيرة بين إطارات متتالية. ويمكن تجنب هذا القيد في أبطأ معدلات التدفق عن طريق التصوير رقيقة شريحة 3-D. وبالتالي يمكن أن التجارب المتكررة على مواقع متميزة الرأسي داخل القناة تسفر سرعة وكثافة ثلاثي الأبعاد ملامح كاملة. وقد تم تطبيق هذا النهج بنجاح من قبل مجموعات بحثية أخرى إلى تعليق من الثابت ما يقرب من المجال الغروية التي ومكتب إدارة السجلات نظارات 13،14 أو 41 بلورات ولكن لم يتم تطبيقها على المواد الهلامية الغروية أقل تركيزا مثل تلك المعروضة هنا.

كلا أساليب تحليل الصور وصفها (الجسيمات تتبع وارتباط صورة) القيود معارض. لخوارزميات تتبع الجسيمات، تم الإبلاغ عن قرارات واحد على عشرة من حجم بكسل 23 لجزيئات فصل جيدا. القرار يزيد مع زيادة إشارة إلى الضجيج. كل من خوارزمية جاوس المناسب وخوارزمية تقوم بحساب أجدد نقاط القصوى شعاعي التناظر تحقيق قرارات تتبع التي هي قريبة من النظرية القصوى 68. كان القرار في تجاربنا أقل إلى حد ما (ربع حجم بكسل)؛ لأن الجزيئات في المواد الهلامية على اتصال وثيق، وسط كثافة في المنطقة المحلية وبالتالي لا تقع بالضرورة في النقطه الوسطى الجسيمات. القرار في تتبع الجسيمات في المواد الهلامية يمكن تحسين وضع العلامات فقطالنوى من الجسيمات 69-71. للحصول على صورة للجسيمات، وأساليب ذكرت هنا تسفر قياسات دقيقة النزوح حتى بالنسبة للنزوح كبيرة من عدة مئات من بكسل 37، ما دامت ترتبط مناطق شبه دائم السرعة عبر الهوائي الأفقي. هذه الأساليب لا يمكن استخدامها عند الخضوع لجزيئات الحركة النسبية كبيرة أو الحركة غير أفيني؛ في هذه الحالة التشريد تقتصر على جزء بسيط من حجم الجسيمات.

هذه البروتوكولات يمكن تطبيقها على الدراسات من خصائص السلوك المرحلة وبناء، وديناميات، وتدفق من مجموعة متنوعة واسعة من المعلقات الغروية، بما في ذلك الجزيئات مع شكل أو تباين الكيميائية والمذيبات التي هي السوائل غير النيوتونية، في 2-D و 3 - زنازين D. تطبيق هذه التقنيات يحتاج إلى مزيد من الزيادة في معدل التصوير في 2-D و 3-D، خوارزميات جديدة لتحليل الصور من جسيمات متباين الخواص، والتقدم في تصنيع هندستها حصر واقعية والواجهات.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

والكتاب ليس لديهم ما يكشف.

Acknowledgments

وأيد البحوث التي أعلن عنها في هذا المنشور من قبل جامعة هيوستن كلية جديدة غرانت، منحة البذور من مركز تكساس لالفائقة، وصندوق بحوث البترول الجمعية الكيميائية الأمريكية (52537-DNI).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Cyclohexyl bromide Sigma Aldrich 135194 CAS Number  108-85-0, Molecular wt. = 163.06, Used in stock solvent
Decahydronapthalene Sigma Aldrich D251 CAS Number 91-17-8, Molecular wt. = 138.25, Used in stock solvent
Nile Red Sigma Aldrich 72485 Fluorescent dye
Fluorescein 5(6)-isothiocyanate Sigma Aldrich F3651 Fluorescent dye
Rhodamine B Sigma Aldrich 83689 Fluorescent dye
Dynamic Light Scattering  Brookhaven Instruments BI-APD DLS equipment used for particle size measurement
Polystyrene  Varian/Agilent PL20138-23 Polystyrene (polymer) for inducing depletion attraction
Tetrabutyl(ammonium chloride) (TBAC) Sigma Aldrich 86870 monovalent salt
UV Adhesive Norland Adhesive NOA 68T Part Number 68T01 (UV cured adhesive)
VT Eye Visitech VT Eye confocal scanner
VT Infinity Visitech VT Infinity confocal scanner
Microscope  Leica DMI3000B Inverted Microscope
Centrifuge Thermo Scientific Sorvall ST 16 1-5,000 rpm
Teflon tubing smallparts SLTT 26-72 Zeus PTFE Sublite Wall Tubing 26 AWG 0.016" ID x 0.003" Wall
Epoxy Devcon DA051 5 min epoxy
Syringe Micromate/Cadence 5004 glass syringe with metal luer lock tip
Syringe tips  Nordson 7018462 32 GA precision tips 
Syringe pump  New Era Pump system Inc. NE1002X Programmable microfluidic pump (syringepump.com)
Weigh balance Mettler Toledo AB204-S 0.0001-220 g
PMMA particles synthesized poly(methylmethacrylate) colloidal particles

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Shereda, L. T., Larson, R. G., Solomon, M. J. Local stress control of spatiotemporal ordering of colloidal crystals in complex flows. Physical Review Letters. 101, 038301-0310 (2008).
  2. Conrad, J. C., et al. Designing colloidal suspensions for directed materials assembly. Current Opinion in Colloid and Interface Science. 16, 71-79 (2011).
  3. Lewis, J. A. Direct ink writing of 3D functional materials. Advanced Functional Materials. 16, 2193-2204 (2006).
  4. Mishra, B., Patel, B. B., Tiwari, S. Colloidal nanocarriers: a review on formulation technology, types and applications toward targeted drug delivery. Nanomedicine: Nanotechnology, Biology, and Medicine. 6, 9-24 (2010).
  5. Maitland, G. C. Oil and gas production. Curr. Opin. Colloid Interface Sci. 5, 301-311 (2000).
  6. Kelessidis, V., Maglione, R., Tsamantaki, C., Aspirtakis, Y. Optimal determination of rheological parameters for Herschel–Bulkley drilling fluids and impact on pressure drop, velocity profiles and penetration rates during drilling. J. Petrol. Sci. Eng. 53, 203-224 (2006).
  7. Ponnapati, R., et al. Polymer-functionalized nanoparticles for improving waterflood sweep efficiency: Characterization and transport properties. Industrial and Engineering Chemistry Research. 50, 13030-13036 (2011).
  8. Duduta, M., et al. Semi-solid lithium rechargeable flow battery. Advanced Energy Materials. 1, 511-516 (2011).
  9. Poon, W. C. K. The physics of a model colloid-polymer mixture. Journal of Physics: Condensed Matter. 14, (2002).
  10. Prasad, V., Semwogerere, D., Weeks, E. R. Confocal microscopy of colloids. Journal of Physics: Condensed Matter. 19, 113102-1110 (2007).
  11. Kogan, M., Solomon, M. J. Electric-field-induced yielding of colloidal gels in microfluidic capillaries. Langmuir. 26, 1207-1213 (2010).
  12. Frank, M., Anderson, D., Weeks, E. R., Morris, J. F. Particle migration in pressure-driven flow of a Brownian suspension. Journal of Fluid Mechanics. 493, 363-378 (2003).
  13. Isa, L., Besseling, R., Morozov, A. N., Poon, W. C. K. Velocity oscillations in microfluidic flows of concentrated colloidal suspensions. Physical Review Letters. 102, 058302-0510 (2009).
  14. Isa, L., Besseling, R., Poon, W. C. K. Shear zones and wall slip in the capillary flow of concentrated colloidal suspensions. Physical Review Letters. 98, (2007).
  15. Semwogerere, D., Morris, J. F., Weeks, E. R. Development of particle migration in pressure-driven flow of a Brownian suspension. Journal of Fluid Mechanics. 581, 437-451 (2007).
  16. Semwogerere, D., Weeks, E. R. Shear-induced particle migration in binary colloidal suspensions. Phys. Fluids. 20, (2008).
  17. Ramiro-Manzano, F., Bonet, E., Rodriguez, I., Meseguer, F. Layering transitions in confined colloidal crystals: The hcp-like phase. Physical Review E. 76, 050401-0510 (2007).
  18. Ramiro-Manzano, F., Meseguer, F., Bonet, E., Rodriguez, I. Faceting and commensurability in crystal structures of colloidal thin films. Physical Review Letters. 97, 028304-0210 (2006).
  19. Hilhorst, J., et al. hree-dimensional structure and defects in colloidal photonic crystals revealed by tomographic scanning transmission X-ray microscopy. Langmuir. 28, 3614-3820 (2012).
  20. Luo, Y. -Y., Hu, S. -X., Lu, Y., Mai, Z. -H., Li, M. Real time observation of partial dislocations in thin colloidal crystals. Applied Physics Letters. 95. 174107, (2009).
  21. Binder, K., Horbach, J., Vink, R. L. C., De Virgiliis, A. Confinement effects on phase behavior of soft matter systems. Soft Matter. 4, 1555-1568 (2008).
  22. De Virgiliis, A., Vink, R. L. C., Horbach, J., Binder, K. From capillary condensation to interface localization transitions in colloid-polymer mixtures confined in thin-film geometry. Physical Review E. 78, 041604-0410 (2008).
  23. Crocker, J. C., Grier, D. G. Methods of digital video microscopy for colloidal studies. J. Colloid Interface Sci. 179, 298-310 (1996).
  24. Gasser, U., Weeks, E. R., Schofield, A. B., Pusey, P. N., Weitz, D. A. Real-space imaging of nucleation and growth in colloidal crystallization. Science. 292, 258-262 (2001).
  25. Alsayed, A. M., Islam, M. F., Zhang, J., Collings, P., Yodh, A. G. Premelting at defects within bulk colloidal crystals. Science. 309, 1207-1210 (2005).
  26. Leunissen, M. E., et al. Ionic colloidal crystals of oppositely charged particles. Nature. 437, 235-240 (2005).
  27. Nagamanasa, K. H., Gokhale, S., Ganapathy, R., Sood, A. K. Confined glassy dynamics at grain boundaries in colloidal crystals. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 108. , 11323-11326 (2011).
  28. Kaya, D., Green, N. L., Maloney, C. E., Islam, M. F. Normal modes and density of states of disordered colloidal solids. Science. 329, 656-658 (2010).
  29. Weeks, E. R., Crocker, J. C., Levitt, A. C., Schofield, A. B., Weitz, D. A. Three-dimensional direct imaging of structural relaxation near the colloidal glass transition. Science. 287, 627-631 (2000).
  30. Sarangapani, P. S., Schofield, A. B., Zhu, Y. Direct experimental evidence of growing dynamic length scales in confined colloidal liquids. Phys. Rev. E. 83, 030502-0310 (2011).
  31. Sarangapani, P. S., Schofield, A. B., Zhu, Y. Relationship between cooperative motion and the confinement length scale in confined colloidal liquids. Soft Matter. 8, 814-818 (2012).
  32. Dibble, C. J., Kogan, M., Solomon, M. J. Structure and dynamics of colloidal depletion gels: Coincidence of transitions and heterogeneity. Phys. Rev. E. 74, 041403-0410 (2006).
  33. Dibble, C. J., Kogan, M., Solomon, M. J. Structural origins of dynamical heterogeneity in colloidal gels. Phys. Rev. E. 77, 050401-0510 (2008).
  34. Lu, P. J., et al. Gelation of particles with short-range attraction. Nature. 453, 499-504 (2008).
  35. Hsiao, L. C., Newman, R. S., Glotzer, S. C., Solomon, M. J. Role of isostaticity and load-bearing microstructure in the elasticity of yielded colloidal gels. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 109. , 16029-16034 (2012).
  36. Lu, P. J., et al. Characterizing concentrated, multiply scattering, and actively driven fluorescent systems with confocal differential dynamic microscopy. Physical Review Letters. 108, 218103-2110 (2012).
  37. Besseling, R., Isa, L., Weeks, E. R., Poon, W. C. K. Quantitative imaging of colloidal flows. Advances In Colloid and Interface Science. 146. , 1-17 (2009).
  38. Wereley, S. T., Meinhart, C. D. Micron-resolution particle image velocimetry. Microscale Diagnostic Techniques. , 1-62 (2005).
  39. Angele, K. P., Suzuki, Y., Miwa, J., Kasagi, N. Development of a high-speed scanning micro PIV system using a rotating disc. Measurement Science and Technology. 17, 1639-1646 (2006).
  40. Klein, S. A., Posner, J. D. Improvement in two-frame correlations by confocal microscopy for temporally resolved micro particle imaging velocimetry. Measurement Science and Technology. 21, 105409-1010 (2010).
  41. Derks, D., Wu, Y. L., Van Blaaderen, A., Imhof, A. Dynamics of colloidal crystals in shear flow. Soft Matter. 5, 1060-1065 (2009).
  42. Ballesta, P., Besseling, R., Isa, L., Petekidis, G., Poon, W. C. K. Slip and flow of hard sphere colloidal glasses. Physical Review Letters. 101, 258301-2510 (2008).
  43. Rajaram, B., Mohraz, A. Microstructural response of dilute colloidal gels to nonlinear shear deformation. Soft Matter. 6, 2246-2259 (2010).
  44. Rajaram, B., Mohraz, A. Dynamics of shear-induced yielding and flow in dilute colloidal gels. Physical Review E. 84, (2011).
  45. Rajaram, B., Mohraz, A. Steady shear microstructure in dilute colloid–polymer mixtures. Soft Matter. 8, 3699-3707 (2012).
  46. Yethiraj, A., Van Blaaderen, A. A colloidal model system with an interaction tunable from hard sphere to soft and dipolar. Nature. 421, 513-517 (2003).
  47. Campbell, A. I., Anderson, V., Van Duijneveldt, J. S., Bartlett, P. Dynamical arrest in attractive colloids: The effect of long-range repulsion. Physical Review Letters. 94, 208301-2010 (2005).
  48. Klix, C. L., Royall, C. P., Tanaka, H. Structural and dynamical features of multiple metastable glassy states in a colloidal system with competing interactions. Physical Review Letters. 104, 165702-1610 (2010).
  49. Sedgwick, H., Egelhaaf, S. U., Poon, W. C. K. Clusters and gels in systems of sticky particles. Journal of Physics: Condensed Matter. 16, 10-1088 (2004).
  50. Zhang, T. H., Klok, J., Tromp, R. H., Groenewold, J., Kegel, W. K. Non-equilibrium cluster states in colloids with competing interactions. Soft Matter. 8, (2012).
  51. Dinsmore, A. D., Prasad, V., Wong, I. Y., Weitz, D. A. Microscopic structure and elasticity of weakly aggregated colloidal gels. Physical Review Letters. 96, (2006).
  52. Antl, L., et al. The preparation of poly(methyl methacrylate) latices in nonaqueous media. Colloid Surf. 17, 67-78 (1986).
  53. Aarts, D. G. A. L., Tuinier, R., Lekkerkerker, H. N. W. Phase behaviour of mixtures of colloidal spheres and excluded-volume polymer chains. Journal of Physics: Condensed Matter. 14, 7551-7561 (2002).
  54. Crocker, J. C., Weeks, E. R. Particle tracking using IDL. , (2011).
  55. Grier Grier, D. G. Lab Downloadable Software. , (2012).
  56. Smith, R., Friendly Spalding, G. U. ser- Freeware Image Segmentation and Particle Tracking. , (2005).
  57. Blair, D. L., Dufresne, E. R. The Matlab Particle Tracking Code Repository. , (2008).
  58. Kilfoil, M. L. Biological Physics Software. , (2009).
  59. Milne, G. Particle Tracking. , (2006).
  60. Caswell, T. trackpy: A pure python implementation of Crocker-Grier for single particle tracking. , (2012).
  61. Weeks, E. R. IDL routines to calculate the pair correlation function g(r). , (2005).
  62. Breedveld, V., Crocker, J. C., Weeks, E. R. M. S. D. , (2005).
  63. Spannuth, M., Conrad, J. C. Confinement-induced solidification of colloid-polymer depletion mixtures. Phys. Rev. Lett. 109, (2012).
  64. Spannuth, M., Conrad, J. C. Dynamics of confined colloid-polymer mixtures. AIP Conf. Proc. 1518, 351-356 (2013).
  65. Pandey, R., Conrad, J. C. Dynamics of confined depletion mixtures of polymers and bidispersed colloids. Soft Matter. , (2013).
  66. Pandey, R., Conrad, J. C. Effects of attraction strength on microchannel flow of colloid–polymer depletion mixtures. Soft Matter. 8, 10695-10703 (2012).
  67. Gelb, L., Gubbins, K. E., Radhakrishnan, R., Sliwinska-Bartkowiak, M. Phase separation in confined systems. Reports on Progress in Physics. 62, 1573-1659 (1999).
  68. Parthasarathy, R. Rapid accurate particle tracking by calculation of radial symmetry centers. Nature Methods. 9, 724-726 (2012).
  69. Peng, B., vander Wee, E., Imhof, A., Van Blaaderen, A. Synthesis of monodisperse, highly cross linked, fluorescent PMMA particles by dispersion polymerization. Langmuir. 28, 6776-6785 (2012).
  70. Elsesser, M. T., Hollingsworth, A. D., Edmond, K. V., Pine, D. J. Large core-shell poly(methyl methacrylate) colloidal clusters: synthesis, characterization, and tracking. Langmuir. 27, 917-927 (2011).
  71. Dullens, R. P. A., Derks, D., van Blaaderen, A., Kegel, W. K. Monodisperse core-shell poly(methyl methacrylate latex colloids). Langmuir. 19, 5963-5966 (2003).

Tags

الكيمياء، العدد 87، المجهري متحد البؤر، وتتبع الجسيمات، الغرويات، ومعلقات، والحبس، دبق، على microfluidics، صورة الارتباط، وديناميات، وتدفق تعليق
التصوير متحد البؤر المحصورة من هادئة ويتدفق مخاليط البوليمر المادة الغروية
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Pandey, R., Spannuth, M., Conrad, J. … More

Pandey, R., Spannuth, M., Conrad, J. C. Confocal Imaging of Confined Quiescent and Flowing Colloid-polymer Mixtures. J. Vis. Exp. (87), e51461, doi:10.3791/51461 (2014).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter