Method Article

مقياس التمدد الدقيق للتصور المجهري البؤري للواجهات الديناميكية

DOI:

10.3791/64110

⸱

September 9th, 2022

 ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Chemical Engineering and Materials Science, University of Minnesota, 2Department of Chemical Engineering, Carnegie Mellon University

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تصف هذه المخطوطة تصميم وتشغيل مقياس التمدد الدقيق/المجهر البؤري لإجراء قياسات متزامنة للتوتر البيني والريولوجيا التوسعية السطحية مع تصور المورفولوجيا بين الوجهين. وهذا يوفر البناء في الوقت الحقيقي للعلاقات بين البنية والملكية للواجهات المهمة في التكنولوجيا وعلم وظائف الأعضاء.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

إن امتزاز الجزيئات النشطة على السطح إلى واجهات السوائل والسوائل موجود في كل مكان بطبيعته. يتطلب توصيف هذه الواجهات قياس معدلات الامتزاز السطحي ، وتقييم التوترات السطحية المتوازنة كدالة لتركيز السطحي السائب ، وربط كيفية تغير التوتر السطحي بالتغيرات في المنطقة البينية بعد التوازن. يسمح التصور المتزامن للواجهة باستخدام التصوير الفلوري باستخدام المجهر البؤري عالي السرعة بالتقييم المباشر للعلاقات بين البنية والوظيفة. في مقياس الضغط الشعري الدقيق (CPM) ، يتم تثبيت فقاعة هواء نصف كروية في نهاية الشعيرات الدموية في خزان سائل بحجم 1 مل. يتم التحكم في الضغط الشعري عبر واجهة الفقاعة عبر وحدة تحكم تدفق الموائع الدقيقة التجارية التي تسمح بالضغط القائم على النموذج أو انحناء الفقاعة أو التحكم في منطقة الفقاعة بناء على معادلة لابلاس. بالمقارنة مع التقنيات السابقة مثل حوض Langmuir وإسقاط القلادة ، يتم تحسين دقة القياس والتحكم ووقت الاستجابة بشكل كبير. يمكن تطبيق اختلافات الضغط الشعري والتحكم فيها في ميلي ثانية. يتم تصور الاستجابة الديناميكية لواجهة الفقاعة عبر عدسة بصرية ثانية مع توسع الفقاعة وانكماشها. يتناسب محيط الفقاعة مع ملف تعريف دائري لتحديد نصف قطر انحناء الفقاعة ، R ، وكذلك أي انحرافات عن الدائرية من شأنها أن تبطل النتائج. تستخدم معادلة لابلاس لتحديد التوتر السطحي الديناميكي للواجهة. بعد التوازن ، يمكن فرض تذبذبات ضغط صغيرة بواسطة مضخة الموائع الدقيقة التي يتم التحكم فيها بواسطة الكمبيوتر لتذبذب نصف قطر الفقاعة (ترددات 0.001-100 دورة / دقيقة) لتحديد معامل التمدد الأبعاد الإجمالية للنظام صغيرة بما فيه الكفاية بحيث يتناسب مقياس الشد الدقيق تحت عدسة المجهر البؤري عالي السرعة مما يسمح بتتبع الأنواع الكيميائية الموسومة بالفلورسنت كميا بدقة جانبية دون الميكرون.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

واجهات الهواء والماء التي تغطيها أفلام الفاعل بالسطح منتشرة في كل مكان في الحياة اليومية. تستخدم حقن المياه الخافضة للتوتر السطحي لتعزيز استخراج النفط من الحقول المستنفدة وتستخدم كحلول تكسير هيدروليكي للغاز الصخري والنفط. الرغاوي الغازية السائلة والمستحلبات السائلة السائلة شائعة في العديد من العمليات الصناعية والعلمية كمواد تشحيم وعوامل تنظيف وهي شائعة في الغذاء. تعمل المواد الخافضة للتوتر السطحي والبروتينات في الواجهات على استقرار تكوينات الأجسام المضادة أثناء التعبئة والتغليف والتخزين والإدارة 1,2,3,4,5 ، واستقرار الفيلم المسيل للدموع في العين

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. إعداد الأنابيب الشعرية

  1. ضع الشعيرات الدموية في مجتذب شعري وقم بتشغيل برنامج السحب المطلوب لإنشاء شعيرتين شعريتين مدببتين بقطر خارجي (OD) يبلغ ~ 1 ميكرومتر عند الطرف.
    ملاحظة: يجب أن يكون OD للشعيرات الدموية قبل السحب هو OD المحدد ليتناسب مع حامل الشعيرات الدموية في خلية مقياس الشد الدقيق. يمكن أن يختلف القطر الداخلي (ID) للشعيرات الدموية ، ولكنه سيؤثر على نصف القطر الحرج للشعيرات الدموية بعد السحب. يتم اختيار برنامج سحب بحيث يقلل المستدق الناتج في البداية من OD و ID الشعريين بسرعة ، ثم يصل إلى نصف قطر بالقرب من OD و ID الشعريين المطلوبين ، ثم يقلل من قطره ببطء أكبر. سيؤدي ذلك إلى إنشاء طول شعري أكبر يمكن تسجيله لإنتاج شعيرة دموية قابلة ل....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ينشأ أحد المصادر الرئيسية لخطأ القياس من الشعيرات الدموية التي تحتوي على عيوب إما من عملية القطع (الشكل 5A ، B) أو عملية الطلاء (الشكل 5D). كلا النوعين من العيوب يؤدي إلى أخطاء في تحديد شكل الفقاعة وحجمها بواسطة نظام تحليل الصور البصري ، مما يؤدي إلى قيم توتر سطحي غير دقيقة. من المهم فحص كل شعيرة شعرية جديدة بعناية بعد سحبها وتغليفها تحت المجهر الضوئي قبل إدخال الشعيرات الدموية في CPM. يجب التخلص من الشعيرات الدموية المقطوعة بشكل خاطئ ، ولكن يمك.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يعد CPM / CFM مجتمعين أداة قوية لفحص الديناميكيات البينية والتوازنات والمورفولوجيا. يصف هذا البروتوكول الخطوات اللازمة للحصول على البيانات باستخدام CPM/CFM.

يوضح الشكل 2 تصميم الخلية مع قنوات للشفرات الدموية والمذيبات والتبادل الحراري المشار إليها. يجب أن يكون مدخل تبادل المذيبات في أسفل الخلية بينما يجب أن يكون المخرج في الأعلى ، مما يسمح للخلية بعدم تجاوز الخلية أثناء التبادل. في الممارسة العملية ، قد تكون معدلات تدفق المدخل والمخرج مختلفة قليلا لنفس المضخة التم.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

وليس لدى المؤلفين أي تضارب في المصالح للإفصاح عنه.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تم الحصول على جميع صور المجهر البؤري باستخدام المجهر البؤري المستقيم A1RHD من نيكون. نحن نعترف بتوجيه ومساعدة موظفي الدعم ، وخاصة غييرمو ماركيز ، في مركز التصوير الجامعي في جامعة مينيسوتا. تم دعم هذا العمل من قبل NIH Grant HL51177. تم دعم SI من قبل منحة تدريب البحوث المؤسسية من Ruth L. Kirschstein NRSA F32 HL151128.

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
1.5 OD Tygon tubingFischer ScientificTubing
A1RHD Multiphoton مستقيم مجهر متحد البؤرنيكونمجهر متحد البؤر
محلولحمض الكبريتيك وألنوكروميكس مخفف بالماء بنسبة 50٪ من حيث الحجم ، انتظر حتى يصبح صافيا قبل تخفيف
AlnochromixAlconox2510يخلط مع حامض الكبريتيك لتعبئة التعليمات ويخفف لصنع محلول تنظيف الحمضي
قاطع الزجاج السيراميكأدوات Sutter Instruments
ChloroformSigma-Aldrich650471HPLC Plus
CurosurfChiesi& nbsp ؛ الرئة السطحية
دي الماء18.5 M & Omega; - سم
الإيثانولأي200 دليل يستخدم في الاستسقاء ، مشوهة تستخدم لتنظيف
موديل 190دولان جينر الصناعات Inc.281900100مصدر الضوء ؛ يجب أن تعمل مصادر الضوء الأخرى أيضا
Flow EZ F69 mbar w / Link ModuleFluigentLU-FEZ-0069Microfluidic
Pump Fluigent SDK VIsFluigentالمطلوب للواجهة
CPM حشواتالمصنوعة من لوح Viton بسمك 1 مم ، انظر الشكل 3
فلتر الغازNorgrenF07-100-A3TGضع بين مضخة الموائع الدقيقة ومنظم الضغط
الغازNorgren10R0400Rيخفض الضغط من السورس إلى نطاق المضخة ، متصل بنطاق فلتر الغاز 2-120 رطل لكل بوصة مربعة
أدوات زجاجية CapilarySutterB150-86-10زجاج البورسليكات OD 1.5 مم معرف 0.86 مم
زجاج شريحةأيحقنة زجاجية 75 مم × 25 مم
هاميلتون8487825 & مو L حقنة زجاجية
عامل HydrophobizingSigma-Aldrich6674201H ، 1H ، 2H ، 2H-Perfluoro-octyltriethoxysilane 98٪ ، يمكن استبدال triethoxysilane الكارهة للماء
بالسطح غير القابل للذوبانAvanti850355C-200mg16: 0 DPPC في الكلوروفورم
LabVIEW SoftwareNational Instruments2017
Longpass FilterThorLabsFEL0650مرشح Longpass 650 نانومتر ، يجب أن يزيل الطول الموجي
ليزر الإثارة Lyso-PCAvanti855675P16: 0 Lyso PC 1-palmitoyl-2-hydroxy-sn-glycero-3-phosphocholine
Masterflex L / S متغير السرعة نظام مضخة القنصلية التناظرية w/  ؛ رأس المضخة Easy-Load IIMasterflexHV-77916-20مضخة التمعج
MATLABMathworksR2019
مجتذب الماصات الدقيقة P-1000Sutter Instrumentsمجتذب الشعيرات الدموية
خلية مقياس الشد الدقيق وخلية الحاملتم تشكيلها من نظرة خاطفة ، حامل مصنوع من الألومنيوم ، انظر الشكل 3 و 4
الشد الدقيق الهدفنيكونفلور 20x / 0.50W DIC M / N2 &INFIN ؛ / 0 WD 2.0 مم
NI وحدة تطويرالرؤية الأدواتالمطلوبة للواجهة الافتراضية CPM نظرة
خاطفة إصبع تركيبات ضيقة IDEXF-120x10-32 منافذ مخروط
نظرة خاطفة قابسIDEXP-55110-31 منافذ مخروط
أطراف ماصةEppendorf22492225100 & mu ؛ L - 1000 مو ؛ L ،
ملقط بلاستيكيThermo Scientific6320-0010
حقنة بلاستيكيةFischer Scientific14-955-45910 مل
أجزاء السباكةFischer Scientific3-way صمامات وأجزاء السباكة الأخرى لتوصيل الأنابيب.
Research Plus 1-channel 100 & L– 1000 مو ؛ LEppendorf3123000063ماصة صغيرة
الكبريتيكأي تستخدم لمحلول التنظيف الحمضي
T Plan SLWD 20x / 0.30 OFN25 WD 30 ممنيكونمجهر متحد البؤر الهدف
تكساس الأحمر DHPE ملح ثلاثي إيثيل أمونيمThermo Fischer Scientific1395MPFluorophore
VaccumPump GastDOA-P704-AA
تنظيف حمض الألياف الضوئية الافتراضية الفلور المطاط الصناعي منظم الأخرى الفاعل تردد مقياس الوطنية معقم حامض

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Freer, E. M., Yim, K. S., Fuller, G. G., Radke, C. J. Interfacial rheology of globular and flexible proteins at the hexadecane/water interface: Comparison of shear and dilatation deformation. Journal of Physical Chemistry B. 108 (12), 3835-3844 (2004).
  2. Freer, E. M., Yim, K. S., Fuller, G. G., Radke, C. J.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Microtensiometer VisualizationConfocal MicroscopyDynamic InterfacesSurface Tension MeasurementCapillary PressureSurfactant AdsorptionBubble Interface ImagingDilatational ModulusLung SurfactantFluid Fluid Interfaces

Related Articles