التصوير متحد البؤر المحصورة من هادئة ويتدفق مخاليط البوليمر المادة الغروية

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.

الهدف العام من التجربة التالية هو تحديد التغيرات في سلوك الطور المحصور وخصائص النقل للمعلقات الغروية الجذابة باستخدام الفحص المجهري متحد البؤر. يتم تحقيق ذلك من خلال صياغة مخاليط البوليمر الغروانية لنمذجة المعلقات الغروية الجذابة. يتم تصوير المخاليط وحبسها في خلايا إسفين رقيقة لإظهار كيف يعدل الحبس ديناميكيات الهيكل وسلوك الطور لهذه الخلائط.

بعد ذلك ، يتم تصوير الخلائط أثناء تدفقها عبر القنوات الدقيقة لتحديد تأثير قوة الجذب بين الغرويات على خصائص النقل المحصورة للمخاليط. يمكن أن يوضح التحليل الآلي للصور وخوارزميات تتبع الجسيمات كيف يؤدي الحبس الهادئ إلى التصلب وارتباط الصورة. يمكن أن توضح الخوارزميات كيف تؤدي زيادة قوة الجذب إلى سلوك تدفق غير نيوتوني بشكل متزايد.

الميزة الرئيسية لهذه التقنية أو غيرها من الطرق الأخرى مثل المجهر الإلكتروني وتشتت الضوء الديناميكي هي أنها تسمح بفرض ضرائب مباشرة على إسقاطات الجسيمات المفردة التي يمكن من خلالها حساب المقاييس الديناميكية والهيكلية للمقارنة المباشرة مع عمليات المحاكاة. يمكن أن تساعد هذه الطريقة القياسية في الإجابة على الأسئلة الرئيسية في مجال فيزياء المادة المكثفة الناعمة ، مثل كيفية التجميع الذاتي للتعليق في وجود تفاعلات بين الجسيمات ، أو كيف تنتج أنظمة تعليق الضوء الصلبة تحت قوة أو ضغط مطبق. بالنسبة لهذا البروتوكول ، أعدت جزيئات PMMA التي تم تصنيفها باستخدام استشارة صبغة ، وهي مادة مرجعية مرتبطة في بروتوكول النص للمستحضرات القياسية.

اصنع خليطا من ثلاثة إلى واحد بوزن بروي هيان في ديكو هيدرو ناتالين هزيل بعد ذلك ، أضف تترا بوتيل الأمونيوم والملح العضوي إلى 1.5 ملليمولار. يتطابق المذيب مع معامل الانكسار للجسيمات ويفحص شحنتها جزئيا لتحديد كثافة الجسيمات بدقة لتعليق الجسيمات عند 0.1. الحجم حسب الحجم في جهاز الطرد المركزي للمذيبات المحضرة ، التعليق عند 800 جم لمدة 75 دقيقة.

تأكد من أن الجسيمات لا تترسب بعد الطرد المركزي. ثم لمنع الجسيمات من الاستقرار ، أضف أي من المذيبات الأساسية بالتنقيط لمطابقة كثافة المذيب مع كثافة الجسيمات. بعد ذلك ، قم بإعداد تعليق 40٪ من جزيئات PMMA في خليط المذيبات المحضر.

قم أيضا بإعداد بولي سيرين خطي في خليط المذيبات بتركيز عال. على سبيل المثال ، 50 ملليغرام لكل مليلتر محسوبة من الوزن الجزيئي ونصف قطر دوران البوليسترين. يؤدي استخدام تعليق الجسيمات PMMA المركز ومحلول البوليسترين إلى تعليق التركيز المطلوب للجزيئات مع البوليمرات.

هنا يحتوي المعلق على 15 بالمائة من حجم جزيئات PMMA ويتراوح تركيز البوليمر من صفر إلى 25 ملليغرام لكل مليلتر عن طريق معلقات مشتتة لجزيئين مختلفين الحجم ومسمى بشكل مختلف في حجم متساو. يمكن أيضا خلط الكسور مع محلول البوليمر. بعد خلط كل تعليق ، قم بطردها بالطرد المركزي ثم أضف مذيبا بالتنقيط لمطابقة كثافة المذيبات بشكل وثيق مع كثافة الجسيمات.

أخيرا ، قم بموازنة جميع العينات عن طريق وضع العينات المختومة في Tumblr لمدة 24 ساعة على الأقل قبل تصويرها. ابدأ بتجميع الغرف المستطيلة من زلات الغطاء الزجاجي. سمك شريحة المجهر هنا هو ملليمتر واحد ، وبالتالي ، فإن سمك الغرفة ، الذي يسمح بالسلوك السائب بواسطة خلطات البوليمر ذات الياقات.

إذا كنت ترغب في وجود غرفة متعددة الارتفاعات ، فقم بعمل غرف رفيعة على شكل إسفين باستخدام زلة غطاء واحدة متباعدة على إسفين. زاوية فتح الغرفة أقل من 0.5 درجة ويزيد سمك الغرفة من ستة ميكرون إلى ملليمتر واحد. يسمح هذا التكوين بتغيير سمك الحبس باستمرار ، وتصنيع الغرف المراد وضعها على مجهر مقلوب وإغلاقها بإيبوكسي قابل للشفاء بالأشعة فوق البنفسجية مقاوم لخليط المذيبات المجهر المستخدم.

فيما يلي رأس مسح متحد البؤر للمسح الخطي متصل بمجهر مقلوب مع عدسة غمر بالزيت 100 ×. بوجود فتحة عددية تبلغ 1.4 ، استخدم الأطوال الموجية المناسبة لإثارة الأصباغ والتقاط صور مربعة 50 ميكرون بدقة 512 بكسل مربع. ابدأ بتعريض ضوئي لمدة 32 ثانية ثم اضبط جودة الصورة.

بعد ذلك ، سيتم تحديد موقع الجزء السفلي من جزيئات الغرفة التي سيتم إلتصاقها هناك. ثم انقل التركيز إلى منتصف الغرفة. الآن التقط حوالي 500 صورة بمعدل إطار واحد في الثانية في منتصف المستوى لتحليل ثنائي الأبعاد.

ثم للتحليل ثلاثي الأبعاد ، التقط صورا مكدس Z مع فجوات 0.2 ميكرون تزيد عن 30 ميكرون في أي تجربة تصوير جانبية. يعد تحسين ظروف التصوير للحصول على صور عالية التباين أمرا بالغ الأهمية. قم بتحليل الصور باستخدام حزمة برامج تتبع الجسيمات.

يجب أن تكون هناك خوارزمية تحل الجسيمات إلى 40 أو 50 نانومتر. لا يمكن تتبع الجسيمات إلا إذا تحركت الجسيمات أقل من التباعد بين الجسيمات بين الإطارات المتتالية. لتقييم بنية الجسيمات وديناميكياتها ، استخدم المقاييس التالية.

دالة ارتباط زوج ثلاثي الأبعاد ، وتعني الإزاحة التربيعية ثنائية الأبعاد أو ثلاثية الأبعاد ، وجزء ذاتي ثنائي الأبعاد أو ثلاثي الأبعاد من دالة ارتباط فان هوف. في هذه التجربة ، اصنع خلية تدفق بسيطة من شعرية زجاجية مربعة بعرض 100 ميكرون. قم بتوصيل أنابيب التفلون واستخدم زلات الغطاء الزجاجي للدعم الهيكلي.

بعد ذلك ، قم بتحميل خليط البوليمر الغرواني ذي الأهمية في حقنة زجاجية وإرفاقه بنظام توزيع مثل المضخة. الآن قم بتركيب الإعداد على المجهر المقلوب كما هو مستخدم في القسم السابق. يجب الحفاظ على خلية تدفق المحقنة ومخرج الحقنة في أدنى مستوى ممكن.

اضبط معدل التدفق وفقا لخليط البوليمر الغرواني. تم استخدام التركيز من خلال الشعيرات الدموية المربعة من 200 إلى 2000 ميكرون في الثانية أثناء التدفق. اجمع الصور ثنائية الأبعاد كما هو موضح في القسم السابق على مسافات مختلفة من أرضية القناة من خمسة إلى 50 ميكرون.

إذا ظهرت الجسيمات بيضاوية الشكل ، فقم بزيادة معدل إطارات الاستحواذ. استخدم برنامج التتبع و IDL أو MATLAB لتحليل التدفق. يتطلب الحصول على دقة البكسل الفرعية في تتبع الجسيمات تعديلا دقيقا لمعلمات التتبع لإنتاج OIDs غير متحيزة في اتجاه معين.

أثناء التدفق البطيء. عندما تتحرك الجسيمات أقل من المسافة بين الجسيمات بين الإطارات ، يمكن الحصول على المسارات باستخدام إجراءات التتبع في تدفق أسرع. استخدم ارتباط الصورة لحساب السرعة.

قسم كل صورة إلى صور أفقية في اتجاه التدفق. في الصور المتسلسلة، قم بتحويل الصورة الثانية لتتناسب مع الصورة الأولى واستخدم مسافة التحول لحساب السرعة بين أزواج الصور أو كل تقسيم فرعي للصور الأصلية. قم بعمل رسم بياني لجميع قيم الإزاحة المحسوبة.

إذا لم تصل القيم إلى ذروتها بقوة، فكرر التجربة بمعدل إطارات أسرع. تم تعليق جزيئات PMMA التي يبلغ قطرها 0.865 ميكرون عند 15٪ من الحجم من حيث الحجم في 23.6 ملليغرام من البوليمر لكل مليلتر من مذيبات المزيج. إعادة استخدام المقاييس الهيكلية والديناميكية لتقييم الصور ، بما في ذلك الارتباط الزوجي ومتوسط الإزاحة المربعة.

يمكن أن يؤدي تغيير التعليق إلى تغيير هيكل وديناميكيات التعليق المحصور. على سبيل المثال ، تمت صياغة جزيئات معلق مشتت من 1.48 ميكرون و 0.73 ميكرون ، احتلت الجسيمات 15٪ من الحجم عن طريق تقليل سمك الحبس. تم إحداث طور صلبة مثل الهلام الغروي تحتوي على كلا النوعين من الجسيمات مما يعني أن الإزاحة المربعة للجزيئات الكبيرة انخفضت مع اقتصار النظام بشكل متزايد.

تمشيا مع تدفق التصلب ، تمت مقارنة خصائص الجسيمات الأسبوعية الجذابة والجذابة بقوة. تراوح تركيز البوليمر من خمسة إلى 25 ملليغرام لكل ملليلتر. في التعليق ، أظهر التعليق الجذاب الأسبوعي ملف تعريف الكثافة الذي يختلف بقوة مع الموضع عبر القناة.

أثناء تدفق 10 ميكرولتر في الساعة ، كان ملف تعريف كثافة التعليق الجذاب بقوة ثابتا تقريبا عبر القناة في ظل نفس الظروف. وبالمثل ، كانت هناك اختلافات في ملامح السرعة لهذه المعلقات. كانت الجسيمات الجذابة الأسبوعية قريبة من التنبؤ النيوتوني لسرعتها ، في حين أن الجسيمات الجذابة للغاية انحرفت قليلا عن التنبؤ النيوتوني لسرعتها ، خاصة بالقرب من الجدار الجانبي للقناة حيث Y يساوي صفرا.

بعد مشاهدة هذا الفيديو ، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية استخدام الفحص المجهري متحد البؤر للتحقيق في سلوك الطور وخصائص الإنفلونزا للمعلقات الغروية باتباع هذا الإجراء. يمكن حساب المقاييس الأخرى مثل أحجام المجموعات والأبعاد الكسورية من مواضع الجسيمات للإجابة على أسئلة إضافية مثل كيفية تعديل الحبس لشكل المجموعات المجمعة.