التحول الشرقي في الكريستال السائل الناجم عن النمو الديناميكي للصفائح الرطب بينية
مايو 15, 2017
هنا، نقدم بروتوكول لتحريك التحول الموجه من الكريستال السائل ردا على درجة الحرارة. وتوصف المنهجيات لإعداد عينة من أجل مراقبة الانتقال والتطور الانتقالي المفصل.
الهدف العام من هذا الإجراء هو تحفيز انتقال اتجاهي للبلورة السائلة استجابة لدرجة الحرارة. ولتوصيف الانتقال. يمكن أن تساعد هذه الطريقة في الإجابة على الأسئلة الرئيسية في مجال البلورات السائلة ، مثل سلوكيات تثبيت السطح الديناميكي الحراري.
وميزة هذا البروتوكول هي أنه يمكن تصور الانتقال الاتجاهي بوضوح بهذه الطريقة المستمرة. وإذا كان من الممكن فحص الخصائص الفيزيائية المعنية بشكل منهجي. لبدء هذا الإجراء ، قم بإعداد مليلتر واحد من محلول البوليمر المشبع بالفلور عن طريق إذابة البوليمر المشبع بالفلور المطلوب في مذيب تجاري بنسبة واحد إلى اثنين لضمان أغشية موحدة بسمك 0.5 إلى 1 ميكرومتر لطلاء الدوران.
بعد ذلك ، اغسل ركائز الزجاج عن طريق صوتنة عند 42 كيلو هرتز في منظف قلوي. ثم اشطف كل ركيزة بشكل متكرر بالماء المقطر. بعد شطف الركائز وتجفيفها ، قم بإخضاعها لمنظف الأوزون بالأشعة فوق البنفسجية لمدة 10 دقائق.
بعد ذلك ، قم بتقطير 20 ميكرولترا من محلول البوليمر المشبع بالفلور على كل ركيزة زجاجية نظيفة. قم بتدوير المحلول على الفور عند 3 ، 500 دورة في الدقيقة ودرجة حرارة الغرفة لمدة 70 ثانية. ثم اخبز الفيلم على حرارة 80 درجة مئوية لمدة 60 دقيقة لإزالة المذيب ، وعلى حرارة 200 درجة مئوية لمدة 60 دقيقة للمعالجة.
ضع راتينجا قابلا للمعالجة بالصور ممزوجا مسبقا بجزيئات زجاجية بحجم ميكرومتر على إحدى ركائز الزجاج المطلية بالفيلم. بعد ذلك ، ضع ركيزة زجاجية مطلية بفيلم ثان فوق الركيزة الأولى واستخدم مصباح LED بطول موجي يبلغ 365 نانومتر للصق الركيزتين معا. بعد ذلك ، أدخل 0.2 إلى 10 ميكرولتر من CCN47 لكل من خلايا LC المحضرة باستخدام ملعقة تحت قوة شعرية عند درجة حرارة أعلى من درجة حرارة انتقال الطور النيماتي المتناحي.
الآن ، راقب خلايا LC تحت الفحص المجهري البصري المستقطب بأربع عدسات موضوعية إلى 100X بالتزامن مع مرحلة ساخنة للتحكم في درجة حرارة العينة بدقة 0.1 كلفن زائد أو ناقص. باستخدام كاميرا ملونة رقمية, سجل القوام في أكثر من خمسة إطارات, على فترات متساوية لكل كلفن, سواء عند التبريد والتدفئة في حدود 291 إلى 343 كلفن. للتحليل الطيفي العازل ، قم بإعداد خلية LC بأقطاب ITO عن طريق لحام سلك الرصاص لكل ركيزة.
لقياس سعة خلايا LC ، قم بتوصيل الخلايا بأطراف محلل طور كسب المعاوقة التجارية. بعد ذلك ، قم بقياس الاعتماد الزمني لسعة خلايا LC كل خمس دقائق باستخدام المحلل. لتحليل HR-DSC ، ضع خلايا LC في HR-DSC محلي الصنع لفحصها.
قم بإجراء القياسات بمعدلات مسح من 0.05 إلى 0.10 كلفن في الدقيقة لتعزيز قدرة حل درجة الحرارة الدنيا. يتم تصوير تطور الملمس الذي تم إجراؤه بواسطة الفحص المجهري البصري المستقطب وقياسات التحليل الطيفي العازل أثناء الانتقال الاتجاهي من الحالة التوجيهية المستوية إلى الحالة الرأسية أثناء التبريد والتدفئة. عند التبريد ، يكون الاتجاه المستوي أقل مباشرة من درجة حرارة الانتقال النيماتي المتناحي.
مع ظهور اثنين وأربعة فرشاة Schlieren القوام. من خلال التلدين أو التبريد الإضافي ، يصبح مجال الرؤية مظلما تماما ، مما يشير إلى اكتمال الانتقال الاتجاهي. تظهر هنا بيانات HR-DSC التي تمثل تدفق الحرارة عبر العينة كدالة لدرجة الحرارة والوقت.
تم استخدام تباين تدفق الحرارة مع بيانات الوقت لتحليل أس أفرامي بعد الانتقال الاتجاهي. حوادث الرعي: أنماط حيود الأشعة السينية في هندسة القطرات وفي هندسة الخلايا C2 LC في درجات حرارة مختلفة. أظهر الترتيب قصير المدى لصفائح الترطيب شبه الصغيرة.
مع هياكل طبقة تشكلت بالقرب من السطح. حتى في نطاق درجة حرارة الحالات الاتجاهية المستوية ، تستمر صفائح الترطيب شبه الsmectic ، مما يشير إلى أن حالة اتجاه السطح محبطة. يتوافق نطاق التباطؤ مع نطاق التباطؤ الذي أكده الفحص المجهري البصري المستقطب والتحليل الطيفي العازل ، مما يشير إلى أن الانتقال الاتجاهي ناتج عن نمو ورقة ترطيب شبه smectic.
لذلك بمجرد إتقانها ، يمكن إجراء مراقبة الانتقال الاتجاهي في غضون أربع ساعات إذا تم تنفيذ إجراءات التحضير بشكل صحيح. باتباع هذا الإجراء ، يمكن إجراء طرق أخرى مثل الفحص المجهري متحد البؤر الفلوري والتحليل البصري غير الخطي من أجل الإجابة على أسئلة إضافية ، مثل التوزيع الخاص لاتجاهات مدير البلورة السائلة. بعد تطويرها ، مهدت هذه التقنية الطريق للباحثين في مجال علوم البلورات السائلة لاستكشاف الروابط بين الهياكل المجهرية بالقرب من الأسطح والهياكل والخصائص المجهرية.
بعد مشاهدة هذا الفيديو ، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية إعداد عينة لمراقبة الانتقال الاتجاهي وكيفية توصيف الخصائص الفيزيائية المهمة.
اعرض النص الكامل واحصل على الوصول إلى آلاف الفيديوهات العلمية
نظرة عامة
يحدد هذا البروتوكول طريقة لتحفيز انتقال توجيهي للبلورة السائلة استجابةً للتغيرات في درجة الحرارة. ويمكن تصور هذا الانتقال بوضوح، مما يسمح بسبر الخصائص الفيزيائية المعنية بشكل منهجي.
مكونات الدراسة الرئيسية
مجال العلوم
- البلورات السائلة
- الديناميكا الحرارية
- علم المواد
خلفية علمية
- تُظهر البلورات السائلة خصائص فريدة تتغير بتغير درجة الحرارة.
- يُعد فهم الانتقالات التوجيهية أمراً بالغ الأهمية للتطبيقات في تقنيات العرض.
- تعتبر سلوكيات التثبيت السطحي الديناميكية الحرارية مفتاحاً لتوصيف هذه الانتقالات.
- تتيح هذه الطريقة المراقبة المستمرة لعملية الانتقال.
الغرض من الدراسة
- تحفيز وتوصيف الانتقال التوجيهي للبلورات السائلة.
- استكشاف السلوكيات الثيرموديناميكية المتعلقة بالتثبيت السطحي.
- توفير تصور واضح لعملية الانتقال.
الطرق المستخدمة
- تحضير محلول من البوليمر المشبع بالفلور (perfluoropolymer).
- إذابة البوليمر المشبع بالفلور في مذيب تجاري بنسبة محددة.
- إنشاء أغشية منتظمة لعملية الطلاء الدوراني (spin coating).
- مراقبة الانتقال تحت ظروف درجة حرارة مضبوطة.
النتائج الرئيسية
- يمكن تحفيز الانتقال التوجيهي بفعالية عن طريق تغيرات درجة الحرارة.
- يتيح التصوير الواضح لهذا الانتقال إجراء تحليل تفصيلي.
- يمكن تحقيق سبر منهجي للخصائص الفيزيائية.
- يتم اكتساب رؤى حول السلوكيات الديناميكية الحرارية من خلال هذه الطريقة.
الاستنتاجات
- يوفر هذا البروتوكول طريقة موثوقة لدراسة انتقالات البلورات السائلة.
- يساهم في تعزيز فهم سلوكيات التثبيت السطحي الديناميكية الحرارية.
- يعد هذا النهج مفيداً للأبحاث المستقبلية في تطبيقات البلورات السائلة.
الأسئلة الشائعة
الأهمية الصناعية التنفيذية
تمكن هذه الطريقة من التوصيف المنهجي لسلوكيات التثبيت السطحي الديناميكية الحرارية في أنظمة البلورات السائلة، وهو أمر ضروري لفهم الظواهر البينية التي تؤثر على خصائص المادة الكلية. وتدعم القدرة على تصور وقياس الانتقالات التوجيهية تقليل المخاطر الميكانيكية في تطوير تكنولوجيا الشاشات من خلال ربط الترتيب الجزيئي المتموضع على السطح بالاستجابات البصرية العيانية. وتساعد هذه الرؤى في النمذجة التنبؤية لسلوك المادة تحت الإجهاد الحراري، مما يوجه قرارات التصميم في تطبيقات الإلكترونيات البصرية والمجسات.
التطبيقات الاستراتيجية في البحث والتطوير في مجال الأدوية الحيوية
الاكتشاف المبكر والتحقق من الهدف
- القيمة العلمية: يوفر إطاراً لاستقصاء كيفية تأثير الترتيب الجزيئي المستحث بالسطح على سلوك الطور الكتلي، مما يدعم اختبار الفرضيات في أنظمة المادة الرخوة.
- القيمة التشغيلية: يتيح الملاحظة القابلة للتكرار للانتقالات من الرتبة الأولى عبر المجهر الضوئي المستقطب ومطيافية العزل الكهربائي، مما يسهل التقييم المتسق للتفاعل المستهدف.
الفحص وتطوير المقايسة
- القيمة العلمية: يوفر بيانات ديناميكية حرارية كمية من خلال قياس مسعر المسح التفاضلي (DSC) عالي الدقة، مما يسمح بالقياس الدقيق لطاقة التحول من أجل معايرة المقايسة.
- القيمة التشغيلية: يجمع بين تقنيات تكميلية متعددة (POM، وDS، وGI-XRD) للتحقق المتبادل من استجابات السطح والكتلة، مما يعزز موثوقية المقايسة ويقلل من النتائج الإيجابية الكاذبة.
الأبحاث الانتقالية وما قبل السريرية
- القيمة العلمية: يوضح كيف يؤدي نمو طبقة الترطيب البينية إلى إعادة توجيه الكتلة، مما يوفر أساساً ميكانيكياً للتنبؤ بالاستمرارية من الاستجابات الجزيئية إلى استجابات مستوى الأنسجة.
- القيمة التشغيلية: يستعرض خصائص التخلف والانعكاس الضرورية لتقييم استقرار المواد في الظروف البيئية الدورية ذات الصلة بالأنظمة القابلة للزرع أو الأنظمة القابلة للارتداء على المدى الطويل.
تكامل مسار العمل والتدفق الإجرائي
يضع هذا البروتوكول توصيف السطح الحساس في مرحلة مبكرة من سير عمل الاكتشاف، مما يتيح للفرق ربط الهيكلة البينية النانوية بالمخرجات الوظيفية قبل الانتقال إلى مراحل تحسين المركبات الرائدة.
- بيولوجيا الاكتشاف: يدعم اختبار الفرضيات حول كيفية تأثير التعديلات السطحية على توجيه مدير البلورات السائلة، مما يساهم في التحقق من الأهداف في أنظمة المواد المحاكية بيولوجياً.
- الفحص: يتيح تقييم الاستجابة الحرارية والاستقرار التوجيهي، وهو أمر أساسي لفحص المستشعرات الحيوية أو المشغلات الميكانيكية القائمة على البلورات السائلة.
- التحليلات: ينتج مخرجات كمية تشمل درجة حرارة الانتقال، وعرض التخلف (hysteresis width)، وأس أفرامي (Avrami exponent)، مما يسمح بإجراء مقارنة موضوعية بين متغيرات المواد.
- الأبحاث الانتقالية: يربط الترتيب الجزيئي المحدد للسطح (عن طريق GI-XRD) بالخصائص البصرية الكلية، مما يدعم قراءات شبيهة بالمؤشرات الحيوية في أنظمة المواد المستجيبة.
- إعادة الاستخدام المؤسسي: يؤسس منصة قابلة لإعادة الاستخدام لتقييم انتقالات الطور المحفزة حرارياً في المادة الرخوة، وهي قابلة للتطبيق عبر تركيبات متعددة من البلورات السائلة وبنيات الأجهزة المختلفة.
التأثير التشغيلي والمؤسسي
- القيمة العلمية: يقلل من الغموض الميكانيكي من خلال الربط المباشر بين نمو طبقة الترطيب السطحية والانتقال التوجيهي الكلي، مما يزيد الثقة في علاقات البنية بالخصائص.
- القيمة التشغيلية: يعمل على توحيد معايير تحضير العينات والتوصيف متعدد الأنماط، مما يحسن إمكانية تكرار النتائج عبر المختبرات ويسرع نقل التكنولوجيا.
- القيمة الاستراتيجية: يوجه قرارات المضي قدماً أو التوقف من خلال توفير رؤية مبكرة حول المتانة الحرارية لمحاذاة البلورات السائلة، مما يقلل المخاطر في عمليات تطوير الشاشات أو المستشعرات اللاحقة.
- التأثير على المحفظة: يتيح تحديد الأولويات لتركيبات البلورات السائلة بناءً على تقييم المخاطر، وذلك استناداً إلى سلوك الانتقال البيني الكمي وملفات التباطؤ الحراري.
اعتبارات التنفيذ
- يتطلب خبرة في التعامل مع البلورات السائلة، وترسيب الأغشية الرقيقة، والمجهرية ذات المنصة الحرارية.
- يعتمد على توفر مجهر ضوئي مستقطب مزود بمنصة تسخين، ومطياف عازل كهربائي، وجهاز قياس سعرات حرارية تفاضلي (DSC) عالي الدقة، وحيود الأشعة السينية بزاوية سقوط ضئيلة.
- يستلزم توحيد إجراءات تنظيف الركيزة وطلائها لضمان تكرار الطاقة السطحية وديناميكيات البلل.
- يتضمن اعتبارات التكييف عند الانتقال من الزجاج المطلي بـ perfluoropolymer إلى مواد ركيزة أخرى أو خلطات بلورات سائلة مختلفة.
- يتقيد بالحاجة إلى تحكم دقيق في درجة الحرارة (±0.1 K) لرصد التخلف الضيق في الانتقال، مما قد يحد من إمكانية التكييف لزيادة الإنتاجية.
الأسئلة الشائعة حول الأدوية الحيوية
Chapters in this video
0:05
Title
5:18
Conclusion
3:41
Results: Orientational Transition of a Liquid Crystal in Response to Temperature
0:37
Preparation of the Liquid Crystal Alignment Layer of a Perfluoropolymer onto Glass Subtrates
1:44
Preparation of LC Cells and Sample Characterization
