密闭静态和流动胶体聚合物混合物的共聚焦成像

共聚焦显微术用于图像的静态和流动的胶体聚合物的混合物，这是研究作为模型系统的吸引力悬浮液。图像分析算法来计算结构和动态度量用于测量由于几何约束变化的胶体粒子。

以下实验的总体目标是使用共聚焦显微镜量化有吸引力的胶体悬浮液的限域相行为和传输特性的变化。这是通过配制胶体聚合物混合物来模拟有吸引力的胶体悬浮液来实现的。对混合物进行成像并限制在薄楔形单元中，以展示约束如何改变这些混合物的结构动力学和相行为。

接下来，当混合物流经微通道时对其进行成像，以确定胶体之间的吸引力强度对混合物的受限传输特性的影响。自动图像分析和粒子跟踪算法可以显示静止限制如何导致凝固和图像相关性。算法可以显示增加的吸引力强度如何导致越来越多的非牛顿流行为。

这种技术或其他方法（如电子显微镜和动态光散射）的主要优点是，它允许对单个粒子投影仪直接征税，从中可以计算动态和结构指标，以便与模拟直接进行比较。这种标准方法可以帮助回答软凝聚态物理学领域的关键问题，例如悬浮液在粒子间相互作用的情况下如何自组装，或者固体轻悬浮液在施加的力或应力下如何产生。对于该方案，制备了用染料咨询标记的 PMMA 颗粒，染料咨询是标准制备文本方案中的链接参考物质。

在 deco hydro nataline Lean 中按重量计制作三比一的 broy heane 混合物，然后加入四丁基铵和有机盐至 1.5 毫摩尔。溶剂与颗粒的折射率相匹配，并部分筛选其电荷，以精确确定颗粒的密度，从而将颗粒悬浮在 0.1 处。在准备好的溶剂离心机中逐体积，以 800 G 悬浮 75 分钟。

检查离心后颗粒是否没有沉淀。然后，为防止颗粒沉降，逐滴添加任一基础溶剂，使溶剂密度与颗粒的密度相匹配。接下来，在准备好的溶剂混合物中制备 PMMA 颗粒的 40% 悬浮液。

还可以在溶剂混合物中制备高浓度的线性聚半胱氨酸。例如，根据聚苯乙烯的分子量和回转半径计算出 50 毫克/毫升。使用浓的 PMMA 颗粒悬浮液和聚苯乙烯溶液，可与聚合物制成所需浓度的颗粒悬浮液。

在这里，悬浮液含有 15 体积百分比的 PMMA 颗粒，聚合物浓度范围为 0 至 25 毫克/毫升，由两种不同大小和不同标记的 PMMA 颗粒以等体积分散而成。馏分也可以与聚合物溶液混合。混合每种悬浮液后，将它们离心，然后逐滴添加溶剂，以使溶剂密度与颗粒的密度紧密匹配。

最后，在成像前将密封的样品放入 Tumblr 中至少 24 小时，以平衡所有样品。首先从玻璃盖玻片组装矩形腔室。这里的显微镜载玻片厚度为 1 毫米，因此，腔室厚度为 1 毫米，这允许有领聚合物混合物的体积行为。

如果需要多高度腔室，请使用在楔形上间隔的单个盖玻片制作薄的楔形腔室。腔室的打开角度小于 0.5 度，腔室厚度从 6 微米增加到 1 毫米。这种配置允许限制厚度不断变化，制造腔室以放置在倒置显微镜上，并用耐溶剂混合物的紫外线固化环氧树脂密封它们所使用的显微镜。

这是一个线扫描共聚焦扫描头，连接到带有 100 x 油浸透镜的倒置显微镜上。数值孔径为 1.4，使用适当的波长激发染料，并以 512 像素的正方形拍摄 50 微米的方形图像。从 1/32 秒的曝光开始，然后调整图像质量。

接下来，找到腔室的底部，颗粒将粘附在那里。然后将焦点移动到腔室的中点。现在，在中平面以每秒 1 帧的速率拍摄大约 500 张图像，用于 2D 分析。

然后进行 3D 分析，在任何侧支成像实验中，拍摄间隙超过 30 微米的 0.2 微米间隙的 Z 堆栈图像。优化成像条件以获得高对比度图像至关重要。使用粒子跟踪软件包分析图像。

应该可以使用将颗粒分辨为 40 或 50 纳米的算法。仅当粒子移动小于连续帧之间的粒子间距时，才能进行粒子跟踪。要评估粒子结构和动力学，请使用以下指标。

3D 对相关函数、2D 或 3D 均方位移以及 Van Hove 相关函数的 2D 或 3D 自身部分。在本实验中，用 100 微米宽的方形玻璃毛细管制作一个简单的流通池。连接 Teflon 管并使用玻璃盖玻片进行结构支撑。

接下来，将感兴趣的胶体聚合物混合物装入玻璃注射器中，并将其连接到分配系统（如泵）上。现在，按照上一节中的方法将设置安装到倒置显微镜上。注射器流通池和出口应尽可能保持水平。

根据胶体聚合物混合物设置流速。在流动过程中，通过每秒 200 至 2000 微米的方形毛细管进行浓缩。如上一节所述，在距通道底部 5 到 50 微米的不同距离处收集 2D 图像。

如果粒子显示为椭圆形，请提高采集帧速率。使用跟踪软件和 IDL 或 MATLAB 来分析流程。在粒子跟踪中获得亚像素分辨率需要仔细调整跟踪参数，以产生不会在特定方向上偏置的 OID。

在慢流期间。当粒子移动小于帧之间的粒子间距离时，可以使用跟踪例程在更快的流动中获得轨迹。使用图像相关计算速度。

流向将每个图像细分为水平图像。在连续图像中，移动第二个图像以匹配第一个图像，并使用偏移距离计算图像对之间的速度或原始图像的每个细分。制作所有计算的偏移值的直方图。

如果这些值没有强烈的峰值，请以更快的帧速率重复实验。将直径为 0.865 微米的 PMMA 颗粒以 15% 体积的体积悬浮在每毫升 23.6 毫克聚合物的混合溶剂中。结构和动态指标重新用于评估图像，包括对相关性和均方位移。

更换悬架可以改变受限悬架的结构和动力学。例如，通过分散 1.48 微米和 0.73 微米颗粒的悬浮液配制颗粒，通过减小约束厚度，颗粒占据体积的 15%。诱导包含两种颗粒类型的固体样胶体凝胶相，随着系统越来越受限，大颗粒的平均平方位移减小。

与凝固流一致，比较了每周吸引和强吸引颗粒的性质。聚合物浓度从每毫升 5 毫克到 25 毫克不等。在悬架方面，每周有吸引力的悬架显示出密度分布，该密度分布随通道中的位置变化很大。

在每小时 10 微升的流速下，在相同条件下，强吸引力悬浮液的密度分布在整个通道中几乎是恒定的。同样，这些悬架的速度分布也存在差异。每周吸引粒子接近牛顿对其速度的预测，而强吸引粒子与其速度的牛顿预测略有不同，尤其是在更靠近 Y 为零的通道侧壁时。

观看此视频后，您应该对如何使用共聚焦显微镜研究胶体悬浮液的相位行为和流感特性有一个很好的了解。遵循此程序。其他指标（如聚类大小和分形维度）可以根据粒子位置计算出来，以回答其他问题，例如限制如何修改聚合聚类的形状。