催化游泳器件的制备及其三维跟踪

本实验的总体目标是测量催化游泳装置的 3D 轨迹。这项技术可以帮助解释游泳设备的各种现象，例如它们在伏特溶液中移动时如何响应化学梯度和引力场。该技术的一个关键优势是可以使用任何常规荧光显微镜进行应用。

我的博士生 Richard Archer 将演示这项技术。对于此协议，请按照文本中的说明准备载玻片。接下来，准备胶体分散体以沉积在载玻片上。

首先，将 10 微升 10%（重量百分比）荧光胶体溶液移液到 990 微升乙醇中，制成 1 毫升、0.1%（重量百分比）胶体悬浮液。然后，将混合物涡旋 10 秒钟。接下来，将胶体分散体旋涂到准备好的载玻片基板上。

准备将 100 微升稀释的胶体溶液加载到载玻片上。一旦达到 2000 rpm，逐渐将悬浮液沉积到滑块的中心。从沉积开始旋转 30 秒。

将涂层载玻片转移到光学显微镜上，并验证大多数非接触的单独胶体的均匀分散覆盖了载玻片的中心区域。接下来，将铂金属真空蒸发到金属蒸发器中的载玻片上。确保加载载玻片时胶体面向蒸发源。

使用铂金属蒸发源，在载玻片上沉积 15 纳米的铂。金属应用后，将玻片存放在惰性气氛下。这样就完成了 Janus 颗粒的制造。

第一步是将 Janus 颗粒悬浮在溶液中。为此，请准备一个 1 x 1 厘米见方的晶状体组织，并用 10 微升 DI 水润湿其末端。然后，用镊子夹住纸张，沿着铂涂层胶体装饰的载玻片表面轻轻摩擦润湿的部分。

接下来，将晶状体组织浸入装有 1.5 毫升去离子水的试管中。盖上试管并手动摇晃 30 秒。然后，取出晶状体组织，将 1 毫升水（现在含有胶体）移液到装有 1 毫升 30%（按体积计）重量的过氧化氢溶液的小管中。

轻轻混合溶液。然后，将试管转移到室温下的超声波浴中。容器不应密封，因为氧气可能需要逸出。

超声处理 5 分钟后，让混合物在室温下孵育 25 分钟，不要搅拌。同时，干燥 100 微升剩余的胶体水溶液，并用扫描电子显微镜记录以验证 Janus 胶体结构。接下来，在 2 毫升溶液中加入 1 毫升去离子水，将过氧化氢浓度降低到 10%，这是适合快速推进 Janus 胶体的燃料强度。

然后，将准备好的溶液填充到小容量矩形石英玻璃比色皿中，并松散地连接一个推入盖，以便溶液可以呼吸。现在，按照文本方案中的概述将比色皿加载到荧光显微镜中。在开始视频捕获之前，快速聚焦显微镜，使目标颗粒产生一个同心环，颗粒位于聚焦位置下方。

在视频拍摄期间，请勿移动焦平面。找到感兴趣的粒子后，以每秒 30 帧的速度用 30 秒的视频录制它。来自一个实验的大约 20 个视频将为文本协议中描述的轨迹重建提供足够的细节。

胶体沉积在干净的载玻片上。在沉积铂之前，使用光学显微镜观察聚苯乙烯微球在载玻片表面的分散。比例尺为 40 微米。

添加铂后，拍摄 SEM 图像以确认所需的半球形铂层。比例尺为 2 微米。当荧光 Janus 游泳者固定在 Gellan 胶中时清晰可见，Gellan 胶是一个在最佳散焦条件下具有对称环特征的特征。

环的半径用于确定胶体的相对 Z 位置。通过提取一系列垂直和水平线并找到明亮峰之间的平均中点来计算胶体的中心。然后，根据样条的峰值强度与从环中心辐射的平均像素波值拟合来计算环半径。

然后使用固定的胶体样品和校准的显微镜制作校准曲线，以关联表观胶体大小和与聚焦位置的距离。因此，荧光 Janus 粒子游泳者的三维轨迹是从数据中得出的。观看此实验后，您现在应该能够使用传统的荧光显微镜在三个维度上跟踪游泳设备。

研究人员已使用这种方法来探索引力等现象。该实验涉及使用过氧化氢，这是一种危险化学品，由于会释放大量氧气，当它与催化游泳装置结合使用时尤其危险。因此，在这些阶段，容器不能被安全密封是很重要的。