大分子生物聚合物在干燥空气-液晶界面自整合的方法

本实验的总体目标是评估干燥空气-液晶界面（air-LC界面）对大分子生物聚合物（如多糖、微管和DNA）取向的影响，并在毫米尺度上观察其动态行为。该研究有助于回答分散结构领域中的关键问题，例如在干燥环境中生物聚合物的自组织行为，这种环境与大约5亿年前生物体首次登陆陆地时所面临的条件类似。该技术的主要优势在于，可在干燥过程中从侧面对样品进行观察，而无需在水平面上进行干燥。

开始此操作时，将0.5克Sacran加入100毫升水中。用保鲜膜覆盖容器，并在约80摄氏度下搅拌溶液超过12小时。待Sacran与黄原胶溶液冷却后，离心Sacran溶液以去除杂质。

现在，将微管蛋白在冰上用Britton-Robinson缓冲液配制成0.5重量百分比的溶液。取50微升微管蛋白溶液与5微升GpCpp混合。然后在37摄氏度下孵育该溶液3小时，以获得稳定的微管或MT核。

随后，将950微升微管蛋白溶液与50微升含GpCpp的微管蛋白溶液混合。然后，在约25摄氏度下静置一天，以获得稳定的0.5 wt%微管（MT）溶液。接下来，配制0.5 wt%的DNA溶液和Tris-EDTA缓冲液溶液。

将0.5 wt%的生物聚合物样品溶液在25 °C条件下保存，用于干燥实验。将硅胶片切割成适当形状，厚度为1毫米。组装一个由硅胶垫片和两片未修饰的玻璃片构成的单侧开口池。

使用双夹固定细胞的两侧，以防止样品溶液泄漏。用孔径为1毫米的移液枪头，在约25摄氏度条件下，缓慢向每个细胞中加入100至300微升的0.5重量百分比生物聚合物溶液。用注射器针头去除细胞中的气泡。

接下来，将细胞置于带有空气循环装置的烘箱中，在常压下60摄氏度条件下蒸发18小时。该操作方向与重力方向相反。此放置方式同样适用于后续评审的监测。

使用一个100瓦的卤素灯，其具有大面积的平面光源，以提供均匀的可见光。利用支架将起偏器和检偏器的角度分别调整为45度和135度。通过光学导轨和支撑杆固定光源、偏振片、样品台和相机的位置。

将样品台置于两个偏振片之间。然后，将相机放置在距离样品台约20厘米的位置，以便对焦。按照文本方案中指定的时间，将生物聚合物样品放置在样品台上，位于偏振片之间，并使样品平行于XZ平面，随后用黑色遮光帘覆盖装置。

最后，使用配备标准变焦镜头的数码单反相机，通过正交线性偏振器对样品进行拍照。评估了干燥空气-液晶界面处从微区到宏区的自组装过程。干燥前，观察到透射光呈散射状态的明亮区域。

干燥后，空气-液晶界面下方区域及囊纤素（sacran）溶液的强度升高，而黄嘌呤溶液的信号强度减小，并出现微小的宏观区域。时空分析显示，空气-液体界面附近的信号强度峰值和厚度均有所增加，表明微区从空气-液晶界面开始取向，并生长为与界面平行的毫米级区域。囊纤素流体相的偏振显微图像显示为单一蓝色区域，表明形成了单一的宏观区域。

黄原胶流体相显示出蓝色、黄色和粉红色区域，表明形成了具有任意取向的多个大尺度结构域。在干燥之前，Sacran 和 MT 溶液均表现出类似的液晶态，具有分散的结构域。在干燥过程中，MT 溶液发生了自整合，分散的结构域被整合为单一的大尺度结构域。

DNA溶液在液相中未表现出特定取向。Sacran干燥记录显示出显著的双折射现象，MT干燥记录中观察到波浪状束结构。DNA干燥记录则呈现出任意方向分布的颗粒状宏观区域。

该技术问世后，为生物医学工程领域的研究人员利用生物聚合物，通过几何方法研究干燥和湿润过程中气流动力学的可视化开辟了道路。