形成、限制与观察基于微管的活性向列相

活性向列相已成为一个引人注目的研究课题，拓展了非线性动力学和液晶领域的研究范围。这类复杂流体表现出会消亡的拓扑缺陷和混沌动力学行为。近年来，文献中已有大量理论研究聚焦于受限条件下的活性向列相。

然而，实验人员一直难以将材料限制在微米尺度的几何结构中。我们的技术使实验装置更加简便，从而使新的研究团队能够进入该领域，尝试这些令人兴奋的材料。该技术也可应用于其他EQUIS活性物质体系，例如用于形成由活性相和非活性相组成的相态。随着未来更多活性相的开发，实验人员需要探索利用类似的向列相来限制材料的方法。

本实验操作将由我实验室的研究生 Derek Hammar 和 Fereshteh Memarian 演示。制备具有丙烯酰胺涂层的亲水性盖玻片时，首先用肥皂水、乙醇和 0.1 摩尔氢氧化钠彻底清洗盖玻片，并交替使用纳米纯水冲洗。冲洗完毕后，将盖玻片浸入硅烷溶液中孵育 15 分钟，该硅烷溶液由 100 毫升乙醇、1 毫升乙酸和 500 微升三甲氧基硅丙基甲基丙烯酸酯组成。

然后用纳米纯水冲洗。用95毫升纳米纯水和5毫升40%（w/v）丙烯酰胺配制丙烯酰胺溶液。随后将溶液置于真空烘箱中脱气30分钟，加入0.07克过硫酸铵和35微升四甲基乙二胺，使其终浓度为2.3毫摩尔。

将丙烯酰胺溶液倒在朝上的盖玻片上，室温孵育过夜。为制备疏水性显微镜载玻片，用移液器将100微升防水溶液滴加到洁净的玻璃显微镜载玻片上，然后将另一片洁净的玻璃载玻片覆盖在上面。

这可确保疏水溶液在表面均匀覆盖并静置两分钟。移去第二块载玻片，用纳米纯水彻底冲洗第一块载玻片，然后用氮气吹干。

制备含有1.8%氟化表面活性剂的工程油混合物。使用40微米双面粘合垫片将载玻片和盖玻片组装在一起。将垫片以1.5毫米的间距放置在疏水性显微镜载玻片上。

然后将丙烯酰胺涂层的盖玻片处理面朝下放置在隔片上方，使其粘附。流室构建完成后，立即用移液器将油混合物加入流室中，填满封闭空间；在另一个离心管中，轻轻混合6微升活性物质与3.73微升混合液，包括1微升微管蛋白溶液、0.6微升ATP溶液和0.67微升M2B缓冲液，将6微升新鲜混合的活性物质从流室的一端开口处加入。

注入通道时，部分油相会被水溶液置换出来。可在流动通道的另一端用一小片纸巾吸走被置换出的油相。填充完成后，使用紫外光照射20秒即可固化的环氧胶将流动池的两端密封。

将活性层限制在两种可相容流体之间的准二维层中。将流动池置于摆桶式离心机中，使水相在上层，密度较大的油相在下层，在212 G条件下离心10分钟。此步骤完成后，可将流动池转移至落射荧光显微镜，使用10倍或20倍物镜进行成像。

首先，设计用于聚二甲基硅氧烷（PDMS）的主模具。可通过在基底上3D打印柱状结构来实现。3D打印树脂主模具后，用异丙醇清洗，然后在紫外灯下照射固化45分钟，并在120摄氏度的烘箱中加热固化2小时。接着，使用弹性体固化剂和弹性体基质制备聚二甲基硅氧烷。

使用金属刮刀按1比10的比例混合两种组分。为去除气泡，将混合物置于真空环境中脱气一小时，此时未固化的PDMS应呈现透明状。将PDMS倒入合适的模具中，在60摄氏度下静置过夜以完成固化。

为了制备亲水性PDMS表面，先用乙醇和异丙醇分别清洗PDMS 10分钟，然后用去离子水彻底冲洗三次并干燥。使用等离子清洗仪对干燥固化的PDMS处理5分钟，以清洁表面，从而使其更具亲水性。

接下来，配制硅烷溶液，并将基底浸入该溶液中15分钟以制备丙烯酰胺涂层，随后用去离子水彻底冲洗基底，并将其浸入丙烯酰胺溶液中。使用前，用去离子水冲洗表面，并用氮气吹干，立即使用。用环氧树脂胶将PDMS粘附到玻璃载片上，在PDMS基底上加入一微升活性混合物，然后立即在活性网络液滴上方加入硅油。

活性网络将移入孔中，此过程最长需要60分钟。将PDMS装置放入摆动桶式离心机中，使油层位于水层上方，在212 ×g条件下离心12分钟。此步骤完成后，将材料转移至显微镜下进行成像，以记录材料的进展。

当其达到平衡时，代表性图像显示了长度相似的短微管。由于尺寸较小，单个微管可能难以成像。

对于此应用，最好使用专为荧光显微镜设计的高灵敏度相机。一个形态良好的活性气动层应具有均匀的纹理，无明显空隙区域，并存在可移动的拓扑缺陷。但需注意，缺陷核心中可能存在一些可接受的小型空隙。

通过适当的表面处理获得亲水或疏水表面。利用该方法可轻松讨论卷曲几何形状，并且仅通过改变物理限域即可控制活性结构。