Name: Die konfokale Bildgebung von Enge und Ruhe Fließende Kolloid-Polymer-Mischungen (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-05-20T19:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 56 s
Description: Erfahren Sie, wie konfokale Mikroskopie das Phasenverhalten und die Transporteigenschaften attraktiver Kolloidsuspensionen unter geometrischer Einschränkung untersucht. Diese Methode ermöglicht präzise Analysen für die Materialwissenschaft.

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Forschung in dieser Veröffentlichung berichtet, wurde von einer von der Universität Houston Neue Fakultät Grant, einem Samen Zuschuss von der Texas Center for Supraleitung und der American Chemical Society Petroleum Research Fund (52537-DNI) unterstützt.

1. Vorbereitung für Kolloid-Polymer-Mischungen Hinweis: Dieses Protokoll verwendet Poly (methylmethacrylat) (PMMA)-Teilchen, unter Verwendung von Poly (12-Hydroxystearinsäure) und sterisch stabilisiert mit einem Fluoreszenzfarbstoff (z. B. Nile Red, Rhodamin B, oder Fluorescein), die nach einem Standard synthetisiert markierten Rezept 52. <ol><li> Bereiten Sie eine 3:1 w / w Mischung Cyclohexylbromid (CXB) und Dekahydronaphthalin (DHN) als Aktien Lösungsmittel. Diese Mischung entspricht fast der Dichte und der Brechungsindex der Partikel. Hinzufügen eines organischen Salzes, Tetrabutylammoniumchlorid (TBAC) 46, zu dem Lösungsmittel in einer Konzentration von 1,5 mM, um teilweise zu screenen die Ladungen auf den Teilchen. </li><li> Um die Dichte der Teilchen genau zu bestimmen, bereiten eine Suspension bei ungefähre Partikelvolumenanteil Φ = 0,10 in der CXB: DHN Lösungsmittel. Zentrifugieren Sie die Suspension bei 800 g für 75 min und fügen CXB oder DHN tropfenweise, um den Auftrieb zu verbessernMatching. In diesen Experimenten wurde die Dichte der PMMA-Teilchen gemessen, ρ = 1,223 g / ml ist. </li><li> Bereiten Sie eine konzentrierte Stamm Aussetzung der PMMA-Partikel (hier Φ = 0,40) in der CXB: DHN Lösungsmittelgemisches. </li><li> Vorbereitung einer konzentrierten Lösung von linearem Polystyrol (PS) in der CBX: DHN Lösungsmittelgemisches. Hier wurde eine Lösung von PS mit einem Molekulargewicht Mw ≈ 3.000.000 (Trägheitsradius R g = 15 nm) wird bei einer Konzentration c p ≈ 50 mg / ml hergestellt. </li><li> Mischen geeignete Gewichte der Teilchen, Polymer und Lösungsmittel Lager Mischungen von Suspensionen in den gewünschten Konzentrationen von Teilchen und Polymeren zu formulieren. Anmerkung: Hier werden Suspensionen von monodispersen Teilchen mit konstanter Kolloidvolumenfraktion Φ = 0,15 hergestellt und variable Polymerkonzentration in dem freien Volumen 53 c p = 0-25 mg / ml, und bidispersed Suspensionen, die zwei Größen von kolloidalen Partikeln, with jede Größe mit einen eigenen Fluoreszenzmarkierung, in festen Gesamtkolloidvolumenfraktion Φ = 0,15 hergestellt, Volumenbruchverhältnis kleiner Partikel r = 0,50, und die Polymerkonzentration in dem freien Volumen von 5 oder 25 mg / ml. </li><li> Nach jeder Suspension wird vorbereitet, fügen CXB oder DHN tropft und Zentrifuge die Proben bei 800 g für mindestens 75 min, um zu bestätigen, dass die Teilchen und Cluster in der Suspension verbleiben Auftrieb abgestimmt. </li><li> Äquilibrieren alle Proben für mindestens 24 Stunden vor der Bildgebung Experimente. </li></ol> . 2 Ruhebeispielexperimente: Phasenverhalten <ol><li> Um die Großphasenverhalten bestimmen, fabrizieren rechteckigen Kammern von Deckgläsern (Abb. 1a). Für die Kolloid-Polymer-Mischungen in dieser Studie, Kammern Dicke h = 1 mm (von der Dicke eines Mikroskop-Objektträger gesetzt) ​​geben Groß Verhalten. </li><li> Um mehrere Entbindungen in einem einzigen Experiment Mikroskopie zuzugreifen, fabrizieren dünnen keil(Fig. 1b) förmigen Kammern, mit einer einzigen Deckglas als Abstandhalter auf einer Keil. Der Öffnungswinkel der Kammer ist &lt;0,5 °, so dass in einem einzigen Sichtfeld der die Wände nahezu parallel. Ein Vertreter Kammer ermöglicht den Zugriff auf Haft Dicken von h = 6 bis&gt; 100 um. </li><li> Aufbau Kammern auf einem Deckglas für die Bildgebung auf Basis eines umgekehrten Mikroskops und Dichtung mit UV-härtbaren Epoxidharz, das nicht in der CBX-DHN Lösungsmittelgemisch löst. </li><li> Bildproben mit einem konfokalen Mikroskop. Dieses Protokoll zeigt, Bildgebung mit einer linien konfokalen einem invertierten Mikroskop mit einer 100X-Ölimmersionslinse der numerischen Apertur NA = 1,40 ausgestattet angebracht. </li><li> Erregen die Farbstoffe unter Verwendung einer Laserquelle. Hier Wellenlängen λ = 491 bzw. 561 nm verwendet, um die Fluorescein und Rhodamin / Nile Red-Farbstoffe anzuregen sind. </li><li> Im Punkt-Scanning-System, erzeugen ein Bild durch schnelles Scannen des Brennpunkts in der Probe (in der x-y-Ebene) mit der konfokalen Software. Ein zweidimensionales Bild 512 Pixel x 512 Pixel, die ungefähr 50 &amp;mgr; m × 50 &amp;mgr; m, kann in 1/32 sec erfasst werden. Verbesserung der Bildqualität durch Mittelung mehrerer Bilder oder die Erhöhung der Aufnahmezeit. </li><li> Finde den Boden der Kammer (z = 0), beispielsweise indem sie sich auf Partikel zu seinem Boden befestigt. In diesem Setup die Höhe (z) steigt mit zunehmender Fokus in die Kammer. </li><li> Als ein Beispiel, charakterisieren die Wirkung der Beschränkung auf die Dynamik der Partikel durch den Erwerb einer 2-D-Zeitserie von Bildern (in der xy-Ebene) in der Mittelebene der Kammer. In einem typischen Experiment wurden 500 Bilder der Dimension 512 Pixel x 512 Pixel mit einer Bildrate von 1 Rahmen / sec (Zeitabstand &amp;Dgr; t = 1 sec) erworben. </li><li> Als ein zweites Beispiel, charakterisieren die 3-D-Struktur von Teilchen durch den Erwerb einer dreidimensionalen Reihe von Bildern (x, y, z). In einem typischen Experiment (512 Pixel x 512 Pixel) sind zweidimensionale Bilderan verschiedenen z-Positionen innerhalb der Kammer erworben, mit einem konstanten Abstand von Az = zwischen aufeinanderfolgenden Bildern von einem piezo eingestellt 0,2 um. Ein Volumen-Stack für eine Dicke von h = enthält 30 um somit 151 Bilder. </li><li> Suchen und Track Partikel über die Zeit in 2-D oder 3-D mit Partikel-Tracking-Software in IDL 23,54-56, MATLAB 57,58, LabView 59, 60 oder Python geschrieben. Diese Algorithmen erlauben typischerweise die Zentren der Partikel innerhalb von 40-50 nm aufgelöst werden. Erfolgreiche Partikelverfolgung erfordert, dass die Teilchen bewegen sich weniger als die interpartikulären Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Frames. </li><li> Von den Partikelpositionen berechnen strukturellen und dynamischen Metriken. Drei hier gezeigten bequem Metriken sind die 3-D-Paarkorrelationsfunktion g (r) 61, die 2-D mittleren quadratischen Verschiebung (MSD) 58,62, und die 2-D-Selbst Teil der van Hove Korrelationsfunktion G s ( x, t) 58. Die letzteren zwei Metriken können auch in 3-D zu berechnen. </li></ol> . 3 Fließende Experimente: Fließeigenschaften <ol><li> Herstellen eines einfachen Durchflusszelle mit einem Glas Mikrokapillare mit quadratischem Querschnitt (100 &amp;mgr; m × 100 &amp;mgr; m), die Teflonschlauch befestigt ist. Deckgläser verwenden, um die Kapillare zu unterstützen und mechanische Festigkeit, wie in dem Schema in Fig. 7 gezeigt. </li><li> Laden Sie die Kolloid-Polymer-Mischung in eine Glasspritze. Die Spritze mit einer Spritzenpumpe oder pneumatischen Fluidabgabesystem. </li><li> Montieren Sie die Durchflusszelle Setup auf die inverse Mikroskop. Die Spritze, die Durchflusszelle und Auslass auf der gleichen Höhe, um die Wirkung der Schwerkraft auf das Strömungsprofil zu minimieren. </li><li> Steuerung der Strömungsgeschwindigkeit der Suspension durch die Strömungszelle durch die volumetrische Strömungsgeschwindigkeit (die Spritzenpumpe) oder dem angelegten Druck (Druckkammer). Die Durchschnittsgeschwindigkeit der Suspension in den Mikrokanal hängt auch von der suspension Formulierung. Typische Werte für die maximale Geschwindigkeit in der quadratischen Mikro hier gemessenen 200-2000 &amp;mgr; m / Sek. </li><li> Während Flow, erwerben ein 2-D-konfokalen Zeitreihen bei schnellen Bildraten. Hier 500 Bilder der Dimension 512 x 512 Pixel Pixel mit 32 Bildern / sec in verschiedenen Höhen über dem Boden des Mikrokanals (z = 0 &amp;mgr; m) im Bereich von z = 5 erfasst (zeitliche Abstand Δ t = 1/32 sec) - 50 um. Jedes Bild deckt etwa die Hälfte des Querdimension (y) des Mikrokanals, wie in der Neben bis Abbildung 7. Sind die Teilchen elliptisch erscheinen, erhöhen Sie die Bildrate des Erwerbs. </li><li> Wie in Ruhe Experimente, suchen die Teilchen in 2-D mit Standard-Algorithmen für die Ortung und Verfolgung Partikel in IDL oder MATLAB. Für langsame Strömungen, in denen Teilchen bewegen sich weniger als die durchschnittliche Partikelabstand zwischen Frames, verwenden Sie Tracking-Algorithmen, um die Flugbahnen zu erhalten. </li><li> Verwenden Sie Bildkorrelations Calculate die Geschwindigkeitsprofile für schnelle Strömungen. <ol><li> Unterteilung des Bildes in horizontaler Bilder mit konstanter Höhe (y) entlang der Strömungsrichtung (x). Für zwei aufeinanderfolgende Bilder I 1 (x, y) und I 2 (x, y) verschieben das letztere Bild um den Faktor Ax und dann die Berechnung der Kreuzkovarianz zwischen I 1 (x, y) und I 2 (x + &amp;Dgr; x, y). </li><li> Identifizieren der Spitzenposition des Histogramms der Werte &amp;Dgr; x, der die Quer Kovarianz zwischen jedem Paar von Bildern zu maximieren, um die Durchschnitts Advektionsgeschwindigkeit an jeder seitlichen Position y zu erhalten. Wenn diese Verteilung nicht stark ihren Höhepunkt erreicht, Bilder zu erwerben mit einer schnelleren Bildrate. </li></ol></li></ol>

Die Autoren haben nichts zu offenbaren.

Kolloidale Suspensionen werden häufig als Modelle für beschränkt Phasenverhalten untersucht, weil Mikrometergröße kolloidale Partikel zeigen deutlich langsamer Dynamik als Atome und Moleküle und somit leicht abgebildet und im Laufe der Zeit 10 verfolgt werden. Für diese Grundlagenstudien, das Verständnis der Wirkung von interpartikulären Attraktionen beschränkt Phasenverhalten bietet die Möglichkeit, Phänomene wie Kapillar-Kondensation und Verdampfung 21,22,67 erkunden. Außerdem scheinen beschränkt...

Dieses Papier zeigt (a) konfokale Bildgebung von ruhenden und fließenden beschränkt Kolloid-Polymer-Mischungen in zwei und drei Dimensionen und (b) Partikel-Tracking-und Korrelationsanalyse der erhaltenen Bilder, quantitative Informationen über das Phasenverhalten und die Fließeigenschaften zu erhalten. Kolloidale Suspensionen mit attraktiven Wechselwirkungen zwischen erscheinen ubiquitär in technologischen Anwendungen als Materialien für die Montage gerichtet 1-3, Drug Delivery 4, verbesserte Kohlenwasserstoffgewinnung 5-7, 8 und Energiespeicher. Ein gemeinsames Merkmal dieser Anwendungen ist, dass die Teilchen durch feine Geometrien, wie Düsen, Druckköpfe, Mikrokanäle oder poröse Medium durchströmt werden, und / oder zu dünnen Filmen oder Stäben geformt werden. Techniken verwendet, um die Struktur der Mikrongröße Kolloide in eingeschränkten Geometrien, einschließlich 17,18 Elektronenmikroskopie, Röntgenmikroskopie 19 und Laser-Beugungs m Sondenicroscopy 20 kann verwendet werden, um die Struktur und Dynamik von Teilchen im Mikromaßstab zu messen. Diese Techniken sind jedoch nicht den Zugriff auf den Trajektorien der einzelnen Partikel, aus denen strukturelle und dynamische Metriken können für den direkten Vergleich mit numerischen Simulationen 21,22 berechnet werden. Die konfokale Mikroskopie ist eine Variante der Fluoreszenz-Mikroskopie, die Bildgebung des Dünnschnitten von einem fluoreszierenden Probe ermöglicht. Für Kolloidforschung 10, ist diese Technik besonders geeignet zum Abbilden tief in dichten Suspensionen oder in drei Dimensionen. , Zwei-oder drei-dimensionale Zeitreihe der konfokalen Mikroaufnahmen Particle-Tracking-Algorithmen 23 angelegt ergeben sich die Flugbahnen aller sichtbaren Teilchen. Als Ergebnis hat die Kombination von konfokaler Mikroskopie und Partikelverfolgungs angewendet worden, um das Phasenverhalten, Struktur und Dynamik von kolloidalen Suspensionen zu untersuchen, einschließlich geordnete Kristalle 24-27 und Unordnunged Gläser und Gele 28-31 32-35. Andere können die Bildanalyse-Algorithmen angewandt werden, um die Partikeldynamik von Zeitreihen der konfokalen Mikroaufnahmen zu messen. Zum Beispiel kann Diffusionspartikeldynamik durch die Analyse der Schwankungen in der Intensität über die Zeit mit Hilfe der konfokalen Mikroskopie dynamischen Differential 36 untersucht werden. Wenn die Partikel Verschiebungen größer als der Abstand interpartikulär können Bildkorrelations 37 basierend auf Particle Image Velocimetry 38-40 aufgebracht werden, um Geschwindigkeitsprofile der Partikel zu messen. Die Kombination von Tracking-und Korrelationsalgorithmen erlaubt hat kolloidalen Dynamik in Systemen unterziehen langsamen und schnellen Strömung 11-16,41-45 gemessen werden. Wir verwenden Kolloid-Polymer-Mischungen als Modelle für attraktive kolloidalen Suspensionen 9. In diesen Mischungen sind die Reichweite und Stärke der attraktiven interpartikulären Potential über das Verhältnis gesteuertdes Polymers Gyrationsradius der Partikelradius und der Konzentration des Polymers und der elektrostatischen Abstoßung durch die Zugabe eines einwertigen organischen Salzes 46 gesteuert. Da die Wechselwirkungen zwischen den Partikeln kann genau eingestellt werden, die Verfestigung dieser Mischungen wurde ausgiebig mit 34,47-51 konfokale Mikroskopie untersucht. Hier zeigen wir, konfokale Bildgebung und Bildanalyse 37 von ruhenden und fließenden Kolloid-Polymer-Gemischen, bei dem das Kolloid Volumenanteil fixiert auf Φ = 0,15 gehalten, daß die Wirkung der Sonde Haft auf das Phasenverhalten und die Fließeigenschaften dieser Gemische. Diese Techniken sind allgemein anwendbar, um partikuläre Systeme, sind Brechungsindex angepassten und in dem die Teilchen und / oder Lösemittel kann mit einem fluoreszierenden Farbstoff markiert werden.

<table><tbody><tr><td>Cyclohexylbromid</td><td>Sigma Aldrich</td><td>135194</td><td>CAS-Nummer&nbsp; 108-85-0, Molekulargewicht = 163.06, Verwendet im Lager Lösungsmittel</td></tr><tr><td>Decahydronapthalin</td><td>Sigma Aldrich</td><td>D251</td><td>CAS Nummer 91-17-8, Molekular wt. = 138.25, Verwendet im Lager Lösungsmittel</td></tr><tr><td>Nilrot</td><td>Sigma Aldrich</td><td>72485</td><td>Fluoreszenzfarbstoff</td></tr><tr><td>Fluorescein 5(6)-isothiocyanat</td><td>Sigma Aldrich</td><td>F3651</td><td>Fluoreszenzfarbstoff</td></tr><tr><td>Rhodamin B</td><td>Sigma Aldrich</td><td>83689</td><td>Fluoreszenzfarbstoff</td></tr><tr><td>Dynamische Lichtstreuung&nbsp;</td><td>Brookhaven Instruments</td><td>BI-APD</td><td>DLS-Geräte für die Messung der Partikelgröße</td></tr><tr><td>Polystyrol</td><td>Varian/Agilent</td><td>PL20138-23</td><td>Polystyrol (Polymer) zur Induktion der Verarmungsanziehung</td></tr><tr><td>Tetrabutyl(ammoniumchlorid) (TBAC)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>86870</td><td>monovalentes Salz</td></tr><tr><td>UV-Klebstoff</td><td>Norland Klebstoff</td><td>NOA 68T</td><td>Teilenummer 68T01 (UV-härtender Klebstoff)</td></tr><tr><td>VT Eye</td><td>Visitech</td><td>VT</td><td>Konfokaler Augenscanner</td></tr><tr><td>VT Infinity</td><td>Visitech</td><td>VT </td><td>Konfokaler Infinity-Scanner</td></tr><tr><td>Mikroskop&nbsp;</td><td>Leica</td><td>DMI3000B</td><td>Inverse</td></tr><tr><td>Mikroskopzentrifuge</td><td>Thermo Scientific</td><td>Sorvall ST 16</td><td>1-5.000 U/min</td></tr><tr><td>Teflonschlauch</td><td></td><td>Kleinteile SLTT 26-72</td><td>Zeus PTFE Sublite Wall Tubing 26 AWG 0,016" ID x 0,003"</td></tr><tr><td>Wand-Epoxidharz</td><td>Devcon</td><td>DA051</td><td>5 min Epoxidspritze</td></tr><tr><td></td><td>Micromate/Cadence</td><td>5004</td><td>Glasspritze mit Metall-Luer Verschlussspitze</td></tr><tr><td>Spritzenspitzen&nbsp;</td><td>Nordson</td><td>7018462</td><td>32 GA Präzisionsspitzen&nbsp;</td></tr><tr><td>Spritzenpumpe&nbsp;</td><td>New Era Pump System Inc.</td><td>NE1002X</td><td>Programmierbare mikrofluidische Pumpe (syringepump.com)</td></tr><tr><td>Waage</td><td>Mettler Toledo</td><td>AB204-S</td><td>0,0001-220 g</td></tr><tr><td>PMMA-Partikel</td><td>synthetisierte</td><td></td><td>kolloidale Poly(methylmethacrylat)-Partikel</td></tr></tbody></table>

die konfokale bildgebung von enge und ruhe fließende kolloid-polymer-mischungen

Confocal Imaging of Confined Quiescent and Flowing Colloid-polymer Mixtures

Das Verhalten beschränkt kolloidalen Suspensionen mit attraktiven Wechselwirkungen zwischen ist entscheidend für das rationale Design von Materialien für die Montage gerichtet 1-3, Drug Delivery 4, verbesserte Kohlenwasserstoffgewinnung 5-7, und fließfähigen Elektroden zur Energiespeicherung 8. Suspensionen, Kolloiden fluoreszierenden und nicht-adsorbierende Polymere sind ansprechend Modellsysteme, wie das Verhältnis des Polymers der Trägheitsradius an der Partikelradius und der Konzentration des Polymers Steuer der Bereich und die Stärke der Anziehung zwischen jeweils. Durch Abstimmung der Polymereigenschaften und der Volumenanteil der Kolloide, Kolloidflüssigkeiten, Flüssigkeiten von Clustern, Gele, Kristalle und Gläser erhalten werden 9. Konfokale Mikroskopie, eine Variante der Fluoreszenzmikroskopie ermöglicht eine optisch transparente und fluoreszierende abzubildenden Probe mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung in drei Dimensionen. Bei dieser Technik wird eine kleine Loch-oder Schlitzblöcke das emittierte Fluoreszenzlicht von Bereichen der Probe, die außerhalb des Fokusvolumens des Mikroskopoptik sind. Als Ergebnis wird nur ein dünner Abschnitt der Probe in der Bildebene abgebildet wird. Diese Technik ist besonders gut geeignet, um die Struktur und Dynamik in dichten kolloidalen Suspensionen an der Ein-Teilchen-Skala zu untersuchen: die Teilchen groß genug, um mit sichtbarem Licht gelöst werden und diffundieren langsam genug, um bei typischen Scan-Geschwindigkeiten von konfokalen Handelssysteme 10 erfasst werden . Verbesserungen in der Scan-Geschwindigkeiten und-Analyse-Algorithmen wurden ebenfalls aktiviert quantitative konfokale Abbildung fließt Suspensionen 11-16,37. In dieser Arbeit zeigen wir, konfokale Mikroskopie Experimente zur begrenzten Phasenverhalten und die Fließeigenschaften von Kolloidpolymermischungen zu untersuchen. Wir bereiten erste colloid-Polymermischungen, die Dichte-und Brechungsindex angepaßt sind. Weiter berichten wir ein Standard-Protokoll für die Abbildung Ruhe dichten Kolloid-Polymer-Mischungen unter wechselnden Haft in dünnen keilförmigen Zellen. Schließlich zeigen wir, ein Protokoll für die Abbildung Kolloid-Polymer-Mischungen in Mikrokanalströmung.

Konfokale Bildgebung und Partikelverfolgung zeigen, untersuchten wir die Wirkung der Beschränkung auf das Phasenverhalten der Polymermischungen kolloid 63-65. Für diese Experimente wurde das Kolloid Durchmesser 2a = 0,865 &amp;mgr; m. Das Kolloid Volumenfraktion wurde bei Φ = 0,15 festgelegt, und die Konzentration von Polymer C wurde p 0 bis 23,6 mg / ml variiert. Repräsentative konfokale Bilder sind in Fig. 2 63, linke Spalte gezeigt. Von der ...

Die konfokale Mikroskopie ist mit Bild und fließende Ruhe Kolloid-Polymer-Mischungen, die als Modellsysteme für attraktive Suspensionen untersucht werden. Bildanalysealgorithmen werden verwendet, um strukturelle und dynamische Messgrößen für die kolloidalen Partikel, die aufgrund von geometrischen Änderungen Haft Messung berechnen.

Die konfokale Bildgebung von Enge und Ruhe Fließende Kolloid-Polymer-Mischungen

The behavior of confined colloidal suspensions with attractive interparticle interactions is critical to the rational design of materials for directed ...

Das übergeordnete Ziel des folgenden Experiments besteht darin, die Veränderungen im eingeschränkten Phasenverhalten und in den Transporteigenschaften attraktiver kolloidaler Suspensionen mithilfe der konfokalen Mikroskopie zu quantifizieren. Dies wird erreicht, indem Kolloid-Polymer-Gemische formuliert werden, um attraktive kolloidale Suspensionen zu modellieren. Die Gemische werden in dünnen Keilzellen abgebildet und eingeschlossen, um zu zeigen, wie die Einschränkung die Struktur, Dynamik und das Phasenverhalten dieser Gemische verändert.Als Nächstes werden Gemische abgebildet, während sie durch Mikrokanäle fließen, um den Einfluss der Anziehungskraft zwischen den Kolloiden auf die eingeschränkten Transporteigenschaften der Gemische zu bestimmen. Automatisierte Bildanalyse und Partikel-Tracking-Algorithmen können zeigen, wie ruhende Einschränkung zu Verfestigung und Bildkorrelation führt. Algorithmen können zeigen, wie eine zunehmende Anziehungskraft zu immer stärker nichtnewtonschem Fließverhalten führt.Der Hauptvorteil dieser Technik oder anderer Methoden wie dem Elektronenmikroskop und der dynamischen Lichtstreuung besteht darin, dass sie eine direkte Verfolgung einzelner Partikeltrajektorien ermöglicht, aus denen dynamische und strukturelle Kenngrößen berechnet werden können, um sie direkt mit Simulationen zu vergleichen. Diese Standardmethode kann helfen, zentrale Fragen im Bereich der weichen kondensierten Materie zu beantworten, beispielsweise wie Suspensionen sich in Gegenwart von Wechselwirkungen zwischen den Teilchen selbst organisieren, oder wie feste, lichtempfindliche Suspensionen unter einer angelegten Kraft oder Spannung nachgeben. Für dieses Protokoll wurden PMMA-Partikel vorbereitet, die mit einem Farbstoff markiert sind; eine verknüpfte Referenzmaterialliste im Textprotokoll enthält Standardpräparationen.Stellen Sie eine Mischung aus drei Teilen zu einem Teil nach Gewicht aus broy heane in deco hydro nataline lean her. Geben Sie anschließend Tetra-n-butylammonium und organisches Salz auf 1,5 Millimolar hinzu. Das Lösungsmittel passt den Brechungsindex der Partikel an und schirmt deren Ladung teilweise ab, um die Dichte der Partikel genau zu bestimmen, um die Partikel bei 0,1 Volumen pro Volumen in dem hergestellten Lösungsmittel zu suspendieren. Zentrifugieren Sie die Suspension bei 800 ×g für 75 Minuten.Überprüfen Sie, ob die Partikel nach der Zentrifugation nicht sedimentieren. Um das Absinken der Partikel zu verhindern, geben Sie anschließend entweder Base-Lösungsmittel tropfenweise hinzu, um die Dichte des Lösungsmittels an die der Partikel anzupassen. Bereiten Sie danach eine 40%-ige Suspension der PMMA-Partikel in der hergestellten Lösungsmittelmischung vor.Bereiten Sie außerdem lineares Polyzyren in der Lösungsmittelmischung in hoher Konzentration vor. Zum Beispiel 50 Milligramm pro Milliliter, berechnet aus dem Molekulargewicht und dem Trägheitsradius des Polystyrols. Durch Verwendung der konzentrierten PMMA-Partikelsuspension und der Polystyrol-Lösung erhält man Suspensionen mit der gewünschten Partikelkonzentration in Kombination mit Polymeren.Hier enthält die Suspension 15 Volumenprozent PMMA-Partikel, und die Polymerkonzentration reicht von null bis 25 Milligramm pro Milliliter durch dispergierte Suspensionen von zwei unterschiedlich großen und unterschiedlich markierten PMMA-Partikeln in gleichen Volumenanteilen. Fraktionen können ebenfalls mit der Polymerslösung gemischt werden. Nach dem Mischen jeder Suspension zentrifugieren Sie diese und geben anschließend unter ständigem Rühren tropfenweise ein Lösungsmittel hinzu, um die Dichte des Lösungsmittels der Dichte der Partikel möglichst genau anzupassen.Zuletzt alle Proben ausgleichen, indem die verschlossenen Proben mindestens 24 Stunden vor der Bildaufnahme in einen Tumblr gegeben werden. Beginnen Sie mit dem Zusammenbau rechteckiger Messkammern aus Deckgläsern. Die Dicke des Objektträgers beträgt hier einen Millimeter und somit auch die Kammerdicke, die das volumenbezogene Verhalten der ummantelten Polymermischungen ermöglicht.Wenn eine Kammer mit mehreren Höhen gewünscht wird, stellen Sie dünne, keilförmige Kammern her, indem Sie einen einzigen Deckglaser auf einem Keil abstützen. Der Öffnungswinkel der Kammer beträgt weniger als 0,5 Grad, und die Kammerdicke nimmt von sechs Mikrometern auf einen Millimeter zu. Diese Konfiguration ermöglicht eine kontinuierliche Variation der Einschränkungsdicke. Fertigen Sie die Kammern so an, dass sie auf einem inversen Mikroskop platziert werden können, und versiegeln Sie sie mit einem gegenüber der verwendeten Lösungsmittelmischung beständigen, UV-härtbaren Epoxidharz, das für das verwendete Mikroskop geeignet ist.Hier ist ein zeilenbasiertes konfokales Scankopf an ein umgekehrtes Mikroskop mit einem 100x-Ölimmersionsobjektiv angeschlossen. Bei einer numerischen Apertur von 1,4 verwenden Sie geeignete Wellenlängen, um die Farbstoffe anzuregen, und nehmen 50 Mikrometer große quadratische Bilder mit 512 Pixeln Kantenlänge auf. Beginnen Sie mit einer Belichtungszeit von einem zweiunddreißigstel Sekunde und passen Sie diese anschließend an die Bildqualität an.Als Nächstes lokalisieren Sie die Unterseite der Kammer, an der die Partikel haften werden. Verschieben Sie dann den Fokus auf den Mittelpunkt der Kammer. Nehmen Sie nun etwa 500 Bilder mit einer Rate von einem Bild pro Sekunde in der mittleren Ebene für die 2D-Analyse auf.Danach für die 3D-Analyse Z-Stapel-Bilder mit 0,2 Mikrometer Abstand über 30 Mikrometer in jedem zusätzlichen Bildgebungsversuch aufnehmen. Die Optimierung der Bildgebungsbedingungen, um Bilder mit hohem Kontrast zu erhalten, ist entscheidend. Analysieren Sie die Bilder mithilfe einer Partikel-Tracking-Software. Ein Algorithmus, der Partikel bis auf 40 oder 50 Nanometer auflösen kann, sollte verfügbar sein. Das Partikelspurenverfolgungsverfahren ist nur möglich, wenn sich die Partikel zwischen aufeinanderfolgenden Einzelbildern weniger bewegen als der Abstand zwischen den Partikeln. Zur Bewertung der Partikelstruktur und -dynamik verwenden Sie die folgenden Kenngrößen.Eine 3D-Paar-Korrelationsfunktion, eine 2D- oder 3D-Mittlere-quadratische-Verschiebung und ein 2D- oder 3D-eigenständiger Teil der Van-Hove-Korrelationsfunktion. Für dieses Experiment stellen Sie eine einfache Durchflusszelle aus einem quadratischen Glas-Kapillarrohr mit 100&nbsp;Mikrometer Breite her. Befestigen Sie Teflon-Schläuche und verwenden Sie Glas-Deckgläser zur strukturellen Stabilisierung.Laden Sie als Nächstes die gewünschte kolloidale Polymermischung in eine Glasspritze und befestigen Sie diese an einem Dosiersystem, beispielsweise einer Pumpe. Befestigen Sie die gesamte Apparatur nun am umgekehrten Mikroskop, wie es im vorherigen Abschnitt verwendet wurde. Die Durchflusszelle der Spritze und der Auslass sollten so waagerecht wie möglich gehalten werden.Stellen Sie die Flussgeschwindigkeit gemäß der Kolloid-Polymer-Mischung ein. Während des Flusses wurden Konzentrationen durch quadratische Kapillaren von 200 bis 2000 Mikrometer pro Sekunde verwendet. Sammeln Sie 2D-Bilder wie im vorherigen Abschnitt beschrieben in verschiedenen Abständen vom Kanalboden, von fünf bis 50 Mikrometer.Wenn die Partikel elliptisch erscheinen, erhöhen Sie die Aufnahmefrequenz. Verwenden Sie eine Verfolgungssoftware zusammen mit IDL oder MATLAB, um die Strömung zu analysieren. Um eine subpixelgenaue Auflösung bei der Partikelverfolgung zu erreichen, sind sorgfältige Anpassungen der Verfolgungsparameter erforderlich, um OIDs zu erhalten, die nicht in eine bestimmte Richtung verzerrt sind.Bei langsamer Strömung. Wenn sich die Partikel weniger als der Abstand zwischen den Partikeln von einem Bild zum nächsten bewegen, können Trajektorien mithilfe von Verfolgungsroutinen bei schnellerer Strömung ermittelt werden. Verwenden Sie die Bildkorrelation zur Berechnung der Geschwindigkeit.Teilen Sie jedes Bild in horizontale Teilbilder in Strömungsrichtung auf. Verschieben Sie in aufeinanderfolgenden Bildern das zweite Bild so, dass es mit dem ersten übereinstimmt, und verwenden Sie den Verschiebungsabstand, um die Geschwindigkeit zwischen Bildpaaren oder jeder Unterteilung der ursprünglichen Bilder zu berechnen. Erstellen Sie ein Histogramm aller berechneten Verschiebungswerte.Wenn die Werte nicht stark ausgeprägt sind, wiederholen Sie das Experiment mit einer höheren Bildfrequenz. PMMA-Partikel mit einem Durchmesser von 0,865 Mikrometern wurden bei 15 % (Volumen pro Volumen) in 23,6 Milligramm Polymer pro Milliliter Mischlösung suspendiert. Strukturelle und dynamische Kenngrößen wurden zur Auswertung der Bilder verwendet, einschließlich der Paarkorrelation und der mittleren quadratischen Verschiebung.Das Wechseln der Suspension kann die Struktur und Dynamik eingeschlossener Suspensionen verändern. Beispielsweise wurde eine dispergierte Suspension aus 1,48-Mikron- und 0,73-Mikron-Teilchen formuliert, wobei die Teilchen 15 % des Volumens einnahmen, während die Einschränkungsdicke verringert wurde. Eine feststoffähnliche kolloidale Gelphase wurde induziert, die beide Teilchentypen enthielt; die mittlere quadratische Verschiebung der großen Teilchen nahm ab, als das System zunehmend eingeschränkt wurde.Im Einklang mit dem Erstarrungsfluss wurden die Eigenschaften schwach anziehender und stark anziehender Teilchen verglichen. Die Polymerkonzentration variierte zwischen fünf und 25 Milligramm pro Milliliter. In Suspensionen zeigte die schwach anziehende Suspension ein Dichteprofil, das sich stark mit der Position quer durch den Kanal änderte.Bei einem Durchfluss von 10 Mikrolitern pro Stunde war das Dichteprofil der stark anziehenden Suspension unter denselben Bedingungen nahezu konstant über den Kanalquerschnitt. Ebenso zeigten sich Unterschiede in den Geschwindigkeitsprofilen dieser Suspensionen. Schwach anziehende Teilchen lagen nahe an der newtonschen Vorhersage für ihre Geschwindigkeit, während stark anziehende Teilchen leicht von der newtonschen Vorhersage für ihre Geschwindigkeit abwichen, insbesondere näher zur Seitenwand des Kanals, wo Y gleich null ist.Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie man die konfokale Mikroskopie verwendet, um das Phasenverhalten und die Fluoreigenschaften kolloidaler Suspensionen anhand dieses Verfahrens zu untersuchen. Weitere Kenngrößen wie Größen von Aggregaten und fraktale Dimensionen können aus den Partikelpositionen berechnet werden, um zusätzliche Fragen zu beantworten, beispielsweise wie Einschränkungen die Form der aggregierten Cluster verändern.

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Um die Strömungsgeschwindigkeiten und die Richtungsabhängigkeit von filamentösem Aktin an der immunologischen T-Zell-Synapse zu untersuchen, wird die hochauflösende Bildgebung lebender Zellen mit Totalreflexionsfluoreszenz kombiniert und mit räumlich-zeitlicher Bildkorrelationsspektroskopie quantifiziert.

Kortikalen Aktin Fluss in T-Zellen durch Raum-zeitliche Bildkorrelationsspektroskopie von Structured Illumination Microscopy Daten Quantifizierte

Nicht gerührt Fällungspolymerisation liefert eine schnelle, reproduzierbare Prototyping Ansatz zur Synthese von Stimuli empfindlichen Poly (N Isopropylacrylamid) Mikrogele mit enger Größenverteilung. In diesem Protokoll Synthese, Charakterisierung Lichtstreuung und Einzelpartikelfluoreszenz-Tracking dieser Mikrogele in einem Weitfeldmikroskopie Einrichtung demonstriert.

Kontrollierte Synthese und Fluoreszenz-Tracking von Hoch Uniform Poly (<em&gt; N</em&gt; Isopropylacrylamid) Mikrogele

Dieses Protokoll beschreibt die Synthese und Formulierung von injizierbaren, supramolekularen Polymer-Nanopartikel (PNP)-Hydrogel-Biomaterialien. Anwendungen dieser Materialien für die Wirkstoffabgabe, die biopharmazeutische Stabilisierung sowie die Zellverkapselung und -abgabe werden demonstriert.

Injizierbare supramolekulare Polymer-Nanopartikel-Hydrogele für Zell- und Arzneimittelverabreichungsanwendungen

Die vorgeschlagene Technik wird einen neuartigen, effizienten, genügsamen und nicht-invasiven Ansatz für die Bildgebung des fluidischen Flusses durch ein gepacktes Pulverbett bieten, der eine hohe räumliche und zeitliche Auflösung ergibt.

Frugal Imaging Verfahren der Kapillarströmung durch dreidimensionale polymere Druckpulver

Wir stellen ein Protokoll zur Implementierung der Interferenzreflexionsmikroskopie und der Total-Interreflexions-Fluoreszenzmikroskopie für die gleichzeitige Abbildung von dynamischen Mikrotubuli und fluoreszenzmarkierten Mikrotubuli-assoziierten Proteinen vor.

Simultane Interferenzreflexion und Totalreflexionsfluoreszenzmikroskopie zur Abbildung dynamischer Mikrotubuli und assoziierter Proteine

Hier wird ein Protokoll zur Durchführung und Analyse der Bindung, Mobilität und Assemblierung einzelner Moleküle auf künstlichen überfüllten Lipidmembranen unter Verwendung der Einzelmolekül-Totalreflexionsfluoreszenzmikroskopie (smTIRF) vorgestellt.

Einzelmoleküldiffusion und Assemblierung auf polymerüberfüllten Lipidmembranen

Dieses Protokoll beschreibt das Design und die Herstellung eines mikrofluidischen Geräts, das für die Untersuchung der Mikrotubuli-Polymermechanik geeignet ist. Die Synthese von Mikrofabrikation, automatisierter Flusskontrolle und computergestützten Modellierungstechniken ermöglicht ein flexibles System, das sich ideal für die Untersuchung des zellulären Zytoskeletts in vitro eignet.

Entwicklung eines mikrofluidikbasierten Ansatzes zur Untersuchung der Mikrotubuli-Polymermechanik

Erfahren Sie, wie konfokale Mikroskopie das Phasenverhalten und die Transporteigenschaften attraktiver Kolloidsuspensionen unter geometrischer Einschränkung untersucht. Diese Methode ermöglicht präzise Analysen für die Materialwissenschaft.

Die konfokale Bildgebung von Enge und Ruhe Fließende Kolloid-Polymer-Mischungen

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