Biomimetische Replikation der Wurzeloberflächen-Mikrostruktur mit Änderung der weichen Lithographie

Dieses Protokoll ermöglicht die Entwicklung eines synthetischen Systems, das die Wurzeloberflächenmikrostruktur imitiert. Das System kann verwendet werden, um Wurzel-Umgebungs-Wechselwirkungen in einer steuerungsischen Weise zu untersuchen, wobei der Schwerpunkt auf der Oberflächenstruktur liegt. Dies ist eine einfache Technik, die in jedem Labor durchgeführt werden kann, um Interaktionen zwischen Root und Umgebung zu untersuchen.

Darüber hinaus ermöglicht diese Technik die Bildung der Oberfläche aus verschiedenen Materialien. Der schwierigste Schritt ist die Entfernung der natürlichen Wurzel aus der negativen Form. Dieser Schritt erfordert einen schonenden Umgang mit der Wurzel, um zu vermeiden, dass die Wurzelhaare reißen.

Visuelle Demonstration verbessert die Fähigkeit des Betrachters, dieses Verfahren zu replizieren. Beginnen Sie mit der Entfernung der Pflanze aus dem Boden nach drei Wochen Wachstum. Schneiden Sie das Wurzelsystem von der Pflanze an der Stelle der Interaktion mit dem Stamm und legen Sie die wurzellose Pflanze in ein Bechermitwasser.

Schneiden Sie nach ein paar Tagen die zufälligen Wurzeln, die aus dem Stamm entstehen, und verwenden Sie sie für die Replikation. Um Samen keimte Wurzeln vorzubereiten, befeuchten Sie ein Filterpapier in einer Petrischale mit Wasser und legen Sie mehrere M82-Samen auf das Papier. Bebrüte das Gericht bei 25 Grad Celsius und hydratisieren das Papier jeden Tag.

Etwa fünf Tage später sind die keimenden Wurzeln lang genug, um sie für die Replikation zu verwenden. Bereiten Sie negative Replik Lösung durch Hinzufügen von 9,49 Gramm Diurethan Dimetharylat zu einem 50 Milliliter Tasse. 1,45 Milliliter Ethylmethacrylat in die Tasse geben und bei Raumtemperatur lagern, bis die Lösung homogen wird und klar aussieht.

Fügen Sie drei Milliliter des Weichmachers hinzu und rühren Sie die Lösung für eine weitere Stunde. Dann 300 Mikroliter des Fotoinitiators hinzufügen und über Nacht rühren oder bis alle Blasen entfernt sind. Um das negative Replikat der Wurzel zu erzeugen, nehmen Sie eine saubere Glasfolie und gießen Sie einen Milliliter der negativen Replik-Lösung darauf.

Legen Sie zwei bis drei Wurzeln über die Lösung, um sicherzustellen, dass die Wurzeln nicht vollständig abgedeckt sind. Halten Sie die Rutsche acht bis zehn Minuten unter einer ultravioletten Acht-Watt-Lampe und schalten Sie dann die UV-Lampe aus. Entfernen Sie die Replik von der Glasrutsche und legen Sie sie in eine mit Ethanol gefüllte Petrischale, um unreagiertes Monomer zu entfernen.

Verwenden Sie Zangen, um die Wurzel langsam und sanft aus dem Replikat zu entfernen. Um die PDMS-Lösung für die positive Replik vorzubereiten, legen Sie 10 Gramm Dimethylsiloxan in eine Tasse. Fügen Sie ein Gramm Härtungsmittel hinzu und mischen Sie es gründlich.

Erhitzen Sie das Gemisch in einem Trockenkörper unter Vakuum für zwei Stunden, um Luftblasen zu entfernen. Legen Sie die Polyurethan-Negativreplik atjizieren in eine Petrischale und gießen Sie die PDMS-Mischung auf die negative Replik. Vakuum für zwei Stunden auftragen, um die Abdeckung der Mikrostruktur zu gewährleisten und die Petrischale über Nacht bei Raumtemperatur zu halten.

Trennen Sie am nächsten Tag das ausgehärtete positive Replikat mithilfe von Zangen vom negativen Replikat. Um die positive Replik aus Ethylcellulose vorzubereiten, fügen Sie 20 Milliliter Ethanol in eine 100 Milliliter Tasse. Dann fügen Sie 1,32 Milliliter Weichmacher und 3,3 Gramm Ethylcellulose hinzu.

Und rühren Sie die Lösung bei Raumtemperatur für zwei Stunden. Am nächsten Tag die Ethylcelluloselösung auf die negative Replik in eine Petrischale gießen und die Schale über Nacht unter der Haube lassen. Entfernen Sie dann langsam das positive Replikat aus dem negativen Replikat mit Zangen.

Ein gutes negatives Replikat kann generiert werden, wenn das Protokoll korrekt befolgt wird. Dieses Replikat zeigt die Zellstruktur der Wurzeloberfläche sowie Löcher, die die Position der Wurzelhaare darstellen. Wenn die Wurzel in die Polyurethanlösung eingetaucht ist, wird sie in das harte Polymer eingeschlossen und verbleibt nach der Aushärtung im negativen Nachbau.

Bei der Aushärtung mit dem UV-Licht, das die empfohlene Aushärtungszeit überschreitet, entsteht eine extrem harte Polyurethanform, die es unmöglich macht, die Wurzel zu entfernen, ohne sie zu brechen. Manchmal sind die Wurzelstücke so klein, dass Mikroskopie erforderlich ist, um sie zu sehen. Mit PDMS und Ethylcellulose wurden positive Repliken erzeugt.

Die Wurzelhaare befinden sich in der Dehnungszone, wo sie zu entstehen beginnen. Ihre Längen variieren entlang der Wurzeloberfläche, wenn sie länger werden, ähnlich der natürlichen Wurzel. Einige der Haare auf der Ethylcellulose-Replika sind sogar unter dem Lichtmikroskop sichtbar.

Beim Platzieren der Wurzel über der negativen Replikatlösung ist es wichtig, die rechte Seite zu wählen und das Eintauchen der Wurzel in der Lösung zu vermeiden. Diese Technik wurde entwickelt, um einen neuen Weg zu bieten, um Wechselwirkungen zwischen der Wurzeloberfläche zu erforschen. Insbesondere die physikalischen Kräfte, die durch Mikrostruktur und Materialeigenschaften der Oberfläche verursacht werden.