Microtensómetro para microscopía confocal Visualización de interfaces dinámicas

Summary

Este manuscrito describe el diseño y operación de un microscopio microtensómetro/confocal para realizar mediciones simultáneas de tensión interfacial y reología dilatacional superficial mientras visualiza la morfología interfacial. Esto proporciona la construcción en tiempo real de relaciones estructura-propiedad de interfaces importantes en tecnología y fisiología.

Abstract

La adsorción de moléculas tensoactivas a interfaces fluido-fluido es omnipresente en la naturaleza. La caracterización de estas interfaces requiere medir las tasas de adsorción de surfactante, evaluar las tensiones superficiales de equilibrio en función de la concentración de surfactante a granel y relacionar cómo cambia la tensión superficial con los cambios en el área interfacial después del equilibrio. La visualización simultánea de la interfaz mediante imágenes de fluorescencia con un microscopio confocal de alta velocidad permite la evaluación directa de las relaciones estructura-función. En el microtensiómetro de presión capilar (CPM), una burbuja de aire hemisférica se fija al final del capilar en un depósito líquido de 1 ml de volumen. La presión capilar a través de la interfaz de burbujas se controla a través de un controlador de flujo microfluídico comercial que permite el control de presión, curvatura de burbujas o área de burbujas basado en modelos basado en la ecuación de Laplace. En comparación con técnicas anteriores como el canal de Langmuir y la caída colgante, la precisión de medición y control y el tiempo de respuesta se mejoran considerablemente; Las variaciones de presión capilar se pueden aplicar y controlar en milisegundos. La respuesta dinámica de la interfaz de la burbuja se visualiza a través de una segunda lente óptica a medida que la burbuja se expande y se contrae. El contorno de burbuja se ajusta a un perfil circular para determinar el radio de curvatura de la burbuja, R, así como cualquier desviación de la circularidad que invalide los resultados. La ecuación de Laplace se utiliza para determinar la tensión superficial dinámica de la interfaz. Después del equilibrio, la bomba microfluídica controlada por computadora puede imponer pequeñas oscilaciones de presión para oscilar el radio de burbuja (frecuencias de 0.001-100 ciclos / min) para determinar el módulo dilatacional Las dimensiones generales del sistema son lo suficientemente pequeñas como para que el microtensómetro quepa bajo la lente de un microscopio confocal de alta velocidad que permite rastrear cuantitativamente las especies químicas marcadas fluorescentemente con resolución lateral submicrona.

Introduction

Las interfaces aire-agua cubiertas por películas de surfactante son omnipresentes en la vida diaria. Las inyecciones de agua de surfactante se utilizan para mejorar la recuperación de petróleo de campos agotados y se utilizan como soluciones de fracturación hidráulica para gas y petróleo de esquisto. Las espumas gas-líquido y las emulsiones líquido-líquido son comunes a muchos procesos industriales y científicos como lubricantes y agentes de limpieza y son comunes en los alimentos. Los surfactantes y las proteínas en las interfaces estabilizan las conformaciones de anticuerpos durante el envasado, almacenamiento y administración

Protocol

1. Preparación de tubos capilares

1. Coloque el capilar en un extractor capilar y ejecute el programa de tracción deseado para hacer dos capilares cónicos con un diámetro exterior (OD) de ~ 1 μm en la punta.
   NOTA: El OD del capilar antes de tirar debe ser el OD especificado para caber en el soporte capilar en la celda del microtensómetro. El diámetro interno (ID) del capilar puede variar, pero afectará el radio crítico del capilar después de tirar. Se elige un programa de tracción para que la contracción resultante reduzca inicialmente el OD capilar y el ID rápidamente, luego alcance un radio cerca del OD capilar y el ID deseados, y luego re....

Results

Una fuente importante de error de medición surge de los capilares que tienen defectos, ya sea del proceso de corte (Figura 5A, B) o del proceso de recubrimiento (Figura 5D). Ambos tipos de defectos conducen a errores en la determinación de la forma y el tamaño de la burbuja por el sistema de análisis óptico de imágenes, lo que lleva a valores de tensión superficial inexactos. Es importante examinar cuidadosamente cada nuevo capilar después de qu.......

Discussion

El CPM/CFM combinado es una herramienta poderosa para examinar la dinámica interfacial, los equilibrios y la morfología. Este protocolo describe los pasos necesarios para obtener datos con CPM/CFM.

La Figura 2 muestra el diseño de la célula con canales para el intercambio capilar, solvente y de calor indicado. La entrada para el intercambio de disolventes debe estar en la parte inferior de la celda, mientras que la salida debe estar en la parte superior, lo que pe.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
1.5 O.D. Tubo Tygon	Tubo Fischer Scientific		Tubo
A1RHD Microscopio confocal multifotónico	Microscopio confocal	Nikon
Solución			Ácido sulfúrico y Alnochromix diluidos con agua 50% por volumen, espere hasta que esté claro antes de diluir
Alnochromix	Alconox	2510	Mezclado con ácido sulfúrico para empaquetar instrucciones y diluido para hacer una solución de limpieza ácida
Cortador de vidrio cerámico	Sutter Instruments
Chloroform	Sigma-Aldrich	650471	HPLC Plus
Curosurf	Chiesi		Tensioactivo pulmonar
Di agua			18.5 MΩ - cm
Etanol	cualquier		prueba 200 utilizado para la hidrofobización, desnaturalizado utilizado para la limpieza
Fiber-Lite Modelo 190 iluminador de fibra óptica	Dolan-Jenner Industries Inc.	281900100	Fuente de luz; otras fuentes de luz también deberían funcionar
Flow EZ F69 mbar con módulo de enlace	Fluigent	LU-FEZ-0069	Bomba microfluídica
Fluigent SDK VIs	Fluigent		Requerido para CPM virtual Interfaz
		fluoroelastómero	Mecanizado a partir de chapa de Viton de 1 mm de espesor, Ver figura 3
Filtro de gas	Norgren	F07-100-A3TG	Coloque entre la bomba microfluídica y el regulador de presión
Regulador de gas	Norgren	10R0400R	Reduzca la presión de la sorca al rango de la bomba, conectado al filtro de gas Rango 2-120 psi
Vidrio Capilar	Sutter Instruments	B150-86-10	Vidrio de borosilicato Diámetro exterior 1,5 mm Diámetro interno 0,86 mm
Vidrio Corredera	cualquiera		75 mm x 25 mm
Jeringa de vidrio	Hamilton	84878	25 μ Jeringa de vidrio L
Agente hidrofobizante	Sigma-Aldrich	667420	1H,1H,2H,2H-Perfluoro-octiltrietoxisilano 98%, otro trietoxisilano hidrofóbico puede ser sustituido
Tensioactivo insoluble	Avanti	850355C-200mg	16:0 DPPC en cloroformo
LabVIEW Software	National Instruments		2017
Filtro de paso largo	ThorLabs	FEL0650	Filtro de paso largo de 650 nm, la longitud de onda debe eliminarse la frecuencia del láser de excitación
Lyso-PC	Avanti	855675P	16:0 Lyso PC 1-palmitoil-2-hidroxi-sn-glicero-3-fosfocolina
Masterflex L/S sistema de bomba de consola analógica de velocidad variable con Cabezal de bomba Easy-Load II	Masterflex	HV-77916-20	Bomba peristáltica
MATLAB	Mathworks		R2019
Extractor de micropipetas P-1000	Sutter Instruments		Extractor capilar
Célula de microtensiómetro y soporte			Célula mecanizada de PEEK, soporte mecanizado de aluminio, Ver Figura 3 y 4
Microtensiómetro Objetivo	Nikon		Fluor 20x/0.50W DIC M/N2 ∞/0 WD 2.0 mm
NI Vision Módulo de desarrollo	Instrumentos		nacionales necesarios para CPM virtual Interfaz PEEK
de apriete con los dedos	IDEX	F-120x	10-32 Puertos cónicos
Enchufe PEEK	IDEX	P-551	10-31 Puertos cónicos
puntas de pipeta	Eppendorf	22492225	100 μ L - 1000 μ L,
pinza de plástico	Thermo Scientific	6320-0010
Jeringa de plástico	Fischer Scientific	14-955-459	10 mL
Piezas de plomería	Válvulas de 3 vías Fischer Scientific		y otras piezas de plomería para conectar tubos.
Research Plus 1 canal 100 μ L– 1000 μ L	Eppendorf	3123000063	Micro pipeteo
Ácido sulfúrico	cualquiera		Utilizado para la solución de limpieza ácida
T Plan SLWD 20x/0.30 OFN25 WD 30 mm	Nikon		Microscopio Confocal Objetivo
Texas Rojo DHPE sal de trietilaminimón	Thermo Fischer Scientific	1395MP	Fluoróforo
Bomba de vacío	Gast	DOA-P704-AA