Impresión reactiva de inyección de tinta y análisis de propulsión de microagitadores autopropulsados basados en la seda

Somos capaces de producir micromotores de seda versátiles, biocompatibles y biodegradables para su uso en aplicaciones de micromezcla, como la mejora del ensayo enzimático, el diagnóstico de virutas de madera de lava y la supervisión y corrección ambiental. El uso de la impresión reactiva de inyección de tinta para crear micro-agitadores de seda impulsados por Marangoni y enzimas nos permite alterar formas, tamaños, distribuciones de catalizadores y mezclar otras mitades en las estructuras rápida y fácilmente, controlando así la trayectoria, el comportamiento y las funciones. La impresión reactiva de inyección de tinta también se puede aplicar para producir dispositivos de micromotor con otras tintas reactivas acuosas aparte de la seda, lo que demuestra la gran versatilidad de este método.

La persona que demuestre el procedimiento será la estudiante de doctorado, Ana Jiménez-Franco de mi laboratorio. Primero, corta cinco gramos de capullos de seda limpios en trozos pequeños de un centímetro cuadrados usando tijeras. En una campana de extracción, hierva dos litros de agua desionizada en un vaso de precipitados de dos litros en una placa caliente magnética.

Agregue una barra de agitación magnética al vaso de agua desionizada. Luego agregue lentamente 4.24 gramos de carbonato de sodio al agua para evitar que hierva, y deje que se disuelva. Una vez que la solución comience a hervir de nuevo, agregue las piezas cortadas de los capullos de seda a la solución.

Asegúrese de que toda la seda esté sumergida y caliente la solución, con agitación constante durante 90 minutos. Cubra el vaso de precipitados con papel de aluminio. Después de 90 minutos, retire las fibras fibromas extraídas de la solución de carbonato de sodio con una varilla de vidrio.

Lavar las fibras fibroínas tres veces con un litro de agua desionizada precalentada, disminuyendo gradualmente la temperatura para cada lavado. Extienda las fibras de fibroína en un plato cristalizante de vidrio borosilicato de 750 mililitros y colóquelas en un horno de secado durante la noche a 60 grados centígrados bajo presión atmosférica. Una vez secas, guarde las fibras de fibroína en un recipiente cerrado a temperatura ambiente.

Preparar una solución ternaria que contenga 4,8 gramos de agua desionizada, 3,7 gramos de etanol y 3,1 gramos de cloruro de calcio. Primero disuelva el cloruro de calcio en agua desionizada y luego agregue el etanol. Coloque un matraz de dos cuellos de dos cuellos de 100 mililitros en un baño de agua en la parte superior de una placa caliente magnética.

A continuación, añada la solución ternaria al matraz. A continuación, coloque un termómetro en uno de los cuellos del matraz para controlar con precisión la temperatura de la solución. Cubra el otro cuello con papel de aluminio para evitar el secado de la solución debido a la evaporación.

A continuación, caliente la solución a 80 grados centígrados. Cuando la temperatura de la solución es estable a 80 grados Celsius, retire la lámina de aluminio y agregue un gramo de fibroína seca a la solución. Agregue una pequeña barra de agitación magnética para asegurarse de que la solución se mezcla bien durante todo el proceso de disolución.

Cubra el segundo cuello del matraz con papel de aluminio para minimizar la evaporación y deje que se disuelva durante 90 minutos. Después de 90 minutos de disolución, deje que la solución de fibroína se enfríe a temperatura ambiente durante 10 minutos. Ate un nudo en uno de los extremos de un tubo de diálisis de 15 centímetros de largo.

Lave el tubo durante unos minutos con agua desionizada corriente del grifo. Abra el otro extremo del tubo de diálisis y agregue la solución de fibroína. Con una abrazadera metálica, cierre el otro extremo del tubo de diálisis asegurándose de que esté lo más apretado posible.

Coloque uno de los extremos del tubo de diálisis a través de una tapa de tornillo a un vial de plástico vacío de 30 mililitros para permitir que el tubo de diálisis flote en agua. A continuación, coloque el tubo de diálisis en un vaso de precipitados de dos litros que contenga dos litros de agua desionizada. Cambie el agua a intervalos regulares y compruebe la conductividad del agua cada vez que se cambia para seguir el proceso de diálisis.

Una vez completada la diálisis, corte un extremo del tubo de diálisis con tijeras y vierta la solución en una serie de tubos de 1,5 mililitros. Centrifugar durante cinco minutos a 16000 x G para eliminar cualquier partícula dentro de la solución de fibroína. A continuación, recoja el sobrenadante en un vial de plástico de 30 mililitros y guárdelo a cuatro grados centígrados.

Para imprimir el cuerpo principal de los micro-agitadores artificiales, autopropulsados, o spms, mezclar la solución de fibroína, polietilenglicol 400 y agua desionizada para hacer 1,5 mililitros de tinta A.Para imprimir el motor catalítico de las spms, mezclar la solución de fibroína, polietilenglicol 400, catalasa, y agua desionizada para hacer 1.5 mililitros de tinta B.Preparar 1.5 mililitros de tinta C disolviendo 0.05 mg por mililitro de Coomassie Brillante Azul y metanol. Utilice dispositivos de chorro con diámetro de boquilla de 80 micrómetros para imprimir las tintas en el sustrato de silicio, colocados en el escenario a una distancia de trabajo entre la boquilla y el sustrato de obleas de silicio de alrededor de cinco milímetros. Cargue las tintas A, B y C en tres depósitos y, a continuación, ajuste la contrapresión utilizando la válvula de contrapresión para cada canal individual para asegurarse de que la tinta no gotea de los dispositivos de chorro.

A continuación, ajuste los parámetros de chorro para cada canal para asegurarse de que cada tinta proporciona una buena formación de gotas estable. Imprima la capa de tinta de fibroin de seda por capa alternando con metanol sobre un sustrato limpio de obleas de silicio pulido. Imprima dos lotes de spms de fibroína con 200 capas y 100 capas de espesor respectivamente.

Para extraer las muestras de las obleas de silicio, sumerjalas en agua desionizada y agite suavemente hasta que se produzca el desprendimiento. Limpie un plato Petri de vidrio de nueve centímetros con agua desionizada y asegúrese de que la superficie esté libre de polvo. Agregue 10 mililitros de peróxido de hidrógeno prefiltrado al plato limpio y seco de Petri y déjelo asentarse.

Ilumina la parte inferior de la placa Petri con una fuente de luz LED blanca fresca. A continuación, utilice una cámara de alta velocidad con lente de zoom macro para capturar el movimiento desde arriba. Ahora, lave los agitadores de seda impresos durante 10 minutos sumergiéndolos en agua desionizada para eliminar cualquier polietilenglicol 400 no consolidado.

Tome cuidadosamente un agitador lavado con la punta de una aguja de jeringa estéril y colóquelo en el centro de la placa Petri. Cuando el agitador lavado toca el combustible de peróxido de hidrógeno, las burbujas comienzan a formarse alrededor del motor y se observa el movimiento circular del agitador. Cuando el sistema parezca estable, pulse grabar en el software de grabación para empezar a capturar el vídeo.

Realizar el seguimiento de los micro-agitadores en una base de cuadro por cuadro, el seguimiento de cada extremo de los agitadores. Las gotas estables formadas a partir de los dispositivos de chorro permitirán la definición más alta de las muestras impresas como se muestra aquí. Dependiendo de las impresoras de chorro de tinta utilizadas en el tamaño de las gotas, la distancia entre cada gota impresa debe ajustarse de tal manera que se superpongan para generar líneas conectadas.

Cuando los micro-agitadores de seda se colocan en la solución de combustible de peróxido de hidrógeno, la morfología superficial de los agitadores se altera debido a las burbujas que se liberan de las estructuras internas, generando pequeños poros. Aquí se muestran fotogramas de vídeo de dos micro-stirrers representativos de 100 y 200 capas y un cinco por ciento de combustible de peróxido de hidrógeno. Las líneas rojas y verdes indican las trayectorias rastreadas.

La velocidad de rotación se puede determinar por el cambio de velocidad de orientación como se muestra aquí. La comparación de micro-agitadores dopados dopados de 100 y 200 capas de catalasa muestra un aumento distintivo en la velocidad de rotación de aproximadamente 0,6 veces, de 60 más o menos seis rpm a 100 más o menos 10 rpm. Para producir tintas imprimibles para este procedimiento, es importante que las fibras se disuelvan completamente durante el proceso de disolución.

Esta técnica nos ha permitido producir micro-agitadores impulsados por diversos mecanismos, adecuados para estudios de agitación y detección de contaminación publicados recientemente por nosotros en la revista, Small.