Replicación biomimética de la microestructura de superficie raíz mediante alteración de la litografía blanda

Este protocolo permite desarrollar un sistema sintético que imita la microestructura de la superficie de la raíz. El sistema se puede utilizar para estudiar las interacciones root-entorno de una manera de control con énfasis en la estructura de la superficie. Esta es una técnica simple que se puede realizar en cualquier laboratorio que estudia las interacciones root-environment.

Además, esta técnica permite la formación de la superficie a partir de diversos materiales. El paso más difícil es la eliminación de la raíz natural del molde negativo. Este paso requiere un manejo suave de la raíz para evitar rasgar los vellos de la raíz.

La demostración visual mejorará la capacidad del espectador para replicar este procedimiento. Comience por retirar la planta del suelo después de tres semanas de crecimiento. Cortar el sistema radicular de la planta en el punto de interacción con el tallo y poner la planta sin raíces en un vaso de precipitados con agua.

Después de unos días, corta las raíces adventicias que emergen del tallo y ústalas para la replicación. Para preparar las raíces germinadas de las semillas, moje un papel de filtro dentro de un plato de Petri con agua y coloque varias semillas M82 en el papel. Incubar el plato a 25 grados centígrados e hidratar el papel todos los días.

Aproximadamente cinco días después, las raíces germinantes serán lo suficientemente largas como para usarlas para la replicación. Preparar la solución de réplica negativa añadiendo 9,49 gramos de dimetralato de diuretano a una taza de 50 mililitros. Añadir 1,45 mililitros de metacrilato etílico a la taza y conservar a temperatura ambiente hasta que la solución se vuelva homogénea y se vea clara.

Añadir tres mililitros del plastificante y agitar la solución durante otra hora. A continuación, agregue 300 microlitros del iniciador de la foto y revuelva durante la noche o hasta que se eliminen todas las burbujas. Para generar la réplica negativa de la raíz, tome un portaobjetos de vidrio limpio y vierta un mililitro de la solución de réplica negativa en él.

Coloque de dos a tres raíces sobre la solución, asegurándose de que las raíces no estén completamente cubiertas. Mantenga la corredera debajo de una lámpara ultravioleta de ocho vatios durante ocho a 10 minutos y, a continuación, apague la lámpara UV. Retire la réplica del portaobjetos de vidrio y colóquela en un plato de Petri lleno de etanol para eliminar el monómero no reaccionado.

Utilice fórceps para eliminar lentamente y suavemente la raíz de la réplica. Para preparar la solución PDMS para la réplica positiva, coloque 10 gramos de dimetil siloxano en una taza. Agregue un gramo de agente de curado y mezcle bien.

Calentar la mezcla en un desecador al vacío durante dos horas para eliminar las burbujas de aire. Coloque la réplica negativa de poliuretano en un plato de Petri y vierta la mezcla PDMS encima de la réplica negativa. Aplicar vacío durante dos horas para asegurar la cobertura de la microestructura y mantener el plato Petri a temperatura ambiente durante la noche.

Al día siguiente, separe la réplica positiva curada de la réplica negativa mediante fórceps. Para preparar la réplica positiva de celulosa etílica, agregue 20 mililitros de etanol a una taza de 100 mililitros. A continuación, añadir 1,32 mililitros de plastificante y 3,3 gramos de celulosa etílica.

Y revuelva la solución a temperatura ambiente durante dos horas. Al día siguiente, vierta la solución de celulosa etílica encima de la réplica negativa en un plato de Petri y deje el plato debajo de la capucha durante la noche. A continuación, quite lentamente la réplica positiva de la réplica negativa con fórceps.

Se puede generar una buena réplica negativa si el protocolo se sigue correctamente. Esta réplica mostrará la estructura celular de la superficie de la raíz, así como los agujeros que representan la ubicación de los pelos de la raíz. Si la raíz está sumergida en la solución de poliuretano, quedará atrapada en el polímero duro y permanecerá dentro de la réplica negativa después de que se cure.

Al curar con la luz UV, superando el tiempo de curado recomendado, resultará en un molde de poliuretano extremadamente duro, por lo que es imposible eliminar la raíz sin romperla. A veces las piezas de raíz son tan pequeñas que se requiere microscopía para verlas. Se generaron réplicas positivas con PDMS y celulosa etílica.

Los pelos de raíz están en la zona de alargamiento donde comienzan a emerger. Sus longitudes varían a lo largo de la superficie de la raíz a medida que se hacen más largas, similares a la raíz natural. Algunos de los pelos de la réplica de celulosa etílica son incluso visibles bajo el microscopio de luz.

Al colocar la raíz sobre la solución de réplica negativa, es importante elegir el lado derecho y evitar la inmersión de la raíz dentro de la solución. Esta técnica fue desarrollada para proporcionar una nueva vía para investigar las interacciones del entorno de la superficie radicular. Específicamente, las fuerzas físicas causadas por la microestructura y las propiedades materiales de la superficie.