Formación, confinamiento y observación de nemática activa basada en microtúbulos

La Nemática Activa ha surgido como un tema de investigación emocionante que expande los campos de la dinámica no lineal y los cristales líquidos. Hay fluidos complejos que exhiben defectos topológicos mortales y dinámicas caóticas. Hay muchos estudios teóricos recientes en la literatura centrados en la Nemática Activa confinada.

Sin embargo, ha sido un desafío para los experimentalistas confinar el material en geometrías a microescala. Nuestra técnica hace que la configuración experimental sea más sencilla para que los nuevos grupos puedan ingresar al campo y probar estos materiales emocionantes. Las técnicas podrían aplicarse a otros sistemas de materia activa EQUIS, por ejemplo, para formar una fase compuesta de efecto y A medida que se desarrollen más fases activas en el futuro, los experimentadores deben encontrar formas de confinar el material utilizando nemáticas similares.

Demostrando el procedimiento estarán Derek Hammar y Fereshteh Memarian, estudiantes graduados de mi laboratorio. Para preparar cubreobjetos hidrófilos con un recubrimiento de acrilamida, comience limpiando los cubreobjetos a fondo con agua jabonosa, etanol e hidróxido de sodio molar 0.1 con enjuagues alternativos con agua nano pura. Una vez enjuagado el recubrimiento la cubierta se desliza con la solución de silano compuesta por 100 mililitros de etanol, un mililitro de ácido ascético y 500 microlitros de trimetoxisilil propilmetacrilato a durante 15 minutos.

Luego enjuague con agua nano pura. Prepare una solución de acrilamida a partir de 95 mililitros de agua nano pura y cinco mililitros de 40 por ciento en peso de acrilamida. Luego desgasifique la solución durante 30 minutos en un horno de vacío, agregue 0.07 gramos de amonio por sulfito y 35 microlitros de tetrametiletilendiamina para una concentración final de 2.3 milimolar.

Vierta la solución de acrilamida sobre los cubreobjetos mientras está boca arriba e incube durante la noche a temperatura ambiente. Para preparar portaobjetos de microscopio hidrófobo, pipetear 100 microlitros de una solución repelente al agua en un portaobjetos de microscopio de vidrio limpio. Luego coloque otro tobogán de vidrio limpio en la parte superior.

Esto asegura un recubrimiento uniforme de la solución repelente al agua en la superficie donde se asienta durante dos minutos. Retire el segundo portaobjetos de vidrio y enjuague bien el primer portaobjetos con agua nanopura. Luego secar con gas nitrógeno.

Prepare una mezcla de aceite de ingeniería que incluya surfactante fluorado al 1,8%. Ensamble el portaobjetos de vidrio y el cubreobjetos de cubierta utilizando espaciadores adhesivos de doble cara de 40 micrómetros. Coloque los espaciadores a 1,5 milímetros de distancia en el portaobjetos del microscopio hidrófobo.

Luego coloque el deslizamiento de la cubierta recubierta con acrilamida en la parte superior de los espaciadores con una cara lateral tratada hacia abajo para adherirse. Después de que la celda de flujo se haya construido, pipetear inmediatamente la mezcla de aceite en la celda de flujo llenando el espacio cerrado usando una pipeta en un vial separado, mezcle suavemente seis microlitros de material activo con 3.73 microlitros de mezcla. Un microlitro de solución de microtúbulos, 0,6 microlitros de solución de ATP y 0,67 microlitros de M dos B tampón pipeta seis microlitros de material activo recién mezclado en un extremo abierto de la celda de flujo.

Parte del aceite será desplazado por la solución acuosa a medida que se inyecta en el canal. Esto puede ser malvado en el extremo opuesto del canal de flujo usando un pequeño trozo de papel de seda. Después del llenado, selle ambos lados de la celda de flujo con un pegamento epoxi que se endurece cuando se expone a la luz UV durante 20 segundos.

Para confinar la capa activa entre los dos fluidos admisibles en una capa cuasi2D. Coloque la celda de flujo en una centrífuga de cubo oscilante con la fase acuosa en la parte superior y la capa de aceite más densa debajo de la centrífuga a 212 G durante 10 minutos. Después de completar este paso, la celda de flujo se puede llevar a un microscopio de epifluorescencia para obtener imágenes con un objetivo de aumento de 10 x o 20 x.

Primero, diseñe un molde maestro para el PDMS. Esto se puede lograr imprimiendo pilares 3D sobre un sustrato. Después de imprimir en 3D el molde maestro de resina, límpielo con isopropanol y luego cura el molde bajo una lámpara UV durante 45 minutos y en el horno a 120 grados centígrados durante dos horas, prepara el poli colorante metil cian usando un agente de curado de elastómero y una base de elastómero.

Mezcle los dos componentes en una proporción de 1 a 10 usando una espátula de metal. Para eliminar estas burbujas, coloque la mezcla bajo un vacío para desgasificarse durante una hora, después de lo cual el PDMS sin curar debe aparecer transparente. Vierta el PDMS en un molde adecuado y déjelo durante la noche para curar a 60 grados centígrados.

Para preparar una superficie PDMS hidrófila, limpie el PDMS durante 10 minutos con etanol e isopropanol, luego enjuague bien con agua desionizada tres veces y séquelo. Use un limpiador de plasma durante cinco minutos para limpiar el PDMS curado en seco. Esto hace que la superficie sea más hidrófila.

A continuación, prepare una solución de silano y sumerja el sustrato en esa solución durante 15 minutos para preparar el recubrimiento de acrilamida, enjuague bien el sustrato con agua desionizada y sumérjalo en una solución de acrilamida. Cuando esté listo para usar, enjuague la superficie con agua desionizada y séquela con nitrógeno para su uso inmediato. Conecte el PDMS a un portaobjetos de vidrio con pegamento epoxi, pipete un microlitro de la mezcla activa sobre el sustrato de PDM e inmediatamente agregue aceite de silicona sobre la gota de red activa.

La red activa se moverá hacia el pozo. Este proceso tarda hasta 60 minutos. Coloque el dispositivo PDMS en una centrífuga de cubo oscilante con la capa de aceite por encima de la capa de agua y gire durante 12 minutos a 212 G. Una vez completado este paso, lleve el material al microscopio para obtener imágenes del progreso del material.

A medida que se equilibra. La imagen representativa muestra microtúbulos cortos de longitudes similares. Los microtúbulos individuales pueden ser difíciles de visualizar debido a su pequeño tamaño.

El uso de una cámara de alta sensibilidad diseñada para microscopía de fluorescencia es lo mejor para esta aplicación. Una capa neumática activa bien formada es homogénea en textura sin áreas de vacío significativas y defectos topológicos móviles presentes. Tenga en cuenta, sin embargo, que puede haber algunos pequeños vacíos aceptables en los núcleos defectuosos.

Tratamiento superficial adecuado para tener una superficie hidrófila o hidrófoba. Con este método, el rollo de la geometría se puede discutir fácilmente y la estructura activa se puede controlar cambiando solo el confinamiento físico.