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Pour former la réplication de la microstructure de surface de racine, une racine doit être choisie pour le moulage. Nous cultivons des plants de tomates dans le sol, ce qui rend l’utilisation de la racine naturelle du système racinaire extrêmement difficile. L’enlèvement du sol du système racinaire peut être difficile et en outre, les racines du système racinaire sont fragiles et peuvent se briser lors des tentatives de moulage. Nous suggérons donc d’abord d’utiliser des racines plus rigides, pour établir le protocole en laboratoire. La formation de ces racines est décrite à la figure 1A. Le système racinaire de la plante est enlevé après la culture de la plante pendant 3 semaines et la plante sans racines est placée dans l’eau pendant environ une semaine jusqu’à ce que les racines adventieuses émergent de la tige. Ces racines peuvent être utilisées pour la réplication pendant l’établissement du protocole. Une fois que le protocole a été bien établi, une structure de surface de racine plus réaliste est souhaitée. Ici, nous suggérons d’éviter les racines cultivées dans le sol comme l’enlèvement complet du sol dans extrêmement difficile. Au lieu de cela, nous suggérons l’utilisation de racines germinales, fournissant des informations précieuses sur la microstructure de surface racinaire d’une plante génétiquement spécifique. La croissance de ces racines est décrite à la figure 1B. Les graines sont placées sur un papier filtre humide et incubées à 25 °C. Après environ 5 jours, pendant lesquels le papier filtre est maintenu humide, les racines germées sont assez longues pour la réplication. Ces racines sont plus fragiles que les racines précédemment suggérées et nécessitent des soins plus délicats.
La production du réplica de microstructure de surface racine est un processus en deux étapes. Dans la première étape, la racine naturelle est moulée dans un moule à base de polyuréthane (la réplique négative). L’avantage de cette étape est que tous les matériaux pour le moule en polyuréthane sont en cours de préparation et la racine est placée sur le dessus de la solution préparée à la toute fin pour une exposition de 10 min aux UV. En conséquence, le tissu biologique n’est pas exposé à des conditions difficiles pendant trop longtemps et peut être manipulé doucement à la fin du processus. Si toutes les étapes du protocole sont suivies, un bon réplica négatif est généré. Cette réplique affichera la structure cellulaire de la surface de la racine ainsi que les trous représentant l’emplacement des poils racinaires (Figure 2A). Si certaines étapes critiques du protocole ne sont pas suivies, la procédure échouera. Une telle étape est le placement de la racine sur la solution de polyuréthane avant le durcissement. La racine doit être placée très doucement pour éviter la submersion de celui-ci dans la solution en polyuréthane. Une telle immersion, de n’importe quelle partie de la racine, causera le piégeage de la racine dans le polymère dur sans capacité de l’enlever. Si un tel événement se produit, la racine restera dans le réplica négatif après qu’il soit guéri (Figure 2B). Une autre étape cruciale concerne le temps de durcissement par la lumière UV. Le temps de séchage recommandé est de 8\u201210 min. Passer 10 min se traduira par un moule en polyuréthane extrêmement dur, ce qui rend impossible d’enlever la racine sans la casser dans le moule en polyuréthane. La rupture de la racine peut parfois être visible à l’œil nu, par exemple, lorsqu’une grande pièce est cassée (figure 2C, dessus, marqué de flèches violettes). Cependant, parfois de petits morceaux de racine sont laissés dans le matériau qui sont difficiles à repérer à l’œil nu et un microscope doit être utilisé (Figure 2C, en bas, marqué avec des flèches violettes). Nous recommandons d’examiner attentivement la réplique négative de polyuréthane avec un microscope avant la poursuite du protocole pour s’assurer qu’aucune racine résiduelle n’est présente.
Une fois que la réplique négative de polyuréthane est préparée ; de nombreux matériaux peuvent être utilisés pour la préparation de la réplique positive. La préparation de la réplique positive, en utilisant la réplique négative en polyuréthane comme un moule, est simple et dépend entièrement de la qualité de la réplique négative polyuréthane. Pour générer le réplica positif, nous avons utilisé à la fois PDMS- comme il est bien connu dans le domaine de la lithographie molle (Figure 3A)- et la cellulose éthylique comme un matériau qui imite mieux les propriétés de la surface de la racine qui est principalement composé de cellulose (Figure 3B). L’image SEM de la réplique PDMS montre les poils racine très clairement. Les poils sont dans la zone d’élongation, où ils commencent à émerger. Par conséquent, la longueur des poils racinaires varie le long de la surface de la racine à mesure qu’ils deviennent plus longs, un peu comme dans la racine naturelle (Figure 3A). La cellulose éthylique génère des pellicules plus dures et moins flexibles que les PDMS. Par conséquent, l’enlèvement de celui-ci du moule négatif nécessite plus de soin. Cependant, certains poils et la microstructure de surface sont visibles sous le microscope léger (figure 3B). Nous avons utilisé ces deux matériaux pour générer la réplique positive, cependant, tout matériel qui peut former un film sera un bon candidat pour la réplique positive, en utilisant la réplique négative polyuréthane.

Figure 1 : Racines des plantes de tomates pour la réplication. (A) Une plante de tomate (M82) est cultivée à 25 °C avec 9 h de lumière et 15 h d’obscurité. Après 3 semaines, la plante est retirée du sol et le système racinaire est coupé. La plante sans racines est mise dans l’eau jusqu’à ce que les racines adventieuses émergent de la tige après environ une semaine. Ces racines ne montrent pas la structure exacte comme les racines du système racinaire, mais elles représentent un bon modèle. Ces racines sont moins fragiles que les racines du système racinaire et sont donc préférés travailler avec lors de l’établissement de la technique en laboratoire. (B) Les graines de tomate (M82) sont mises sur un papier filtre humide dans une boîte de Pétri et incubées à 25 °C. Le papier est hydraté tous les jours et les graines germent. Les racines sont de plus en plus et après environ 5 jours sont assez longs pour être utilisés pour la réplication. Ces racines sont plus douces et doivent être utilisées une fois que la méthode est bien établie. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Figure 2 : Images de microscopie de réplique négative en polyuréthane. (A) Image SEM de réplique négative en polyuréthane faite selon un protocole suivant toutes les étapes. La structure cellulaire est clairement visible. Les flèches jaunes pointent vers les trous formés par les poils de la racine. (B) Images de microscopie légère de réplique négative de polyuréthane avec une racine à l’intérieur de celui-ci car il était entièrement couvert avec la solution et l’enlèvement de celui-ci était impossible. Le négatif de polyuréthane a été guéri avec la racine à l’intérieur. La racine est visible par l’œil et à l’aide d’une microscopie légère. Il est impossible d’enlever cette racine de la réplique guérie. (C) Images de microscopie légère de réplique négative en polyuréthane qui a été maintenue sous la lumière UV pendant trop longtemps. En conséquence, la racine ne pouvait pas être entièrement enlevée du polymère avec de grandes particules visibles par l’œil (image supérieure, marquée de flèches violettes) ou de petites fractions visibles uniquement par microscope (image inférieure, marquée de flèches violettes). Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Figure 3 : Images au microscope d’une réplique positive. (A) Micrographe SEM d’une réplique positive faite à partir de PDMS. L’agrandissement montre les poils des racines. (B) Images de microscopie légère d’une réplique positive faite à partir de cellulose d’éthyle. Les poils sont représentés dans les images de droite tandis que la texture de surface est visible dans l’image à gauche. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.