Microtensiomètre pour la visualisation en microscopie confocale d’interfaces dynamiques

Summary

Ce manuscrit décrit la conception et le fonctionnement d’un microtensiomètre/microscope confocal pour effectuer des mesures simultanées de la tension interfaciale et de la rhéologie dilatationnelle de surface tout en visualisant la morphologie interfaciale. Cela fournit la construction en temps réel des relations structure-propriété des interfaces importantes en technologie et en physiologie.

Abstract

L’adsorption de molécules tensio-actives aux interfaces fluide-fluide est omniprésente dans la nature. Pour caractériser ces interfaces, il faut mesurer les taux d’adsorption des tensioactifs, évaluer les tensions superficielles d’équilibre en fonction de la concentration en vrac de tensioactifs et relier la façon dont la tension superficielle change avec les changements dans la zone interfaciale après l’équilibre. La visualisation simultanée de l’interface à l’aide de l’imagerie par fluorescence avec un microscope confocal à grande vitesse permet l’évaluation directe des relations structure-fonction. Dans le microtensiomètre à pression capillaire (CPM), une bulle d’air hémisphérique est épinglée à l’extrémité du capillaire dans un réservoir de liquide de volume de 1 mL. La pression capillaire à travers l’interface de bulle est contrôlée via un régulateur de débit microfluidique commercial qui permet un contrôle de la pression, de la courbure de bulle ou de la zone de bulle basé sur un modèle basé sur l’équation de Laplace. Par rapport aux techniques précédentes telles que l’auge de Langmuir et la goutte pendentive, la précision de mesure et de contrôle et le temps de réponse sont considérablement améliorés; les variations de pression capillaire peuvent être appliquées et contrôlées en quelques millisecondes. La réponse dynamique de l’interface à bulles est visualisée via une deuxième lentille optique à mesure que la bulle se dilate et se contracte. Le contour de la bulle est ajusté à un profil circulaire pour déterminer le rayon de courbure de la bulle, R, ainsi que tout écart par rapport à la circularité qui invaliderait les résultats. L’équation de Laplace est utilisée pour déterminer la tension superficielle dynamique de l’interface. Après l’équilibrage, de petites oscillations de pression peuvent être imposées par la pompe microfluidique contrôlée par ordinateur pour faire osciller le rayon de la bulle (fréquences de 0,001-100 cycles/min) pour déterminer le module dilatationnel Les dimensions globales du système sont suffisamment petites pour que le microtensiomètre passe sous la lentille d’un microscope confocal à grande vitesse permettant de suivre quantitativement les espèces chimiques marquées par fluorescence avec une résolution latérale submicronique.

Introduction

Les interfaces air-eau recouvertes de films tensioactifs sont omniprésentes dans la vie quotidienne. Les injections d’eau tensioactive sont utilisées pour améliorer la récupération du pétrole des champs épuisés et sont utilisées comme solutions de fracturation hydraulique pour le gaz et le pétrole de schiste. Les mousses gaz-liquides et les émulsions liquide-liquide sont communes à de nombreux procédés industriels et scientifiques en tant que lubrifiants et agents de nettoyage et sont courantes dans les aliments. Les tensioactifs et les protéines aux interfaces stabilisent les conformations d’anticorps pendant l’emballage, le stockage et ^{l’administrat....}

Protocol

1. Préparation des tubes capillaires

1. Placez le capillaire dans un extracteur capillaire et exécutez le programme de traction souhaité pour fabriquer deux capillaires coniques d’un diamètre extérieur (OD) d’environ 1 μm à la pointe.
   REMARQUE: L’OD du capillaire avant de tirer doit être le OD spécifié pour s’adapter au support capillaire dans la cellule du microtensiomètre. Le diamètre intérieur (ID) du capillaire peut varier, mais affectera le rayon critique du capillaire après la traction. Un programme de traction est choisi de sorte que la conicité résultante réduise d’abord rapidement l’OD capillaire et l’ID, puis atteigne un rayon proc....

Results

Une source majeure d’erreur de mesure provient des capillaires qui présentent des défauts provenant soit du processus de coupe (Figure 5A, B), soit du processus de revêtement (Figure 5D). Les deux types de défauts entraînent des erreurs dans la détermination de la forme et de la taille de la bulle par le système d’analyse d’image optique, ce qui conduit à des valeurs de tension superficielle inexactes. Il est important d’examiner attentivement c.......

Discussion

Le CPM/CFM combiné est un outil puissant pour examiner la dynamique interfaciale, les équilibres et la morphologie. Ce protocole décrit les étapes nécessaires à l’obtention de données avec CPM/CFM.

La figure 2 montre la conception de la cellule avec les canaux pour le capillaire, le solvant et l’échange de chaleur indiqués. L’entrée pour l’échange de solvant doit être au bas de la cellule tandis que la sortie doit être en haut, ce qui permet à la cellule de ne pas.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
1.5 O.D. Tube Tygon	Fischer Scientific		Tubing
A1RHD Microscope confocal vertical multiphoton	Nikon		Microscope confocal
Solution de nettoyage à			Acide sulfurique et Alnochromix dilués avec de l’eau à 50 % en volume, attendre jusqu’à ce qu’ils soient clairs avant de diluer
Alnochromix	Alconox	2510	Mélangé avec de l’acide sulfurique pour les instructions d’emballage et dilué pour obtenir une solution de nettoyage acide
Coupe-verre en céramique	Sutter Instruments
Chloroforme	Sigma-Aldrich	650471	HPLC Plus
Curosurf	Chiesi		; Tensioactif pulmonaire
Di Water	18.5 M&Omega ; - cm
		, dénaturé utilisé pour le nettoyage
		281900100	Source lumineuse ; d’autres sources lumineuses doivent également fonctionner
Flow EZ F69 mbar w/Link Module	Fluigent	LU-FEZ-0069	Pompe microfluidique
Fluigent SDK VIs	Fluigent		Requis pour l’interface virtuelle CPM
		fluoroélastomère	Usiné à partir d’une feuille de Viton de 1 mm d’épaisseur, Voir figure 3
Filtre à gaz	Norgren	F07-100-A3TG	Mettre entre la pompe microfluidique et le régulateur de pression
Régulateur de gaz	Norgren	10R0400R	Baisse de la pression de la puissance à la plage de pompe, connectée à la plage de filtre à gaz 2-120 psi
Instruments Capilary	Sutter en	B150-86-10	Verre borosilicaté D.E. 1,5 mm D.I. 0,86 mm
Glissière en verre	n’importe quelle		75 mm x 25 mm
	Hamilton	84878	25 &mu ; L seringue en verre
Agent hydrophobe	Sigma-Aldrich	667420	1H,1H,2H,2H-Perfluoro-octyltriethoxysilane 98 %, autre triéthoxysilane hydrophobe peut être substitué
Tensioactif insoluble	Avanti	850355C-200mg	16:0 DPPC sous forme
LabVIEW Software	National Instruments		2017
Filtre passe-long	ThorLabs	FEL0650	650 nm Filtre passe-long, la longueur d’onde doit éliminer la fréquence du lazer d’excitation
Lyso-PC	Avanti	855675P	16:0 Lyso PC 1-palmitoyl-2-hydroxy-sn-glycero-3-phosphocholine
Masterflex L/S système de pompe consol analogique à vitesse variable w/  ; Tête de pompe Easy-Load II	Masterflex	HV-77916-20	Pompe péristaltique
MATLAB	Mathworks		R2019
Extracteur de micropipette P-1000	Sutter Instruments		Extracteur capillaire
Cellule de microtensiomètre et cellule de support			usinée en PEEK, support usiné en aluminium, Voir figure 3 et 4
Objectif du microtensiomètre	Nikon		Fluor 20x/0.50W DIC M/N2 &infin ;/0 WD 2.0 mm
Module de développement de vision	NI National Instruments Requis		pour l’interface virtuelle CPM
Raccords étanches à la main PEEK	IDEX	F-120x	10-32 Coned
Ports PEEK Plug	IDEX	P-551	10-31 Coned Ports
pippette	tips Eppendorf	22492225	100 &mu ; L - 1000 &mu ; L, pince en plastique autoclavée
	Thermo Scientific	6320-0010
Seringue en plastique	Fischer Scientific	14-955-459	10 mL
Pièces de plomberie	Fischer Scientific		Vannes à 3 voies et autres pièces de plomberie pour connecter le tube.
Research Plus 1 canal 100 &mu ; L&ndash ; 1000 &mu ; L	Eppendorf	3123000063	Micro pipeteur
Acide sulfurique	n’importe quel		Utilisé pour la solution de nettoyage acide
T Plan SLWD 20x/0.30 OFN25 WD 30 mm	Nikon		Microscope Confocal Objectif
Texas Rouge DHPE sel triéthylammonique	Thermo Fischer Scientific	1395MP	Pompe
vide	fluorophore Gast	DOA-P704-AA