Examen quantitative et qualitative des interactions entre particules à l'aide de la sonde colloïdale nanoscopie

L’objectif général de cette procédure est d’obtenir des informations quantitatives sur les interactions à l’échelle nanométrique présentes entre les particules dans un système colloïdal à base liquide. Pour ce faire, il suffit de préparer d’abord une sonde colloïdale fonctionnelle en fixant une seule particule sur un microscope à force atomique en porte-à-faux. La deuxième étape consiste à monter la sonde sur le microscope à force atomique et à préparer une cellule liquide avec un substrat de particules colloïdales.

Ensuite, la constante de ressort et la sensibilité de la sonde colloïdale sont étalonnées thermiquement à l’aide du logiciel du microscope. La dernière étape consiste à utiliser la sonde colloïdale et à mesurer les interactions avec le substrat de particules de la partie colloïdale dans un liquide pour l’étalonnage. Une mesure directe de la sensibilité de la sonde à l’aide d’un substrat MICA dans un liquide est également réalisée en fin de compte par une sonde colloïdale.

La microscopie peut être utilisée pour mesurer les forces interparticulaires qui peuvent être responsables de la cinétique de coagulation et de l’instabilité physique du système colloïdal liquide étudié. Cette méthode peut aider à déterminer et à mesurer les paramètres clés responsables de la stabilité physique et de la cinétique de coagulation de divers systèmes colloïdaux liquides tels que ceux présents dans les inhalateurs à dosage sous pression, les produits pharmaceutiques, les formulations intraveineuses, les systèmes biologiques et plusieurs autres systèmes grâce aux mesures très précises des forces d’attraction, de cohésion et de décohésion de deux matériaux solides. Cette méthode peut fournir un aperçu très approfondi des interactions chimiques et physiques non à l’échelle de ces deux solides.

Ces connaissances peuvent être utilisées pour prédire la stabilité des formulations pharmaceutiques, mais peuvent également être appliquées à des systèmes biologiques très différents pour sonder l’affinité des particules ou des solides différents avec les cellules ou les bactéries. Commencez par préparer la sonde colloïdale à l’aide d’une pointe de microscopie à force atomique, moins en porte-à-faux, fixez le porte-à-faux à un support d’angle de 45 degrés comme on le voit ici. Le support soutient le porte-à-faux à 45 degrés au-dessus de l’horizontale.

L’étape suivante consiste à placer de l’époxy sur la lame du microscope pour ce faire. Après avoir préparé l’époxy, utilisez une spatule propre pour étaler une fine couche sur la lame. À l’aide d’un adhésif temporaire, fixez le côté opposé de la lame à un support personnalisé conçu pour glisser sur le boîtier de l’objectif du microscope.

Revenez au microscope avec la lame et le support et faites glisser le support sur le boîtier de l’objectif une fois terminé. La lame avec de l’époxy doit se trouver au-dessus du porte-à-faux sur la plate-forme d’échantillonnage. Une fois que tout est en place, observez le cantilever à travers le microscope et approchez-vous de la plate-forme et du cantilever de la lame époxy.

Une fois que le cantilever acquiert une petite quantité d’époxy, retirez-le avec l’époxy en place. Utilisez la même technique pour fixer une particule lipidique de deux à cinq microns à l’apex du cantilever. Préparez maintenant le substrat de microscopie à force atomique.

Utilisez une lamelle ronde de 35 millimètres et un adhésif de montage thermoplastique. Chauffez la lamelle sur une plaque chauffante équipée de la sonde de température. Lorsque la plaque chauffante est à environ 120 degrés Celsius, appliquez l’adhésif thermoplastique, éteignez la plaque chauffante et attendez-la, et la lamelle refroidisse à 40 degrés Celsius.

À ce stade, saupoudrez la lamelle avec une petite quantité de particules colloïdales. Lorsque la lamelle a refroidi à température ambiante, transférez-la dans un support et lavez-la à l’aide d’un pipetage dessus. Une petite quantité de milieu liquide ici, deux H trois H par fluoro PENTANE ou HPFP.

Faites-le plusieurs fois pour éliminer les particules non attachées. L’étape suivante consiste à monter le substrat pour l’utilisation dans le microscope à force atomique ou un FM pour cela, utilisez la moitié inférieure d’une cellule liquide, montez la lamelle avec les particules colloïdales dans la moitié inférieure de la cellule. Assurez-vous que le joint torique est correctement en place pour éviter les fuites.

Au microscope à force atomique, prendre des précautions contre les fuites. Protégez la platine du microscope à l’aide d’une feuille hydrophobe transparente. Placez ensuite la cellule liquide sur la scène.

Après avoir fixé la sonde colloïdale à la tête de balayage, assemblez-la sur l’A FM. Démarrez l’A FM et le logiciel de l’instrument et utilisez les boutons de réglage de la tête de balayage pour faire la mise au point sur la pointe en porte-à-faux et aligner le laser. Pour aligner le laser, surveillez l’intensité du laser et maximisez sa valeur. Laissez le système s’équilibrer dans l’air, puis utilisez le bouton de réglage de la déviation pour ramener la déviation à zéro ou à une valeur légèrement négative.

Ensuite, à partir de la fenêtre du panneau maître du logiciel, accédez au panneau thermique. Pour déterminer la sensibilité de la sonde colloïdale, sélectionnez Calculer la sensibilité inverse du levier optique, puis capturez les données thermiques. Lorsqu’un pic important est apparent, arrêtez de capturer des données.

Cliquez pour zoomer sur le pic principal, puis sélectionnez initialiser l’ajustement. Ensuite, les données thermiques d’ajustement, une valeur de sensibilité sera calculée. Suivez une procédure similaire pour déterminer la constante de ressort de la sonde colloïdale.

Une fois que la sensibilité et la constante de ressort ont été trouvées, il est temps d’ajouter le milieu à la cellule liquide. À l’aide d’une seringue contenant au moins deux millilitres de HPFP, ajoutez lentement deux millilitres tout en veillant à ce qu’il n’y ait pas de bulles autour du porte-à-faux. Après avoir ajouté le fluide, réalignez le laser pour tenir compte d’un changement dans l’indice de réfraction.

Laissez la valeur de déflexion s’équilibrer dans le HPFP pendant cinq à 10 minutes. Ensuite, réajustez-le à zéro. Lorsque vous êtes prêt à numériser sur le panneau principal, réglez la taille de numérisation initiale sur 20 microns.

Vitesse de balayage à un hertz, angle de balayage à 90 degrés et point de consigne à 0,2 volts. Approchez-vous de l’échantillon et balayez. Lorsqu’une particule d’intérêt est trouvée, zoomez immédiatement sur celle-ci pour éviter des interactions prolongées de la sonde avec le balayage du substrat afin d’acquérir une image suffisante pour localiser la particule sur le substrat ou connaître la hauteur de ses principales caractéristiques.

Passez ensuite au panneau de force dans le logiciel, déplacez la barre de position rouge sur la position la plus élevée. Réglez la distance de force sur cinq microns. La vitesse de balayage est de 0,1 hertz et le canal de déclenchement est de zéro.

Effectuez une seule mesure de force et assurez-vous que la sonde n’entre pas en contact avec le substrat à partir du graphique obtenu. Faites un clic droit sur la fenêtre du graphique et sélectionnez calculer la ligne de déviation virtuelle. Cela calculera et mettra à jour automatiquement la déviation verticale.

Changez maintenant le canal de déclenchement en déviation et réglez le point de déclenchement sur 20 nanomètres. Réglez la distance de force à un micron. Ajustez la vitesse de balayage à 200 nanomètres par seconde en fonction des forces associées à cette particule.

Effectuez ensuite la première des deux à trois mesures de force unique à la fin de la mesure. Allez dans le panneau de force et cliquez sur réviser. Pour ouvrir un panneau de force principal, mettez en surbrillance la mesure de force la plus récente et vérifiez que seule l’option est cochée sous l’en-tête de l’axe.

Remplacez également le champ d’entrée de l’axe x par la distance de séparation. Cliquez ensuite sur faire un graphique. Allez dans l’onglet des paramètres sur le panneau de force principal et ajustez la valeur de la sensibilité du levier optique inverse jusqu’à ce que la zone de contact du graphique soit complètement verticale.

Notez le retour de la valeur dans le panneau masterforce. Ouvrez l’onglet Force et le sous-onglet Calibration. Entrez ensuite la valeur inverse de la sensibilité du levier optique inverse dans le champ pour la sensibilité du levier optique inverse de déviation.

Répétez la mesure de la force et le réglage de la sensibilité deux ou trois fois pour vous assurer que la valeur ne change pas de manière significative avec les paramètres définis, vérifiez le niveau de fluide liquide et la stabilité de la déflexion. Procéder à des mesures de courbes de force ou de cartes de force. Une fois les mesures terminées, déterminez la sensibilité réelle de la sonde.

Retirez la cellule liquide avec le substrat et remplacez-la par la cellule liquide. Avec du MICA ou une autre surface dure, immergez le MICA dans le même milieu liquide. Procédez en effectuant une mesure de force avec la sonde colloïdale en utilisant une déviation relativement grande de sorte que la courbe de force ait une longue zone de contact.

Le logiciel détermine la sensibilité à l’aide de la pente de la zone de contact. Utilisez la sensibilité calculée par le logiciel lors de l’analyse des courbes obtenues avec la sonde. Cette image topographique d’un substrat de particules a été réalisée à l’aide d’une sonde colloïdale en deux H trois H par fluoro pentane.

L’image est moins définie que celles obtenues avec une pointe conique aiguisée. L’objectif, cependant, est de trouver une particule de substrat pour évaluer les interactions entre particules. Les balayages peuvent se concentrer davantage sur la surface d’une seule particule, cartographiant la force avec des particules à base de lipides en deux H trois H par fluoro.

Pentane peut fournir à la fois des cartes topographiques de la hauteur de l’échantillon et une carte d’adhérence indiquant la force maximale du pôle de chaque courbe de force individuelle. Les deux types de graphiques de données brutes peuvent être visualisés dans des représentations tridimensionnelles. En les superposant, on obtient une illustration tridimensionnelle de la distribution des forces d’adhérence en fonction de la topographie.

Les mesures de force de séjour permettent d’étudier l’effet de la mécanique de contact et de la longueur de contact sur les forces d’adhérence. Des particules lipidiques solides ont été utilisées et les mesures indiquent que les forces d’adhérence augmentent en fonction du temps. En utilisant le séjour d’indentation, les forces d’adhérence plafonnent à l’aide du séjour de déflexion Lors de la tentative de cette procédure.

Il est important d’équilibrer le milieu liquide avant de commencer la mesure pour s’assurer d’obtenir les résultats les plus précis.