Préparation et suivi 3D des dispositifs catalytiques de natation

L’objectif global de cette expérience est de mesurer la trajectoire 3D d’un dispositif de nage catalytique. Cette technique peut aider à expliquer une variété de phénomènes pour les appareils de natation, tels que la façon dont ils réagissent aux gradients chimiques et aux champs gravitationnels lorsqu’ils se déplacent dans des solutions volts. L’un des principaux avantages de cette technique est qu’elle peut être appliquée à l’aide de n’importe quel microscope à fluorescence conventionnel.

Cette technique sera démontrée par mon doctorant, Richard Archer. Pour ce protocole, préparez des lames de verre comme décrit dans le texte. Ensuite, préparez la dispersion colloïdale pour le dépôt sur la lame.

Tout d’abord, pipetez dix microlitres de solution colloïdale fluorescente aqueuse à 10 % en poids dans 990 microlitres d’éthanol pour une suspension colloïdale d’un millilitre, à 0,1 % en poids. Ensuite, vortex le mélange pendant dix secondes. Ensuite, appliquez une couche de dispersion colloïdale sur le substrat de lame de verre préparé.

Préparez-vous à charger 100 microlitres de la solution colloïdale diluée sur la lame. Une fois à 2000 tr/min, déposez progressivement la suspension au centre de la glissière. Faites tourner pendant 30 secondes à partir du début de la déposition.

Transférez la lame de verre revêtu dans un microscope optique et vérifiez qu’une dispersion uniforme de colloïdes séparés ne se touchant généralement pas couvre la région centrale de la lame. Ensuite, faites évaporer sous vide le platine métallique sur la lame de verre d’un évaporateur métallique. Assurez-vous de charger la lame avec les colloïdes face à la source d’évaporation.

Utilisez une source d’évaporation de platine métallique et déposez 15 nanomètres de platine sur la lame. Après l’application du métal, stockez la lame sous une atmosphère inerte. Cela achève la fabrication des particules de Janus.

La première étape consiste à suspendre les particules Janus en solution. Pour ce faire, préparez un carré d’un centimètre de tissu de lentille et humidifiez l’extrémité de celui-ci avec dix microlitres d’eau DI. Ensuite, en tenant le papier avec une pince à épiler, frottez doucement la partie mouillée le long de la surface de la lame de verre décorée de colloïdes recouverte de platine.

Ensuite, immergez le tissu de la lentille dans un tube avec 1,5 millilitre d’eau DI. Fermez le tube et secouez-le manuellement pendant 30 secondes. Ensuite, retirez le tissu de la lentille et pipetez un millilitre d’eau, contenant maintenant des colloïdes, dans un petit tube contenant un millilitre de solution de peroxyde d’hydrogène à 30 % en poids par volume.

Mélangez doucement les solutions. Ensuite, transférez le tube dans un bain à ultrasons à température ambiante. Le récipient ne doit pas être scellé, car l’oxygène peut devoir s’échapper.

Après cinq minutes de sonication, laissez incuber le mélange pendant 25 minutes à température ambiante sans aucune agitation. Pendant ce temps, séchez 100 microlitres de la solution colloïdale aqueuse restante et documentez-la avec un microscope électronique à balayage pour vérifier la structure colloïdale Janus. Ensuite, ajoutez un millilitre d’eau DI aux deux millilitres de solution pour réduire la concentration de peroxyde d’hydrogène à dix pour cent, ce qui est une force de carburant appropriée pour une propulsion rapide des colloïdes Janus.

Ensuite, remplissez une cuvette rectangulaire en verre de quartz de faible volume avec la solution préparée et fixez sans serrer un capuchon enfichable pour que la solution puisse respirer. Maintenant, chargez la cuvette dans un microscope à fluorescence comme indiqué dans le protocole de texte. Avant de commencer une capture vidéo, faites rapidement la mise au point du microscope de sorte que la particule d’intérêt produise un anneau concentrique avec la particule sous la position de mise au point.

Ne déplacez pas le plan de mise au point pendant la capture vidéo. Une fois la particule d’intérêt trouvée, enregistrez-la avec des vidéos de 30 secondes à 30 images par seconde. Environ 20 vidéos d’une expérience fourniront suffisamment de détails pour la reconstruction de la trajectoire, qui est décrite dans le protocole textuel.

Les colloïdes ont été déposés sur une lame de verre propre. Avant le dépôt du platine, la dispersion des microsphères de polystyrène à la surface de la lame a été observée à l’aide d’un microscope optique. La barre d’échelle est de 40 microns.

Après l’ajout de platine, une image MEB a été prise pour confirmer la couche de platine hémisphérique souhaitée. La barre d’échelle est à deux microns. Les nageurs Janus fluorescents étaient clairement visibles lorsqu’ils étaient fixés dans de la gomme gellan : un anneau symétrique se caractérise dans des conditions de défocalisation optimale.

Le rayon de l’anneau a été utilisé pour déterminer la position Z relative du colloïde. Les centres du colloïde ont été calculés en extrayant une série de lignes verticales et horizontales et en trouvant le point médian moyen entre les pics brillants. Ensuite, les rayons de l’anneau ont été calculés à partir de l’intensité maximale de la spline ajustée aux valeurs moyennes des ondes de pixels rayonnant à partir du centre de l’anneau.

Une courbe d’étalonnage a ensuite été réalisée à l’aide d’un échantillon colloïdal fixe et d’un microscope calibré pour relier la taille colloïdale apparente et la distance par rapport à la position focalisée. Ainsi, la trajectoire tridimensionnelle d’un nageur de particules Janus fluorescent a été obtenue à partir des données. Après avoir regardé cette expérience, vous devriez maintenant être en mesure de suivre des appareils de natation en trois dimensions à l’aide d’un microscope à fluorescence conventionnel.

Cette méthode a été utilisée par les chercheurs pour explorer des phénomènes tels que la gravitaxie. Cette expérience implique l’utilisation de peroxyde d’hydrogène, qui est un produit chimique dangereux, ce qui est particulièrement dangereux lorsqu’il est combiné avec des dispositifs de nage catalytique en raison de l’évolution de beaucoup d’oxygène gazeux. Au cours de ces étapes, il est donc important que le récipient ne soit pas bien scellé.