Formation, confinement et observation de la nématique active à base de microtubules

La nématique active est devenue un sujet de recherche passionnant qui élargit les domaines de la dynamique non linéaire et des cristaux liquides. Il existe des fluides complexes qui présentent des défauts topologiques mortels et une dynamique chaotique. Il existe de nombreuses études théoriques récentes dans la littérature axées sur la nématique active confinée.

Cependant, il a été difficile pour les expérimentateurs de confiner le matériau dans des géométries à l’échelle microscopique. Notre technique rend la mise en place expérimentale plus simple afin que les nouveaux groupes puissent entrer sur le terrain et essayer ces matériaux passionnants. Les techniques pourraient être appliquées à d’autres systèmes de matière active EQUIS, par exemple pour former une phase composée d’effets et de Au fur et à mesure que des phases plus actives seront développées à l’avenir, les expérimentateurs devront trouver des moyens de confiner le matériau en utilisant des nématiques similaires.

La procédure sera présentée par Derek Hammar et Fereshteh Memarian, étudiants diplômés de mon laboratoire. Pour préparer des lamelles de couvercle hydrophiles avec un revêtement d’acrylamide, commencez par nettoyer soigneusement les lamelles de couvercle avec de l’eau savonneuse, de l’éthanol et de l’hydroxyde de sodium 0,1 molaire avec des rinçages alternés à l’eau nano pure. Une fois rincé, le couvercle glisse avec la solution de silane composée de 100 millilitres d’éthanol, d’un millilitre d’acide ascétique et de 500 microlitres de méthacrylate de triméthoxysilyle propyle pendant 15 minutes.

Puis rincer à l’eau nano pure. Préparez une solution d’acrylamide à partir de 95 millilitres d’eau nano pure et de cinq millilitres d’acrylamide à 40% en poids. Dégazez ensuite la solution pendant 30 minutes dans une étuve à vide, ajoutez 0,07 gramme d’ammonium par sulfite et 35 microlitres de tétraméthyléthylènediamine pour une concentration finale de 2,3 millimolaires.

Verser la solution d’acrylamide sur les couvercles tout en faisant face vers le haut et incuber toute la nuit à température ambiante. Pour préparer des lames de microscope hydrophobe, pipette 100 microlitres d’une solution hydrofuge sur une lame de microscope en verre propre. Ensuite, placez une autre lame de verre propre sur le dessus.

Cela garantit un revêtement uniforme de la solution hydrofuge sur la surface où elle repose pendant deux minutes. Retirez la deuxième lame de verre et rincez soigneusement la première lame avec de l’eau nano pure. Puis sécher avec de l’azote gazeux.

Préparez un mélange d’huile technique contenant 1,8 % de surfactant fluoré. Assemblez la lame de verre et le couvercle à l’aide d’entretoises adhésives double face de 40 micromètres. Placez les entretoises à 1,5 millimètre l’une de l’autre sur la lame de microscope hydrophobe.

Ensuite, placez le couvercle enduit d’acrylamide sur le dessus des entretoises avec une face latérale traitée vers le bas pour adhérer. Une fois la cellule d’écoulement construite, pipeter immédiatement le mélange d’huile dans la cellule d’écoulement en remplissant l’espace clos à l’aide d’une pipette dans un flacon séparé, mélanger doucement six microlitres de matière active avec 3,73 microlitres de mélange. Un microlitre de solution de microtubules 0,6 microlitre de solution d’ATP et 0,67 microlitre de M deux B pipette tampon six microlitres de matériau actif fraîchement mélangé dans une extrémité ouverte de la cellule d’écoulement.

Une partie de l’huile sera déplacée par la solution aqueuse lorsqu’elle sera injectée dans le canal. Cela peut être évacué à l’extrémité opposée du canal d’écoulement à l’aide d’un petit morceau de papier de soie. Après le remplissage, scellez les deux côtés de la cellule d’écoulement avec une colle époxy qui durcit lorsqu’elle est exposée à la lumière UV pendant 20 secondes.

Confiner la couche active entre les deux fluides admissibles dans une couche quasi 2D. Placer la cellule d’écoulement dans une centrifugeuse à godet pivotant avec la phase aqueuse sur le dessus et la couche d’huile plus dense sous la centrifugeuse à 212 g pendant 10 minutes. Une fois cette étape terminée, la cellule d’écoulement peut être amenée à un microscope à épifluorescence pour l’imagerie avec un objectif de grossissement de 10 x ou 20 x.

Tout d’abord, concevez un moule maître pour le PDMS. Cela peut être réalisé par des piliers d’impression 3D sur un substrat. Après avoir imprimé en 3D le moule maître en résine, nettoyez-le avec de l’isopropanol puis durcissez le moule sous une lampe UV pendant 45 minutes et au four à 120 degrés Celsius pendant deux heures, préparez le polycolorant méthyl cyan à l’aide d’un agent de durcissement élastomère et d’une base élastomère.

Mélanger les deux composants dans un rapport de 1 à 10 à l’aide d’une spatule en métal. Pour éliminer ces bulles, placez le mélange sous vide pour dégazer pendant une heure, après quoi le PDMS non durci devrait apparaître transparent. Versez le PDMS dans un moule approprié et laissez durcir pendant la nuit à 60 degrés Celsius.

Pour préparer une surface PDMS hydrophile, nettoyez le PDMS pendant 10 minutes avec de l’éthanol et de l’isopropanol, puis rincez abondamment à l’eau désionisée trois fois et séchez. Utilisez un nettoyant plasma pendant cinq minutes pour nettoyer le PDMS durci à sec. Cela rend la surface plus hydrophile.

Ensuite, préparez une solution de silane et immergez le substrat dans cette solution pendant 15 minutes pour préparer le revêtement d’acrylamide, rincez soigneusement le substrat avec de l’eau désionisée et immergez-le dans une solution d’acrylamide. Lorsque vous êtes prêt à l’emploi, rincez la surface avec de l’eau désionisée et séchez-la avec de l’azote pour une utilisation immédiate. Fixez le PDMS à une lame de verre avec de la colle époxy, pipeter un microlitre du mélange actif sur le substrat PDM et ajouter immédiatement de l’huile de silicone sur la gouttelette active du réseau.

Le réseau actif se déplacera dans le puits. Ce processus prend jusqu’à 60 minutes. Placez le dispositif PDMS dans une centrifugeuse à godet oscillant avec la couche d’huile au-dessus de la couche d’eau et faites tourner pendant 12 minutes à 212 G.Une fois cette étape terminée, amenez le matériau au microscope pour enregistrer la progression du matériau par imagerie.

Comme il s’équilibre. L’image représentative représente de courts microtubules de longueurs similaires. Les microtubules individuels peuvent être difficiles à imager en raison de leur petite taille.

L’utilisation d’une caméra haute sensibilité conçue pour la microscopie à fluorescence est la meilleure pour cette application. Une couche pneumatique active bien formée a une texture homogène, sans zones de vide significatives et sans défauts topologiques mobiles. Notez cependant qu’il peut y avoir de petits vides acceptables dans les noyaux de défaut.

Traitement de surface approprié pour avoir une surface hydrophile ou hydrophobe. Avec cette méthode, le rouleau de géométrie peut être discuté facilement et la structure active peut être contrôlée en modifiant uniquement le confinement physique.