Microtensiometro per microscopia confocale Visualizzazione di interfacce dinamiche

Summary

Questo manoscritto descrive la progettazione e il funzionamento di un microscopio microtensiometrico / confocale per eseguire misurazioni simultanee della tensione interfacciale e della reologia dilatazionale superficiale visualizzando la morfologia interfacciale. Ciò fornisce la costruzione in tempo reale di relazioni struttura-proprietà di interfacce importanti nella tecnologia e nella fisiologia.

Abstract

L'adsorbimento di molecole tensioattive in interfacce fluido-fluido è onnipresente in natura. La caratterizzazione di queste interfacce richiede la misurazione dei tassi di adsorbimento dei tensioattivi, la valutazione delle tensioni superficiali di equilibrio in funzione della concentrazione di tensioattivi di massa e la relazione su come la tensione superficiale cambia con i cambiamenti nell'area interfacciale dopo l'equilibrio. La visualizzazione simultanea dell'interfaccia utilizzando l'imaging a fluorescenza con un microscopio confocale ad alta velocità consente la valutazione diretta delle relazioni struttura-funzione. Nel microtensiometro a pressione capillare (CPM), una bolla d'aria emisferica viene bloccata all'estremità del capillare in un serbatoio liquido di volume di 1 mL. La pressione capillare attraverso l'interfaccia della bolla è controllata tramite un regolatore di flusso microfluidico commerciale che consente il controllo della pressione, della curvatura della bolla o dell'area della bolla basato su modello basato sull'equazione di Laplace. Rispetto alle tecniche precedenti come il trogolo Langmuir e la goccia pendente, la precisione di misurazione e controllo e il tempo di risposta sono notevolmente migliorati; le variazioni di pressione capillare possono essere applicate e controllate in millisecondi. La risposta dinamica dell'interfaccia a bolle viene visualizzata tramite una seconda lente ottica mentre la bolla si espande e si contrae. Il contorno della bolla è adatto a un profilo circolare per determinare il raggio di curvatura della bolla, R, nonché eventuali deviazioni dalla circolarità che invaliderebbero i risultati. L'equazione di Laplace viene utilizzata per determinare la tensione superficiale dinamica dell'interfaccia. Dopo l'equilibrio, piccole oscillazioni di pressione possono essere imposte dalla pompa microfluidica controllata dal computer per oscillare il raggio della bolla (frequenze di 0,001-100 cicli / min) per determinare il modulo dilatazionale Le dimensioni complessive del sistema sono sufficientemente piccole che il microtensiometro si adatta sotto la lente di un microscopio confocale ad alta velocità consentendo di tracciare quantitativamente le specie chimiche marcate con fluorescenza con risoluzione laterale submicronica.

Introduction

Le interfacce aria-acqua coperte da pellicole tensioattive sono onnipresenti nella vita quotidiana. Le iniezioni di tensioattivi-acqua vengono utilizzate per migliorare il recupero del petrolio dai campi esauriti e vengono utilizzate come soluzioni di fratturazione idraulica per gas e petrolio di scisto. Le schiume gas-liquido e le emulsioni liquido-liquide sono comuni a molti processi industriali e scientifici come lubrificanti e detergenti e sono comuni negli alimenti. Tensioattivi e proteine alle interfacce stabilizzano le conformazioni anticorpali durante il confezionamento, lo stoccaggio e la somministrazione

Protocol

1. Preparazione dei tubi capillari

1. Posizionare il capillare in un estrattore capillare ed eseguire il programma di trazione desiderato per creare due capillari affusolati con un diametro esterno (OD) di ~ 1 μm sulla punta.
   NOTA: L'OD del capillare prima di tirare deve essere l'OD specificato per adattarsi al supporto capillare nella cella del microtensiometro. Il diametro interno (ID) del capillare può variare, ma influenzerà il raggio critico del capillare dopo la trazione. Viene scelto un programma di trazione in modo che il cono risultante riduca inizialmente rapidamente l'OD e l'ID capillare, quindi raggiunga un raggio vicino all'OD e....

Results

Una delle principali fonti di errore di misurazione deriva dai capillari che presentano difetti sia dal processo di taglio (Figura 5A,B) che dal processo di rivestimento (Figura 5D). Entrambi i tipi di difetti portano a errori nel determinare la forma e la dimensione della bolla da parte del sistema di analisi ottica delle immagini, portando a valori di tensione superficiale imprecisi. È importante esaminare attentamente ogni nuovo capillare dop.......

Discussion

Il CPM /CFM combinato è un potente strumento per esaminare le dinamiche interfacciali, gli equilibri e la morfologia. Questo protocollo descrive i passaggi necessari per ottenere dati con CPM/CFM.

La Figura 2 mostra il design della cella con i canali per lo scambio capillare, solvente e termico indicati. L'ingresso per lo scambio di solventi dovrebbe essere nella parte inferiore della cella mentre l'uscita dovrebbe essere nella parte superiore, consentendo alla ce.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Tubo Tygon 1.5 O.D. Tubo	Fischer Scientific
A1RHD Microscopio confocale verticale multifotone	Soluzione
	Acido solforico e Alnochromix diluiti con acqua al 50% in volume, attendere fino a quando non sono chiari prima di diluire
			Miscelato con acido solforico per confezionare le istruzioni e diluito per ottenere una soluzione detergente acida
Taglierina per vetro in ceramica	Sutter Instruments
Cloroformio	Sigma-Aldrich	650471	HPLC Plus
Curosurf	Chiesi		Tensioattivo polmonare
Di Water			18.5 MΩ - cm
Etanolo	qualsiasi		200 proof utilizzato per l'idrofobizzazione, denaturato utilizzato per la pulizia
Fiber-Lite Modello 190 illuminatore a fibre ottiche	Dolan-Jenner Industries Inc.	281900100	Sorgente luminosa; anche altre sorgenti luminose dovrebbero funzionare Flusso
EZ F69 mbar con modulo di collegamento	Fluigent	LU-FEZ-0069	Pompa microfluidica
Fluigent SDK VI Fluigent			Richiesto per l'interfaccia virtuale CPM
Guarnizioni in fluoroelastomero			Lavorato da foglio di Viton di 1 mm di spessore, vedere la figura 3
Filtro del gas	Norgren	F07-100-A3TG	Mettere tra la pompa microfluidica e il regolatore di pressione
Regolatore del gas	Norgren	10R0400R	Riduce la pressione dalla sorgente alla gamma della pompa, collegata alla gamma del filtro del gas 2-120 psi
Vetro Capilary	Sutter Instruments	B150-86-10	Vetro borosilicato D.E. 1,5 mm D.I. 0,86 mm
Vetrino	qualsiasi		75 mm x 25 mm
Siringa in vetro	Hamilton	84878	25 μ L siringa di vetro
Agente idrofobizzante	Sigma-Aldrich	667420	1H,1H,2H,2H-Perfluoro-ottiletossisilano 98%, altro trietossisilano idrofobo può essere sostituito
Tensioattivo insolubile	Avanti	850355C-200mg	16:0 DPPC in cloroformio
LabVIEW Software	National Instruments		2017
Filtro passa-lungo	ThorLabs	FEL0650	Filtro passa-lungo da 650 nm, la lunghezza d'onda deve rimuovere la frequenza del laser di eccitazione
Lyso-PC	Avanti	855675P	16:0 Lyso PC 1-palmitoil-2-idrossi-sn-glicero-3-fosfocolina
Masterflex L/S sistema di pompa consol analogica a velocità variabile w/  Testa della pompa Easy-Load II	Pompa peristaltica	Masterflex	HV-77916-20
MATLAB	Mathworks		R2019
P-1000	Sutter Instruments		Estrattore capillare Cella
microtensiometro e cella di supporto			lavorata in PEEK, supporto lavorato in alluminio, vedere la Figura 3 e 4
Obiettivo per microtensiometro	Nikon		Fluor 20x/0.50W DIC M/N2 ∞/0 WD 2.0 mm
NI Vision Development Module	National Instruments		Required for CPM virtual
Interface PEEK raccordi a tenuta di mano	IDEX	F-120x	10-32 Porte coniche
Spina in PEEK	IDEX	P-551	10-31 Porte coniche
per pippette	Eppendorf	22492225	100 μ L - 1000 μ L,
Pinze in plastica	Thermo Scientific	6320-0010
Siringa in plastica	Fischer Scientific	14-955-459	10 mL
Parti idrauliche	Fischer Scientific		Valvole a 3 vie e altre parti idrauliche per collegare i tubi.
Research Plus 1 canale 100 μ L– 1000 μ L	Eppendorf	3123000063	Micro pipettatore
Acido solforico	qualsiasi		Utilizzato per la soluzione di pulizia acida
T Plan SLWD 20x/0.30 OFN25 WD 30 mm	Nikon		Obiettivo per microscopio confocale Texas
Red DHPE sale trietilammonim Thermo	Fischer Scientific	1395MP	fluoroforo
	Gast	DOA-P704-AA