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.
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Articolo metodologico
Microtensiometro per microscopia confocale Visualizzazione di interfacce dinamiche
In questo articolo
Sommario
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.
Introduzione
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
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Protocollo
1. Preparazione dei tubi capillari
- 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....
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Risultati
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.......
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Discussione
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.......
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Dichiarazioni
Gli autori non hanno conflitti di interesse da divulgare.
Ringraziamenti
Tutte le immagini al microscopio confocale sono state ottenute utilizzando il microscopio confocale verticale Multifotonico Nikon A1RHD. Riconosciamo la guida e l'assistenza del personale di supporto, in particolare Guillermo Marques, presso l'University Imaging Center dell'Università del Minnesota. Questo lavoro è stato supportato da NIH Grant HL51177. SI è stato supportato da un Ruth L. Kirschstein NRSA Institutional Research Training Grant F32 HL151128.
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| 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 |
Riferimenti
- Freer, E. M., Yim, K. S., Fuller, G. G., Radke, C. J. Interfacial rheology of globular and flexible proteins at the hexadecane/water interface: Comparison of shear and dilatation deformation. Journal of Physical Chemistry B. 108 (12), 3835-3844 (2004).
- Freer, E. M., Yim, K. S., Fuller, G. G., Radke, C. J.
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Ristampe e permessi
