Preparazione e 3D tracking di catalitici nuoto Devices

L'obiettivo generale di questo esperimento è misurare la traiettoria 3D per un dispositivo di nuoto catalitico. Questa tecnica può aiutare a spiegare una varietà di fenomeni per i dispositivi di nuoto, come il modo in cui rispondono ai gradienti chimici e ai campi gravitazionali mentre si muovono in soluzioni volt. Un vantaggio chiave di questa tecnica è che può essere applicata utilizzando qualsiasi microscopio a fluorescenza convenzionale.

Questa tecnica sarà dimostrata dal mio studente di dottorato, Richard Archer. Per questo protocollo, preparare i vetrini come descritto nel testo. Successivamente, preparare la dispersione colloidale per la deposizione sul vetrino.

Per prima cosa, pipettare dieci microlitri di soluzione colloidale fluorescente acquosa al 10% in peso in 990 microlitri di etanolo per una sospensione colloidale da un millilitro, 0,1% in peso. Quindi, agitare il composto per dieci secondi. Successivamente, centrifugare la dispersione colloidale sul substrato del vetrino preparato.

Prepararsi a caricare 100 microlitri di soluzione colloidale diluita sul vetrino. Una volta a 2000 giri/min, depositare gradualmente la sospensione al centro della slitta. Girare per 30 secondi dall'inizio della deposizione.

Trasferire il vetrino rivestito su un microscopio ottico e verificare che una dispersione uniforme di colloidi separati, per lo più non a contatto, copra la regione centrale del vetrino. Successivamente, far evaporare sotto vuoto il metallo di platino sul vetrino in un evaporatore metallico. Assicurarsi di caricare il vetrino con i colloidi rivolti verso la fonte di evaporazione.

Utilizzare una fonte di evaporazione in metallo platino e depositare 15 nanometri di platino sul vetrino. Dopo l'applicazione del metallo, conservare il vetrino in atmosfera inerte. Questo completa la fabbricazione delle particelle Janus di serie.

Il primo passo è sospendere le particelle di Giano in soluzione. Per fare questo, prepara un quadrato di un centimetro per uno di tessuto per lenti e inumidisci l'estremità con dieci microlitri di acqua deionizzata. Quindi, tenendo la carta con una pinzetta, strofinare delicatamente la parte bagnata lungo la superficie del vetrino decorato con colloide finitura platino.

Quindi, immergere il tessuto del cristallino in un tubo con 1,5 millilitri di acqua deionizzata deionizzata. Tappare il tubo e agitarlo manualmente per 30 secondi. Quindi, rimuovere il tessuto del cristallino e pipettare un millilitro di acqua, ora contenente colloidi, in un piccolo tubo con un millilitro di soluzione di perossido di idrogeno al 30% in peso in volume.

Mescolare delicatamente le soluzioni. Quindi, trasferire il tubo in un bagno a ultrasuoni a temperatura ambiente. Il contenitore non deve essere sigillato, poiché potrebbe essere necessario fuoriuscire di ossigeno.

Dopo cinque minuti di sonicazione, lasciare incubare la miscela per 25 minuti a temperatura ambiente senza alcuna agitazione. Nel frattempo, asciugare 100 microlitri della soluzione colloidale acquosa rimanente e documentarla con un microscopio elettronico a scansione per verificare la struttura colloidale di Giano. Quindi, aggiungere un millilitro di acqua deionizzata ai due millilitri di soluzione per ridurre la concentrazione di perossido di idrogeno al dieci percento, che è una forza di carburante adatta per la propulsione rapida dei colloidi di Giano.

Quindi, riempire una cuvetta rettangolare in vetro di quarzo a basso volume con la soluzione preparata e fissare un tappo a pressione in modo che la soluzione possa respirare. Ora, caricare la cuvetta in un microscopio a fluorescenza come indicato nel protocollo di testo. Prima di iniziare l'acquisizione di un video, mettere a fuoco rapidamente il microscopio in modo che la particella di interesse produca un anello concentrico con la particella sotto la posizione di messa a fuoco.

Non spostare il piano di messa a fuoco durante l'acquisizione del video. Una volta trovata la particella di interesse, registrala con video di 30 secondi a 30 fotogrammi al secondo. Circa 20 video di un esperimento forniranno dettagli sufficienti per la ricostruzione della traiettoria descritta nel protocollo di testo.

I colloidi sono stati depositati su un vetrino pulito. Prima di depositare il platino, è stata osservata la dispersione di microsfere di polistirene sulla superficie del vetrino utilizzando un microscopio ottico. La barra della scala è di 40 micron.

Dopo l'aggiunta del platino, è stata scattata un'immagine SEM per confermare lo strato emisferico di platino desiderato. La barra della scala è a due micron. I nuotatori fluorescenti Janus erano chiaramente visibili quando fissati nella gomma di Gellan un anello simmetrico in condizioni di sfocatura ottimale.

Il raggio dell'anello è stato utilizzato per determinare la posizione Z relativa del colloide. I centri del colloide sono stati calcolati estraendo una serie di linee verticali e orizzontali e trovando il punto medio medio tra i picchi luminosi. Quindi, i raggi dell'anello sono stati calcolati dall'intensità di picco della spline adattata ai valori medi dell'onda dei pixel che si irradiano dal centro dell'anello.

È stata quindi realizzata una curva di calibrazione utilizzando un campione colloidale fisso e un microscopio calibrato per mettere in relazione la dimensione colloidale apparente e la distanza dalla posizione focalizzata. Pertanto, dai dati è stata ottenuta la traiettoria tridimensionale per un nuotatore di particelle Giano fluorescente. Dopo aver visto questo esperimento, ora dovresti essere in grado di tracciare i dispositivi per il nuoto in tre dimensioni utilizzando un microscopio a fluorescenza convenzionale.

Questo metodo è stato utilizzato dai ricercatori per esplorare fenomeni come la gravitassi. Questo esperimento prevede l'uso di perossido di idrogeno, che è una sostanza chimica pericolosa e questo è particolarmente pericoloso quando è combinato con i dispositivi catalitici per il nuoto a causa dell'evoluzione di molto ossigeno gassoso. Quindi, durante queste fasi, è importante che il contenitore non sia sigillato in modo sicuro.