Replica biomimetica della microstruttura superficiale della radice mediante alterazione della litografia morbida

La biomimetica è stata precedentemente utilizzata come strumento per studiare le interazioni foglia-microrganismo. Tuttavia, tale strumento non esiste per le radici. Qui, sviluppiamo un protocollo per formare superfici sintetiche che imitano la microstruttura della superficie della radice per lo studio delle interazioni radice-ambiente.

Questo protocollo consente di sviluppare un sistema sintetico che imita la microstruttura della superficie della radice. Il sistema può essere utilizzato per studiare le interazioni radice-ambiente in modo di controllo con enfasi sulla struttura della superficie. Questa è una tecnica semplice che può essere eseguita in qualsiasi laboratorio che studia le interazioni radice-ambiente.

Inoltre, questa tecnica consente la formazione della superficie da vari materiali. Il passo più difficile è la rimozione della radice naturale dallo stampo negativo. Questo passaggio richiede una manipolazione delicata della radice per evitare di strappare i peli della radice.

La dimostrazione visiva migliorerà la capacità del visualizzatore di replicare questa procedura. Inizia rimuovendo la pianta dal terreno dopo tre settimane di crescita. Tagliare il sistema radicale dalla pianta nel punto di interazione con il gambo e mettere la pianta senza radici in un becher con acqua.

Dopo alcuni giorni, tagliare le radici avv accidentali che emergono dal gambo e usarle per la replicazione. Per preparare radici germinate di semi, bagnare una carta da filtro all'interno di una piastra di Petri con acqua e mettere diversi semi M82 sulla carta. Incubare il piatto a 25 gradi Celsius e idratare la carta ogni giorno.

Circa cinque giorni dopo, le radici germinanti saranno abbastanza lunghe da essere utilizzate per la replicazione. Preparare la soluzione di replica negativa aggiungendo 9,49 grammi di dimetariolato diuretano a una tazza da 50 millilitri. Aggiungere 1,45 millilitri di metacrilato etilico alla tazza e conservare a temperatura ambiente fino a quando la soluzione diventa omogenea e sembra chiara.

Aggiungere tre millilitri del plastificante e mescolare la soluzione per un'altra ora. Quindi aggiungere 300 microlitri dell'iniziatore fotografico e mescolare durante la notte o fino a quando tutte le bolle non vengono rimosse. Per generare la replica negativa della radice, prendere uno scivolo di vetro pulito e versare un millilitro della soluzione di replica negativa su di esso.

Posizionare da due a tre radici sulla soluzione, assicurandosi che le radici non siano completamente coperte. Tenere lo scivolo sotto una lampada ultravioletta da otto watt per otto-10 minuti, quindi spegnere la lampada UV. Rimuovere la replica dallo scivolo di vetro e metterla in una piastra di Petri piena di etanolo per rimuovere il monomero non redatto.

Utilizzare le forcep per rimuovere lentamente e delicatamente la radice dalla replica. Per preparare la soluzione PDMS per la replica positiva, mettere 10 grammi di dimetil siloxano in una tazza. Aggiungere un grammo di agente polimerizzante e mescolare accuratamente.

Scaldare la miscela in un essiccatore sotto vuoto per due ore per rimuovere le bolle d'aria. Posizionare la replica negativa in poliuretano in una piastra di Petri e versare la miscela PDMS sopra la replica negativa. Applicare il vuoto per due ore per garantire la copertura della microstruttura e mantenere la piastra di Petri a temperatura ambiente durante la notte.

Il giorno successivo, separare la replica positiva curata dalla replica negativa utilizzando le forcep. Per preparare la replica positiva dalla cellulosa etilica, aggiungere 20 millilitri di etanolo a una tazza da 100 millilitri. Quindi aggiungere 1,32 millilitri di plastificante e 3,3 grammi di cellulosa etile.

E mescolare la soluzione a temperatura ambiente per due ore. Il giorno successivo, versare la soluzione di cellulosa etile sopra la replica negativa in una piastra di Petri e lasciare il piatto sotto il cappuccio durante la notte. Quindi rimuovere lentamente la replica positiva dalla replica negativa con forcep.

È possibile generare una buona replica negativa se il protocollo viene seguito correttamente. Questa replica mostrerà la struttura cellulare della superficie della radice e i fori che rappresentano la posizione dei peli della radice. Se la radice è immersa nella soluzione di poliuretano, diventerà intrappolata nel polimero duro e rimarrà all'interno della replica negativa dopo che è stata curata.

Quando si polimerizza con la luce UV, superando il tempo di polimerizzazione consigliato, si oserà uno stampo in poliuretano estremamente duro, rendendo impossibile rimuovere la radice senza romperla. A volte i pezzi di radice sono così piccoli che è necessaria la microscopia per vederli. Repliche positive sono state generate con PDMS ed etile cellulosa.

I peli delle radici si trovano nella zona di allungamento dove iniziano ad emergere. Le loro lunghezze variano lungo la superficie della radice man mano che diventano più lunghe, simili alla radice naturale. Alcuni dei peli sulla replica della cellulosa etile sono visibili anche al microscopio leggero.

Quando si posiziona la radice sulla soluzione di replica negativa, è importante scegliere il lato destro ed evitare l'immersione della radice all'interno della soluzione. Questa tecnica è stata sviluppata per fornire una nuova via per la ricerca delle interazioni con l'ambiente di superficie radicale. In particolare, le forze fisiche causate dalla microstruttura e dalle proprietà del materiale della superficie.