Formazione, confinamento e osservazione della nematica attiva basata su microtubuli

La nematica attiva è emersa come un interessante argomento di ricerca che espande i campi della dinamica non lineare e dei cristalli liquidi. Ci sono fluidi complessi che mostrano difetti topologici mortali e dinamiche caotiche. Ci sono molti studi teorici recenti in letteratura incentrati sulla Neatica Attiva confinata.

Tuttavia, è stato difficile per gli sperimentatori confinare il materiale in geometrie su microscala. La nostra tecnica rende l'impostazione sperimentale più semplice in modo che i nuovi gruppi possano entrare in campo e provare questi materiali entusiasmanti. Le tecniche potrebbero essere applicate ad altri sistemi di materia attiva EQUIS, ad esempio per formare una fase composta da effettore e Man mano che in futuro verranno sviluppate fasi più attive, gli sperimentatori dovranno trovare modi per confinare il materiale usando una nematica simile.

A dimostrare la procedura saranno Derek Hammar e Fereshteh Memarian, studenti laureati del mio laboratorio. Per preparare i vetrini di copertura idrofili con un rivestimento in acrilammide, iniziare pulendo accuratamente i vetrini di copertura con acqua saponata, etanolo e idrossido di sodio 0,1 molare con risciacqui alternati utilizzando acqua nano pura. Una volta risciacquato il rivestimento scivola con la soluzione silana composta da 100 millilitri di etanolo un millilitro di acido ascetico e 500 microlitri di trimetossisilil propil metacrilato a per 15 minuti.

Quindi risciacquare con acqua pura nano. Preparare una soluzione di acrilammide da 95 millilitri di acqua nano pura e cinque millilitri di acrilammide al 40% in peso. Quindi degasare la soluzione per 30 minuti in un forno sottovuoto, aggiungere 0,07 grammi di ammonio per solfito e 35 microlitri di tetrametiletilendiammina per una concentrazione finale di 2,3 millimolari.

Versare la soluzione di acrilammide sui vetrini di copertura mentre si è rivolti verso l'alto e incubare durante la notte a temperatura ambiente. Per preparare vetrini da microscopio idrofobo pipettare 100 microlitri di una soluzione idrorepellente su un vetrino da microscopio di vetro pulito. Quindi posiziona un altro vetrino pulito sopra.

Ciò garantisce un rivestimento uniforme della soluzione idrorepellente sulla superficie dove si trova per due minuti. Rimuovere il secondo vetrino e sciacquare accuratamente il primo vetrino con acqua nano pura. Quindi asciugare con azoto gassoso.

Preparare una miscela di olio ingegnerizzato che includa tensioattivo fluoro all'1,8%. Montare il vetrino e la sottoveste di copertura utilizzando distanziali biadesivi da 40 micrometri. Posizionare i distanziatori a 1,5 millimetri di distanza sul vetrino del microscopio idrofobo.

Quindi posizionare la linguetta di copertura rivestita in acrilammide sopra i distanziatori con un lato trattato rivolto verso il basso per aderire. Dopo che la cella di flusso è stata costruita, pipettare immediatamente la miscela di olio nella cella di flusso che riempie lo spazio chiuso usando una pipetta in un flaconcino separato, mescolare delicatamente sei microlitri di materiale attivo con 3,73 microlitri di miscela. Un microlitro di soluzione di microtubuli 0,6 microlitri di soluzione di ATP e 0,67 microlitri di pipetta tampone M due B sei microlitri di materiale attivo appena miscelato in un'estremità aperta della cella di flusso.

Parte dell'olio verrà spostato dalla soluzione acquosa mentre viene iniettato nel canale. Questo può essere eliminato all'estremità opposta del canale di flusso usando un piccolo pezzo di carta velina. Dopo il riempimento, sigillare entrambi i lati della cella di flusso con una colla epossidica che si indurisce se esposta alla luce UV per 20 secondi.

Confinare lo strato attivo tra i due fluidi ammissibili in uno strato quasi 2D. Posizionare la cella di flusso in una centrifuga a secchio oscillante con la fase acquosa sopra e lo strato di olio più denso sotto la centrifuga a 212 G per 10 minuti. Dopo aver completato questa fase, la cella a flusso può essere portata a un microscopio a epifluorescenza per l'imaging con un obiettivo di ingrandimento 10 x o 20x.

Innanzitutto, progettare uno stampo master per il PDMS. Ciò può essere ottenuto stampando pilastri 3D su un substrato. Dopo aver stampato in 3D lo stampo principale in resina, pulirlo con isopropanolo e quindi polimerizzare lo stampo sotto una lampada UV per 45 minuti e in forno a 120 gradi Celsius per due ore, preparare il policolorante metil ciano usando un agente polimerizzante elastomero e una base di elastomero.

Mescolare i due componenti in un rapporto da 1 a 10 usando una spatola metallica. Per rimuovere queste bolle, posizionare la miscela sotto vuoto per degassare per un'ora, dopodiché il PDMS non polimerizzato dovrebbe apparire trasparente. Versare il PDMS in uno stampo adatto e lasciare polimerizzare per una notte a 60 gradi Celsius.

Per preparare una superficie PDMS idrofila, pulire il PDMS per 10 minuti con etanolo e isopropanolo, quindi risciacquare abbondantemente con acqua deionizzata tre volte e asciugare. Utilizzare un detergente al plasma per cinque minuti per pulire il PDMS polimerizzato a secco. Questo rende la superficie più idrofila.

Quindi, preparare una soluzione silana e immergere il substrato in quella soluzione per 15 minuti per preparare il rivestimento di acrilammide, sciacquare accuratamente il substrato con acqua deionizzata e immergere in una soluzione di acrilammide. Quando è pronto per l'uso, sciacquare la superficie con acqua deionizzata e asciugare con azoto per un uso immediato. Attaccare il PDMS a un vetrino con colla epossidica, pipettare un microlitro della miscela attiva sul substrato PDM e aggiungere immediatamente olio di silicone sopra la goccia di rete attiva.

La rete attiva si sposterà nel pozzo. Questo processo richiede fino a 60 minuti. Posizionare il dispositivo PDMS in una centrifuga a secchio oscillante con lo strato di olio sopra lo strato d'acqua e ruotare per 12 minuti a 212 G.Al termine di questo passaggio, portare il materiale al microscopio per registrare l'avanzamento dell'imaging del materiale.

Come si equilibra. L'immagine rappresentativa raffigura microtubuli corti di lunghezze simili. I singoli microtubuli possono essere difficili da immaginare a causa delle loro piccole dimensioni.

L'uso di una telecamera ad alta sensibilità progettata per la microscopia a fluorescenza è la soluzione migliore per questa applicazione. Uno strato pneumatico attivo ben formato è omogeneo nella tessitura senza aree vuote significative e difetti topologici mobili presenti. Si noti, tuttavia, che potrebbero esserci alcuni piccoli vuoti accettabili nei nuclei difettosi.

Corretto trattamento superficiale per avere una superficie idrofila o idrofobica. Con questo metodo, il rotolo di geometria può essere discusso facilmente e la struttura attiva può essere controllata solo cambiando il confinamento fisico.