触媒水泳デバイスの作製と3Dトラッキング

この実験の全体的な目標は、触媒遊泳デバイスの3D軌道を測定することです。この手法は、ボルト溶液中を移動する際の化学勾配や重力場にどのように反応するかなど、遊泳デバイスのさまざまな現象を説明するのに役立ちます。この技術の主な利点は、従来の蛍光顕微鏡を使用して適用できることです。

この手法は、私の博士課程の学生であるリチャード・アーチャーによって実演されます。このプロトコルでは、本文に記載されているようにスライドガラスを準備します。次に、スライド上に堆積するためのコロイド分散液を準備します。

まず、10マイクロリットルの水性蛍光コロイド溶液を990マイクロリットルのエタノールにピペットで注入し、1ミリリットル、0.1重量%のコロイド懸濁液を得る。次に、ミックスを10秒間ボルテックスします。次に、調製したスライドガラス基板上にコロイド分散液をスピンコートします。

希釈したコロイド溶液100マイクロリットルをスライドにロードする準備をします。2000 rpmになったら、サスペンションをスライドの中央に徐々に堆積させます。蒸着開始から30秒間回転します。

コーティングされたスライドガラスを光学顕微鏡に移し、ほとんど接触していない別々のコロイドの均一な分散がスライドの中央領域を覆っていることを確認します。次に、金属蒸着器で白金金属をスライドガラス上に真空蒸発させます。コロイドが蒸発源に面してスライドをロードするようにしてください。

白金金属蒸着源を使用し、スライド上に15ナノメートルの白金を堆積させます。金属塗布後、スライドは不活性雰囲気下で保管してください。以上でストックヤヌス粒子の作製は完了です。

最初のステップは、ヤヌス粒子を溶液中に懸濁させることです。これを行うには、1 センチメートル四方のレンズ組織を準備し、その端を 10 マイクロリットルの DI 水で湿らせます。次に、ピンセットで紙を保持し、プラチナコーティングされたコロイド装飾ガラススライドの表面に沿って濡れた部分をそっとこすります。

次に、水晶体組織を1.5ミリリットルのDI水を入れたチューブに沈めます。チューブにキャップをして、手動で30秒間振ってください。次に、レンズティッシュを取り出し、コロイドを含む1ミリリットルの水を、1ミリリットルの重量の30%の過酸化水素溶液の小さなチューブにピペットで入れます。

溶液を穏やかに混ぜます。次に、チューブを室温の超音波浴に移します。酸素を逃がす必要があるため、容器を密封しないでください。

5分間の超音波処理後、混合物を室温で25分間攪拌せずにインキュベートします。その間、残りの100マイクロリットルのコロイド水溶液を乾燥させ、走査型電子顕微鏡で文書化して、ヤヌスコロイド構造を確認します。次に、2ミリリットルの溶液に1ミリリットルの脱イオン水を加えて、過酸化水素濃度を10%に下げます。これは、ヤヌスコロイドの高速推進に適した燃料強度です。

次に、少量の長方形の石英ガラスキュベットに調製した溶液を入れ、プッシュインキャップを緩く取り付けて溶液が呼吸できるようにします。次に、テキストプロトコルで概説されているように、キュベットを蛍光顕微鏡にロードします。ビデオキャプチャを開始する前に、顕微鏡の焦点をすばやく合わせて、目的の粒子が焦点位置の下にある粒子と同心円状のリングを生成するようにします。

ビデオキャプチャ中はフォーカスプレーンを動かさないでください。目的の粒子が見つかったら、毎秒30フレームで30秒のビデオで記録します。1つの実験から得られた約20本のビデオは、テキストプロトコルで記述されている軌道の再構築に十分な詳細を提供します。

コロイドはきれいなスライドガラス上に堆積しました。白金を堆積させる前に、スライドの表面上のポリスチレン微小球の分散を光学顕微鏡を使用して観察しました。スケールバーは40ミクロンです。

白金を添加した後、SEM画像を撮影して、目的の半球状の白金層を確認しました。スケールバーは2ミクロンです。蛍光色のヤヌススイマーは、最適に焦点が合っていない条件下で対称的なリングを特徴とするジェランガムに固定すると、はっきりと見えました。

リングの半径は、コロイドの相対的なZ位置を決定するために使用されました。コロイドの中心は、一連の垂直線と水平線を抽出し、明るいピーク間の平均中点を見つけることによって計算されました。次に、リング半径は、リングの中心から放射状に放射される平均ピクセル波値に当てはめられたスプラインのピーク強度から計算されました。

次に、固定コロイドサンプルとキャリブレーションされた顕微鏡を使用して検量線を作成し、見かけのコロイドサイズと焦点位置からの距離を関連付けました。したがって、データから蛍光ヤヌス粒子遊泳体の3次元軌道に到達しました。この実験を見た後、従来の蛍光顕微鏡を使用して遊泳デバイスを3次元で追跡できるようになるはずです。

この方法は、研究者が重力などの現象を調査するために使用されてきました。この実験では、危険な化学物質である過酸化水素を使用しており、大量の酸素ガスが発生するため、触媒遊泳装置と組み合わせると特に危険です。したがって、これらの段階では、コンテナがしっかりと密封されていないことが重要です。