Name: 繰り返し相転移の間に柔らかい物質のレオロジー的性質を決定するためのマイクロ流体システムとレオロジーを組み合わせること (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-04-19T14:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 38 s
Description: 学ぶマイクロ流体デバイスを用いた複数粒子追跡マイクロレオロジー測定法。繰り返し相転移における軟物質の動的レオロジー特性の変化をリアルタイムで定量化し、相転移が物性に与える影響を解明する。

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この仕事のための資金は、プロクター & ギャンブル社とアメリカ化学会石油研究基金 (54462 DNI7) によって提供されました。この研究の部分的なサポートのため、アメリカの化学社会石油研究基金のドナー受信確認が行われます。著者は、役に立つ議論のため博士マルコ Caggioni を認めたいと思います。

1. マイクロ流体デバイスの作製
<ol><li>マイクロ スタンプ作製。 注: この手順は揮発性物質の使用を必要とする、化学発煙のフードで行う必要があります。<ol>
<li>スライド (75 × 50 mm)、チャンネル色ホワイトのガラスと同じ寸法で否定的なプリント デザインを使用して、背景色の黒 (参照してください図 1)。1200 dpi の解像度を持つ明確なアセテート シート (透明度) にこのデザインを印刷します。</li>
		<li>透明の暗い部分は、まだ光を許可している場合いくつかのネガをレイヤーし、両面テープを使用して付着します。</li>
		<li>高強度紫外線 (UV) 光源をオンにし、一定の出力 (約 30 分) にウォーム アップすること。 注: 高輝度光源を使用する場合は、UV 保護メガネを着用ください。</li>
		<li>アセトン、エタノール蒸留水と塗りつぶし 3 150 mL シャーレ。</li>
		<li>空の透明度を平らな面に近い高出力紫外光源が直接紫外線光に配置します。これはマイクロ スタンプを作製するベースを提供します。</li>
		<li>輪郭の四角形の角で、永久的なマーカーと場所 4 ガラス スペーサー (約 30 × 30 × 1 mm) を使用して空白の透明性のセンターでの 75 × 50 mm ガラス スライドのコーナーを概説します。</li>
		<li>UV 硬化性チオール: ene 樹脂スペーサーの中心部に約 5 mL を注ぎ、接着剤は完全に空気泡無しでスライド ガラスで覆われているように慎重にガラス スペーサーの上にスライド ガラス 1 mm x 50 x 75 を配置します。</li>
		<li>スライド ガラスの上に印刷された負の透明性を置き、上記のすべてのコンポーネントを移動する (下から上に: 空白の透明性、ガラス スペーサーと UV 接着剤、ガラス スライドと負の印刷された透明) 空の透明度を慎重にドラッグして下 UV 光源です。</li>
		<li>UV 光輝く樹脂と治療に否定的なことを許可します。チャネルの高さを変更するのには、硬化時間を調整できます。45 s 治療時間結果チャネル高さ 1 mm、私たちの光源を用いたします。</li>
		<li>紫外光源からコンポーネントを移動し、負の印刷された透明性とスライド ガラスを削除します。UV 接着剤で作製したチャンネルでスライド ガラスはマイクロ スタンプとして指す今。</li>
		<li>透明性とガラスのスペーサーを破棄します。</li>
		<li>エタノールお風呂に続いてアセトン浴でマイクロ スタンプを浸しなさい。この手順を 2 回繰り返します。アセトンは 10 以上のスタンプでアセトンを残していないので、UV 接着剤を低下させる s。</li>
		<li>スタンプを押しながら水でスタンプを水没や綿棒を使用して未反応のガレージの残りの部分を削除します。で直接拭かないで硬化部分と大まかなチャネルになる。
</li>
		<li>ペーパー タオルの上にスタンプを配置、完全硬化を確認して、少なくとも 30 分間紫外線源に戻ります。</li>
	</ol></li>
	<li>ポリジメチルシロキサン (PDMS) 成形
	<ol>
<li>クリア カップ注ぎ、PDMS ベースの 70 グラム、重量比 1:10 でベースに架橋剤を追加する架橋剤。これらは、比のオススメ メーカーです。ガラス製の容器を使用しないでください。
</li>
		<li>架橋剤を混合し、金属攪拌; との基本に徹底的に混合物は適切に混合したら溜まった空気を気泡による混濁する必要があります。</li>
		<li>混合 PDMS の真空オーブンとプルの真空に、PDMS を置きます。オフ真空ソリューション開始カップからオーバーフローし、オーバーフローが治まる後掃除を再開します。真空脱ガス過程を速めるだけとして、真空オーブンの全圧は特に問題ではないです。すべてのバブルは、混合物 (約 60 分) から避難しているまで商工会議所を残してください。</li>
		<li>空 150 mm 径プラスチック シャーレ、マイクロ スタンプの場所、ゆっくりと注ぎ、PDMS シャーレ、マイクロ スタンプを完全に覆います。泡、PDMS の改質を最小限に抑えるためのシャーレの表面近くに注ぐ。</li>
		<li>ペトリ皿をカバーし、一晩を治すための 55 ° C のオーブンで配置します。完全に硬化後は、ナイフを使用してパターンの PDMS を切り取ってスタンプから削除します。溶剤盆地 (プロトコル手順 1.6.3) と PDMS ストッパー (プロトコル手順 2.2.1.1) を構築するため余分な PDMS を保持します。</li>
		<li>0.5 mm 生検パンチを使用して、次の場所に穴を切り: 吸引チャンネル、六つの対称に配置されて 60 ° 離れて、試料室と試料室の中心の 1 つの端の近くで 1 つそれぞれの角に 1 つずつ。穴を対称的に配置は紙とサンプル室の下の場所のシートでパターンを印刷します。PDMS がクリアされているので簡単に穴が配置する必要がありますを見ることができます。</li>
	</ol></li>
	<li>マイクロ流体デバイスでガラスの壁を作成するためゾル-ゲル溶液の準備
	<ol>
<li>90% エタノール、pH 4 (0.0001 M) の 25 の mL の 25 の mL を追加し 100 mL の瓶に塩酸溶液、98% テトラエトキシシラン、25 mL と 98% メチルトリエトキシシランの 25 mL。今電子レンジで preconverted の流体と呼ぶ 100 mL の溶液を一晩 10 秒、その後 80 ° C の場所の発見の場所。</li>
	</ol></li>
	<li>デバイス アセンブリ
	<ol>
<li>パターンの両方の PDMS を配置と 75 × 50 × 0.10 mm プラズマにスライド ガラスのクリーナーと三方弁をオフの位置に設定します。</li>
		<li>真空ポンプをオンにし、商工会議所を避難させるために 1 分を許可します。</li>
		<li>コント ローラーの位置を流れとは商工会議所を 5 秒間平衡に三方弁を置きます。フロー コント ローラーの位置は、低圧チャンバーを保つために十分に低いプラズマ クリーナーを入力する空気の小流量をことができます。40 秒間、媒体に無線周波数 (RF) スイッチをオンにし、RF スイッチ、真空ポンプをオフにします。</li>
		<li>三方弁を開いた位置にチャンバーを大気の状態に戻るに配置します。パターンの PDMS、ガラスのスライドを削除します。</li>
		<li>互いに接触の 2 つの表面を置くことによってスライド ガラスに模様の PDMS を慎重に従います。</li>
		<li>縫い目パターンの PDMS と低強度紫外線の下で 5 分間治療に紫外線硬化型樹脂を適用します。</li>
	</ol></li>
	<li>マイクロ流路のガラス壁の作製。 注: この手順を完了するプラズマ処理の 30 分以内それはプラズマ処理中に発生した PDMS 表面変化に依存します。層の厚さは約 5-10 μ m になります。この手順は、揮発性物質の使用を必要とする、化学の発煙のフードで行う必要があります。<ol>
<li>ホット プレートを 100 ° C に設定して、18 ゲージ針と透明な熱可塑性の管のおよそ 30 cm の長さ、4 つの注射器 (3 30 mL と 1 つ 3 mL) を準備します。</li>
		<li>エタノール、クロロホルム、空気と 3 30 mL 注射器をそれぞれ入力します。(プロトコル手順 1.3.1。) から preconverted の体液でいっぱいに 1 つの 3 mL シリンジ</li>
		<li>それぞれの 1 つの角穴を除いて、パターンの PDMS の穴にステンレス製コネクタを使用して明確な熱可塑性の管を挿入します。この穴は、他のすべてはアウトレットになる一方、入口として使用されます。</li>
		<li>注射器、preconverted 液とマイクロ流体デバイスを記入、下ガラス ホット プレートの表面に触れているので 100 ° C のホット プレートにマイクロ流体デバイスを配置します。</li>
		<li>10 秒以上マイクロ流体デバイスを preconverted 液 3 mL を流れます。ガラスの壁の厚さは、preconverted の流体の流量を変更することによって調整されます。</li>
		<li>マイクロ流体デバイス、ホット プレートから取り外します。空気注射器 preconverted ソリューション注射器を交換し、任意の余分な preconverted の水分を押し出します。</li>
		<li>空気シリンジを置き換えてクロロホルム シリンジ、マイクロ流体デバイスをクロロホルム 15 mL をゆっくりと流れます。クロロホルム シリンジを置き換えますエタノール注射器とマイクロ流体デバイスをエタノール 30 mL をゆっくりと流れます。これらの手順は、各約 1 分を取る必要があります。</li>
		<li>乾燥するまで、マイクロ流体デバイスを介して空気注射器と流れ空気とエタノール注射器を交換してください。</li>
	</ol></li>
	<li>ガラスのサポートと溶媒の盆地のアプリケーション
	<ol>
<li>75 × 10 × 1 mm カット 75 × 25 × 1 からガラスのストリップ mm ガラスのスライド。</li>
		<li>紫外線硬化型樹脂をガラス板に適用します。PDMS 面をにして、ストリップにマイクロ流体デバイスを設置します。低強度紫外線光源の下で 5 分間を移動します。</li>
		<li>30 × 30 mm PDMS の正方形をカットします。10 mm 試料室をカバーするのに十分な大きさの穴を切り取り生検パンチを使用しています。</li>
		<li>クリーナー、プラズマに PDMS 正方形やマイクロ流体デバイスを配置し、三方弁をオフの位置に置くし、真空ポンプをオンに。</li>
		<li>商工会議所を避難させるために 1 分を許可します。フロー コント ローラー位置に三方弁を入れ、5 秒間平衡商工会議所を聞かせてください。</li>
		<li>40 秒の中に RF スイッチをオンにし、RF スイッチ、真空ポンプをオフにします。</li>
		<li>三方弁を開いた位置にチャンバーを大気の状態に戻るに配置します。</li>
		<li>プラズマ室から溶媒の盆地とマイクロ流体デバイスを削除し、表面に連絡して付着します。必ずサンプル室の上の溶媒の盆地を配置してください。</li>
	</ol></li>
</ol>2. μ2レオロジーの手順
<ol><li>
ソフトマター試料の調製
	<ol>
<li>洗浄プローブ粒子<ol>
<li>10:1 のプローブに水の比率で遠心管にピペットの水と 0.5 μ m プローブ。ピペットの混合を使用して徹底的にミックスし、10 分間遠心・ 4600 x g でスピンの遠心チューブを置き。 注: この作業で使用するプローブ ソリューションは 2.6% 固体/ボリュームの初期濃度の水で中断されたが受信され、サンプルで使用されているプローブの最終濃度は 0.1% 固体/ボリューム。</li>
			<li>微量遠心チューブと上澄みをピペットを取り外します。上清を純水に置き換えます。計 3 回の遠心分離を繰り返します。</li>
			<li>超音波発生装置で遠心チューブを置き、すべての集計を削除する 15 分の低超音波。</li>
		</ol>
</li>
		<li>合成プローブとソフトの問題。 注: この手順では、コロイドのゲルはソフトマターのサンプルとして使用されました。<ol>
<li>75 × 50 mm、スライド ガラスに 1 mL の試料を測定します。サンプルの中心にプローブ溶液 40 μ L をピペットします。</li>
			<li>ゆっくり完全に結合されるまで金属のヘラでサンプルを折る。微量遠心チューブに 2340 × g で遠心する 15 のサンプルをスクープの空気を削除する s。</li>
			<li>塗りつぶし 1 mL の注射器には 18 g 針とプローブ/HCO の混合物と明確な熱可塑性管が装備。</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
	<li>
流体交換による連続相転移
	<ol>
<li>マイクロ流体デバイスを充填<ol>
<li>PDMS ストッパーを作成するには、PDMS の 5 mm の正方形断面をカット プロトコル手順、1.2.5 から余分な PDMS を使用します。0.5 mm 径生検パンチを使用して穴を開ける途中で PDMS ストッパーに。ステンレス製コネクタを 0.5 mm 径の穴に挿入します。</li>
			<li>熱可塑性管を 3 つのコーナーの入口チャネルと吸引アウトレット チャネルに接続します。デバイスをデバイスに接続されている注射器を使用して水で完全に塗りつぶします。泡試料室またはマイクロ チャネルがないことを確認します。PDMS ストッパーと残りの角の穴をブロックします。</li>
			<li>部分的にステップ 2.2.1.2; から満ちる溶剤盆地入力されていない場合は、水で溶剤の盆地を埋めます。</li>
			<li>プロトコル手順 2.1.2.3 から注射器を使用して、中央のチャネルからサンプル/プローブ混合物の 10 μ L を注入約 2 μ L/秒で、試料室、PDMS のストッパーを使用して試料室にセンター チャンネルをブロックします。</li>
		</ol>
</li>
		<li>Microrheological データの収集<ol>
<li>トラッキング エラー、静的および動的なパーティクルを最小限に抑えるために最適化されたものにカメラの設定を有効にし、63 × 水浸対物レンズに切り替え、ピペットのレンズの上に水を一滴。</li>
			<li>顕微鏡ステージ上マイクロ流体デバイスを配置し、目的を上げるまでサンプルを当てています。</li>
			<li>相変化の全体の長さのために適切な時間間隔をプローブのブラウン運動の動画を引き継ぐ。ゲル、プローブの動きが完全に停止するまで動画の撮影を続けます。 注: 10 分毎のデータを収集します。分解実験を始めたら、プローブが完全に拡散するまでにデータが収集されます。</li>
		</ol>
</li>
		<li>(重力流、高密度流体と低密度流体の交換) の試料室に液を交換<ol>
<li>顕微鏡ステージからマイクロ流体デバイスを削除します。</li>
			<li>転送ピペットを使用して溶媒の流域から水を吸引し、溶媒の盆地に高い密度液 4 mL をピペットします。</li>
			<li>マイクロ流体デバイスを顕微鏡のステージに戻り、2.2.2.3 の手順を繰り返します</li>
		</ol>
</li>
		<li>(吸引流量, 低密度流体と高密度流体の交換) の試料室に液を交換<ol>
<li>顕微鏡ステージからマイクロ流体デバイス、吸引から PDMS ストッパーを取り外します。</li>
			<li>18 g 針と透明な熱可塑性チューブ吸引チャンネルを搭載した注射器を挿入し、シリンジ ポンプまで注射器をフックします。1 mL/分でプルするシリンジ ポンプを設定します。</li>
			<li>溶媒の盆地で余分なゲル化剤を削除し、すすぎ 3 回水溶剤の盆地を充填し、リンス液を吸引し。</li>
			<li>開始 1 分の溶媒の盆地に水を追加するときシリンジ ポンプと吸引。てはいけない溶媒洗面器が空、完全にこれは、サンプル室に空気を引っ張ってくると。
</li>
			<li>マイクロ流体デバイスからシリンジを外し、吸引に PDMS ストッパーに取って代わる。</li>
			<li>マイクロ流体デバイスを顕微鏡のステージに戻り、サンプルを取り続ける</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
	<li>まで必要なサイクル数が完了すると、十分な測定プローブ サイクル劣化/ゲル化中に一定の間隔でサンプルを服用し続けます。</li>
</ol>

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<li>Happel, J., Brenner, H. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aHappel%2C+J+%22Low+Reynolds+Number+Hydrodynamics%3A+with+special+applications+to+particulate+media%22">Low Reynolds Number Hydrodynamics: with special applications to particulate media</a>. , Prentice-Hall. (1965).</li>
</ol>

この仕事のための開示はございません。

2 層マイクロ流体デバイス (図 1) は、以下のよくとり上げられるマイクロ加工技術29によって簡単に作ることが。ガラスのサポートは、振動に及ぼすプローブの動きを抑えるデバイスの下部に追加されます。ガラス スライドは対物レンズの作動距離を収容するために非常に薄い (0.10 mm) です。これにより、デバイスは、建物と高速カメラで測定し、サンプル環境で微小振動を受けやすい。ガラス サポートは正常にこれらの外部からの刺激を否定します。短い作業距離目的は必要とする郵政省の正確なデータを収集するために選ばれた: 粒子と (2) 2 D の平面ではない粒子をイメージングを避けるために限られた作動距離につき (1) 少なくとも 4 ピクセル。
図 1cは、このデバイスのデザインは、マイクロ流体のレオロジーを組み合わせる前の調査に基づいています。シュルツとファーストは、我々 の仕事のために使用さ...

ソフトマターの相転移は、素材1,2,3の処理と最終的な安定性への影響は、足場の構造を変更できます。ソフトマテリアルの動的相転移の間に特性評価は、構造変化と平衡構造とレオロジー特性の関係に関する重要な情報を提供します。たとえば、多くのホームケア製品消費者の使用時に相変化が必要です。また、製造中に、処理手順など希釈したり、ミキシングはせん断のレオロジー的性質と、製品の最終的な微細構造に影響を与えずに伝えることができます。製品が設計どおりに実行することにより、相変化中のレオロジー特性を理解すること。さらに、軍は、製造時に材料の開始のレオロジーを変更、相転移は本来の機能性の変更、予期しない、望ましくない結果をもたらすことができます。素材がサンプルにまたがるゲル ネットワークに関連付けられているコロイドや高分子の溶液から遷移ポイントとして定義されている重要なゲル化の時点で材料特性大幅に変更わずかな変化と協会に。臨界ゲルの時点で構造に変更を加えるは4最終製品に影響を与えます。これらの動的切り替え中に柔らかい材料がある弱い機械的性質と古典的な実験技術を使用して測定は測定ノイズの制限5,6,7内することができます。低弾性範囲で敏感であるレオロジーなど、このテクニックを考慮して (10-3 - 4 Pa)、ダイナミックな進化の中に弱い初期ゲルを特徴付けるために使用されます。いくつかの材料は、材料や流体の任意の転送することができます構造と、最終的には、最終的な材料特性に影響を与える特性の中に課題を外部勢力による微細構造の変化を受けやすい。材料の微細構造を変更することを避けるため、せん断を最小限に抑えながら、サンプルの周囲の環境流体を交換できるマイクロ流体デバイスを開発しました。流体環境を交換することによってせん断から最小限の貢献と相転移レオロジー特性と微細構造の変化を測定します。デバイスは、μ2レオロジーと呼ばれるレオロジー (MPT) の追跡複数の粒子と結合されます。このテクニックを使用して、外部の原動力への応答におけるゲルの連続相変化の間に材料特性を定量化します。技術は、繊維状のコロイドのゲル, 水添ヒマシ油 (HCO)9,10,11を使って説明します。
ゲルの足場は、協会とそのサンプル環境12,の13,14,15による解離の変化を受けることができます。ゲル化と分解のための原動力は特定の素材し、関心のある各素材に合わせて調整する必要があります。μ2レオロジーは、コロイド ・高分子ネットワークを含む、外部刺激に応答ゲル系の特性評価に使用できます。PH、浸透圧または塩分濃度の変更の原動力材料の微細構造の変化を誘発することができますの例を示します。たとえば、HCO は浸透圧勾配を作成することにより制御された相転移を経る。集中 HCO ゲル サンプル (4 wt %hco) は、水に沈んで、コロイド粒子間の引力が弱く、劣化を引き起こしています。またとき HCO の希薄溶液 (0.125 wt %hco) は親水性材料 (ゲル化剤と呼ばれる、主にグリセリンと界面活性剤から成る) と連絡を取り、魅力的な強制的に戻り、ゲル化を引き起こしています。このジェル システムは、単一サンプル9,10連続相転移を測定するためのツールとして、デバイスの動作を表示する使用されます。動的転移と臨界相転移における繊細な初期ゲル構造の中にこれらのゲルの足場を特徴付ける高時空間的解像度でこれらの材料を特徴付けるに MPT を使用します。
レオロジーは、ゲルの物性と構造、特に軟質材料、コロイド ・高分子ゲル5,6,9,16を含む配列の重要な移行を決定するために使用されます。郵政省は、サンプルに埋め込まれた蛍光プローブ粒子のブラウン運動のレコードにビデオ顕微鏡を使用してパッシブ microrheological 手法です。動画中のパーティクルの位置正確に 1/10thのピクセルを使用して古典的な追跡アルゴリズム17,18内で決定されます。アンサンブル平均平均二乗変位 (MSD、(Δr2(t)))、これらの粒子の軌道から計算されます。MSD は、一般化されたストークス アインシュタイン関係17,19,20,21,22を使用して材料特性、クリープ ・ コンプライアンスなどに関連 23。ラグ タイム、α の関数として、対数曲線の傾き、MSD を計算することによって物質の状態を決定します。
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/57429/57429eq1.jpg">
tはラグ タイム、および重要な緩和の指数部nと比較することです。nは、時間治療重ね合わせ、ラーセンとファースト6により郵政省データを分析するが変更されたよく文書化された手法を使用して決定されます。ちなみにn α は、物質の状態、定量的に決まります。とき α &gt; n材料は、ソルと α &lt; n材料はゲル。前作は、レオロジーを使用して重要な緩和指数9を決定する HCO システムを特徴としています。この情報を使用して、我々 は正確に判断材料が実験中にゾル、ゲルから遷移とき。さらに、非ガウス パラメーター αNGシステムの構造不均一性の程度を判断する計算できます。
<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/57429/57429eq2.jpg">
Δx(t) はx軸方向に一次元粒子運動です。郵政省を使用すると、単一フェーズの移行を特徴付けることができるが、郵政省マイクロ流体デバイス材料の特性、我々 は周囲の流体環境を操作し、単一のゲルのサンプルのいくつかの相転移のデータを収集することができます。
このマイクロ流体デバイスは周辺の流動環境の変化への応答の位相変化を受ける単一ゲル サンプルの重要な転移を調査するために設計されています。デバイスは、剪断を最小限に抑えながら相転移を誘発する場所のサンプルをロックすることでゲルやゾルの状態で、するときにサンプルを取り巻く体液を交換します。溶媒の盆地は、六つの対称的に間隔をあけられた入口チャネルによって接続される試料室の真上に。この対称性は、試料室に溶媒の盆地から液の交換、位置の固定、サンプルのまわりの等しい圧力を作成中単一粒子と DNA のトラップにこの手法を使用するいくつかの研究がされているが、この作品はスケール約 10 μ L24,25,26サンプルを単一分子からボリューム アップ。このユニークなデザインは、相転移中にリアルタイム microrheological 評価もできます。
μ2レオロジーは、ソフトの問題の多くのシステムに適用可能な堅牢な手法です。本稿で説明する手法は、コロイドのゲル用に設計されましたが、高分子やミセルなど他の材料に簡単に適応できます。この手法により、我々 動作を決定するだけではなく相転移平衡物性が、また方法別の処理手順は、材料および最終的な足場構造のレオロジーの進化に及ぼす影響を永続的なを持つことができ、プロパティ。

<table><tbody><tr><td>150 x 15 mm ペトリ皿</td><td>コーニング株式会社</td><td></td><td></td>351058</tr><tr><td>75 x 50 x 0.15 mm スライド</td><td>フィッシャー・サイエンティフィック</td><td>カスタム</td><td></td></tr><tr><td>75 x 50 x 1.0 mm スライド</td><td>フィッシャー・サイエンティフィック</td><td>12-550-C</td><td></td></tr><tr><td>75 x 25 x 1.0 mm スライド</td><td>フィッシャー・サイエンティフィ</td>ック <td>12-550-A3</td><td></td></tr><tr><td>22 x 22 ガラスカバー スリップ</td><td>フィッシャー・サイエンティフィック</td><td>12-542-B</td><td></td></tr><tr><td>アセトン、99.5%</td><td>VWR アナリティカル</td><td>67-64-1</td><td></td></tr><tr><td>低強度UVソース</td><td>UVP</td><td>UVL-56</td><td></td></tr><tr><td>クロロホルム、99.9%</td><td>フィッシャーケミカル</td><td>C298-500</td><td></td></tr><tr><td>綿棒</td><td>Qチップ</td><td>83289205</td><td></td></tr><tr><td>エタノール、90%</td><td>フィッシャーケミカル</td><td>A962-4</td><td></td></tr><tr><td>フルオレスブライト&reg;YGカルボン酸マイクロスフェア0.50&micro;m</td><td>Polysciences, Inc.&nbsp;</td><td>15700-10</td><td></td></tr>高<tr><td>輝度UVランプスペ</td><td>クトロライン株式会社</td><td>SB-100P</td><td></td></tr><tr><td>ホットプレート</td><td>コーニング(株)</td><td>PC-420</td><td></td></tr><tr><td>塩酸、6N</td><td>リッカケミカル</td><td>カンパニー3750-32</td><td></td></tr><tr><td>メチルトリエチオキシシラン、98%</td><td>Acros Organics</td><td>174622500</td><td></td></tr><tr><td>微量遠心分離機</td><td>エッペンドルフ</td><td>5424</td><td></td></tr><tr><td>プラズマ</td><td>クリーナーHarrick Plasma、Inc.</td><td>PDC-32G</td><td></td></tr><tr><td>ポリジメチルシロキサン (PDMS)</td><td>ロバート・マックウン社</td><td>2065622</td><td></td></tr><tr><td>ソニケーター</td><td>ブランソン、エマーソンエレクトリック</td><td>1800</td><td></td></tr><tr><td>スチール コネクタ、ID 0.023 インチ</td><td>ニューイングランド スモール チューブ コーポレーション</td><td>カスタム</td><td></td></tr><tr><td>テトラエトキシシラン、98%</td><td>アルファエー</td><td>ザーA14965</td><td></td></tr><tr><td>チオールエン樹脂(UV硬化型)</td><td>Norland Products、Inc.&nbsp;</td><td>NOA81</td><td></td></tr><tr><td>トランスペアレンシー・</td><td>ステープルズ社&nbsp;</td><td>21828</td><td></td></tr><tr><td>タイゴン チューブ、ID 1/32 インチ</td><td>McMaster-Carr</td><td>E-3603</td><td></td></tr><tr><td>真空オーブン</td><td>フィッシャー サイエンティフィック</td><td>282A</td><td></td></tr><tr><td>生検パンチ 8 mm</td><td>ワールド プレシオン</td><td>504535</td><td></td></tr><tr><td>バイオポジー パンチ 0.5 mm</td><td>ワールド プレシム インスツルメン</td>ツ <td>504528</td><td></td></tr><tr><td>シリンジ、30 mL</td><td>BD</td><td>309659</td><td></td></tr><tr><td>シリンジ、3 mL</td><td>BD</td><td>309651</td><td></td></tr><tr><td>針、18 ゲージ</td><td>BD</td><td>305195</td><td></td></tr><tr><td>微量遠心チューブ、1.5 mL</td><td>Eppendorf</td><td>22-36-320-4</td><td></td></tr><tr><td>High-speed Camera</td><td>Vision Research</td><td>Miro M120&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>顕微鏡</td><td>Carl Zeiss AG</td><td>ツァイスオブザーバー、Z1</td><td></td></tr><tr><td>シリンジポンプ</td><td>New Era ポンプシステム</td><td>NE-300</td><td></td></tr><tr><td>水素化ヒマシ油</td><td>プロクター&ギャンブル</td><td>N / A</td><td></td></tr><tr><td>のaf&iacute;cio MP 6002 プリンター</td><td>リコー株式会社</td><td></td><td></td>415877</tr></tbody></table>

繰り返し相転移の間に柔らかい物質のレオロジー的性質を決定するためのマイクロ流体システムとレオロジーを組み合わせること

Combining Microfluidics and Microrheology to Determine Rheological Properties of Soft Matter during Repeated Phase Transitions

ソフトマターの微細構造は直接巨視的物性に影響を与えると前の段階の変更時にコロイドの転位を含む要因によって変更することができます、せん断を適用しました。これらの変更の範囲を決定するためのサンプルにせん断を抑えながら周囲流体と microrheological 特性の交換による相転移を有効に繰り返しマイクロ流体デバイスを開発しました。この手法は、μ2レオロジー、マイクロ流体システムとレオロジーの組み合わせです。マイクロ流体デバイス、2 層設計対称入口ストリーム流体交換中に場所にゲルのサンプルをトラップするサンプル室に入る。吸引は、サンプル室に流体をプルする試料室から遠くに適用できます。レオロジー (MPT) の追跡複数の粒子を用いた材料のレオロジー特性が特徴です。郵政省、蛍光プローブ粒子が材料に埋め込まれているされビデオ顕微鏡を用いたプローブのブラウン運動が記録されます。粒子の動きを追跡し、平均二乗変位 (MSD) が計算されます。MSD は、一般化されたストークス アインシュタイン関係を用いた巨視的物性に関連です。材料の相臨界緩和の指数を比較することにより識別される、時間治療の重ね合わせを使用して決定します。線維性コロイドのゲルの測定手法の有用性を示しています。このゲルは、せん断が適用される不可逆的変更できる繊細な構造を持ちます。μ2レオロジー データは、相転移が微構造変化の役割を果たしていないことを示す、各相転移後、材料繰り返し同じのレオロジー的性質にあるを示しています。せん断の役割を決定するには、サンプルは当社マイクロ流体デバイスへの注入前にせん断することができます。μ2レオロジーはソフトマターの相転移の繰り返された変更に応答中に単一サンプルの繊細な微細構造のレオロジー的性質の決定を有効にするのに広く適用可能な手法、周囲の環境条件。

2 層マイクロ流体デバイスは、マイクロ スタンプの柄は PDMS (図 1a、b) で構成されます。スタンプのデザインは、図 1のcに表示されます。不適切な実験装置は周囲の流体交換 (図 2) の間に受動的なレオロジーとマイクロ フローのエラーの両方を可能性があります。不適切な実験装置の例はディスカッション セクションで詳細に説明します。デバイス操作中にゲルのサンプルの周り周囲の流体が交換されます。この液を交換は、材料がゲルとゾル フェーズの両方場合に発生します。このマイクロ流体デバイス設計流体ゲル化材および埋め込まれたプローブ粒子の実質的な損失なしに交換する機能があります。交流が使用される流体の 2 種類、重力流 (行ったら高い低密度流体から) または (より低い流体密度高いから行く) とフローを吸引します。HCO ゲル体制吸...

複数の粒子がソフトの問題に対する反復相転移のレオロジー効果を研究するレオロジー測定を追跡を可能にするマイクロ流体デバイスの作製使いを紹介しています。

The microstructure of soft matter directly impacts macroscopic rheological properties and can be changed by factors including colloidal rearrangement ...

この手順の全体的な目標は、マイクロ流体工学を使用して、周囲の流体を交換することにより、単一のソフトマターサンプルで連続的な相転移を誘導すると同時に、複数の粒子追跡マイクロレオロジーを使用してレオロジー特性の変化を測定することです。この方法は、分子またはコロイドの再配列を含む相転移が動的レオロジー特性に与える影響など、ソフトマター分野の重要な質問に答えることができます。この手法の主な利点は、複数の相転移中にサンプルが所定の位置に留まるため、リアルタイムの特性評価が可能になることです。これにより、レオロジー特性、特に不均一系の特異な特性を定量化することができます。手順を開始するには、マイクロ流体デバイスネガを透明なアセテートシートに印刷し、高輝度UVランプをウォームアップします。2 枚目の透明なアセテートシートで、75 mm x 50 mm のスライドの角をなぞります。角に高さ1mmのガラススペーサーを置きます。スペーサーの中央に約5ミリリットルのUV硬化型チオールエン樹脂を注ぎます。75 mm x 50 mm x 1 mm のスライドガラスをスペーサーに慎重に置き、樹脂を覆います。スライドとレジンの間に気泡がないことを確認します。印刷したネガをスライドガラスの上に置きます。アセンブリをUVランプの下に慎重に引きずり込み、レジンを45秒間硬化させます。次に、アセンブリをスライドさせてUVランプから離し、パターン化されたスライドガラスまたはマイクロ流体stampを取り外します。マイクロ流体スタンプをアセトンに10秒以内浸し、次にスタンプをエタノールに同じ時間浸します。このイマージョンシーケンスを一度繰り返します。次に、スタンプを蒸留水に浸します。手の動きを最小限に抑えながら、綿棒を使って、硬化したレジンに触れずに残った未反応のレジンを取り除きます。綿棒が水で飽和したら交換してください。スタンプをUVライトでさらに30分間硬化させます。次に、70グラムのPDMSベースと架橋剤を1対10の比率で混合し、PDMSを1時間またはPDMSが濁らなくなるまで脱気します。マイクロ流体スタンプを表向きにして150mmのプラスチックシャーレに置きます。PDMSをゆっくりと皿に注ぎ、気泡の形成を最小限に抑えるために皿の表面近くに注ぎ、スタンプを完全に覆います。ペトリ皿に蓋をし、PDMSを摂氏55度で一晩硬化させます。ナイフを使用して余分なPDMSを切り取ります。パターン化されたPDMSをスタンプから手で分離します。stamp ペトリ皿から余分なPDMSと余分なPDMSを取り出します。次に、サンプルチャンバーの対称的な外側の穴の位置を印刷した紙の上に皿を置きます。パターン化されたPDMSをガイドに合わせ、5ミリメートルの生検パンチを使用して、マークされた位置でPDMSに穴を開けます。このデバイスの主な特徴は、入口チャネルと同じチャンバー間の対称性です。これにより、サンプルをロスすることなく流体を交換できます。チャンネルをカットする際に精度を確保するために、ガイドパターンを使用することが重要です。最後に、サンプルチャンバーの中央、吸引チャンバーの内側の端、および長い外側のチャネルの両端に穴を開けます。パターン化されたPDMSを保管するときは、ペトリ皿を覆います。デバイスの組み立ての1日前に、マイクロ流体デバイスにガラス壁を作成するために使用される事前変換された流体を準備します。デバイスの組み立てを開始するには、パターン化されたPDMSと薄いスライドガラスをプラズマ処理します。スライドのプラズマ処理面とパターン化されたPDMSを慎重に押し合わせます。PDMSとスライドの継ぎ目にUV硬化型レジンを塗布し、低強度のUV光で5分間硬化させます。次に、ステンレス鋼コネクタが取り付けられた熱可塑性チューブを、パターン化されたPDMSの1つを除くすべてのコーナー穴に挿入します。18ゲージの針、熱可塑性チューブ、およびコネクタを使用して、変換済みの液体の3ミリリットルシリンジを最後の穴に接続します。マイクロ流体デバイスに、変換済みの液体を充填します。次に、100°Cに加熱したホットプレートに装置を置き、10秒間かけて、変換済みの流体3ミリリットルを装置に流してガラス壁を作製します。次に、デバイスをホットプレートから取り外します。30ミリリットルの空気注射器を使用して、変換された余分な液体を排出します。.15ミリリットルのクロロホルムを装置にゆっくりと流し、続いて30ミリリットルのエタノールをそれぞれ約1分間かけて流します。次に、乾くまでマイクロ流体デバイスに空気を送り込みます。チューブを穴から取り外します。次に、UV硬化型樹脂を使用して、デバイスの長辺の下側に厚さ1mmのガラスストリップを取り付けます。30 x 30 mm の余剰硬化 PDMS を切断し、中央のサンプルチャンバーよりも広い穴を開けて溶媒槽を形成します。プラズマは、洗面器とマイクロ流体デバイスを40秒間処理します。プラズマ処理された洗面を、サンプルチャンバーが穴の中央にあるように装置上に置きます。洗面器をデバイスに固定するために穏やかな圧力をかけます。最後に、余分なPDMSから5ミリメートルの正方形を6つ切り取ります。5ミリメートルの生検パンチを使用して、各正方形の半分に穴を開けます。各穴にステンレス製コネクタを挿入して、PDMSストッパーを形成します。ソフトマターサンプルを1ミリリットルのシリンジに装填した後、熱可塑性チューブをデバイスのコーナーインレットチャネルと吸引チャンバーアウトレットの3つに挿入します。別のシリンジに脱イオン水を入れます。熱可塑性チューブをシリンジに取り付け、気泡を排出します。シリンジを4番目のコーナーインレットチャネルに接続します。デバイスと溶媒洗面器に脱イオン水を入れます。サンプルチャンバー内またはマイクロ流体チャネル内に気泡がないことを確認してください。必要に応じて、トランスファーピペットで溶媒盆地の水を補充します。マイクロ流体デバイスが正しくセットアップされていることが不可欠です。最も重要なことは、マイクロ流体の流れとマイクロレオロジーデータの両方を乱す可能性があるため、デバイス内に気泡がないことを確認することです。次に、10マイクロリットルのソフトマターサンプルを中央の入口からサンプルチャンバーに毎秒約2マイクロリットルで注入します。サンプルをロードした後、センターインレットをストッパーします。倒立顕微鏡と高速度カメラを使用して、相転移の持続時間に適した時間間隔で、サンプル混合物中のプローブのブラウン運動の少なくとも20本のビデオを記録します。ゲル化の場合は、プローブの動きが完全に停止するまでビデオの録画を続けます。劣化については、プローブが完全に拡散するまでビデオの録画を続けます。次に、デバイスを顕微鏡ステージから取り外します。水を高密度の流体と交換するには、トランスファーピペットを使用して溶媒槽から水を引き出し、4ミリリットルの高密度流体を水槽にピペットで入れます。デバイスを顕微鏡に戻しますtage、ビデオの録画を続けます。高密度の液体を水または別の低密度の液体と交換するには、18ゲージの針と熱可塑性チューブを介してシリンジを吸引チャンバーチャネルに接続します。シリンジを1分あたり1ミリリットルで引き出すように設定されたシリンジポンプに取り付けます。溶剤盆地から高密度液体の大部分をピペットで掻き出し、低密度液体で盆地を3回すすぎ、盆地が完全に排出されないようにします。すすぎ後、洗面器に低密度の液体を入れます。トランスファーピペットに低密度の液体を入れます。次に、シリンジポンプを使用して、高密度の液体を1分間引き出します。流体交換中に、必要に応じて低密度流体を洗面器に滴下します。その後、吸引チャンバーをストッパーで固定し、装置を顕微鏡ステージに戻して記録します。この方法で、必要なサイクル数、または測定用のプローブが不足するまで、分解ゲル化サイクルのビデオを取得します。プローブ粒子の軌跡のアンサンブル平均二乗変位は、水素化ヒマシ油系のゲルとゾルの間の連続的な相転移中に追跡されました。ゲル化は、水の重力流交換によってより高密度のゲル化剤に誘導されました。ゲル化剤の水への吸引流交換により劣化が誘発されました。サンプルチャンバーは、ゲル化剤がチャンバーから完全に除去されていないことを相挙動が示唆していたときに、水で再度フラッシュしました。サンプルを約600分間流体交換なしでゾル相に放置した場合、レオロジー特性の変化は観察されませんでした。相転移を繰り返しても、MSD曲線の対数傾きや各相で同じ値に戻るアルファで示されるような、平衡レオロジー特性の観察可能な変化は引き起こされませんでした。ゾル相の平衡α値は1.0未満であり、劣化後も何らかの構造を保持していることが示されました。ゲルは、ゲルからゾルへの相転移中に構造不均一性の増加を受け、これは劣化サイクル中の非ガウスパラメータピークによって示されました。コロイド再構成は、アルファの増加によって示されるように、流体交換の直後に発生する可能性があります。私たちは最初に、相転移が軟質材料のレオロジー特性と微細構造に永続的な変化を引き起こしているかどうかを判断するというこの方法のアイデアを持っていました。HCOシステムでは、この装置により、これらの恒久的な変化の2つの可能なメカニズム、相転移中のコロイド再配列またはサンプル調製中のせん断誘発の測定が可能になりました。この手法を習得すると、周囲の流体環境の変化に応じた多くの相転移にわたるソフトマターシステムのレオロジー特性を特定するために使用できます。

combining-microfluidics-microrheology-to-determine-rheological

Research

JoVE Journal

Engineering

工学

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