微小管ベースのアクティブネマティクスの形成、閉じ込め、観察

アクティブネマティクスは、非線形ダイナミクスと液晶の分野を拡大するエキサイティングな研究トピックとして浮上しています。致命的なトポロジカル欠陥とカオスダイナミクスを示す複雑な流体があります。限られたアクティブネマティクスに焦点を当てた文献の最近の理論的研究がたくさんあります。

しかし、実験家が材料をマイクロスケールの幾何学的形状に限定することは困難でした。私たちの技術は、実験のセットアップをより簡単にし、新しいグループがフィールドに入り、これらのエキサイティングな材料を試すことができるようにします。この技術は、他のEQUIS活性物質系に適用することができ、例えば、効果の相構成を形成し、 将来、より活性な相が開発されるにつれて、実験者は同様のネマティクスを使用して材料を閉じ込める方法を理解する必要があります。

手順を実演するのは、私の研究室の大学院生であるデレク・ハマーとフェレシュテ・メマリアンです。アクリルアミドコーティングを施した親水性カバースリップを調製するには、まず、石鹸水、エタノール、0.1モルの水酸化ナトリウムでカバースリップを徹底的に洗浄し、ナノ純水を使用して交互にすすぎます。すすぎたら、カバースリップを100ミリリットルのエタノール、1ミリリットルの禁欲酸、500マイクロリットルのトリメトキシシリルプロピルメタクリレートからなるシラン溶液で15分間コーティングします。

その後、ナノ純水ですすいでください。95ミリリットルのナノ純水と5ミリリットルの40重量パーセントアクリルアミドからアクリルアミド溶液を調製します。次に、溶液を真空オーブンで30分間脱気し、亜硫酸塩あたり0.07グラムのアンモニウムと35マイクロリットルのテトラメチルエチレンジアミンを加えて、最終濃度を2.3ミリモルにします。

アクリルアミド溶液を上向きにカバースリップの上に注ぎ、室温で一晩インキュベートします。100マイクロリットルの撥水溶液をピペットできれいなガラス顕微鏡スライド上に疎水性顕微鏡スライドを作製した。次に、別のきれいなスライドガラスを上に置きます。

これにより、撥水液が2分間置かれている表面に均一なコーティングが保証されます。2番目のスライドガラスを取り外し、最初のスライドをナノ純水で十分にすすぎます。その後、窒素ガスで乾燥させます。

1.8%フルオロ界面活性剤を含むエンジニアリングオイルの混合物を準備します。スライドガラスとカバースリップを40マイクロメートルの両面接着剤スペーサーを使用して組み立てます。スペーサーを疎水性顕微鏡スライド上に1.5ミリメートル離して配置します。

次に、アクリルアミドコーティングされたカバースリップをスペーサーの上に置き、処理された側面を下にして接着します。フローセルが構築された後、すぐに別のバイアル内のピペットを使用して密閉空間を満たすフローセルにオイル混合物をピペットで入れ、6マイクロリットルの活物質を3.73マイクロリットルの混合物と穏やかに混合します。1マイクロリットルの微小管溶液、0.6マイクロリットルのATP溶液、および0.67マイクロリットルのM2B緩衝液ピペット6マイクロリットルの新たに混合された活性材料をフローセルの一方の開口端に入れる。

一部のオイルは、チャネルに注入されるときに水溶液によって置換されます。これは、小さなティッシュペーパーを使用して流路の反対側の端で吸い上げることができます。充填後、フローセルの両側を、UV光に20秒間さらされると硬化するエポキシ接着剤で密封します。

活性層を準2D層内の2つの許容流体の間に閉じ込めること。フローセルをスイングバケット遠心分離機に入れ、水相を上に、より密度の高い油層を遠心分離機の下に212 Gで10分間置きます。このステップが完了したら、フローセルを落射蛍光顕微鏡に持ち込み、10倍または20倍の倍率対物レンズでイメージングすることができます。

まず、PDMSのマスターモールドを設計します。これは、基板上にピラーを3D印刷することによって達成することができる。樹脂マスターモールドを3Dプリントした後、イソプロパノールで洗浄し、UVランプ下で45分間、摂氏120度のオーブンで2時間硬化させ、エラストマー硬化剤とエラストマーベースを使用してポリ染料メチルシアンを調製します。

金属スパチュラを使用して、2つの成分を1〜10の比率で混合します。これらの気泡を除去するには、混合物を真空下に置き、1時間脱気した後、未硬化のPDMSが透明に見えるようにします。PDMSを適切な型に流し込み、一晩放置して摂氏60度で硬化させます。

親水性PDMS表面を調製するには、エタノールとイソプロパノールの両方でPDMSを10分間洗浄し、次にイオン交換水で3回完全にすすぎ、乾燥させます。プラズマクリーナーを5分間使用して、乾燥硬化PDMSを洗浄します。これにより、表面がより親水性になります。

次に、シラン溶液を調製し、その溶液に基板を15分間浸漬してアクリルアミドコーティングを調製し、基板をイオン交換水で十分にすすぎ、アクリルアミド溶液に浸します。使用する準備ができたら、表面を脱イオン水ですすぎ、窒素で乾燥させてすぐに使用してください。PDMSをエポキシ接着剤でスライドガラスに取り付け、1マイクロリットルの活性混合物をPDM基板上にピペットで貼り付け、すぐに活性ネットワーク液滴の上にシリコーンオイルを追加します。

アクティブなネットワークが井戸に移動します。このプロセスには最大 60 分かかります。PDMSデバイスを水層の上に油層を入れたスイングバケット遠心分離機に入れ、212 Gで12分間回転させます。

平衡化します。代表的な画像は、同様の長さの短い微小管を示しています。個々の微小管は、サイズが小さいため、画像化が困難な場合があります。

このアプリケーションには、蛍光顕微鏡用に設計された高感度カメラの使用が最適です。適切に形成されたアクティブな空気圧層は、テクスチャが均質であり、大きなボイド領域や可動トポロジカル欠陥は存在しません。ただし、欠陥コアに許容できる小さなボイドがある場合があることに注意してください。

適切な表面処理は親水性または疎水性の表面を有する。この方法では、形状のロールを簡単に議論でき、物理的な閉じ込めを変更するだけでアクティブな構造を制御できます。