Method Article

동적 인터페이스의 공초점 현미경 시각화를 위한 마이크로텐시오미터

DOI:

10.3791/64110

⸱

September 9th, 2022

 ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Chemical Engineering and Materials Science, University of Minnesota, 2Department of Chemical Engineering, Carnegie Mellon University

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

이 원고는 계면 형태를 시각화하면서 계면 장력과 표면 팽창 유변학을 동시에 측정하기 위해 마이크로 텐시오미터 / 공초점 현미경의 설계 및 작동을 설명합니다. 이것은 기술 및 생리학에서 중요한 인터페이스의 구조 - 속성 관계의 실시간 구축을 제공합니다.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

유체-유체 계면에 대한 표면-활성 분자의 흡착은 자연에서 유비쿼터스적이다. 이러한 계면을 특성화하려면 계면활성제 흡착률을 측정하고, 벌크 계면활성제 농도의 함수로서 평형 표면 장력을 평가하고, 평형 후 계면 영역의 변화에 따라 표면 장력이 어떻게 변하는지를 연관시켜야 합니다. 고속 공초점 현미경으로 형광 이미징을 사용하여 계면을 동시에 시각화하면 구조-기능 관계를 직접 평가할 수 있습니다. 모세관 압력 마이크로텐시오미터(CPM)에서, 반구형 기포가 1 mL 부피의 액체 저장소에서 모세관의 끝에 고정된다. 버블 인터페이스를 가로지르는 모세관 압력은 라플라스 방정식에 기초한 모델 기반 압력, 버블 곡률 또는 버블 영역 제어를 허용하는 상용 미세유체 유동 제어기를 통해 제어됩니다. Langmuir 물마루 및 펜던트 드롭과 같은 이전 기술과 비교하여 측정 및 제어 정밀도 및 응답 시간이 크게 향상되었습니다. 모세관 압력 변동을 밀리초 단위로 적용하고 제어할 수 있습니다. 버블 인터페이스의 동적 반응은 버블이 확장되고 수축함에 따라 두 번째 광학 렌즈를 통해 시각화됩니다. 버블 윤곽선은 원형 프로파일에 적합하여 버블 곡률 반경, R 및 결과를 무효화하는 원형으로부터의 편차를 결정합니다. 라플라스 방정식은 계면의 동적 표면 장력을 결정하는 데 사용됩니다. 평형 후, 컴퓨터 제어 마이크로 유체 펌프에 의해 작은 압력 진동을 부과하여 버블 반경 (0.001-100 사이클 / 분의 주파수)을 진동시켜 팽창 모듈러스를 결정할 수 있습니다 시스템의 전체 치수는 마이크로 텐시오미터가 고속 공초점 현미경의 렌즈 아래에 들어갈 정도로 충분히 작아서 형광 태그가 지정된 화학 종을 서브 미크론 측방향 분해능으로 정량적으로 추적 할 수 있습니다.

Introduction

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계면활성제 필름으로 덮인 공기-물 계면은 일상 생활에서 유비쿼터스입니다. 계면 활성제 - 물 주입은 고갈 된 들판에서 오일 회수를 향상시키는 데 사용되며 셰일 가스 및 오일의 유압 파쇄 용액으로 사용됩니다. 기액 거품 및 액체 - 액체 에멀젼은 윤활유 및 세정제로서 많은 산업 및 과학 공정에 공통적이며 식품에서 일반적입니다. 계면에서의 계면활성제 및 단백질은 포장, 저장 및 투여 동안 항체 입체 형태를 안정화 1,2,3,4,5, 눈에서의 눈물막 안정성 6,7,8, 및 폐 역학9,10,11,12,13,14....

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Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. 모세관의 제조

  1. 모세관을 모세관 풀러에 넣고 원하는 당김 프로그램을 실행하여 팁에서 ~ 1 μm의 외경 (OD)을 가진 두 개의 테이퍼 모세 혈관을 만듭니다.
    참고: 당기기 전에 모세관의 OD는 마이크로텐시오미터 셀의 모세관 홀더에 맞도록 지정된 OD여야 합니다. 모세관의 내경(ID)은 다양할 수 있지만, 당김 후 모세관의 임계 반경에 영향을 미칠 것이다. 결과 테이퍼가 초기에 모세관 OD 및 ID를 신속하게 감소시킨 다음 원하는 모세관 OD 및 ID 근처의 반경에 도달한 다음 직경을 더 느리게 줄일 수 있도록 풀링 프로그램이 선택됩니다. 이것은 ID에서 30-100 μm의 사용 가능한 모세관을 산출하기 위해 스코어링될 수 있는 더 큰 모세관 길이를 생성할 것이다.
  2. 원하는 지점에서 모세관의 팁을 스코어링하여 30-100 μm의 ID를 얻고 팁을 떼어내십시오. 모세관은 이제 팁에서 원하는 반경의 OD 및 ID를 갖습니다 (그림 1A). 모세혈관은 2단계까지 저장할 수 있다.
    참고: 모세관의 절단면은 90° 깨끗한 파손이어야 합니다. 절단면의 결함은 모세관 및 불량한 표면 특성 측정에 대한 버블의 잘못된 고정으로 이어질 것입니다. 테이퍼 모세관 팁은 매우 섬세합니....

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Results

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측정 오류의 주요 원인은 절단 공정(그림 5A,B) 또는 코팅 공정(그림 5D)에서 결함이 있는 모세혈관에서 발생합니다. 두 가지 유형의 결함 모두 광학 이미지 분석 시스템에 의해 버블 모양과 크기를 결정하는 데 오류를 일으켜 부정확 한 표면 장력 값을 초래합니다. 모세관을 CPM에 삽입하기 전에 광학 현미경으로 당겨서 코팅 한 후에 각각의 새로운 모세관을 신중하게 검사하는 것이 중요합니다. 잘못 절단된 모세관은 폐기해야 하지만, 제대로 코팅되지 않은 모세관은 산-세척되고 재코팅되어 모세관의 끝에서 버블 핀닝을 개선할 수 있다(프로토콜의 2단계). 모세관은 엔드 컷이 모세관(그림 5C)과 모세관 끝에 직접 있는 버블 핀(그림 5E)에 완벽하게 수직인 경우에 가장 잘 작동합니다. 모세관의 .......

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Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

결합 된 CPM / CFM은 계면 역학, 평형 및 형태를 검사하기위한 강력한 도구입니다. 이 프로토콜은 CPM/CFM으로 데이터를 얻는 데 필요한 단계를 설명합니다.

도 2는 표시된 모세관, 용매 및 열 교환을 위한 채널을 갖는 셀 설계를 도시한다. 용매 교환을위한 입구는 세포의 하단에 있어야하며 출구는 상단에 있어야하므로 교환 중에 셀이 오버플로되지 않도록해야합니다. 실제로, 입구 및 출구 유량은 동일한 연동 펌프에 대해 약간 다를 수 있다. 이 셀 설계의 한 가지 일반적인 문제점은 셀에서 누출되는 것입니다. 이것은 셀과 연결 중 하나 사이의 연결 불량으로 인해 가장 자주 발생하지만 모든 연결이 건조하고 누출되지 않으면 셀을 둘러싼 볼트의 과도한 조임으로 인해 셀의 유리 슬라이드에 균열이 생길 수 있습니다.

그림 3은 다양.......

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Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

저자는 공개 할 이해 상충이 없습니다.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

모든 공초점 현미경 이미지는 니콘 A1RHD 멀티포톤 직립 공초점 현미경을 사용하여 수득하였다. 우리는 미네소타 대학의 대학 이미징 센터에서 지원 직원, 특히 기예르모 마르크스 (Guillermo Marques)의지도와 도움을 인정합니다. 이 작업은 NIH Grant HL51177에 의해 지원되었습니다. SI는 Ruth L. Kirschstein NRSA Institutional Research Training Grant F32 HL151128의 지원을 받았다.

....

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
1.5 O.D. Tygon 튜빙Fischer Scientific튜빙
A1RHD 다광자 정립 컨포칼 현미경Nikon컨포칼 현미경
산 세척 용액물로 50% 희석한 황산 및 알노크로믹스
알노크로녹Alconox2510희석 전에 맑아질 때까지 기다립니다.황산과 혼합하여 포장 지침과 희석하여 산성 세척 용액을 만듭니다
세라믹 유리 커터Sutter Instruments
클로로포름시그마-알드리치650471HPLC 플러스
CurosurfChiesi  폐 계면 활성제
Di Water18.5 M & Omega; - cm
에탄올어떤200 증거는 소수성에 사용되며, 변성 청소에 사용
Fiber-Lite 모델 190 광섬유 조명기Dolan-Jenner Industries Inc.281900100광원; 다른 광원들도 작동해야 합니다
플로우 EZ F69 mbar w/Link 모듈플루이젠LU-FEZ-0069미세유체 펌프
플루이젠트 SDK VIs플루이젠CPM 가상 인터페이스에 필요
플루오로엘라스토머 가스켓1mm 두께의 Viton 시트로 가공, 그림 3 참조
가스 필터NorgrenF07-100-A3TG미세유체 펌프와 압력 조절기 사이에 놓기
가스 조절기Norgren10R0400R가스 필터 범위 2-120psi에 연결된 펌프 범위로 압력을 낮추
CapilarySutter InstrumentsB150-86-10붕규산 유리 O.D. 1.5mm I.D. 0.86mm
유리 슬라이드75mmx 25mm
유리 주사기Hamilton8487825 &뮤; L 유리 주사기
소수성 제제Sigma-Aldrich6674201H, 1H, 2H, 2H-Perfluoro-octyltriethoxysilane 98 %, 기타 소수성 트리에 톡시 실란으로 대체 될 수
불용성 계면 활성제Avanti850355C-200mg16 : 0 DPPC
LabVIEW 소프트웨어National Instruments2017
Longpass FilterThorLabsFEL0650650nm 롱패스 필터, 파장은 여기를 제거해야 합니다. 레이저 주파수
Lyso-PCAvanti855675P16:0 Lyso PC 1-palmitoyl-2-hydroxy-sn-glycero-3-phosphocholine
Masterflex L/S 가변 속도 아날로그 콘솔 펌프 시스템 w/  Easy-Load II 펌프 헤드MasterflexHV-77916-20연동 펌프
MATLABMathworksR2019
마이크로피펫 풀러 P-1000셔터 기기모세관 풀러
미세 장력계 셀 및 홀더PEEK로 가공된 셀, 알루미늄으로 가공된 홀더, 그림 3 및 4
마이크로 장력계 대물Nikon참조Fluor 20x/0.50W DIC M/N2 &n2 ∞/0 WD 2.0 mm
NI Vision Development ModuleNational InstrumentsRequired for CPM virtual Interface
PEEK 핑거 타이트 피팅IDEXF-120x10-32 콘 포트
PEEK 플러그IDEXP-55110-31 콘 포트
피펫 팁Eppendorf22492225100 μ L - 1000 &뮤; L, 오토클레이브
플라스틱 겸자Thermo Scientific6320-0010
플라스틱 주사기Fischer Scientific14-955-45910mL
배관 부품Fischer Scientific3방향 밸브 및 기타 배관 부품으로 튜브를 연결합니다.
리서치 플러스 1채널 100 μ L– 1000 &뮤; LEppendorf3123000063Micro pipetter
Sulfuric Acid산성 세척 용액에 사용
T Plan SLWD 20x/0.30 OFN25 WD 30mmNikonConfocal Microscope Objective
Texas Red DHPE triethylammonim saltThermo Fischer Scientific1395MPFluorophore
Vaccum PumpGastDOA-P704-AA
, 스 . . 트 트 십시오. 유리 있습니다 클로로포름의, 렌즈

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Freer, E. M., Yim, K. S., Fuller, G. G., Radke, C. J. Interfacial rheology of globular and flexible proteins at the hexadecane/water interface: Comparison of shear and dilatation deformation. Journal of Physical Chemistry B. 108 (12), 3835-3844 (2004).
  2. Freer, E. M., Yim, K. S., Fuller, G. G., Radke, C. J.

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