촉매 수영 장치의 제조 및 3D 추적

이 실험의 전반적인 목표는 촉매 수영 장치의 3D 궤적을 측정하는 것입니다. 이 기술은 수영 장치가 볼트 용액에서 움직이는 동안 화학적 구배와 중력장에 어떻게 반응하는지와 같은 수영 장치의 다양한 현상을 설명하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 기술의 주요 장점은 기존의 형광 현미경을 사용하여 적용할 수 있다는 것입니다.

이 기술은 제 박사 과정 학생인 Richard Archer에 의해 시연될 것입니다. 이 프로토콜의 경우 텍스트에 설명된 대로 유리 슬라이드를 준비합니다. 다음으로, 슬라이드에 증착할 콜로이드 분산액을 준비합니다.

먼저, 10 중량 % 수성 형광 콜로이드 용액 10 마이크로 리터를 1 밀리리터, 0.1 중량 % 콜로이드 현탁액에 대해 990 마이크로 리터의 에탄올에 피펫팅합니다. 그런 다음 10초 동안 혼합물을 소용돌이치십시오. 다음으로, 준비된 유리 슬라이드 기판에 콜로이드 분산액을 스핀 코팅합니다.

희석된 콜로이드 용액 100마이크로리터를 슬라이드에 적재할 준비를 합니다. 2000rpm에서 한 번 서스펜션을 슬라이드 중앙에 점차적으로 놓습니다. 증언 시작부터 30초 동안 회전합니다.

코팅된 유리 슬라이드를 광학 현미경으로 옮기고 대부분 접촉하지 않는 별도의 콜로이드가 슬라이드의 중앙 영역을 덮고 있는지 확인합니다. 다음으로, 금속 증발기의 유리 슬라이드에 백금 금속을 진공 증발시킵니다. 콜로이드가 증발원을 향하도록 슬라이드를 로드해야 합니다.

백금 금속 증발 소스를 사용하고 슬라이드에 15나노미터의 백금을 증착합니다. 금속 적용 후에는 불활성 분위기에서 슬라이드를 보관하십시오. 이것으로 스톡 Janus 입자의 제작이 완료되었습니다.

첫 번째 단계는 야누스 입자를 용액에 현탁시키는 것입니다. 이렇게하려면 1 x 1cm 정사각형의 렌즈 조직을 준비하고 그 끝을 10 마이크로 리터의 DI 물로 적십니다. 그런 다음 핀셋으로 종이를 잡고 백금 코팅 콜로이드로 장식된 유리 슬라이드의 표면을 따라 젖은 부분을 부드럽게 문지릅니다.

다음으로, 1.5ml의 DI 물이 담긴 튜브에 렌즈 조직을 담그십시오. 튜브의 뚜껑을 닫고 30초 동안 수동으로 흔듭니다. 그런 다음 렌즈 조직을 제거하고 현재 콜로이드가 포함된 물 1ml를 과산화수소 용액 30% 중량 기준 1ml가 있는 작은 튜브에 피펫으로 넣습니다.

용액을 부드럽게 섞습니다. 그런 다음 튜브를 실온의 초음파 수조로 옮깁니다. 산소가 빠져나가야 할 수 있으므로 용기를 밀봉해서는 안 됩니다.

초음파 처리 5 분 후, 혼합물을 교반없이 실온에서 25 분 동안 배양하십시오. 한편, 남아 있는 수성 콜로이드 용액 100마이크로리터를 건조시키고 주사 전자 현미경으로 문서화하여 야누스 콜로이드 구조를 확인합니다. 다음으로, 2ml의 용액에 DI 물 1ml를 첨가하여 과산화수소 농도를 10%로 낮추는데, 이는 Janus 콜로이드의 빠른 추진에 적합한 연료 강도입니다.

그런 다음 소량의 직사각형 석영 유리 큐벳에 준비된 용액을 채우고 용액이 숨을 쉴 수 있도록 푸시인 캡을 느슨하게 부착합니다. 이제 텍스트 프로토콜에 설명된 대로 큐벳을 형광 현미경에 로드합니다. 비디오 캡처를 시작하기 전에 현미경의 초점을 빠르게 맞춰 관심 입자가 초점 위치 아래에 입자와 함께 동심원 고리를 생성하도록 합니다.

비디오를 캡처하는 동안 초점 평면을 이동하지 마십시오. 관심 입자가 발견되면 초당 30프레임으로 30초 비디오로 녹화합니다. 한 실험에서 약 20개의 비디오는 텍스트 프로토콜에 설명된 궤적 재구성에 대한 충분한 세부 정보를 제공합니다.

콜로이드를 깨끗한 유리 슬라이드에 증착했습니다. 백금을 증착하기 전에, 슬라이드 표면의 폴리스티렌 미세구의 분산을 광학 현미경을 사용하여 관찰했습니다. 눈금 막대는 40미크론입니다.

백금이 첨가된 후, 원하는 반구형 백금층을 확인하기 위해 SEM 이미지를 촬영했습니다. 눈금 막대는 2미크론입니다. 형광 Janus 수영 선수는 Gellan gum에 고정되었을 때 명확하게 볼 수 있었는데, 대칭 고리는 최적으로 초점이 맞지 않는 조건에서 특징입니다.

고리의 반경은 콜로이드의 상대적인 Z 위치를 결정하는 데 사용되었습니다. 콜로이드의 중심은 일련의 수직 및 수평선을 추출하고 밝은 피크 사이의 평균 중간점을 찾아 계산되었습니다. 그런 다음, 고리 중심에서 방사되는 평균 픽셀파 값에 맞춘 스플라인의 최대 강도에서 고리 반경을 계산했습니다.

그런 다음 고정 콜로이드 샘플과 보정된 현미경을 사용하여 겉보기 콜로이드 크기와 초점이 맞춰진 위치로부터의 거리를 연관시키기 위해 보정 곡선을 만들었습니다. 따라서 형광 Janus 입자 수영 선수의 3차원 궤적은 데이터에서 도출되었습니다. 이 실험을 시청한 후에는 이제 기존 형광 현미경을 사용하여 수영 장치를 3차원으로 추적할 수 있습니다.

이 방법은 연구자들이 중력 주축과 같은 현상을 탐구하는 데 사용했습니다. 이 실험은 위험한 화학 물질인 과산화수소를 사용하는 것과 관련이 있으며, 이는 많은 산소 가스의 진화로 인해 촉매 수영 장치와 결합할 때 특히 위험합니다. 따라서 이러한 단계에서는 용기가 단단히 밀봉되지 않는 것이 중요합니다.