반복된 단계 전환 시 부드러운 물질의 유 변 학적 특성을 결정 하는 마이크로 및 Microrheology 결합

이 절차의 전반적인 목표는 미세유체역학을 사용하여 주변 유체를 교환하여 단일 연질 물질 샘플에서 연속적인 상 전이를 유도하는 동시에 다중 입자 추적 미세유변학을 사용하여 유변학적 특성의 변화를 측정하는 것입니다. 이 방법은 동적 유변학적 특성에 대한 분자 또는 콜로이드 재배열을 포함한 상 전이의 영향과 같은 연질 물질 분야의 주요 질문에 답할 수 있습니다. 이 기술의 주요 장점은 여러 상 전이 중에 샘플이 제자리에 유지되어 실시간 특성화가 가능하다는 것입니다.

이를 통해 유변학적 특성, 특히 이종 시스템의 고유한 특성을 정량화할 수 있습니다. 절차를 시작하려면 투명 아세테이트 시트에 미세유체 장치 네거티브를 인쇄하고 고강도 UV 램프를 예열합니다. 두 번째 투명 아세테이트 시트에서 75mm x 50mm 슬라이드의 모서리를 추적합니다.

모서리에 1mm 높이의 유리 스페이서를 놓습니다. 스페이서 중앙에 약 5ml의 UV 경화 티올 엔 수지를 붓습니다. 스페이서에 75mm x 50mm x 1mm 유리 슬라이드를 조심스럽게 놓아 수지를 덮습니다.

슬라이드와 수지 사이에 기포가 없는지 확인하십시오. 인쇄된 네거티브를 유리 슬라이드에 놓습니다. 어셈블리를 UV 램프 아래로 조심스럽게 드래그하고 수지가 45초 동안 경화되도록 합니다.

그런 다음 어셈블리를 UV 램프에서 멀리 밀고 패턴이 있는 유리 슬라이드 또는 미세유체 스탬프를 제거합니다. 미세유체 스탬프를 아세톤에 10초 이상 담그지 않은 다음 스탬프를 동일한 시간 동안 에탄올에 담그십시오. 이 침수 순서를 한 번 반복합니다.

그런 다음 스탬프를 증류수에 담그십시오. 최소한의 손 움직임으로 작업하면서 면봉을 사용하여 경화된 수지를 건드리지 않고 남아 있는 미반응 수지를 제거합니다. 면봉이 물에 흠뻑 젖으면 교체하십시오.

자외선 아래에서 스탬프를 30 분 더 경화시킵니다. 그런 다음 70g의 PDMS 베이스와 가교제를 1:10 비율로 혼합하고 1시간 동안 또는 PDMS가 더 이상 탁하지 않을 때까지 PDMS의 가스를 제거합니다. 미세유체 스탬프를 150mm 플라스틱 페트리 접시에 위로 향하게 놓습니다.

PDMS를 접시에 천천히 붓고 접시 표면 가까이에 부어 거품 형성을 최소화하여 스탬프를 완전히 덮습니다. 페트리 접시를 덮고 하룻밤 동안 섭씨 55도에서 PDMS를 치료합니다. 칼을 사용하여 과도한 PDMS를 잘라냅니다.

패턴이 있는 PDMS를 스탬프에서 손으로 분리합니다. 페트리 접시에서 스탬프와 여분의 PDMS를 제거합니다. 그런 다음 샘플 챔버의 대칭 외부 구멍 위치가 인쇄된 종이 한 장에 접시를 놓습니다.

패턴화된 PDMS를 가이드에 맞추고 5mm 생검 펀치를 사용하여 표시된 위치에서 PDMS를 통해 구멍을 뚫습니다. 이 장치의 주요 특징은 입구 채널과 동일한 챔버 사이의 대칭입니다. 이를 통해 샘플 손실 없이 유체를 교환할 수 있습니다.

채널을 절단할 때 정확성을 보장하기 위해 가이드 패턴을 사용하는 것이 중요합니다. 마지막으로, 시료 챔버 중앙, 흡입 챔버의 내부 가장자리 및 긴 외부 채널의 양쪽 끝에 구멍을 뚫습니다. 패턴이 있는 PDMS를 보관할 때 페트리 접시를 덮습니다.

장치 조립 하루 전에 미세유체 장치에서 유리벽을 만드는 데 사용할 사전 변환된 유체를 준비합니다. 장치 조립을 시작하기 위해 플라즈마는 패턴이 있는 PDMS와 얇은 유리 슬라이드를 40초 동안 처리합니다. 슬라이드의 플라즈마 처리된 면과 패턴화된 PDMS를 조심스럽게 함께 누릅니다.

PDMS와 슬라이드 사이의 이음새에 UV 경화 수지를 바르고 저강도 UV 광선에서 5분 동안 수지를 경화시킵니다. 다음으로, 스테인리스 스틸 커넥터가 장착된 열가소성 튜브를 패턴화된 PDMS의 한쪽 모서리 구멍을 제외한 모든 구멍에 삽입합니다. 18게이지 바늘, 열가소성 튜브 및 커넥터를 사용하여 미리 변환된 유체가 담긴 3ml 주사기를 마지막 구멍에 연결합니다.

미세유체 장치에 사전 변환된 유체를 채웁니다. 그런 다음 섭씨 100도로 가열된 열판에 장치를 놓고 10초 동안 장치를 통해 3밀리리터의 사전 변환된 유체를 흐르게 하여 유리 벽을 제작합니다. 그런 다음 핫 플레이트에서 장치를 제거합니다.

30ml 주사기를 사용하여 여분의 사전 변환된 유체를 배출합니다. 장치를 통해 15ml의 클로로포름을 천천히 흘린 다음 약 1분에 걸쳐 30ml의 에탄올을 흘려보냅니다. 그런 다음 마를 때까지 미세유체 장치를 통해 공기를 밀어 넣습니다.

구멍에서 튜브를 제거합니다. 그런 다음 UV 경화 수지를 사용하여 장치의 긴 가장자리 아래쪽에 1mm 두께의 유리 스트립을 부착합니다. 30 x 30mm의 과잉 경화 PDMS 조각을 자르고 중앙에 시료 챔버보다 넓은 구멍을 뚫어 용매 수조를 형성합니다.

플라즈마는 분지와 미세유체 장치를 40초 동안 처리합니다. 시료 챔버가 구멍 중앙에 오도록 하여 대야의 플라즈마 처리된 면을 장치에 놓습니다. 대야를 장치에 고정하기 위해 부드러운 압력을 가하십시오.

마지막으로, 초과 PDMS에서 6개의 5mm 정사각형을 자릅니다. 5mm 생검 펀치를 사용하여 각 사각형의 중간에 구멍을 뚫습니다. 각 구멍에 스테인리스강 커넥터를 삽입하여 PDMS 스토퍼를 형성합니다.

연질 물질 샘플을 1ml 주사기에 넣은 후 열가소성 튜브를 장치의 모서리 흡입구 채널 중 3개와 흡입실 배출구에 삽입합니다. 다른 주사기에 탈이온수를 채웁니다. 열가소성 튜브를 주사기에 부착하고 기포를 배출합니다.

주사기를 네 번째 모서리 입구 채널에 연결합니다. 장치와 용제 대야에 탈이온수를 채웁니다. 시료 챔버 또는 미세유체 채널에 기포가 없는지 확인합니다.

필요한 경우 이송 피펫으로 용제 세면대의 물을 보충합니다. 미세유체 장치를 올바르게 설정하는 것이 중요합니다. 가장 중요한 것은 미세유체 흐름과 미세유변학 데이터를 모두 방해할 수 있으므로 장치에 기포

그런 다음 10마이크로리터의 연질 물질 샘플을 중앙 주입구를 통해 초당 약 2마이크로리터의 속도로 샘플 챔버에 주입합니다. 샘플을 적재한 후 중앙 입구를 막습니다. 도립 현미경과 고속 카메라를 사용하여 상전이 기간에 적합한 시간 간격으로 샘플 혼합물에 있는 프로브의 브라운 운동에 대한 비디오를 20개 이상 기록합니다.

겔화의 경우 프로브 움직임이 완전히 멈출 때까지 비디오 녹화를 계속합니다. 성능 저하를 위해 프로브가 완전히 확산될 때까지 비디오를 계속 녹화하십시오. 그런 다음 현미경 스테이지에서 장치를 제거합니다.

물을 더 높은 밀도의 유체로 교환하려면 전사 피펫을 사용하여 솔벤트 수조에서 물을 빼내고 4ml의 더 높은 밀도의 유체를 수조에 피펫으로 넣습니다. 장치를 현미경 스테이지로 되돌리고 비디오 녹화를 계속합니다. 더 높은 밀도의 유체를 물 또는 다른 낮은 밀도의 유체로 교환하려면 18 게이지 바늘과 열가소성 튜브를 통해 주사기를 흡입 챔버 채널에 연결하십시오.

분당 1밀리리터로 빼내도록 설정된 주사기 펌프에 주사기를 장착합니다. 용제 대야에서 대부분의 고밀도 유체를 피펫으로 만들고 저밀도 유체로 대야를 세 번 헹구고 대야가 완전히 배수되지 않도록 합니다. 헹굼 후 대야에 저밀도 액체를 채우십시오.

전사 피펫에 저밀도 유체를 채웁니다. 그런 다음 주사기 펌프를 사용하여 1분 동안 고밀도 유체를 빼냅니다. 유체 교환 중에 필요에 따라 저밀도 유체를 대야에 적게씩 추가합니다.

그런 다음 흡입 챔버를 마개하고 장치를 현미경 스테이지로 되돌립니다.tage 기록을 위해. 원하는 사이클 수 동안 또는 측정을 위한 프로브가 충분하지 않을 때까지 이러한 방식으로 성능 저하 겔화 주기의 비디오를 획득합니다. 프로브 입자 궤적의 앙상블 평균 제곱 변위는 겔과 졸 사이의 수소화 피마자유 시스템의 연속적인 상 전이 중에 추적되었습니다.

겔화는 더 높은 밀도의 겔화제에 대한 물의 중력 흐름 교환에 의해 유도되었습니다. 분해는 겔화제의 물로의 흡입 흐름 교환에 의해 유도되었습니다. 샘플 챔버는 상 거동이 겔화제가 챔버에서 완전히 제거되지 않았음을 시사할 때 물로 다시 세척했습니다.

샘플을 약 600분 동안 유체 교환 없이 졸 상에 두었을 때 유변학적 특성에 대한 변화는 관찰되지 않았습니다. 반복적인 상 전이는 MSD 곡선의 로그 기울기 또는 알파가 각 위상에 대해 동일한 값으로 돌아가는 것에서 볼 수 있듯이 평형 유변학적 특성에서 관찰 가능한 변화를 유도하지 않았습니다. 졸 상의 평형 알파 값은 1.0 미만이었으며, 이는 물질이 분해 후에도 일부 구조를 유지했음을 나타냅니다.

겔은 겔에서 졸로의 상전이 동안 구조적 이질성의 증가를 겪었으며, 이는 분해 주기 동안 비가우스 매개변수 피크에 의해 표시되었습니다. 콜로이드 재배열은 알파의 증가로 알 수 있듯이 유체 교환 직후에 발생할 수 있습니다. 우리는 먼저 상 전이가 부드러운 물질의 유변학적 특성과 미세 구조에 영구적인 변화를 일으키는지 여부를 결정하기 위해 이 방법에 대한 아이디어를 얻었습니다.

HCO 시스템에서 이 장치를 사용하면 이러한 영구적인 변화에 대한 두 가지 가능한 메커니즘, 즉 상 전이 중 콜로이드 재배열 또는 시료 준비 중 유도된 전단을 측정할 수 있었습니다. 일단 숙달되면 이 기술은 주변 유체 환경의 변화에 반응하여 여러 상 전이에 걸쳐 연질 물질 시스템의 유변학적 특성을 식별하는 데 사용할 수 있습니다.