미세소관 기반 활성 네마틱스의 형성, 제한 및 관찰

액티브 네매틱스는 비선형 역학 및 액정 분야를 확장하는 흥미로운 연구 주제로 부상했습니다. 필멸의 위상 학적 결함과 혼란스러운 역학을 나타내는 복잡한 유체가 있습니다. 제한된 활성 네마틱스에 초점을 맞춘 문헌에는 최근 이론적 연구가 많이 있습니다.

그러나 실험가들이 재료를 마이크로 스케일 형상으로 제한하는 것은 어려운 일이었습니다. 우리의 기술은 실험 설정을보다 간단하게 만들어 새로운 그룹이 현장에 들어가서 이러한 흥미로운 재료를 시도 할 수 있도록합니다. 이 기술은 다른 EQUIS 활성 물질 시스템에 적용될 수 있습니다 (예 : 효과의 상 구성 및 향후 더 많은 활성 단계가 개발됨에 따라 실험자는 유사한 네마틱을 사용하여 물질을 제한하는 방법을 찾아야합니다).

절차를 시연하는 것은 내 실험실의 대학원생 인 Derek Hammar와 Fereshteh Memarian이 될 것입니다. 아크릴 아미드 코팅으로 친수성 커버 슬립을 준비하려면 나노 순수를 사용하여 대체 헹굼으로 비눗물, 에탄올 및 0.1 몰 수산화 나트륨으로 커버 슬립을 철저히 청소하십시오. 일단 헹구어 커버를 100 밀리리터의 에탄올 1 밀리리터 및 1 밀리리터의 고행산 및 500 마이크로리터의 트리메톡시실릴 프로필 메타크릴레이트로 구성된 실란 용액으로 15분 동안 코팅한다.

그런 다음 나노 순수한 물로 헹굽니다. 나노 순수 95 밀리리터와 40 중량 % 아크릴 아미드 5 밀리리터로부터 아크릴 아미드 용액을 준비하십시오. 그런 다음 진공 오븐에서 30 분 동안 용액을 탈기하고 2.3 밀리몰 최종 농도에 대해 아황산염 당 암모늄 0.07g과 테트라 메틸 에틸렌 디아민 35 마이크로 리터를 첨가합니다.

위를 향하게 한 상태에서 커버 슬립 위에 아크릴아미드 용액을 붓고 실온에서 밤새 배양합니다. 소수성 현미경 슬라이드를 준비하기 위해 100 마이크로리터의 발수 용액을 깨끗한 유리 현미경 슬라이드에 피펫팅한다. 그런 다음 다른 깨끗한 유리 슬라이드를 위에 놓습니다.

이렇게하면 2 분 동안 앉아있는 표면에 발수 용액이 균일하게 코팅됩니다. 두 번째 유리 슬라이드를 제거하고 첫 번째 슬라이드를 나노 순수로 완전히 헹굽니다. 그런 다음 질소 가스로 건조하십시오.

1.8 % 플루오로 계면 활성제를 포함하는 엔지니어링 오일의 혼합물을 준비하십시오. 40마이크로미터 양면 접착 스페이서를 사용하여 유리 슬라이드와 커버 슬립을 조립합니다. 스페이서를 소수성 현미경 슬라이드에 1.5mm 간격으로 놓습니다.

그런 다음 아크릴아미드 코팅 커버 슬립을 스페이서 위에 놓고 처리된 면을 아래로 향하게 하여 접착합니다. 유동 셀이 즉시 구축된 후 별도의 바이알에서 피펫을 사용하여 밀폐된 공간을 채우는 유동 세포 내로 오일 혼합물을 피펫팅하고, 6 마이크로리터의 활성 물질과 3.73 마이크로리터의 혼합을 부드럽게 혼합한다. 1 마이크로리터의 미세소관 용액 0.6 마이크로리터의 ATP 용액, 및 0.67 마이크로리터의 M2 B 완충액 피펫을 유동 셀의 한쪽 열린 말단에 6 마이크로리터의 새로 혼합된 활성 물질을 피펫한다.

일부 오일은 수용액이 채널에 주입될 때 수용액으로 대체됩니다. 이것은 작은 티슈 페이퍼 조각을 사용하여 유동 채널의 반대쪽 끝에서 사악해질 수 있습니다. 충전 후 20초 동안 자외선에 노출되면 경화되는 에폭시 접착제로 플로우 셀의 양쪽을 밀봉합니다.

활성층을 두 개의 허용 가능한 유체 사이에 준 2D 층으로 제한합니다. 플로우 셀을 스윙 버킷 원심분리기에 넣고 수성상이 위에 있고 밀도가 높은 오일 층이 아래에 있는 212G의 원심분리기에 10분 동안 놓습니다. 이 단계가 완료되면 플로우 셀을 에피 형광 현미경으로 가져가 10 x 또는 20 x 배율 대물렌즈로 이미징할 수 있습니다.

먼저 PDMS용 마스터 금형을 설계합니다. 이것은 기판에 3D 프린팅 기둥으로 달성 할 수 있습니다. 수지 마스터 몰드를 3D 프린팅한 후 이소프로판올로 세척한 후 UV 램프로 45분, 섭씨 120도의 오븐에서 2시간 동안 경화시킨 후 엘라스토머 경화제와 엘라스토머 베이스를 사용하여 폴리염료 메틸시안을 제조합니다.

금속 주걱을 사용하여 두 성분을 1 대 10 비율로 혼합합니다. 이러한 기포를 제거하려면 혼합물을 진공 상태에서 1시간 동안 탈기한 후 경화되지 않은 PDMS가 투명하게 나타나야 합니다. PDMS를 적절한 몰드에 붓고 섭씨 60도에서 경화되도록 밤새 방치합니다.

친수성 PDMS 표면을 제조하기 위해 PDMS를 에탄올과 이소프로판올 둘 다로 10분 동안 세척한 다음, 탈이온수로 3회 충분히 헹구고 건조시켰다. 플라즈마 클리너를 5분 동안 사용하여 건식 경화된 PDMS를 세척한다. 이것은 표면을 더 친수성으로 만듭니다.

다음으로, 실란 용액을 제조하고 15 분 동안 그 용액에 기판을 침지시켜 아크릴 아미드 코팅을 제조하고, 탈이온수로 기판을 완전히 헹구고 아크릴아미드 용액에 담그십시오. 사용할 준비가 되면 표면을 탈이온수로 헹구고 즉시 사용할 수 있도록 질소로 건조시킵니다. PDMS를 에폭시 접착제로 유리 슬라이드에 부착하고 활성 혼합물 1마이크로리터를 PDM 기판에 피펫팅한 다음 즉시 활성 네트워크 액적 위에 실리콘 오일을 추가합니다.

활성 네트워크가 우물로 이동합니다. 이 프로세스는 최대 60분이 걸립니다. PDMS 장치를 물층 위에 오일 층이 있는 스윙 버킷 원심분리기에 놓고 212G에서 12분 동안 회전합니다.이 단계가 완료되면 재료를 현미경으로 가져가 재료의 진행 상황을 이미징합니다.

평형을 이룹니다. 대표 이미지는 비슷한 길이의 짧은 미세 소관을 묘사합니다. 개별 미세소관은 크기가 작기 때문에 이미징하기 어려울 수 있습니다.

형광 현미경용으로 설계된 고감도 카메라를 사용하는 것이 이 응용 분야에 가장 적합합니다. 잘 형성된 능동 공압층은 상당한 공극 영역과 이동성 토폴로지 결함이 없는 질감이 균질합니다. 그러나 결함 코어에 허용 가능한 작은 공극이있을 수 있습니다.

친수성 또는 소수성 표면을 갖도록 적절한 표면 처리. 이 방법을 사용하면 형상 롤을 쉽게 논의 할 수 있으며 물리적 구속 만 변경하여 활성 구조를 제어 할 수 있습니다.