Biomimetische replicatie van worteloppervlakmicrostructuur met behulp van wijziging van zachte lithografie

Dit protocol maakt het mogelijk om een synthetisch systeem te ontwikkelen dat de worteloppervlaktemicrostructuur nabootst. Het systeem kan worden gebruikt voor het bestuderen van root-omgeving interacties op een controlemanier met de nadruk op oppervlaktestructuur. Dit is een eenvoudige techniek die kan worden uitgevoerd in elk lab het bestuderen van root-omgeving interacties.

Bovendien maakt deze techniek de vorming van het oppervlak van verschillende materialen mogelijk. De moeilijkste stap is het verwijderen van de natuurlijke wortel uit de negatieve mal. Deze stap vereist een zachte behandeling van de wortel om te voorkomen dat scheuren van de wortelharen.

Visuele demonstratie zal de kijker het vermogen verbeteren om deze procedure te repliceren. Begin met het verwijderen van de plant uit de bodem na drie weken van groei. Snijd het wortelstelsel van de plant op het punt van interactie met de stengel en zet de wortelloze plant in een beker met water.

Na een paar dagen, snijd de onvoorziene wortels die uit de stengel komen en gebruik ze voor replicatie. Om zaad ontkiemde wortels te bereiden, maak je een filterpapier nat in een petrischaaltje met water en leg je verschillende M82-zaden op het papier. Broed het gerecht uit op 25 graden Celsius en hydrateer het papier elke dag.

Ongeveer vijf dagen later zullen de ontkiemende wortels lang genoeg zijn om te gebruiken voor replicatie. Bereid negatieve replica oplossing door het toevoegen van 9,49 gram diurethaan dimetharylaat aan een 50 milliliter beker. Voeg 1,45 milliliter ethylmethacrylaat toe aan de beker en bewaar bij kamertemperatuur totdat de oplossing homogeen wordt en er helder uitziet.

Voeg drie milliliter van de weekmaker toe en roer de oplossing nog een uur door. Voeg vervolgens 300 microliters van de foto initiator en roer 's nachts of totdat alle bubbels worden verwijderd. Om de negatieve replica van de wortel te genereren, neem een schone glazen schuif en giet een milliliter van de negatieve replica oplossing op.

Plaats twee tot drie wortels over de oplossing, om ervoor te zorgen dat de wortels niet volledig bedekt zijn. Houd de glijbaan gedurende acht tot tien minuten onder een acht watt ultraviolette lamp en schakel vervolgens de UV-lamp uit. Verwijder de replica van de glazen glijbaan en zet het in een petrischaal gevuld met ethanol om ongereacteerde monomeer te verwijderen.

Gebruik tangen om de wortel langzaam en voorzichtig uit de replica te verwijderen. Om de PDMS-oplossing voor te bereiden op de positieve replica, plaatst u 10 gram dimethylsiloxaan in een kopje. Voeg een gram uithardingsmiddel toe en meng goed door elkaar.

Verwarm het mengsel in een desiccator onder vacuüm gedurende twee uur om luchtbellen te verwijderen. Plaats de polyurethaan negatieve replica in een petrischaaltje en giet de PDMS mengsel op de top van de negatieve replica. Breng vacuüm gedurende twee uur aan om de dekking van de microstructuur te verzekeren en houd de petrischaal 's nachts op kamertemperatuur.

Op de volgende dag, scheid de genezen positieve replica van de negatieve replica met behulp van tangen. Om de positieve replica van ethylcellulose voor te bereiden, voeg 20 milliliter ethanol toe aan een kopje van 100 milliliter. Voeg vervolgens 1,32 milliliter weekmaker en 3,3 gram ethylcellulose toe.

En roer de oplossing bij kamertemperatuur gedurende twee uur. Giet de volgende dag de ethylcelluloseoplossing bovenop de negatieve replica in een petrischaaltje en laat de schotel 's nachts onder de motorkap staan. Verwijder vervolgens langzaam de positieve replica uit de negatieve replica met tangen.

Een goede negatieve replica kan worden gegenereerd als het protocol correct wordt gevolgd. Deze replica toont de celstructuur van het worteloppervlak en gaten die de locatie van de wortelharen vertegenwoordigen. Als de wortel wordt ondergedompeld in de polyurethaanoplossing, zal deze in het harde polymeer worden gevangen en binnen de negatieve replica blijven nadat deze is genezen.

Bij het uitharden met het UV-licht, het overschrijden van de aanbevolen uithardingstijd, zal resulteren in een extreem harde polyurethaan schimmel, waardoor het onmogelijk is om de wortel te verwijderen zonder te breken. Soms zijn de wortelstukken zo klein dat microscopie nodig is om ze te zien. Positieve replica's werden gegenereerd met PDMS en ethylcellulose.

De wortelharen bevinden zich in de rekzone waar ze beginnen te ontstaan. Hun lengtes variëren langs het worteloppervlak als ze langer worden, vergelijkbaar met de natuurlijke wortel. Sommige van de haren op de ethylcellulose replica zijn zelfs zichtbaar onder de lichtmicroscoop.

Bij het plaatsen van de wortel over de negatieve replica oplossing, is het belangrijk om de rechterkant te kiezen en te voorkomen dat de onderdompeling van de wortel in de oplossing. Deze techniek is ontwikkeld om een nieuwe weg te bieden om worteloppervlakte-interacties te onderzoeken. In het bijzonder, de fysieke krachten veroorzaakt door microstructuur en materiële eigenschappen van het oppervlak.