Vormen, beperken en observeren van op microtubule gebaseerde actieve nematica

Actieve Nematics zijn naar voren gekomen als een opwindend onderzoeksonderwerp dat de gebieden van niet-lineaire dynamica en vloeibare kristallen uitbreidt. Er zijn complexe vloeistoffen die sterfelijke topologische defecten en chaotische dynamiek vertonen. Er zijn veel recente theoretische studies in de literatuur gericht op beperkte actieve nematica.

Het was echter een uitdaging voor experimentalisten om het materiaal op te sluiten in geometrieën op microschaal. Onze techniek maakt de experimentele opzet eenvoudiger, zodat de nieuwe groepen het veld kunnen betreden en deze spannende materialen kunnen proberen. De technieken kunnen worden toegepast op andere EQUIS-actievestofsystemen, bijvoorbeeld om een fase te vormen die bestaat uit effecting en naarmate er in de toekomst meer actieve fasen worden ontwikkeld, moeten experimentatoren manieren vinden om het materiaal te beperken met behulp van vergelijkbare nematica.

Derek Hammar en Fereshteh Memarian, afgestudeerde studenten van mijn laboratorium, demonstreren de procedure. Om hydrofiele afdekslips met een acrylamidecoating te bereiden, begint u met het grondig reinigen van de afdekslips met zeepsop, ethanol en 0,1 molair natriumhydroxide met afwisselende spoelingen met nanozuiver water. Eenmaal gespoeld, slipt de afdekking met de silaanoplossing bestaande uit 100 milliliter ethanol, één milliliter ascetinezuur en 500 microliter trimethoxysilylpropylmethacrylaat a gedurende 15 minuten.

Spoel vervolgens af met nano zuiver water. Bereid een acrylamide-oplossing uit 95 milliliter nanozuiver water en vijf milliliter acrylamide van 40 gewichtsprocent acrylamide. Ontgas de oplossing vervolgens gedurende 30 minuten in een vacuümoven, voeg 0,07 gram ammonium per sulfiet en 35 microliter tetramethylethyleendiamine toe voor een eindconcentratie van 2,3 millimol.

Giet acrylamide-oplossing over de afdekslips terwijl u naar boven kijkt en incubeer 's nachts bij kamertemperatuur. Om hydrofobe microscoop te bereiden, pipet u 100 microliter van een waterafstotende oplossing op een schoon glazen microscoopglaasje. Plaats er dan nog een schone glazen glijbaan op.

Dit zorgt voor een gelijkmatige coating van de waterafstotende oplossing op het oppervlak waar het twee minuten zit. Verwijder de tweede glasplaat en spoel de eerste dia grondig af met nano zuiver water. Daarna drogen met stikstofgas.

Bereid een mengsel van gemanipuleerde olie dat 1,8% fluoro-oppervlakteactieve stof bevat. Monteer de glazen schuif en afdekslip met behulp van 40 micrometer dubbelzijdige zelfklevende afstandhouders. Plaats de afstandhouders 1,5 millimeter uit elkaar op de hydrofobe microscoopglaasjes.

Plaats vervolgens de met acrylamide gecoate afdekslip bovenop de afstandhouders met een behandelde zijde naar beneden om te hechten. Nadat de stroomcel is geconstrueerd, pipetteer het oliemengsel onmiddellijk in de stroomcel en vul de afgesloten ruimte met behulp van een pipet in een afzonderlijke injectieflacon, meng voorzichtig zes microliter actief materiaal met 3,73 microliter mengsel. Eén microliter microtubulioplossing 0,6 microliter ATP-oplossing en 0,67 microliter M twee B-bufferpipet zes microliter vers gemengd actief materiaal in één open uiteinde van de stroomcel.

Sommige olie zal worden verplaatst door de waterige oplossing terwijl deze in het kanaal wordt geïnjecteerd. Dit kan aan de andere kant van het stroomkanaal worden opgelost met behulp van een klein stukje tissuepapier. Na het vullen sluit u beide zijden van de stroomcel af met een epoxylijm die uithardt bij blootstelling aan UV-licht gedurende 20 seconden.

Om de actieve laag tussen de twee toelaatbare vloeistoffen in een quasi 2D-laag te beperken. Plaats de stroomcel in een zwenkbakcentrifuge met de waterige fase erop en de dichtere olielaag eronder centrifuge bij 212 G gedurende 10 minuten. Nadat deze stap is voltooid, kan de stroomcel naar een epifluorescentiemicroscoop worden gebracht voor beeldvorming met een vergrotingsobjectief van 10 x of 20 x.

Ontwerp eerst een hoofdmal voor het PDMS. Dit kan worden bereikt door pilaren op een substraat te 3D-printen. Na het 3D-printen van de harsmastervorm, reinigt u deze met isopropanol en hardt u de mal vervolgens uit onder een UV-lamp gedurende 45 minuten en in de oven op 120 graden Celsius gedurende twee uur, bereidt u de polykleurstof methylcyaan voor met behulp van een elastomeeruithardingsmiddel en een elastomeerbasis.

Meng de twee componenten in een verhouding van 1 tot 10 met behulp van een metalen spatel. Om deze belletjes te verwijderen, plaatst u het mengsel onder een vacuüm om gedurende een uur te ontgassen, waarna het niet-uitgeharde PDMS transparant moet lijken. Giet de PDMS in een geschikte vorm en laat een nacht uitharden bij 60 graden Celsius.

Om een hydrofiel PDMS-oppervlak te bereiden, reinigt u het PDMS gedurende 10 minuten met zowel ethanol als isopropanol, spoelt u vervolgens drie keer grondig af met gedeïoniseerd water en droogt u het af. Gebruik een plasmareiniger gedurende vijf minuten om het droog uitgeharde PDMS schoon te maken. Dit maakt het oppervlak hydrofieler.

Bereid vervolgens een silaanoplossing en dompel het substraat gedurende 15 minuten onder in die oplossing om de acrylamidecoating te bereiden, spoel het substraat grondig met gedeïoniseerd water en dompel onder in acrylamide-oplossing. Wanneer klaar voor gebruik, spoel het oppervlak met gedeïoniseerd water en droog met stikstof voor onmiddellijk gebruik. Bevestig de PDMS aan een glasplaat met epoxylijm, pipetteer een microliter van het actieve mengsel op het PDM-substraat en voeg onmiddellijk siliconenolie toe aan de actieve netwerkdruppel.

Het actieve netwerk zal zich in de put verplaatsen. Dit proces duurt maximaal 60 minuten. Plaats het PDMS-apparaat in een zwaaiende emmercentrifuge met de olielaag boven de waterlaag en draai gedurende 12 minuten op 212 G.Nadat deze stap is voltooid, brengt u het materiaal naar de microscoop om de voortgang van het materiaal in beeld te brengen.

Zoals het in evenwicht is. De representatieve afbeelding toont korte microtubuli van vergelijkbare lengte. De individuele microtubuli kunnen een uitdaging zijn om in beeld te brengen vanwege hun kleine formaat.

Het gebruik van een zeer gevoelige camera die is ontworpen voor fluorescentiemicroscopie is het beste voor deze toepassing. Een goed gevormde actieve pneumatische laag is homogeen van textuur zonder significante holtegebieden en mobiele topologische defecten. Houd er echter rekening mee dat er enkele acceptabele kleine holtes in de defecte kernen kunnen zijn.

Juiste oppervlaktebehandeling om een hydrofiel of hydrofoob oppervlak te hebben. Met deze methode kan de rol van geometrie gemakkelijk worden besproken en kan de actieve structuur worden gecontroleerd door alleen de fysieke opsluiting te veranderen.