Mikrotensjometr do mikroskopii konfokalnej Wizualizacja dynamicznych interfejsów

Summary

Ten manuskrypt opisuje konstrukcję i działanie mikrotensjometru/mikroskopu konfokalnego do wykonywania jednoczesnych pomiarów napięcia międzyfazowego i reologii dylatacyjnej powierzchni przy jednoczesnej wizualizacji morfologii międzyfazowej. Zapewnia to konstruowanie w czasie rzeczywistym relacji struktura-właściwości interfejsów ważnych w technologii i fizjologii.

Abstract

Adsorpcja cząsteczek powierzchniowo czynnych na granicy faz płyn-płyn jest powszechna w przyrodzie. Scharakteryzowanie tych granic faz wymaga pomiaru szybkości adsorpcji środków powierzchniowo czynnych, oceny równowagowych napięć powierzchniowych w funkcji masowego stężenia środka powierzchniowo czynnego oraz powiązania, jak zmienia się napięcie powierzchniowe ze zmianami w obszarze międzyfazowym po zrównoważeniu. Jednoczesna wizualizacja granicy faz za pomocą obrazowania fluorescencyjnego za pomocą szybkiego mikroskopu konfokalnego pozwala na bezpośrednią ocenę zależności struktura-funkcja. W mikrotensjometrze kapilarnym (CPM) półkulisty pęcherzyk powietrza jest przypinany na końcu kapilary w zbiorniku cieczy o objętości 1 ml. Ciśnienie kapilarne na granicy faz pęcherzyków jest kontrolowane przez komercyjny mikroprzepływowy regulator przepływu, który umożliwia kontrolę ciśnienia w oparciu o model, krzywiznę pęcherzyków lub obszar pęcherzyków w oparciu o równanie Laplace'a. W porównaniu z poprzednimi technikami, takimi jak rynna Langmuir i kropla wisząca, precyzja pomiaru i kontroli oraz czas reakcji są znacznie zwiększone; Zmiany ciśnienia kapilarnego mogą być stosowane i kontrolowane w ciągu milisekund. Dynamiczna reakcja interfejsu bąbelkowego jest wizualizowana przez drugą soczewkę optyczną, gdy bańka rozszerza się i kurczy. Kontur pęcherzyka jest dopasowywany do profilu kołowego w celu określenia promienia krzywizny pęcherzyka, R, a także wszelkich odchyleń od kołowości, które unieważniłyby wyniki. Równanie Laplace'a służy do określania dynamicznego napięcia powierzchniowego interfejsu. Po zrównoważeniu, sterowana komputerowo pompa mikroprzepływowa może narzucać małe oscylacje ciśnienia w celu oscylacji promienia pęcherzyka (częstotliwości 0,001-100 cykli/min) w celu określenia modułu dylatacyjnego Całkowite wymiary systemu są na tyle małe, że mikrotensjometr mieści się pod soczewką szybkiego mikroskopu konfokalnego, co pozwala na ilościowe śledzenie fluorescencyjnie znakowanych związków chemicznych z submikronową rozdzielczością boczną.

Introduction

Interfejsy powietrze-woda pokryte foliami surfaktantowymi są wszechobecne w codziennym życiu. Iniekcje wody powierzchniowo czynnej są stosowane w celu zwiększenia wydobycia ropy naftowej z wyeksploatowanych pól i są stosowane jako rozwiązania do szczelinowania hydraulicznego gazu łupkowego i ropy naftowej. Pianki gazowo-cieczowe i emulsje ciecz-ciecz są powszechne w wielu procesach przemysłowych i naukowych jako smary i środki czyszczące i są powszechne w żywności. Środki powierzchniowo czynne i białka na granicy faz stabilizują konformacje przeciwciał podczas pakowania, przechowywania i podawania^1,2,

Protocol

1. Przygotowanie kapilar

1. Umieść kapilę w ściągaczu kapilar i uruchom żądany program ciągnięcia, aby utworzyć dwie stożkowe kapilary o średnicy zewnętrznej (OD) ~1 μm na końcówce.
   UWAGA: Średnica zewnętrzna kapilary przed pociągnięciem musi być średnicą zewnętrzną określoną tak, aby pasowała do uchwytu kapilarnego w celi mikrotensjometru. Średnica wewnętrzna (ID) kapilary może się różnić, ale będzie miała wpływ na krytyczny promień kapilary po pociągnięciu. Program ciągnący jest wybierany w taki sposób, aby powstały stożek początkowo szybko zmniejszał średnicę zewnętrzną i wewnętrzną kapilary, następnie osiągał promień w pobliżu pożą....

Results

Głównym źródłem błędu pomiaru są kapilary, które mają defekty w procesie cięcia (Rysunek 5A,B) lub procesie powlekania (<strong class="xfig">Rysunek 5D). Oba rodzaje defektów prowadzą do błędów w określaniu kształtu i rozmiaru pęcherzyka przez optyczny system analizy obrazu, co prowadzi do niedokładnych wartości napięcia powierzchniowego. Ważne jest, aby dokładnie zbadać każdą nową kapilarnę po jej wyciągnięciu i pokryciu pod mikroskopem optycznym przed włożeniem kapil.......

Discussion

Połączony CPM/CFM jest potężnym narzędziem do badania dynamiki międzyfazowej, równowagi i morfologii. Ten protokół opisuje kroki niezbędne do uzyskania danych za pomocą CPM/CFM.

Rysunek 2 przedstawia konstrukcję ogniwa ze wskazanymi kanałami dla kapilary, rozpuszczalnika i wymiany ciepła. Wlot do wymiany rozpuszczalnika powinien znajdować się na dole ogniwa, podczas gdy wylot powinien znajdować się na górze, aby ogniwo nie przelało się podczas wymiany. W praktyce .......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
1.5 Rurka Tygon OD	Fischer Scientific		Rurka
A1RHD Wielofotonowy pionowy mikroskop konfokalny	Mikroskop konfokalny	Nikon
Kwaśny roztwór			Kwas siarkowy i Alnochromix rozcieńczone wodą 50% objętościowo, poczekaj, aż będą klarowne przed rozcieńczeniem
Alnochromix	Alconox	2510	Zmieszany z kwasem siarkowym zgodnie z instrukcją dołączoną do opakowania i rozcieńczony w celu uzyskania kwaśnego roztworu czyszczącego
Nóż do szkła ceramicznego	Sutter Instruments
Chloroform	Sigma-Aldrich	650471	HPLC Plus
Curosurf	Chiesi		Płuca Surfaktant
Di Water			18,5 MΩ - cm
Etanol	dowolny		200 proof używany do hydrofobizacji, denaturowany używany do czyszczenia
Fiber-Lite Model 190 oświetlacz światłowodowy	Dolan-Jenner Industries Inc.	281900100	Źródło światła; inne źródła światła również powinny działać
Flow EZ F69 mbar z modułem Link	Fluigent	LU-FEZ-0069	Pompa mikroprzepływowa
Fluigent SDK VIs	Płynny Wymagany		dla wirtualnego interfejsu CPM
Uszczelki z fluoroelastomeru	Wykonane z arkusza Vitonu
Filtr gazu	Norgren	F07-100-A3TG	Umieszczony między pompą mikroprzepływową a regulatorem ciśnienia
Reduktor gazu	Norgren	10R0400R	Obniża ciśnienie z sorce do zakresu pompy, podłączonej do zakresu filtra gazu 2-120 psi
Szklany kapilarz	Sutter Instruments	B150-86-10	Szkło borokrzemianowe OD 1,5 mm ID 0,86 mm
Szklana prowadnica	dowolna		75 mm x 25 mm
Szklana strzykawka	Hamilton	84878	25 μ Szklana strzykawka L
Środek hydrofobizujący	Sigma-Aldrich	667420	1H,1H,2H,2H-Perfluoro-oktylotrietoksysilan 98%, można zastąpić innym hydrofobowym trietoksysilanem
Nierozpuszczalny środek powierzchniowo czynny	Avanti	850355C-200mg	16:0 DPPC w chloroformie
Oprogramowanie LabVIEW	National Instruments		2017
Filtr długoprzepustowy	ThorLabs	FEL0650	Filtr długoprzepustowy 650 nm, długość fali musi usuwać wzbudzenie częstotliwości lazer
Lyso-PC	Avanti	855675P	16:0 Lyso PC 1-palmitoilo-2-hydroksy-sn-glicero-3-fosfocholina
Masterflex L/S analogowy system pomp o zmiennej prędkości w/  Głowica pompy Easy-Load II	Pompa perystaltyczna	Masterflex	HV-77916-20
MATLAB	Mathworks		R2019
Ściągacz do mikropipet P-1000	Sutter Instruments		Ściągacz kapilarny
Komórka mikrotensjometru i uchwyt			Komórka obrabiana z PEEK, uchwyt obrabiany z aluminium, patrz rysunek 3 i 4
Obiektyw mikrotensjometru	Nikon		Fluor 20x/0.50W DIC M/N2 ∞/0 WD 2.0 mm
NI Vision Development Module	National Instruments		Wymagane do wirtualnego interfejsu CPM
Złączki palcowe PEEK	IDEX	F-120x	10-32 Porty stożkowe
Wtyczka PEEK	IDEX	P-551	10-31 Porty stożkowe
końcówki do pipet	Eppendorf	22492225	100 μ L - 1000 μ L, Autoklawizowane
kleszcze z tworzywa sztucznego	Thermo Scientific	6320-0010
Plastikowa strzykawka	Fischer Scientific	14-955-459	10 ml
Części hydrauliczne	Fischer Scientific		i inne części hydrauliczne do łączenia przewodów.
Badania Plus 1-kanałowy 100 μ L– 1000 μ L	Eppendorf	3123000063	Micro pipeter
Kwas siarkowy	dowolny		Używany do roztworu do czyszczenia kwasem
T Plan SLWD 20x/0.30 OFN25 WD 30 mm	Nikon		Mikroskop konfokalny Obiektyw
Texas Red DHPE sól trietyloamoniowa	Thermo Fischer Scientific	1395MP	Pompa próżniowa fluoroforowa
	Gast	DOA-P704-AA