Przygotowanie i śledzenie 3D katalitycznych urządzeń pływających

Ogólnym celem tego eksperymentu jest zmierzenie trajektorii 3D dla katalitycznego urządzenia pływającego. Technika ta może pomóc wyjaśnić różne zjawiska związane z urządzeniami pływającymi, takie jak to, jak reagują one na gradienty chemiczne i pola grawitacyjne podczas poruszania się w roztworach woltowych. Kluczową zaletą tej techniki jest to, że można ją stosować przy użyciu dowolnego konwencjonalnego mikroskopu fluorescencyjnego.

Technika ta zostanie zademonstrowana przez mojego doktoranta, Richarda Archera. Do tego protokołu należy przygotować szkiełka podstawowe zgodnie z opisem w tekście. Następnie należy przygotować dyspersję koloidalną do osadzenia na szkiełku.

Najpierw odpipetować dziesięć mikrolitrów wodnego 10% fluorescencyjnego roztworu koloidalnego do 990 mikrolitrów etanolu, aby uzyskać zawiesinę koloidalną o pojemności jednego mililitra i 0,1% masy. Następnie mieszaj mieszanie przez dziesięć sekund. Następnie należy odwirować dyspersję koloidalną na przygotowanym podłożu szkiełkowym.

Przygotować się do załadowania 100 mikrolitrów rozcieńczonego roztworu koloidalnego na szkiełko. Po osiągnięciu 2000 obr./min stopniowo odkładaj zawieszenie na środku prowadnicy. Wiruj przez 30 sekund od rozpoczęcia osadzania.

Przenieś szkiełko z powlekanego szkła do mikroskopu optycznego i sprawdź, czy równomierna dyspersja w większości niestykających się oddzielnych koloidów pokrywa centralny obszar szkiełka. Następnie odparuj próżniowo platynę metaliczną na szkiełko w metalowym parowniku. Upewnij się, że szkiełko jest załadowane koloidami skierowanymi w stronę źródła parowania.

Użyj źródła parowania platyny metalicznej i osadź 15 nanometrów platyny na szkiełku. Po nałożeniu metalu przechowuj szkiełko w obojętnej atmosferze. Na tym kończy się wytwarzanie podstawowych cząstek janusa.

Pierwszym krokiem jest zawieszenie cząstek Janusa w roztworze. Aby to zrobić, przygotuj jeden na jeden centymetr kwadratowy tkanki soczewki i zwilż jej koniec dziesięcioma mikrolitrami wody DI. Następnie, trzymając papier pęsetą, delikatnie przetrzyj zwilżoną część wzdłuż powierzchni szkiełka ze szkła pokrytego platyną, zdobionego koloidem.

Następnie zanurz tkankę soczewki w tubie z 1,5 mililitra wody DI. Zakręć tubkę i ręcznie potrząsaj nią przez 30 sekund. Następnie usuń tkankę soczewki i odpipetuj jeden mililitr wody, teraz zawierającej koloidy, do małej probówki z jednym mililitrem 30% objętościowego roztworu nadtlenku wodoru.

Delikatnie wymieszaj roztwory. Następnie przenieś rurkę do łaźni ultradźwiękowej o temperaturze pokojowej. Pojemnik nie powinien być szczelnie zamknięty, ponieważ może być konieczne ucieczkę tlenu.

Po pięciu minutach sonikacji pozostaw mieszaninę do inkubacji przez 25 minut w temperaturze pokojowej bez żadnego mieszania. W międzyczasie wysusz 100 mikrolitrów pozostałego wodnego roztworu koloidalnego i udokumentuj go za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego, aby zweryfikować strukturę koloidu Janusa. Następnie dodaj jeden mililitr wody DI do dwóch mililitrów roztworu, aby zmniejszyć stężenie nadtlenku wodoru do dziesięciu procent, co jest odpowiednią mocą paliwa do szybkiego napędu koloidów Janusa.

Następnie napełnij przygotowaną roztworem prostokątną kuwetę ze szkła kwarcowego o małej objętości i luźno przymocuj nasadkę wciskaną, aby roztwór mógł oddychać. Teraz załaduj kuwetę do mikroskopu fluorescencyjnego, jak opisano w protokole tekstowym. Przed rozpoczęciem przechwytywania wideo należy szybko ustawić ostrość mikroskopu tak, aby interesująca cząstka utworzyła koncentryczny pierścień, a cząstka znajduje się w pozycji ostrości.

Nie przesuwaj płaszczyzny ostrości podczas nagrywania wideo. Po znalezieniu interesującej Cię cząstki nagraj ją z 30-sekundowymi filmami przy 30 klatkach na sekundę. Około 20 filmów z jednego eksperymentu dostarczy wystarczająco dużo szczegółów do rekonstrukcji trajektorii, która jest opisana w protokole tekstowym.

Koloidy osadzano na czystym szkiełku podstawowym. Przed osadzaniem platyny za pomocą mikroskopu optycznego obserwowano dyspersję mikrosfer polistyrenowych na powierzchni szkiełka. Skala ma 40 mikronów.

Po dodaniu platyny wykonano obraz SEM, aby potwierdzić pożądaną półkulistą warstwę platyny. Podziałka ma wartość dwóch mikronów. Fluorescencyjni pływacy Janusa byli wyraźnie widoczni, gdy byli zamocowani w gumie Gellan symetrycznych cechach pierścienia w optymalnie rozogniskowanych warunkach.

Promień pierścienia został wykorzystany do wyznaczenia względnego położenia Z koloidu. Środki koloidu zostały obliczone poprzez wyodrębnienie serii pionowych i poziomych linii oraz znalezienie średniego punktu środkowego między jasnymi szczytami. Następnie promienie pierścienia obliczono na podstawie szczytowej intensywności splajnu dopasowanego do średnich wartości fal pikselowych promieniujących ze środka pierścienia.

Następnie wykonano krzywą kalibracyjną przy użyciu stałej próbki koloidalnej i skalibrowanego mikroskopu w celu powiązania pozornego rozmiaru koloidalnego i odległości od zogniskowanej pozycji. W ten sposób na podstawie danych uzyskano trójwymiarową trajektorię dla pływaka z fluorescencyjnymi cząstkami Janusa. Po obejrzeniu tego eksperymentu powinieneś być teraz w stanie śledzić urządzenia pływające w trzech wymiarach za pomocą konwencjonalnego mikroskopu fluorescencyjnego.

Metoda ta została wykorzystana przez naukowców do badania zjawisk takich jak grawitaksja. Ten eksperyment polega na użyciu nadtlenku wodoru, który jest niebezpieczną substancją chemiczną i jest szczególnie niebezpieczny, gdy jest połączony z katalitycznymi urządzeniami pływającymi ze względu na wydzielanie dużej ilości tlenu. Dlatego na tych etapach ważne jest, aby pojemnik nie był bezpiecznie zamknięty.