Microtensiometer para Visualização de Microscopia Confocal de Interfaces Dinâmicas

Summary

Este manuscrito descreve o desenho e o funcionamento de um microscópio microtensiômetro/confocal para fazer medições simultâneas de tensão interfacial e reologia dilatacional superficial enquanto visualiza a morfologia interfacial. Isso proporciona a construção em tempo real das relações estrutura-propriedade de interfaces importantes em tecnologia e fisiologia.

Abstract

A adsorção de moléculas ativas da superfície para interfaces fluido-fluido é onipresente na natureza. Caracterizar essas interfaces requer medir as taxas de adsorção de surfactantes, avaliar as tensões superficiais de equilíbrio em função da concentração de surfactante em massa e relacionar como a tensão superficial muda com as mudanças na área interfacial após o equilíbrio. A visualização simultânea da interface usando imagens de fluorescência com um microscópio confocal de alta velocidade permite a avaliação direta das relações estrutura-função. No microtensiometer de pressão capilar (CPM), uma bolha de ar hemisférica é fixada no final do capilar em um reservatório líquido de volume de 1 mL. A pressão capilar através da interface de bolha é controlada através de um controlador de fluxo microfluido comercial que permite pressão baseada em modelo, curvatura de bolhas ou controle de área de bolha com base na equação de Laplace. Em comparação com técnicas anteriores, como o cocho Langmuir e a queda do pingente, a precisão de medição e controle e o tempo de resposta são muito aprimorados; variações de pressão capilar podem ser aplicadas e controladas em milissegundos. A resposta dinâmica da interface de bolha é visualizada através de uma segunda lente óptica à medida que a bolha se expande e contrai. O contorno da bolha é adequado a um perfil circular para determinar o raio de curvatura da bolha, R, bem como quaisquer desvios de circularidade que invalidariam os resultados. A equação de Laplace é usada para determinar a tensão dinâmica da superfície da interface. Após o equilíbrio, pequenas oscilações de pressão podem ser impostas pela bomba microfluida controlada por computador para oscilar o raio da bolha (frequências de 0,001-100 ciclos/min) para determinar o módulo dilatational As dimensões gerais do sistema são suficientemente pequenas para que o microtensiômetro se encaixe sob a lente de um microscópio confocrática de alta velocidade permitindo que espécies químicas fluorescentes marcadas sejam rastreadas quantitativamente com resolução lateral.

Introduction

Interfaces ar-água cobertas por filmes surfactantes são onipresentes no cotidiano. As injeções de água surfactante são usadas para melhorar a recuperação de óleo de campos empobrecidos e são usadas como soluções de fraturamento hidráulico para gás de xisto e óleo. Espumas gás-líquido e emulsões líquido-líquidos são comuns a muitos processos industriais e científicos como lubrificantes e agentes de limpeza e são comuns em alimentos. Surfactantes e proteínas nas interfaces estabilizam as conformações de anticorpos durante a embalagem, armazenamento e administração 1,2,3,4,5, estabilidade do filme lacrimal ^<....

Protocol

1. Preparação de tubos capilares

1. Coloque o capilar em um puxador capilar e execute o programa de puxar desejado para fazer dois capilares afilados com um diâmetro externo (OD) de ~1 μm na ponta.
   NOTA: O OD do capilar antes de puxar deve ser o OD especificado para caber no suporte capilar na célula microtensiômetro. O diâmetro interno (ID) do capilar pode variar, mas afetará o raio crítico do capilar após a puxar. Um programa de puxar é escolhido para que o taper resultante inicialmente reduza o OD capilar e o ID rapidamente, em seguida, atinge um raio perto do desejado capilar OD e ID, e, em seguida, reduz o diâmetro mais lentamente. Isso....

Results

Uma das principais fontes de erro de medição surge dos capilares que possuem defeitos, seja do processo de corte (Figura 5A,B) ou do processo de revestimento (Figura 5D). Ambos os tipos de defeitos levam a erros na determinação da forma e tamanho da bolha pelo sistema óptico de análise de imagens, levando a valores imprecisos de tensão superficial. É importante examinar cuidadosamente cada novo capilar depois de ser puxado e revestido sob o micr.......

Discussion

O CPM/CFM combinado é uma poderosa ferramenta para examinar dinâmicas interfaciais, equilíbrio e morfologia. Este protocolo descreve as etapas necessárias para a obtenção de dados com CPM/CFM.

A Figura 2 mostra o design celular com canais para a troca capilar, solvente e de calor indicada. A entrada para troca de solventes deve estar na parte inferior da célula, enquanto a tomada deve estar na parte superior, permitindo que a célula não transborda durante a troca........

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Tubulação Tygon de 1,5 O.D. Tubulação	Fischer Scientific
A1RHD Microscópio confocal vertical multifotônico	Microscópio Confocal	Nikon
Solução			Ácido sulfúrico e Alnochromix diluídos em água 50% em volume, espere até que estejam claros antes de diluir
Alnochromix	Alconox	2510	Misturado com ácido sulfúrico para embalagem instrução e diluído para fazer solução de limpeza ácida
Cortador de vidro cerâmico	Sutter Instruments
Clorofórmio	Sigma-Aldrich	650471	HPLC Plus
Curosurf	Chiesi		Surfactante Pulmonar
Di Água			18.5 MΩ - cm
Etanol	qualquer		prova 200 usado para hidrofobização, desnaturado usado para limpeza
Iluminador de fibra óptica Fiber-Lite Modelo 190	Dolan-Jenner Industries Inc.	281900100	Fonte de luz; outras fontes de luz também devem funcionar Flow
EZ F69 mbar w/Link Module	Fluigent	LU-FEZ-0069	Bomba Microfluídica
Fluigent SDK VIs	Fluigent		Necessário para Interface Virtual CPM
		fluoroelastômero	Usinado a partir de chapa Viton de 1 mm de espessura, Veja a figura 3
Filtro de gás	Norgren	F07-100-A3TG	Colocado entre a bomba microfluídica e o regulador de pressão
Regulador de gás	Norgren	10R0400R	Reduz a pressão da fonte para a faixa da bomba, conectada à faixa do filtro de gás 2-120 psi
Vidro Capilar	Sutter Instruments	B150-86-10	Vidro de borossilicato O.D. 1.5 mm I.D. 0.86 mm
Vidro Deslize	qualquer		75 mm x 25 mm
	Hamilton	84878	25 μ L seringa de vidro
Agente hidrofobizante	Sigma-Aldrich	667420	1H,1H,2H,2H-Perfluoro-octiltrietoxissilano 98%, outro trietoxissilano hidrofóbico pode ser substituído
Surfactante insolúvel	Avanti	850355C-200mg	16:0 DPPC em clorofórmio
Software LabVIEW National	Instruments		2017
Filtro Longpass	ThorLabs	FEL0650	Filtro Longpass de 650 nm, comprimento de onda deve remover a excitação da frequência do lazer
Lyso-PC	Avanti	855675P	16:0 Lyso PC 1-palmitoil-2-hidroxi-sn-glicero-3-fosfocolina
Masterflex L/S sistema de bomba de consola analógica de velocidade variável w/  Cabeçote de bomba Easy-Load II	Masterflex	HV-77916-20	Bomba peristáltica
MATLAB	Mathworks		R2019
Extrator de micropipeta P-1000	Sutter Instruments		Extrator capilar
Célula de microtensiômetro e célula de suporte			usinada em PEEK, suporte usinado em alumínio, consulte as figuras 3 e 4
Objetiva do microtensiômetro	Nikon		Fluor 20x/0.50W DIC M/N2 ∞/0 WD 2.0 mm
NI Vision Development Module	National Instruments		Required for CPM virtual Interface
PEEK finger tight fittings	IDEX	F-120x	10-32 Coned Ports
PEEK plug	IDEX	P-551	10-31 Coned Ports
pippette tips	Eppendorf	22492225	100 μ L - 1000 μ L,
Fórceps de Plástico	Thermo Scientific	6320-0010
Seringa de Plástico	Fischer Scientific	14-955-459	10 mL
Peças de encanamento	Válvulas de 3 vias Fischer Scientific e outras peças de encanamento para conectar a tubulação.
Pesquisa Plus 1 canal 100μ L– 1000 μ L	Eppendorf	3123000063	Micro pipetter
Ácido Sulfúrico	qualquer		Usado para solução de limpeza ácida
T Plan SLWD 20x/0.30 OFN25 WD 30 mm	Objetiva de Microscópio Confocal	Nikon
Texas Red DHPE triethylammonim salt	Thermo Fischer Scientific	1395MP	Bomba de Vácuo Fluoróforo
	Gast	DOA-P704-AA