Preparação e 3D Rastreamento de Catalytic Natação Devices

O objetivo geral deste experimento é medir a trajetória 3D de um dispositivo de natação catalítica. Essa técnica pode ajudar a explicar uma variedade de fenômenos para dispositivos de natação, como a forma como eles respondem a gradientes químicos e campos gravitacionais enquanto se movem em soluções de volts. Uma das principais vantagens dessa técnica é que ela pode ser aplicada usando qualquer microscópio de fluorescência convencional.

Esta técnica será demonstrada pelo meu aluno de doutorado, Richard Archer. Para este protocolo, prepare lâminas de vidro conforme descrito no texto. Em seguida, prepare a dispersão coloidal para deposição na lâmina.

Primeiro, pipete dez microlitros de solução coloidal fluorescente aquosa a 10% em peso em 990 microlitros de etanol para uma suspensão coloidal de um mililitro e 0,1% em peso. Em seguida, vortex a mistura por dez segundos. Em seguida, gire a camada da dispersão coloidal no substrato de lâmina de vidro preparado.

Prepare-se para carregar 100 microlitros da solução coloidal diluída na lâmina. Uma vez a 2000 rpm, deposite gradualmente a suspensão no centro da corrediça. Gire por 30 segundos a partir do início do depósito.

Transfira a lâmina de vidro revestida para um microscópio óptico e verifique se uma dispersão uniforme de colóides separados que não se tocam cobre a região central da lâmina. Em seguida, evapore o metal de platina a vácuo na lâmina de vidro em um evaporador de metal. Certifique-se de carregar a lâmina com os colóides voltados para a fonte de evaporação.

Use uma fonte de evaporação de metal de platina e deposite 15 nanômetros de platina na lâmina. Após a aplicação do metal, armazene a lâmina sob uma atmosfera inerte. Isso completa a fabricação de partículas de Janus de estoque.

O primeiro passo é suspender as partículas de Janus em solução. Para fazer isso, prepare um quadrado de um por um centímetro de tecido do cristalino e umedeça a extremidade com dez microlitros de água DI. Em seguida, segurando o papel com uma pinça, esfregue suavemente a parte molhada ao longo da superfície da lâmina de vidro decorada com colóide revestido de platina.

Em seguida, mergulhe o tecido da lente em um tubo com 1,5 mililitros de água DI. Tampe o tubo e agite-o manualmente por 30 segundos. Em seguida, remova o tecido do cristalino e pipete um mililitro de água, agora contendo colóides, em um pequeno tubo com um mililitro de solução de peróxido de hidrogênio a 30% em peso por volume.

Misture delicadamente as soluções. Em seguida, transfira o tubo para um banho ultrassônico em temperatura ambiente. O recipiente não deve ser selado, pois o oxigênio pode precisar escapar.

Após cinco minutos de sonicação, deixe a mistura incubar por 25 minutos em temperatura ambiente sem agitação. Enquanto isso, seque 100 microlitros da solução coloidal aquosa restante e documente-a com um microscópio eletrônico de varredura para verificar a estrutura coloidal de Janus. Em seguida, adicione um mililitro de água DI aos dois mililitros de solução para reduzir a concentração de peróxido de hidrogênio para dez por cento, que é uma força de combustível adequada para propulsão rápida dos colóides Janus.

Em seguida, encha uma cubeta retangular de vidro de quartzo de baixo volume com a solução preparada e prenda frouxamente uma tampa push-in para que a solução possa respirar. Agora, carregue a cubeta em um microscópio de fluorescência conforme descrito no protocolo de texto. Antes de iniciar uma captura de vídeo, focalize rapidamente o microscópio para que a partícula de interesse produza um anel concêntrico com a partícula sob a posição de foco.

Não mova o plano de foco durante a captura de vídeo. Assim que a partícula de interesse for encontrada, grave-a com vídeos de 30 segundos a 30 quadros por segundo. Cerca de 20 vídeos de um experimento fornecerão detalhes suficientes para a reconstrução da trajetória, descrita no protocolo de texto.

Os colóides foram depositados em uma lâmina de vidro limpa. Antes da deposição da platina, foi observada a dispersão de microesferas de poliestireno na superfície da lâmina por meio de microscópio óptico. A barra de escala é de 40 mícrons.

Depois que a platina foi adicionada, uma imagem SEM foi tirada para confirmar a camada hemisférica de platina desejada. A barra de escala está em dois mícrons. Os nadadores fluorescentes Janus eram claramente visíveis quando fixados em goma gelana, um anel simétrico apresenta sob condições desfocadas de maneira ideal.

O raio do anel foi usado para determinar a posição Z relativa do colóide. Os centros do colóide foram calculados extraindo uma série de linhas verticais e horizontais e encontrando o ponto médio médio entre os picos brilhantes. Em seguida, os raios do anel foram calculados a partir da intensidade de pico do spline ajustado aos valores médios de onda de pixel irradiando do centro do anel.

Uma curva de calibração foi então feita usando uma amostra coloidal fixa e um microscópio calibrado para relacionar o tamanho coloidal aparente e a distância da posição focalizada. Assim, a trajetória tridimensional de um nadador de partículas fluorescentes de Janus foi obtida a partir dos dados. Depois de assistir a este experimento, agora você deve ser capaz de rastrear dispositivos de natação em três dimensões usando um microscópio de fluorescência convencional.

Este método tem sido usado por pesquisadores para explorar fenômenos como a gravitaxia. Este experimento envolve o uso de peróxido de hidrogênio, que é um produto químico perigoso e isso é particularmente perigoso quando combinado com os dispositivos catalíticos de natação devido à evolução de muito gás oxigênio. Portanto, durante esses estágios, é importante que o recipiente não esteja selado com segurança.