Formando, Confinando e Observando Nemática Ativa Baseada em Microtúbulos

A Nemática Ativa emergiu como um tópico de pesquisa emocionante que expande os campos da dinâmica não linear e dos cristais líquidos. Existem fluidos complexos que exibem defeitos topológicos mortais e dinâmicas caóticas. Existem muitos estudos teóricos recentes na literatura focados em Nemática Ativa confinada.

No entanto, tem sido um desafio para os experimentalistas confinar o material em geometrias de microescala. Nossa técnica torna a configuração experimental mais simples para que os novos grupos possam entrar em campo e experimentar esses materiais emocionantes. As técnicas poderiam ser aplicadas a outros sistemas de matéria ativa EQUIS, por exemplo, para formar uma fase composta de efeito e à medida que fases mais ativas são desenvolvidas no futuro, os experimentadores precisam descobrir maneiras de confinar o material usando nemática semelhante.

Demonstrando o procedimento estarão Derek Hammar e Fereshteh Memarian, estudantes de pós-graduação do meu laboratório. Para preparar folhas de cobertura hidrofílicas com um revestimento de acrilamida comece por limpar completamente as folhas de cobertura com água e sabão, etanol e hidróxido de sódio molar 0,1 com enxaguamentos alternados usando água nano pura. Uma vez enxaguada a cobertura desliza com a solução de Silano composta por 100 mililitros de etanol um mililitro de ácido ascético e 500 microlitros de trimetoxisilil propilmetacrilato a por 15 minutos.

Em seguida, enxágue com água nano pura. Prepare uma solução de acrilamida a partir de 95 mililitros de água nano pura e cinco mililitros de 40 por cento de acrilamida. Em seguida, desgaseifique a solução por 30 minutos em forno a vácuo, adicione 0,07 gramas de amônio por sulfito e 35 microlitros de tetrametiletilenodiamina para uma concentração final de 2,3 milimolares.

Despeje a solução de acrilamida sobre a tampa desliza enquanto enfrenta e incuba durante a noite à temperatura ambiente. Para preparar o microscópio hidrofóbico desliza pipeta 100 microlitros de uma solução repelente de água em uma lâmina de microscópio de vidro limpo. Em seguida, coloque outra lâmina de vidro limpo em cima.

Isso garante um revestimento uniforme da solução repelente à água na superfície onde ela fica por dois minutos. Remova a segunda lâmina de vidro e lave bem a primeira lâmina com água nano pura. Em seguida, seque com gás nitrogênio.

Prepare uma mistura de óleo de engenharia que inclua surfactante fluorado a 1,8%. Monte a lâmina de vidro e a tampa deslizante usando espaçadores adesivos de dupla face de 40 micrômetros. Coloque os espaçadores separados por 1,5 milímetros na lâmina do microscópio hidrofóbico.

Em seguida, coloque a tampa revestida de acrilamida deslize em cima dos espaçadores com um lado tratado virado para baixo para aderir. Depois que a célula de fluxo tiver sido construída imediatamente pipete a mistura de óleo para a célula de fluxo preenchendo o espaço fechado usando uma pipeta em um frasco separado, misture suavemente seis microlitros de material ativo com 3,73 microlitros de mistura. Um microlitro de solução de microtúbulos 0,6 microlitros de solução de ATP e 0,67 microlitros de M duas pipetas tampão B seis microlitros de material ativo recém-misturado em uma extremidade aberta da célula de fluxo.

Algum óleo será deslocado pela solução aquosa à medida que é injetado no canal. Isso pode ser absorvido na extremidade oposta do canal de fluxo usando um pequeno pedaço de papel de seda. Após o enchimento, sele ambos os lados da célula de fluxo com uma cola epóxi que endurece quando exposta à luz UV por 20 segundos.

Confinar a camada ativa entre os dois fluidos admissíveis numa camada quase 2D. Coloque a célula de fluxo em uma centrífuga de balde oscilante com a fase aquosa na parte superior e a camada de óleo mais densa embaixo da centrífuga a 212 G por 10 minutos. Após a conclusão desta etapa, a célula de fluxo pode ser levada a um microscópio de epifluorescência para imagens com uma objetiva de ampliação de 10 x ou 20 x.

Primeiro, projete um molde mestre para o PDMS. Isso pode ser conseguido por pilares de impressão 3D em um substrato. Após a impressão 3D do molde mestre de resina, limpe-o com isopropanol e, em seguida, cure o molde sob uma lâmpada UV por 45 minutos e no forno a 120 graus Celsius por duas horas, prepare o policorante metil ciano usando um agente de cura de elastômero e uma base de elastômero.

Misture os dois componentes em uma proporção de 1 a 10 usando uma espátula de metal. Para remover essas bolhas, coloque a mistura sob vácuo para desgaseificar por uma hora, após o que o PDMS não curado deve parecer transparente. Despeje o PDMS em um molde adequado e deixe durante a noite para curar a 60 graus Celsius.

Para preparar uma superfície PDMS hidrofílica, limpe o PDMS por 10 minutos com etanol e isopropanol, depois enxágue bem com água deionizada três vezes e seque. Use um limpador de plasma por cinco minutos para limpar o PDMS curado a seco. Isso torna a superfície mais hidrofílica.

Em seguida, prepare uma solução de silano e mergulhe o substrato nessa solução por 15 minutos para preparar o revestimento de acrilamida, lave o substrato completamente com água deionizada e mergulhe em solução de acrilamida. Quando estiver pronto para uso, lave a superfície com água deionizada e seque com nitrogênio para uso imediato. Anexe o PDMS a uma lâmina de vidro com cola epóxi, pipete um microlitro da mistura ativa sobre o substrato do PDMs e adicione imediatamente o óleo de silicone sobre a gota de rede ativa.

A rede ativa se moverá para o poço. Esse processo leva até 60 minutos. Coloque o dispositivo PDMS em uma centrífuga de balde oscilante com a camada de óleo acima da camada de água e gire por 12 minutos a 212 G.Após a conclusão desta etapa, leve o material ao microscópio para registrar o progresso do material por imagem.

À medida que se equilibra. A imagem representativa mostra microtúbulos curtos de comprimentos semelhantes. Os microtúbulos individuais podem ser difíceis de visualizar devido ao seu pequeno tamanho.

O uso de uma câmera de alta sensibilidade projetada para microscopia de fluorescência é melhor para esta aplicação. Uma camada pneumática ativa bem formada é homogênea em textura, sem áreas de vazio significativas e defeitos topológicos móveis presentes. Note, no entanto, que pode haver alguns pequenos vazios aceitáveis nos núcleos de defeito.

Tratamento de superfície adequado para ter uma superfície hidrofílica ou hidrofóbica. Com este método, o rolo de geometria pode ser discutido facilmente e a estrutura ativa pode ser controlada apenas alterando o confinamento físico.