Подготовка и 3D Tracking каталитических Плавательные устройств

Общая цель этого эксперимента — измерить 3D-траекторию для каталитического плавательного устройства. Этот метод может помочь объяснить различные явления для плавательных устройств, например, как они реагируют на химические градиенты и гравитационные поля при движении в вольтовых растворах. Ключевым преимуществом этой методики является то, что ее можно применять с помощью любого обычного флуоресцентного микроскопа.

Эту технику продемонстрирует мой аспирант Ричард Арчер. Для этого протокола подготовьте стекольные стекла, как описано в тексте. Далее подготовьте коллоидную дисперсию для осаждения на предметное стекло.

Сначала пипеткой насыпьте десять микролитров водного 10% по весу флуоресцентного коллоидного раствора в 990 микролитров этанола для получения одного миллилитра, 0,1% по весу коллоидной суспензии. Затем перемешайте смесь в течение десяти секунд. Затем нанесите коллоидную дисперсию методом отжима на подготовленную подложку из стекла предметного стекла.

Приготовьтесь загрузить на предметное стекло 100 микролитров разведенного коллоидного раствора. Как только вы достигнете 2000 оборотов в минуту, постепенно нанесите подвес на центр горки. Вращайте в течение 30 секунд с момента начала осаждения.

Перенесите предметное стекло с покрытием в оптический микроскоп и убедитесь, что центральная область предметного стекла покрывается равномерной дисперсией в основном не соприкасающихся отдельных коллоидов. Затем вакуумное испарение металлической платины на предметном стекле в металлическом испарителе. Убедитесь, что предметное стекло установлено так, чтобы коллоиды были обращены к источнику испарения.

Используйте источник испарения платинового металла и нанесите на предметное стекло 15 нанометров платины. После нанесения металла храните предметное стекло в инертной атмосфере. На этом изготовление исходных частиц Януса завершено.

Первым делом необходимо суспензировать частицы Януса в растворе. Для этого подготовьте квадратный квадрат хрусталика размером один на один сантиметр и смочите его конец десятью микролитрами деионизированной воды. Затем, придерживая бумагу пинцетом, аккуратно потрите смоченную часть по поверхности коллоидного стекла с платиновым напылением.

Затем погрузите ткань хрусталика в трубку с 1,5 миллилитрами деионизионной воды. Закройте тюбик крышкой и вручную встряхивайте его в течение 30 секунд. Затем удалите ткань хрусталика и пипетируйте один миллилитр воды, теперь содержащей коллоиды, в небольшую пробирку с одним миллилитром 30% веса по объему раствора перекиси водорода.

Аккуратно перемешайте растворы. Затем перенесите трубку в ультразвуковую ванну при комнатной температуре. Контейнер не должен быть герметичным, так как может потребоваться утечка кислорода.

После пяти минут обработки ультразвуком дайте смеси понервироваться в течение 25 минут при комнатной температуре без перемешивания. Тем временем высушите 100 микролитров оставшегося водного коллоидного раствора и задокументируйте его с помощью сканирующего электронного микроскопа, чтобы проверить коллоидную структуру Януса. Затем добавьте один миллилитр воды DI к двум миллилитрам раствора, чтобы снизить концентрацию перекиси водорода до десяти процентов, что является подходящей топливной силой для быстрого движения коллоидов Януса.

Затем заполните приготовленным раствором прямоугольную кювету из кварцевого стекла небольшого объема и неплотно прикрепите вставной колпачок, чтобы раствор мог дышать. Теперь загрузите кювету во флуоресцентный микроскоп, как указано в текстовом протоколе. Перед началом видеосъемки быстро сфокусируйте микроскоп так, чтобы интересующая частица образовала концентрическое кольцо с частицей, находящейся в положении фокусировки.

Не перемещайте плоскость фокусировки во время видеосъемки. Как только интересующая частица будет найдена, запишите ее с помощью 30-секундных видеороликов с частотой 30 кадров в секунду. Около 20 видео из одного эксперимента обеспечат достаточную детализацию для реконструкции траектории, которая описана в текстовом протоколе.

Коллоиды осаждались на чистом предметном стекле. Перед осаждением платины дисперсия полистирольных микросфер на поверхности предметного стекла наблюдалась с помощью оптического микроскопа. Масштабная линейка составляет 40 мкм.

После добавления платины было получено изображение SEM для подтверждения желаемого полусферического слоя платины. Масштабная линейка находится на уровне двух микрон. Флуоресцентные пловцы Януса были хорошо заметны при закреплении в жевательной резинке симметричного кольца в оптимально расфокусированных условиях.

Радиус кольца использовался для определения относительного Z-положения коллоида. Центры коллоида были рассчитаны путем выделения ряда вертикальных и горизонтальных линий и нахождения средней точки между яркими пиками. Затем кольцевые радиусы были рассчитаны на основе пиковой интенсивности сплайна, подогнанной к средним значениям пиксельных волн, излучаемых из центра кольца.

Затем была построена калибровочная кривая с использованием фиксированного коллоидного образца и откалиброванного микроскопа, чтобы соотнести видимый размер коллоида и расстояние от сфокусированного положения. Таким образом, трехмерная траектория для пловца с флуоресцентными частицами Януса была получена на основе полученных данных. После наблюдения за этим экспериментом вы сможете отслеживать плавательные устройства в трех измерениях с помощью обычного флуоресцентного микроскопа.

Этот метод использовался исследователями для изучения таких явлений, как гравитаксис. Этот эксперимент включает в себя использование перекиси водорода, которая является опасным химическим веществом, и это особенно опасно в сочетании с каталитическими плавательными устройствами из-за выделения большого количества газообразного кислорода. Поэтому на этих этапах важно, чтобы контейнер не был надежно запечатан.