Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

Combinatie van Microfluidics en Microrheology om te bepalen de Rheologische eigenschappen van zachte materie tijdens herhaalde fase-overgangen

Published: April 19, 2018 doi: 10.3791/57429
Automatic Translation
1, 1, 2, 1
1Department of Chemical and Biomolecular Engineering, Lehigh University, 2Process and Engineering Development, Procter & Gamble Co.

Summary

We laten zien dat de fabricage en het gebruik van een microfluidic apparaat waarmee meerdere deeltje bijhouden microrheology afmetingen om te bestuderen van de reologische effecten van herhaalde fase-overgangen op zachte materie.

Abstract

De microstructuur van zachte materie rechtstreeks invloed op macroscopische Rheologische eigenschappen en kan worden gewijzigd door factoren met inbegrip van colloïdale omlegging tijdens vorige fase veranderingen en schuintrekken toegepast. Om te bepalen van de omvang van deze veranderingen, hebben we een microfluidic apparaat dat hiermee herhaald fase-overgangen geïnduceerd door uitwisseling van de omliggende vloeistof en microrheological karakterisatie terwijl het beperken van de afschuiving van de steekproef. Deze techniek is µ2reologie, de combinatie van microfluidics en microrheology. Het microfluidic-apparaat is een twee-laag ontwerp met symmetrische inlaat stromen een monsterkamer waarmee het gel monster in plaats tijdens vloeistof uitwisseling invoeren. Zuig toepasbaar zijn ver weg van de monsterkamer om te trekken van vloeistoffen in de monsterkamer. Rheologische eigenschappen van het materiaal worden gekarakteriseerd met behulp van meerdere deeltje bijhouden van microrheology (MPT). In MPT, fluorescente sonde deeltjes zijn ingebed in het materiaal en de Brownse beweging van de sondes is opgenomen met behulp van videomicroscopie. De beweging van de deeltjes wordt bijgehouden en de verplaatsing van gemiddelde van het kwadraat (MSD) wordt berekend. De MSD is gerelateerd aan macroscopische Rheologische eigenschappen, met behulp van de Generalized Stokes-Einstein relatie. De fase van het materiaal in vergelijking tot de kritische ontspanning exponent is aangeduid, bepaald met behulp van tijd-cure superpositie. Metingen van een vezelige colloïdale gel illustreren het nut van de techniek. Deze gel heeft een fijne structuur die onherroepelijk kan worden gewijzigd wanneer schuintrekken wordt toegepast. µ2reologie gegevens blijkt dat het materiaal herhaaldelijk equilibrates naar de dezelfde Rheologische eigenschappen na elke faseovergang, die aangeeft dat fase-overgangen niet een rol in microstructurele veranderingen spelen. Om te bepalen van de rol van shear, kunnen monsters worden schuingetrokken vóór injectie in onze microfluidic-apparaat. µ2reologie is een breed toepasbaar techniek voor de karakterisering van zachte materie waardoor de bepaling van Rheologische eigenschappen van delicate microstructuren in één sample tijdens fase-overgangen in antwoord op herhaalde veranderingen in de omringende milieu-omstandigheden.

Introduction

Fase-overgangen in zachte materie kunnen wijzigen de structuur van de steiger, hetgeen zijn weerslag in de verwerking en definitieve stabiliteit van het materiaal1,2,3 heeft. De karakterisering van zachte materialen tijdens dynamische fase-overgangen bevat essentiële informatie over de relatie tussen structurele evolutie en evenwicht structuur en reologische eigenschappen. Bijvoorbeeld, vereisen veel thuiszorg producten een fase verandering tijdens gebruik door de consument. Ook tijdens de fabricage, kan verwerking van stappen, met inbegrip van verdunning en vermenging, schuintrekken beïnvloeden de Rheologische eigenschappen en de uiteindelijke microstructuur van het product geven. Inzicht in de Rheologische eigenschappen in een fase verandering zorgt ervoor dat het product wordt uitgevoerd zoals ontworpen. Bovendien als krachten de startende reologie van het materiaal tijdens het productieproces wijzigt, fase-overgangen kunnen onverwachte en ongewenste resultaten opleveren, veranderen de beoogde functie en doeltreffendheid. Op het punt van de kritische gelering, gedefinieerd als het punt waar het materiaal van een oplossing van de bijbehorende colloïden of polymeren met een monster-spanning gel netwerk overgangen, materiaaleigenschappen drastisch veranderen met lichte wijzigingen aan vereniging. Elke wijziging van de structuur op het punt van de kritische gel kan invloed hebben op het eindproduct4. Tijdens deze dynamische overgangen, zachte materialen hebben zwakke mechanische eigenschappen en metingen die gebruikmaken van klassieke experimentele technieken kunnen worden binnen de meting lawaai limiet5,6,7. Voor deze, technieken zoals microrheology, die gevoelig is in het lage moduli bereik (10-3 - 4 Pa), worden gebruikt voor het karakteriseren van de zwakke beginnende gel tijdens dynamische evolutie. Sommige materialen zijn gevoelig voor veranderingen in de microstructuur als gevolg van externe krachten, die een uitdaging tijdens karakterisering, zoals elke overdracht van materiaal of vloeistof kan invloed hebben op de structuur en, uiteindelijk, de uiteindelijke eigenschappen van het materiaal. Om te voorkomen dat de materiële microstructuur te veranderen, hebben we een microfluidic apparaat die het milieu vloeistof rond een steekproef uitwisselen kunt terwijl het minimaliseren van shear. Door de vloeistof milieu uit te wisselen, worden wijzigingen in Rheologische eigenschappen en microstructuur gemeten tijdens fase-overgangen met minimale bijdragen van shear. Het apparaat wordt gecombineerd met meerdere deeltjes bijhouden van microrheology (MPT) in een techniek genaamd µ2reologie. Deze techniek wordt gebruikt voor het kwantificeren van materiaaleigenschappen tijdens opeenvolgende fase wijzigingen van een gel in reactie op een externe drijvende kracht. De techniek wordt geïllustreerd met behulp van een vezelige colloïdale gel, gehydrogeneerde ricinusolie (HCO)9,10,11.

Gel steigers kunnen ondergaan veranderingen in associatie en dissociatie als gevolg van hun monster milieu12,13,14,15. De drijvende kracht voor gelering en afbraak specifieke materiaal zijn en moeten worden aangepast voor elk materiaal van belang. µ2reologie kan worden gebruikt voor het karakteriseren van gel systemen die op externe prikkels reageren, met inbegrip van colloïdale en polymere netwerken. Wijziging van de pH, osmotische druk of zoutconcentratie zijn voorbeelden van de drijvende krachten die de veranderingen in de materiële microstructuur kunnen veroorzaken. Bijvoorbeeld, ondergaat HCO gecontroleerde fase-overgangen door het creëren van een verloop van de osmotische druk. Als een geconcentreerde HCO gel monster (4 wt % HCO) is ondergedompeld in water, verzwakken de aantrekkelijke krachten tussen colloïdale deeltjes, achteruitgang veroorzaakt. Als alternatief, wanneer een verdunde oplossing van HCO (0,125 wt % HCO) contact wordt opgenomen met een hydrofiele materiaal (hierna aangeduid als de Geleermiddel en samengesteld uit meestal glycerine en oppervlakteactieve stof), de aantrekkelijke gedwongen terugkeer, gelering veroorzaakt. Dit gel systeem zal worden gebruikt om de werking van het apparaat als een instrument voor het meten van de opeenvolgende fase-overgangen op een monster9,10. Karakteriseren deze gel steigers tijdens dynamische overgangen en de delicate beginnende gel structuur tijdens de kritieke fase-overgang, gebruiken we MPT te karakteriseren deze materialen met hoge spatio-temporele resolutie.

Microrheology wordt gebruikt om de eigenschappen van de gel en structuur, met name op de kritische overgang, van een matrix van zachte materialen, met inbegrip van colloïdale en polymere gels5,,6,,9,16te bepalen. MPT is een passieve microrheological-techniek die gebruikt videomicroscopie naar record de Brownse beweging van fluorescente sonde deeltjes ingebed in een steekproef. De posities van de deeltjes in de video's zijn het juist vastbesloten om binnen 1/10th van een pixel met klassieke algoritmen17,18bijhouden. Het ensemble gemiddeld verplaatsing gemiddelde van het kwadraat (MSD, (Δr2(t))) wordt berekend op basis van deze trajecten deeltje. De MSD is gerelateerd aan de eigenschappen van het materiaal, zoals de kruip naleving, gebruik van de Generalized Stokes-Einstein relatie17,19,20,21,22, 23. De staat van het materiaal wordt bepaald door berekening van de logaritmische helling van de MSD-curve als een functie van de vertragingstijd, α,

Equation 1

t is waar de vertragingstijd, en vergelijken met de kritieke ontspanning exponent, n. n is bepaald met behulp van tijd-cure superpositie, een goed gedocumenteerde techniek die werd gewijzigd om MPT gegevens te analyseren door Larsen en Furst6. Door vergelijking van n naar α is de staat van het materiaal kwantitatief bepaald. Als α > n het materiaal is een sol, en wanneer α < n het materiaal is een gel. Vorige werk heeft het HCO-systeem met behulp van microrheology om te bepalen van de kritische ontspanning exponent9gekenmerkt. Met behulp van deze informatie, bepalen wij precies wanneer het materiaal overgangen van een gel een Sol tijdens een experiment. Bovendien, kan de niet-Gaussiaans parameter, αNG, worden berekend om te bepalen van de omvang van de structurele heterogeniteit van een systeem,

Equation 2

waar is Δx(t) de beweging van de eendimensionale deeltje in de x -richting. Met behulp van MPT, kunnen wij een enkele fase-overgang karakteriseren, maar door het karakteriseren van materialen met MPT in een microfluidic apparaat, zijn wij in staat om te manipuleren van de vloeistof omgeving en gegevens verzamelen van verschillende fase-overgangen van een steekproef van enkele gel.

Dit microfluidic apparaat is ontworpen voor het onderzoeken van de kritische overgangen van een steekproef van enkele gel die fase veranderingen in reactie op veranderingen in de omgeving van de vloeistof ondergaat. De uitwisseling van apparaat vloeistof rondom het monster wanneer it's either in de gel of sol staat door het blokkeren van het monster in plaats voor het opwekken van een faseovergang terwijl het minimaliseren van shear. Een oplosmiddel bekken bevindt zich direct boven de monsterkamer, die zijn verbonden door zes symmetrisch verdeelde inlaat kanalen. Deze symmetrie zorgt voor de uitwisseling van de vloeistof uit het oplosmiddel bekken aan de monsterkamer terwijl het creëren van gelijke druk rond het monster, locken in plaats. Zijn er verschillende studies die deze techniek voor één deeltje en DNA overlapping gebruiken, maar dit werk Hiermee schaalt u het volume van afzonderlijke moleculen aan samples die ongeveer 10 µL24,25,26. Dit unieke ontwerp kunt ook real-time microrheological karakterisering tijdens fase-overgangen.

µ2reologie is een robuuste techniek die geldt voor veel zachte materie systemen. De techniek die in dit artikel wordt beschreven is ontworpen voor colloïdale gels, maar het kan gemakkelijk worden aangepast aan andere materialen zoals polymeer of micellaire oplossingen. Met deze techniek, wij bepalen niet alleen hoe faseovergangen invloed zijn op de materiaaleigenschappen van evenwicht, maar ook hoe verschillende stappen kunnen hebben blijvende gevolgen voor de Rheologische evolutie van het materiaal en de structuur van de definitieve steiger en Eigenschappen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. fabricage van het Microfluidic-apparaat

  1. Microfluidic stempel fabricage.
    Opmerking: Deze stap vereist het gebruik van vluchtige materialen en moet gebeuren in een chemische zuurkast.
    1. Gebruik een negatieve gedrukte ontwerp met dezelfde afmetingen als het glasplaatje (75 × 50 mm), de kanalen wit gekleurd, en de achtergrond kleur zwart (Zie Figuur 1). Dit ontwerp op een duidelijke acetaat vel (transparantie) met een resolutie van 1200 dpi afdrukken.
    2. Als het donkere gedeelte van de transparantie staat nog steeds licht door, laag aantal negatieven en houden met behulp van dubbele dubbelzijdige tape.
    3. Zet op de hoge intensiteit ultraviolet (UV) licht bron en laat het opwarmen naar een constante output (ongeveer 30 min).
      Opmerking: UV beschermende brillen moet gedragen worden bij het gebruik van de hoge intensiteit UV-lichtbron.
    4. Vul drie 150 mL petrischaaltjes met aceton, ethanol en gedestilleerd water.
    5. Plaats een lege transparantie op een vlakke ondergrond, dicht bij de hoge output UV-bron, maar niet direct onder de UV-licht. Dit zorgt voor een uitvalsbasis om de stempel van de microfluidic.
    6. Een overzicht van de hoeken van een 75 × 50 mm glasplaatje in het midden van de lege transparantie met behulp van een permanent marker en plaats vier glazen spacers (ongeveer 30 × 30 × 1 mm) in de hoeken van de aangegeven rechthoek.
    7. Giet ongeveer 5 mL van UV drogende thiol: Ono hars in het midden van de afstandhouders, dan zorgvuldig plaatst een 75 x 50 x 1 mm glasplaatje op het glas afstandhouders, zodat de lijm is volledig wordt bedekt door het glasplaatje met geen luchtbellen.
    8. Plaats de transparantie met gedrukte negatief op de top van het glasplaatje en verplaatsen van alle bovenstaande onderdelen (van beneden naar boven: lege transparantie, glas spacers en UV lijm glasplaatje en negatieve transparant) door te slepen de lege transparantie zorgvuldig onder de UV-lichtbron.
    9. Laat de UV licht schijnen door het negatieve naar de hars en de remedie. De genezing tijd kan worden aangepast als de hoogte van het kanaal wilt wijzigen. Een 45 s genezing tijd resultaten in een kanaal hoogte van 1 mm, met behulp van onze lichtbron.
    10. De onderdelen afgestapt van de UV-bron en verwijder de negatieve gedrukte transparantie en glasplaatje. Het glasplaatje met het vervaardigd in UV lijm kanalen zal nu worden hierna aangeduid als de microfluidic-stempel.
    11. Gooi de transparantie en glas afstandhouders.
    12. Dompel het stempel van de microfluidic in het bad van aceton, gevolgd door de ethanol-bad. Herhaal deze stap tweemaal. Aceton zal degraderen de UV lijm, dus laat geen aceton op de tijdstempel voor groter is dan 10 s.
    13. Houd de stempel en dompelen de stempel in het water en gebruik een wattenstaafje om te verwijderen van de rest van de spoorverontreiniging hars. Doen niet direct veeg de uitgeharde porties, als het zal de kanalen ruwe.
    14. Leg de stempel op een papieren handdoek en terugkeren naar de UV-bron voor ten minste 30 minuten om volledig genezen.
  2. Polydimethylsiloxaan (PDMS) molding
    1. 70 g gekristalliseerd PDMS base giet in een duidelijke kop en de cross-linking agent toe te voegen aan de basis in een massaverhouding van 1:10 crosslinker te baseren. Dit zijn de aanbevolen ratio's van de fabrikant. Gebruik geen een glazen container.
    2. Meng de cross-linker en baseren grondig met een metalen roerder; het mengsel moet troebel als gevolg van prikroller luchtbellen zodra goed gemengd.
    3. De PDMS gestoken door een vacuüm oven en haal vacuüm op de gemengde PDMS. Vacuüm uitschakelen als de oplossing begint te overflow uit de beker, dan vacuüm worden hervat nadat de overflow afneemt. De totale druk in de vacuüm oven maakt niet uit, als het vacuüm alleen het ontgassen versnelt. Laat in de kamer totdat alle bubbels zijn geëvacueerd uit het mengsel (ongeveer 60 min).
    4. Plaats de microfluidic stempel in een lege 150 mm diameter kunststof petrischaal, vervolgens langzaam giet het PDMS in de petrischaal, volledig die betrekking hebben op de stempel van de microfluidic. Giet dicht onder de oppervlakte van de petrischaal om te minimaliseren van de bubbels in het PDMS te hervormen.
    5. Bedek de petrischaal en zet in een oven van 55 ° C's nachts om te genezen. Eenmaal volledig genezen, knip het patroon PDMS gebruikend een mes en verwijderen uit de stempel. Overtollige PDMS behouden voor de bouw van het oplosmiddel bekken (Protocol stap 1.6.3) en PDMS stoppers (Protocol stap 2.2.1.1).
    6. Met behulp van een 0,5 mm biopsy punch, snij gaatjes in de volgende locaties: één op elke hoek, één in de zuig kamer in de buurt van de rand van het kanaal, zes in de monsterkamer symmetrisch geplaatst 60° uit elkaar, en een in het midden van de monsterkamer. Om ervoor te zorgen afdrukken symmetrisch geplaatste gaten een patroon op een vel papier en plaats onder de monsterkamer. Aangezien de PDMS duidelijk is, kunt u gemakkelijk zien waar de gaten moeten worden geplaatst.
  3. Bereiding van de oplossing van de sol-gel om te maken van glazen wanden in microfluidic apparaat
    1. In een pot van 100 mL, voeg 90% ethanol, 25 mL pH 4 (0.0001 M) 25 mL zoutzuur, 25 mL voor 98% tetraethoxysilane en 25 mL van 98% methyltriethoxysilane. Plaats de 100 mL oplossing, nu de preconverted vloeistof, in de magnetron genoemd aan het licht voor 10 seconden, dan plaats in een 80 ° C's nachts gebracht.
  4. Apparaat vergadering
    1. Plaats zowel de patroon PDMS en een 75 × 50 × 0.10 mm dia naar de plasma reiniger glas en de 3-wegkraan ingesteld op de uit-stand.
    2. Zet op de vacuümpomp en laat een minuut te evacueren van de kamer.
    3. Zet de 3-wegkraan om stromen controller positie en laat de kamer equilibreer gedurende 5 seconden. De stroom verantwoordelijke positie laat een klein debiet van lucht naar het invoeren van het schoner, plasma laag genoeg te houden van de zaal op lage druk. Zet de schakelaar van de radiofrequentie (RF) op gemiddeld gedurende 40 seconden, dan de RF schakelaar en vacuümpomp uitschakelen.
    4. Plaats de 3-wegkraan naar de open positie terug te keren van de kamer naar de atmosferische omstandigheden. Verwijder de patroon dia voor PDMS en glas.
    5. Zorgvuldig de patroon PDMS aan het glasplaatje houden door de invoering van de twee oppervlakken met elkaar in contact.
    6. Het toepassen van UV drogende hars op de naden rond het patroon PDMS en remedie voor 5 min onder lage intensiteit UV-licht.
  5. Fabricage van glazen wanden in de kanalen van de microfluidic.
    Opmerking: Deze stap moet worden voltooid binnen 30 minuten van plasma behandeling, zoals zij beroept zich op PDMS oppervlak veranderingen die zich tijdens de plasma behandeling voordoen. De dikte van de laag zullen ongeveer 5-10 µm. Deze stap vereist het gebruik van vluchtige materialen en moet gebeuren in een chemische zuurkast.
    1. Een kookplaat ingesteld op 100 ° C en vier spuiten (drie 30 mL en één 3 mL) met 18 gauge naalden en ongeveer 30 cm lengte van duidelijk Thermoplastische buizen te bereiden.
    2. Vul drie 30 mL spuiten met ethanol, chloroform en lucht, respectievelijk. Vul één 3 mL spuit met preconverted vloeistof (uit Protocol stap 1.3.1.)
    3. Plaats duidelijk Thermoplastische buizen met behulp van roestvrij staal connectoren in elk van de gaten in het patroon PDMS, met uitzondering van één hoek gat. Dit gat zal worden gebruikt als een inham, terwijl alle anderen verkooppunten zullen.
    4. Vul het microfluidic-apparaat met preconverted vloeistof uit de spuit, dan plaatst u het microfluidic op de 100 ° C hete plaat zodat het onderste glas het oppervlak van de verwarmingsplaat raakt.
    5. Stromen van 3 mL preconverted vloeistof via het microfluidic apparaat gedurende 10 seconden. De dikte van de wanden van glas is aangepast door het veranderen van het debiet van de preconverted vloeistof.
    6. Verwijder het apparaat van de microfluidic van de kookplaat. Vervangen van de spuit preconverted oplossing met de lucht spuit en eventuele overtollige preconverted vocht uitduwen.
    7. Vervang de lucht spuit met de chloroform spuit en 15 mL chloroform langzaam doorstromen in het microfluidic-apparaat. Vervang de chloroform spuit met de spuit ethanol en 30 mL ethanol langzaam doorstromen in het microfluidic-apparaat. Deze stappen moeten nemen ongeveer 1 minuut.
    8. Vervangen door de ethanol spuit de lucht spuit en stroom lucht via het microfluidic apparaat tot droog.
  6. Toepassing van glazen ondersteunt en oplosmiddel bekken
    1. Knippen van 75 × 10 × 1 mm glas stroken glas van 75 × 25 × 1 mm dia's.
    2. Toepassing UV drogende hars op de stroken glas. Plaats het apparaat van de microfluidic op de strips, met de PDMS zijde naar boven. Verplaats onder lage intensiteit UV-lichtbron voor 5 minuten.
    3. Snijd een 30 × 30 mm vierkant PDMS. Met behulp van een biopsie punch, een gat groot genoeg ter dekking van de monsterkamer 10 mm.
    4. Plaats het PDMS vierkante en microfluidic apparaat in het plasma schoner, dan zet de 3-wegkraan in de uit-stand en zet de vacuümpomp.
    5. Toestaan dat een minuut te evacueren van de kamer. De 3-wegkraan naar de stroom controller positie en laat de kamer equilibreer gedurende 5 seconden.
    6. Zet RF schakelaar op gemiddeld gedurende 40 seconden, dan uitzetten RF schakelaar en vacuümpomp.
    7. Plaats de 3-wegkraan naar de open positie terug te keren van de kamer naar de atmosferische omstandigheden.
    8. Verwijder het oplosmiddel bekken en microfluidic apparaat van de plasma-zaal en houden door contact met de oppervlakken. Zorg ervoor dat het oplosmiddel bekken op de monsterkamer plaatst.

2. µ2reologie Procedure

  1. Bereiding van de monsters van de zachte materie
    1. Wassen sonde deeltjes
      1. Pipetteer water en 0,5 µm sondes in een buis van de microcentrifuge bij een verhouding van water tot sondes van 10:1. Meng grondig met behulp van Pipetteer mengen, dan plaatst u de buis microcentrifuge in de microcentrifuge en de spin op 4600 x g gedurende 10 minuten.
        Opmerking: De sonde-oplossing gebruikt bij dit werk wordt opgeschort in water met een initiële concentratie van 2,6% vaste stoffen/volume ontvangen, en de uiteindelijke concentratie van sondes gebruikt in de steekproef is 0,1% vaste stoffen/volume.
      2. Verwijder de microcentrifuge buis en de pipet uit het supernatant. De bovendrijvende substantie vervangen door DI water. Herhaal centrifugeren voor een totaal van drie keer.
      3. Plaats microcentrifuge buis in het ultrasoonapparaat en bewerk ultrasone trillingen ten op lage gedurende 15 minuten te verwijderen elke aggregaten.
    2. Combineren sondes en zachte materie.
      Opmerking: Voor deze procedure een colloïdale gel werd gebruikt als het monster zachte materie.
      1. Op een 75 × 50 mm glasplaatje, meet 1 mL monstermateriaal. Pipetteer 40 µL van sonde oplossing in het midden van het monster.
      2. Vouw voorzichtig het monster met een metalen spatel tot volledig gecombineerd. Schep het monster in een microcentrifuge buis en centrifugeer bij 2340 x g gedurende 15 s prikroller lucht te verwijderen.
      3. Vul een spuit van 1 mL, is voorzien van een 18 gauge naald en duidelijk thermoplastische slang met sonde/HCO mengsel.
  2. Opeenvolgende fase-overgangen geïnduceerd door vloeistof uitwisseling
    1. Vullen van het microfluidic-apparaat
      1. Als wilt maken PDMS stoppen, snij met behulp van overtollige PDMS van Protocol stap 1.2.5, een 5 mm vierkante sectie voor PDMS. Met behulp van een 0,5 mm diameter biopsy punch, gat een halverwege in de PDMS stop. Steek de connector van een roestvrij staal in de 0,5 mm diameter gat.
      2. Thermoplastische buizen sluit aan op drie van de hoek inlaat kanalen en het kanaal van de outlet zuig kamer. Het apparaat volledig wordt gevuld met water met behulp van een injectiespuit aangesloten op het apparaat. Zorgen er geen luchtbellen in de monsterkamer of in de kanalen microfluidic. Het blokkeren van het resterende gat van de hoek met de PDMS stoppers.
      3. Het oplosmiddel bekken moet gedeeltelijk worden gevuld uit stap 2.2.1.2; Als het niet is ingevuld, wordt het oplosmiddel bekken met water vullen.
      4. Met behulp van de spuit uit Protocol stap 2.1.2.3, 10 µL van sonde voor het nemen/mengsel door het middenkanaal injecteren in de monsterkamer op ongeveer 2 µL/s, gebruik dan een stopper PDMS te blokkeren van het middenkanaal in de monsterkamer.
    2. Verzamelen van gegevens van de microrheological
      1. Schakel de camera-instellingen die geoptimaliseerd om te minimaliseren van statische en dynamische deeltje voor het bijhouden van fouten, dan ga naar de 63 × water onderdompeling doelstelling en Pipetteer een druppel water op de lens.
      2. Plaats van het microfluidic-apparaat in het werkgebied van de Microscoop en de doelstelling te verhogen totdat het is gericht op het monster.
      3. Video's van de Brownse beweging van de sondes nemen tijdsintervallen geschikt is voor de totale lengte van de verandering van een fase. Gelering, blijven video's nemen totdat de beweging van de sonde is volledig gestopt.
        Opmerking: Wij verzamelen gegevens elke 10 min. Als we met een aantasting van het experiment beginnen, worden de gegevens verzameld totdat de sondes zijn volledig verspreiden.
    3. Uitwisselen van vloeistoffen in de monsterkamer (zwaartekracht stroom, uitwisseling van lagere dichtheid vloeistoffen met vloeistoffen met hogere dichtheid)
      1. Verwijder het apparaat van microfluidic vanaf het stadium van de Microscoop.
      2. Zuig het water uit het oplosmiddel bekken met behulp van een precisiepipet overdracht en Pipetteer 4 mL van hogere dichtheid vloeistof in het oplosmiddel bekken.
      3. Het microfluidic-apparaat terug naar de Microscoop fase en herhaal stap 2.2.2.3
    4. Uitwisselen van vloeistoffen in de monsterkamer (zuig stroom, uitwisseling van hogere dichtheid vloeistoffen met lagere dichtheid vloeistoffen)
      1. Verwijder het apparaat microfluidic vanaf het stadium van de Microscoop en de PDMS stop de zuig zaal uit.
      2. Invoegen van een injectiespuit voorzien van een 18 gauge naald en duidelijk Thermoplastische buizen naar de zuig kamer kanaal, en haak de injectiespuit tot een spuitpomp. Stel de spuitpomp te trekken op 1 mL/min.
      3. Verwijderen van overtollige Geleermiddel in het oplosmiddel bekken en spoel driemaal met water door het oplosmiddel bekken te vullen en vervolgens suctioning uit de vloeistof spoelen.
      4. Begin zuig met de spuitpomp terwijl het toevoegen van water aan het oplosmiddel bekken voor één minuut. Laat niet het oplosmiddel bekken lege volledig, zoals dit lucht in de monsterkamer trekken zal.
      5. De spuit uit het microfluidic-apparaat verwijderen en vervangen van de PDMS stop op de zuig kamer.
      6. Het microfluidic-apparaat terug naar de Microscoop fase en nemen van monsters
  3. Blijven nemen van monsters met regelmatige tussenpozen tijdens afbraak/gelering cycli totdat het gewenste aantal cycli is voltooid of er onvoldoende sondes voor het meten zijn.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Een twee-lagen microfluidic-apparaat wordt geconstrueerd met PDMS (Figuur 1a, b), die is patroon op een postzegel microfluidic. Het ontwerp van de stempel is afgebeeld in Figuur 1c. Onjuiste experimentele opstelling kan leiden tot zowel in fouten in passieve microrheology en microfluidic-stromen gedurende de omringende vloeistof exchange (Figuur 2). Voorbeelden van onjuist experimentele opstelling worden beschreven in de sectie discussie. Tijdens de werking van het apparaat, wordt de omliggende vloeistof rond een gel monster uitgewisseld. Deze vloeistof uitwisseling treedt op wanneer het materiaal in zowel de gel en de fase van de sol. Dit microfluidic apparaat ontwerp heeft de mogelijkheid om te wisselen van vloeistof zonder aanzienlijke verlies van gelerend materiaal en ingesloten sonde deeltjes. Twee soorten vloeistof uitwisseling worden gebruikt, zwaartekracht flow (wanneer gaande van lagere naar hogere dichtheid vloeistof) of zuignap stroom (wanneer gaande van hogere naar lagere dichtheid vloeistof). In onze HCO gel systeem, wordt zuig stroom gebruikt voor het opwekken van afbraak, terwijl de zwaartekracht stroom wordt gebruikt voor het opwekken van gelering. Beide stromen geven minimale schuintrekken van de steekproef, met schuintrekken over de volgorde van 0.01 Pa en 1 Pa voor zuig- en zwaartekracht flow, respectievelijk. Deze schaar zijn onder de stress van de opbrengst van de gel, die over de volgorde van 10 Pa9,10.

De staat, de structuur en de Rheologische eigenschappen van het monster van de gel zijn kwantitatief gekarakteriseerd met behulp van meerdere deeltje bijhouden van microrheology (MPT). In MPT, worden sonde deeltjes bijgehouden met behulp van klassieke algoritmen27,28bijhouden. De verplaatsing ensemble gemiddeld gemiddelde van het kwadraat (MSD) wordt berekend uit deeltje trajecten (Figuur 3) tijdens opeenvolgende fase-overgangen. Microrheology gegevens (Figuur 3) blijkt dat opeenvolgende fase-overgangen worden bereikt in het HCO gel systeem. De MSD-curven afwisselend α → 0 (gel) en α → 1 (sol). De omvang van de MSD-curven is boven de meetbare MSD ondergrens van deze experimentele opzet (0,001 µm2). Deze limiet wordt experimenteel bepaald door daaraan vastzittende sondes aan glas in een monsterkamer, die wordt gedaan doordat de deeltjes te regelen onder zwaartekracht 's nachts. Het ensemble gemiddelde MSD van de gearresteerde sonde deeltjes wordt gemeten om te verkrijgen van de ondergrens van de MSD, die is afhankelijk van de specifieke experimentele apparatuur.

De logaritmische helling van de curve van de MSD (α) en de niet-Gaussiaans parameter (αNG) worden berekend en de staat van het materiaal is kwantitatief bepaald door vergelijking aan de kritische ontspanning exponent (n) (Figuur 4). Voor dit experiment, HCO gebruiken als een model gel, een totaal van negen overgangen worden gemeten. Het materiaal begint als een gel (α → 0) en vijf verslechtering (α → 1) en vier gelations (α → 0) zijn meer dan 1500 minuten gemeten. De timing van elke faseovergang is materiaal afhankelijk. Fase veranderingen worden veroorzaakt door de uitwisseling van vloeistof. Wanneer er geen vloeistof uitwisseling, zoals blijkt uit de langere periode in de fase van de sol tussen 800-1400 min, sonde deeltjes blijven binnen het monster en er zijn geen veranderingen in de reologische eigenschappen. Zodra een vlotte uitwisseling plaatsvindt, wordt het materiaal opnieuw gels.

De gegevens die we van dit apparaat verkrijgen bevat informatie over de Rheologische eigenschappen en structuur van het materiaal op verschillende manieren. We meten niet veranderingen in evenwicht Rheologische eigenschappen uit herhaalde fase veranderingen. Dit blijkt door α in elke fase terugkeren naar dezelfde waarde. Wanneer het materiaal in de fase van de sol is, bereikt het α, = 0.90, en wanneer in de fase van de gel, α = 0,20. De waarde van α in de sol-fase aangeeft dat het materiaal wat structuur behouden zelfs na afbraak blijft. Een colloïdaal systeem dat volledig is gedegradeerd tot een oplossing van colloïdale deeltjes zal hebben α = 1.0, terwijl de waarde van het evenwicht in de sol-fase voor HCO α is = 0.90, die aangeeft wat structuur blijft behouden. Bovendien kan colloïdale omlegging plaatsvinden onmiddellijk na vloeistof uitwisseling, die wordt aangegeven door een toename van de α. Tot slot de niet-Gaussiaans parameter, αNG, die heterogeniteit van het materiaal kwantificeert, ziet u dat de gel een toename van de structurele heterogeniteit tijdens de afbraak (gel Sol) overgang ondergaat. Dit is herkenbaar door de piek in de αNG.

Figure 1
Figuur 1: Microfluidic apparaat. (a) afbeelding van de twee-laag microfluidic apparaat dat een steekproef in plaats overlapt terwijl de omringende vloeistof wordt uitgewisseld. De eerste laag heeft twee kamers, één voor het monster en een andere voor zuig. Gaten bevinden zich in elk van de hoeken, evenals een in de zuig zaal en zeven in de monsterkamer. Boven de monsterkamer is een tweede laag van PDMS vastgehouden aan het apparaat om te fungeren als een oplosmiddel bekken. (b) in het monster wordt geïnjecteerd in de monsterkamer via het middelste kanaal. Het monster is vergrendeld in de plaats tijdens de vloeistof overdracht door symmetrische inlaat beekjes in de monsterkamer creëren van gelijke druk rond het monster. (c) het ontwerp gebruikt voor het maken van de microfluidic het tijdstempel voor de 1st -laag van het apparaat. De kamers hebben een diameter van 10 mm, terwijl de kanalen een breedte van 1 mm hebben. De hoogte van de resulterende van zowel de kanalen en de kamers is 1 mm na 45 s van UV-blootstelling. Gereproduceerd van Wehrman et al. 201710 met toestemming van de Royal Society of Chemistry. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 2
Figuur 2 : Afbeelding van een apparaat onjuist ingevulde microfluidic. Luchtbellen geïnjecteerd in het apparaat kunnen negatieve effecten hebben op zowel de microrheological gegevens (als gevolg van gerichte motie van deeltjes op de gas-vloeistof-interface) en de microfluidic stromen tijdens oplossing uitwisseling. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 3
Figuur 3: curven van de verplaatsing van het gemiddelde van het kwadraat van een gehydrogeneerde ricinusolie gel tijdens de afbraak (a, c) en gelering (b, d). De 2nd (a, b) en 3rd (c, d) fase-overgangen worden weergegeven uit 9 totale overgangen. Het punt van de kritische overgang (gel - sol of sol - gel) wordt aangeduid door een onderbroken lijn bij n = α = 0.77 en vertegenwoordigt elke fase wijziging met MSD curven boven de lijn zijn een sol en onder een gel. Gereproduceerd van Wehrman et al. 201710 met toestemming van de Royal Society of Chemistry. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 4
Figuur 4: logaritmische helling (, gesloten) en niet-Gaussiaans parameter (αNG, open) voor één sample 4 wt % gehydrogeneerde ricinusolie gel tijdens herhaalde faseovergangen. De kritische overgang wordt aangeduid met een horizontale stippellijn (n = 0.77) en werd bepaald op basis van eerdere microrheological experimenten9,10. Verticale lijnen geven de uitwisseling van het oplosmiddel, met een witte achtergrond die aangeeft dat er water in de oplosmiddelen basin and gearceerde grijze gebieden dat er in het oplosmiddel bekken Geleermiddel is. Een verandering in de kleur tussen wit en grijs geeft een omgekeerde van de osmotische gradiënt. Als de kleur niet in een verticale lijn verandert, dit geeft aan dat de monsterkamer opnieuw gespoeld met hetzelfde oplosmiddel wordt. Dit treedt op wanneer er onvoldoende vloeistof verwijderd en vaak gebeurt wanneer de hogere dichtheid vloeistof in de monsterkamer vanwege haar grote viscositeit is. Gereproduceerd van Wehrman et al. 201710 met toestemming van de Royal Society of Chemistry. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Het twee-laag microfluidic apparaat (Figuur 1) kan gemakkelijk worden gemaakt door de volgende goedgedocumenteerde microfluidic fabricage technieken29. Glas ondersteunt worden toegevoegd aan de onderzijde van het apparaat te verminderen vibrationele gevolgen voor verkeer van de sonde. Het glasplaatje is zeer dunne (0,10 mm) om de afstand van de Microscoop doelstelling tegemoet te komen. Dit maakt het apparaat gevoelig voor kleine trillingen in de bouw en de voorbeeldomgeving die vervolgens worden gemeten met de high-speed camera. De glazen ondersteunt ontkennen met succes deze externe prikkels. De korte werken afstand doelstelling voor het verzamelen van nauwkeurige MPT waarvoor is gekozen: (1) ten minste 4 pixels per deeltje en (2) een beperkte afstand om te voorkomen dat deeltjes die niet in de 2D-vlak imaging.

Het ontwerp van dit apparaat, Figuur 1a-c, is gebaseerd op vorige onderzoeken die microrheology met microfluidics combineren. Schultz en Furst ontwikkeld µ2reologie, met behulp van dezelfde microfluidic fabricage techniek gebruikt voor ons werk. Hun apparaat was ontworpen voor het maken van 50-100 monsters van hydrogel materialen, gescheiden door een continue fase, met verlopen in zowel de polymeer backbone en cross-linker concentratie16,29. Bovendien is nuttig voor de vangst van enkele deeltjes of macromoleculen25,26technieken met behulp van convergerende microfluidic stromen gebleken. Wij hebben de techniek van de fabricage van Schultz en Furst en hun idee van de metingen van de microrheological in een microfluidic apparaat in onze nieuwe apparaat gecombineerd en geschaald-up microfluidic overlapping ontwerpen hebben. In ons ontwerp maken we 1 mm vierkante kanalen die zijn afgerond wanneer een laag van glas is gemaakt aan de binnenkant van de kanalen met behulp van de sol-gel chemie30. De afmetingen van kanaal worden gekozen om te voorkomen dat de interacties tussen de deeltjes van de sonde en de muren van het microfluidic apparaat31. Voor onze sonde grootte (0,5 µm) en hoogte (1 mm) kanaal de hydrodynamische kracht van het glas op is de sonde op voorschrift van F ≈ 10-18 N, geven deze kracht van de glazen wand zal niet een merkbaar effect op het verkeer van de sonde deeltjes 31. Daarnaast sonde deeltjes zou moeten binnen 10 µm van de muur om de impact van de beweging van de deeltjes als gevolg van deeltje interacties met de muur. Alle gegevens worden verzameld meer dan 10 µm van de muur. Glas is vervaardigd in de kanalen van de microfluidic om te voorkomen dat oplosmiddel opname door PDMS tijdens onze experimentele tijdschaal, die over de volgorde van uren. Met behulp van een fabricage techniek die bij 10 µL steekproeven toelaat (overeenkomend met een hoogte van het kanaal van 1 mm) en convergerende microfluidic stromen, kunnen we de vangmethode van afzonderlijke moleculen naar 10 µL opschalen.

De 2-laags design is opgenomen om te voorkomen dat de stroom instabiliteiten die zich in een enkellaags apparaat voordoen. Tijdens de vroege iteraties van dit werk was het hele apparaat één laag. Twee input streams (elk met de dezelfde vloeistof, ofwel water of gelerend agent) begon uit twee hoeken van het apparaat en stroomde alleen door de lange kanalen de looplengte van het apparaat, raakvlak aan de monsterkamer. Echter, geen stroom instabiliteit tussen de kanalen resulteerde in stroom door de monsterkamer en een verlies van monster, beëindiging van het experiment. De tweede laag, samen met de toevoeging van de grote zuigkracht kamer, verwijdert deze instabiliteit door alleen met behulp van een zuignap bron en het creëren van gelijke druk rond het monster, het monster te vangen tijdens experimenten. De tweede laag heeft een zeer eenvoudig ontwerp en is bedoeld om te houden van de nieuwe omliggende vloeistof boven de monsterkamer.

µ2reologie gegevens zijn succesvol verzameld met behulp van het bovenstaande protocol. De eerste fase van de installatie, het vullen van het apparaat is cruciaal voor een succesvolle experiment. Onjuiste vulling kan resulteren in bubbels het kanaal of in de monsterkamer, die negatief effect op zowel de microrheology als de functie van het microfluidic apparaat (Figuur 2 hebben zal). De gemakkelijkste manier om te voorkomen dat de bubbels in het microfluidic-apparaat is door het volledig invullen van de spuit (ervoor zorgen dat er geen luchtbellen) voorafgaand aan het vullen van het apparaat. Als alternatief, bubbels kunnen worden verwijderd door de invoering een groot debiet van oplosmiddel (door op de plunjer van de injectiespuit moeilijker te drukken) of door te tikken op het apparaat voorzichtig tot de bubbels verplaatst naar een exit-kanaal. Bellen binnen de monsterkamer kunnen leiden tot gerichte motie van sondes op de lucht-vloeistof-interface. MPT metingen vereisen sondes zuiver Brownse beweging voor het meten van de materiaaleigenschappen ondergaan. Bubbels in de microfluidic-kanalen ook invloed op stroom tijdens vloeistof uitwisseling, die vervolgens kan leiden tot veranderingen in de druk en de gel steekproef verlaten de zaal. Beide zaken kunnen worden vermeden door ervoor te zorgen dat het apparaat en de oplosmiddelen kamer volledig gevuld zijn met vloeistof vóór monster injectie. De monster input stap zal geven sommige schuintrekken van de steekproef, maar het geen negatieve voor de Rheologische eigenschappen en structuur van het materiaal gevolgen heeft. Dit werd gecontroleerd door bulk Rheologische metingen van monsters geladen zonder schuintrekken en monsters op de rheometer met dezelfde input technieken als het microfluidic apparaat geladen. Nadat het apparaat is goed gevuld, de bovenstaande procedure-overzicht zorgt voor een goede functie tijdens experimenten.

Er is minimaal materiaalverlies tijdens vloeistof uitwisseling. Dat blijkt tijdens experimenten door: (1) de mogelijkheid van de colloïdale materiaal om genoeg vezels te blijven vormen een gel-netwerk en (2) de concentratie van deeltjes van de sonde nog hoog genoeg is voor het verzamelen van statistisch significante MPT metingen. Daarnaast is één sample geschikt voor maximaal negen fase-overgangen, die verder aangeeft minimaal verlies tijdens vloeistof uitwisseling. Het totale aantal waarneembare overgangen, is afhankelijk van de hoeveelheid sondes verloren als gevolg van de diffusie uit het monster als er in de fase van sol. Sondes zijn diffusive wanneer het materiaal een sol is, en een kleine hoeveelheid van hen zal diffuse uit het monster na iedere gel-sol-overgang. Het bedrag van de sondes Beperk de hoeveelheid overgangen mogelijk voor het apparaat.

We hebben aangetoond dat dit apparaat kan worden gebruikt voor het meten van de materiaaleigenschappen en bepalen van de microstructuur van zachte materie tijdens herhaalde faseovergangen. De symmetrie van de inlaat-poorten voor het invoeren van de monsterkamer overlapt een steekproef in plaats, waardoor herhaalde fase-overgangen op één sample zonder verlies van het monster. Het ontwerp van het apparaat kan gemakkelijk aangepast worden aan verschillende systemen, met inbegrip van polymere hydrogels die als gevolg van veranderingen in de pH of biologische structuur veranderen en materialen van de oppervlakteactieve stof die inspelen op veranderingen in zoutconcentratie, waarmee reproduceerbare resultaten te bepalen de Rheologische eigenschappen en structuur van een gel systeem tijdens opeenvolgende fase veranderingen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Er zijn geen informatieverschaffing voor dit werk.

Acknowledgments

Financiering voor dit werk werd verzorgd door de Procter & Gamble Co. en de American Chemical Society Petroleum Research Fund (54462-DNI7). Erkenning geschiedt aan de donoren van de American Chemical Society Petroleum Research Fund voor gedeeltelijke ondersteuning van dit onderzoek. De auteurs wil erkennen van Dr. Marco Caggioni voor nuttige discussies.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
150 x 15 mm Petri Dish Corning, Inc. 351058
75 x 50 x 0.15 mm glass slide Fisher Scientific Custom
75 x 50 x 1.0 mm glass slide Fisher Scientific 12-550-C
75 x 25 x 1.0 mm glass Slide Fisher Scientific 12-550-A3
22 x 22 Glass cover slips Fisher Scientific 12-542-B
Acetone, 99.5% VWR Analytical 67-64-1
Low intensity UV source UVP UVL-56
Chloroform, 99.9% Fisher Chemical C298-500
Cotton Swabs Q-tips 83289205
Ethanol, 90% Fisher Chemical A962-4
Fluoresbrite® YG Carboxylate Microspheres 0.50µm Polysciences, Inc.  15700-10
High-Intensity UV Lamp Spectroline Corp. SB-100P
Hot plate Corning, Inc. PC-420
Hydrochloric Acid, 6N Ricca Chemical Company 3750-32
Methyltriethyoxysilane, 98% Acros Organics 174622500
Microcentrifuge Eppendorf 5424
Plasma cleaner Harrick Plasma, Inc. PDC-32G
Polydimethylsiloxane (PDMS) Robert McKwown Company 2065622
Sonicator Branson, Emerson Electric 1800
Steel connectors, ID 0.023 inch New England Small Tube Corp. Custom
Tetraethoxysilane, 98% Alfa Aesar A14965
Thiol-ene Resin (UV curable) Norland Products, Inc.  NOA81
Transparency Staples Inc.  21828
Tygon tubing, ID 1/32 inch McMaster-Carr E-3603
Vacuum oven Fisher Scientific 282A
Biopsy punch 8 mm World Precision Instruments 504535
Bioposy punch 0.5 mm World Precision Instruments 504528
Syringe, 30 mL BD 309659
Syringe, 3 mL BD 309651
Needle, 18 gauge BD 305195
Microcentrifuge tube, 1.5 mL Eppendorf 22-36-320-4
High-speed Camera Vision Research Miro M120 
Microscope Carl Zeiss AG Zeiss Observer, Z1
Syringe pump New Era Pump Systems NE-300
Hydrogenated castor oil Procter & Gamble N/A
Afício MP 6002 Printer Ricoh Company, Ltd. 415877

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Mitchell, P. Microfluidics-downsizing large-scale biology. Nat. Biotech. 19, 717-721 (2001).
  2. Haber, C. Microfluidics in commercial applications; an industry perspective. Lab Chip. 6, 1118-1121 (2006).
  3. Whitesides, G. M. The origins and the future of microfluidics. Nature. 442, 368-373 (2006).
  4. Huang, X., Raghavan, S. R., Terech, P., Weiss, R. G. Distinct kinetic pathways generate organogel networks with contrasting fractality and thixotropic properties. J. Am. Chem. Soc. 128, 15341-15352 (2006).
  5. Larsen, T. H., Schultz, K. M., Furst, E. M. Hydrogel microrheology near the liquid-solid transition. Korea-Aust. Rheol. J. 20, 165-173 (2008).
  6. Larsen, T. H., Furst, E. M. Microrheology of the liquid-solid transition during gelation. Phys. Rev. Lett. 100, 146001 (2008).
  7. Schultz, K. M., Baldwin, A. D., Kiick, K. L., Furst, E. M. Rapid rheological screening to identify conditions of biomaterial hydrogelation. Soft Matter. 5, 740-742 (2009).
  8. Switzer, L. H., Klingenberg, D. J. Flocculation in simulations of sheared fiber suspensions. Int. J. Multiph. Flow. 30, 67-87 (2004).
  9. Wehrman, M. D., Lindberg, S., Schultz, K. M. Quantifying the dynamic transition of hydrogenated castor oil gels measured via multiple particle tracking microrheology. Soft Matter. 12, 6463-6472 (2016).
  10. Wehrman, M. D., Milstrey, M. J., Lindberg, S., Schultz, K. M. Using µ2rheology to quantify rheological properties during repeated reversible phase transitions of soft matter. Lab Chip. 17, 2085-2094 (2017).
  11. Wehrman, M. D., Lindberg, S. E., Schultz, K. M. Impact of shear on the structure and rheological properties of a hydrogenated castor oil colloidal gel during dynamic phase transitions. J. Rheol. , (2018).
  12. Loh, X. J. Dual-responsive "reversible micelles". J. Appl. Polym. Sci. 127, 992-1000 (2013).
  13. Kern, F., Zana, R., Candau, S. J. Rheological properties of semidilute and concentrated aqueous solutions of cetyltrimethylammonium chloride in the presence of sodium salicylate and sodium chloride. Langmuir. 7, 1344-1351 (1991).
  14. Trappe, V., Prasad, V., Cipelletti, L., Segre, P. N., Weitz, D. A. Jamming phase diagram for attractive particles. Nature. 411, 772-775 (2001).
  15. Philipse, A. P., Wierenga, A. M. On the density and structure formation in gels and clusters of colloidal rods and fibers. Langmuir. 14, 49-54 (1998).
  16. Schultz, K. M., Bayles, A. V., Baldwin, A. D., Kiick, K. L., Furst, E. M. Rapid, high resolution screening of biomaterial hydrogelators by mu2rheology. Biomacromolecules. 12, 4178-4182 (2011).
  17. Crocker, J. C., Grier, D. G. Methods of digital video microscopy for colloidal studies. J. Colloid Interface Sci. 179, 298-310 (1996).
  18. Crocker, J. C., Weeks, E. R. Particle tracking using IDL. , Available from: http://www.physics.emory.edu/faculty/weeks//idl/tracking.html (2011).
  19. Mason, T. G. Estimating the viscoelastic moduli of complex fluids using the generalized Stokes--Einstein equation. Rheol. Actac. 39, 371-378 (2000).
  20. Mason, T. G., Ganesan, K., van Zanten, J. H., Wirtz, D., Kuo, S. C. Particle tracking microrheology of complex fluids. Phys. Rev. Lett. 79, 3282-3285 (1997).
  21. Mason, T. G., Weitz, D. A. Optical measurements of frequency-dependent linear viscoelastic moduli of complex fluids. Phys. Rev. Lett. 74, 1250-1253 (1995).
  22. Squires, T. M., Mason, T. G. Fluid mechanics of microrheology. Annu. Rev. Fluid Mech. 42, 413-438 (2010).
  23. Gittes, F., Schnurr, B., Olmsted, P. D., MacKintosh, F. C., Schmidt, C. F. Microscopic viscoelasticity: shear moduli of soft materials determined from thermal fluctuations. Phys. Rev. Lett. 79, 3286-3289 (1997).
  24. Mai, D. J., Brockman, C., Schroeder, C. M. Microfluidic systems for single DNA dynamics. Soft Matter. 8 (41), 10560-10572 (2012).
  25. Tanyeri, M., Ranka, M., Sittipolkul, N., Schroeder, C. M. A microfluidic-based hydrodynamic trap: design and implementation. Lab Chip. 11, 1786-1794 (2011).
  26. Lee, J. S., Dylla-Spears, R., Teclemariam, N. P., Muller, S. J. Microfluidic four-roll mill for all flow types. Appl. Phys. Lett. 90, 074103 (2007).
  27. Crocker, J. C., Grier, D. G. Methods of digital video microscopy for colloidal studies. J. Colloid Interface Sci. 179 (1), 298-310 (1996).
  28. Mason, T. G., Weitz, D. Optical measurements of frequency-dependent linear viscoelastic moduli of complex fluids. Phys. Rev. Lett. 74 (7), 1250 (1995).
  29. Schultz, K. M., Furst, E. M. High-throughput rheology in a microfluidic device. Lab on a chip. 11, 3802-3809 (2011).
  30. Abate, A. R., Lee, D., Do, T., Holtze, C., Weitz, D. A. Glass coating for PDMS microfluidic channels by sol-gel methods. Lab Chip. 8, 516-518 (2008).
  31. Happel, J., Brenner, H. Low Reynolds Number Hydrodynamics: with special applications to particulate media. , Prentice-Hall. (1965).

Tags

Engineering kwestie 134 colloïden gel microfluidics microrheology reologie zachte materie
Combinatie van Microfluidics en Microrheology om te bepalen de Rheologische eigenschappen van zachte materie tijdens herhaalde fase-overgangen
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Wehrman, M. D., Milstrey, M. J.,… More

Wehrman, M. D., Milstrey, M. J., Lindberg, S., Schultz, K. M. Combining Microfluidics and Microrheology to Determine Rheological Properties of Soft Matter during Repeated Phase Transitions. J. Vis. Exp. (134), e57429, doi:10.3791/57429 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter