Waiting
Login processing...

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

Engineering

الجمع بين ميكروفلويديكس وميكرورهيولوجي لتحديد خصائص انسيابية لينة المسألة أثناء التحولات المرحلة المتكررة

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

نبدي بتصنيع واستخدام جهاز موائع جزيئية يمكن متعددة الجسيمات تتبع القياسات ميكرورهيولوجي دراسة آثار التحولات المرحلة المتكررة في هذه المسألة لينة انسيابية.

Abstract

المجهرية للمسألة لينة مباشرة يؤثر خصائص انسيابية العيانية ويمكن أن تتغير من العوامل بما في ذلك إعادة ترتيب الغروية خلال المرحلة السابقة التغييرات وتطبيقها القص. لتحديد مدى هذه التغيرات، قمنا بتطوير جهاز موائع جزيئية أن يتيح تكرار المرحلة الانتقالية الناجمة عن تبادل لوصف السائل وميكرورهيولوجيكال المحيطة بها بينما يحد من القص في العينة. هذا الأسلوب هو ريولوجيا2μ، المزيج من ميكروفلويديكس وميكرورهيولوجي. الجهاز موائع جزيئية هو تصميم طبقتين مع تيارات مدخل متماثل دخول غرفة عينة التي يعوض العينة جل في المكان خلال تبادل السوائل. يمكن تطبيق شفط بعيداً من الدائرة عينة بسحب السوائل في الدائرة بعينه. وتتسم خصائص انسيابية المواد استخدام متعددة الجسيمات تتبع ميكرورهيولوجي (MPT). في MPT, الجسيمات الفلورية مسبار المضمنة في المواد وتسجل البراونية من تحقيقات استخدام الفحص المجهري الفيديو. يتم تعقب حركة الجسيمات ويحسب التشريد للتربيع يعني (MSD). MSD تتصل خصائص انسيابية العيانية، باستخدام "علاقة" ستوكس-اينشتاين المعمم. مرحلة المواد التي تم تعريفها بالمقارنة إلى الأس الاسترخاء حرجة، تحدد باستخدام تراكب الوقت-علاج. القياسات من جل الغروية الليفي توضيح فائدة هذه التقنية. وقد جل هذا بنية دقيقة التي يمكن تغييرها دون رجعة عند تطبيق القص. وتبين البيانات ريولوجيا2μ أن المواد اكويليبراتيس مرارا وتكرارا لنفس خصائص انسيابية بعد كل مرحلة انتقال، مشيراً إلى أن المرحلة الانتقالية لا تلعب دوراً في التغييرات ميكروستروكتورال. لتحديد دور القص، يمكن المنفصمة العينات قبل الحقن في لدينا جهاز موائع جزيئية. ريولوجيا2μ أسلوب التطبيق على نطاق واسع لوصف المسألة الناعمة مما يتيح تحديد خصائص انسيابية المجهرية الدقيقة في عينة واحدة خلال المرحلة الانتقالية في الاستجابة للتغيرات المتكررة في الظروف البيئية المحيطة بها.

Introduction

المرحلة الانتقالية في المسألة لينة يمكن تغيير هيكل سقالة، الذي تترتب عليه آثار في استقرار التجهيز والنهائي ل المواد1،،من23. توصيف مواد لينة خلال مرحلة دينامية التحولات يوفر معلومات أساسية حول العلاقة بين التطور الهيكلي وتوازن هيكل وخصائص انسيابية. على سبيل المثال، يتطلب العديد من منتجات العناية المنزلية تغيير مرحلة أثناء استخدام المستهلك. أيضا، أثناء التصنيع، خطوات معالجة، بما في ذلك التخفيف والاختلاط، يمكن نقلها القص التي تؤثر في خصائص انسيابية والمجهرية النهائية للمنتج. فهم خصائص انسيابية طوال مرحلة تغيير يضمن أن المنتج ينفذ كما تم تصميمها. بالإضافة إلى ذلك، في حالة تغيير القوات ريولوجيا انطلاق المواد أثناء التصنيع، المرحلة الانتقالية يمكن أن تسفر عن نتائج غير متوقعة وغير مرغوب فيها، تغيير الدالة المقصود وفعالية. عند نقطة جيليشن الحرجة، يعرف هذه النقطة حيث المواد بالانتقال من حل الغروية المرتبطة بها أو البوليمرات إلى شبكة هلام التي تغطي عينة، تغيير خصائص المواد جذريا مع تغييرات طفيفة للرابطة. يمكن أن يؤثر أي تعديل للهيكل في النقطة الحرجة جل المنتج النهائي4. خلال هذه التحولات الديناميكية، مواد لينة الخصائص الميكانيكية ضعيفة ويمكن أن تكون القياسات التي تستخدم تقنيات تجريبية الكلاسيكية ضمن قياس الضوضاء الحد5،،من67. لحساب هذا، التقنيات مثل ميكرورهيولوجي، حساسة في نطاق بواقي منخفضة (10-3 -4 السلطة الفلسطينية)، يتم استخدامها لتميز جل الوليدة ضعيفة خلال التطور الدينامي. بعض المواد عرضه للتغيرات في المجهرية بسبب القوى الخارجية، مما يشكل تحديا خلال التوصيف، أي نقل للمواد أو السوائل يمكن أن تؤثر على الهيكل، وفي نهاية المطاف، خصائص المواد النهائية. لتجنب تغيير المجهرية المادية، قمنا بتطوير جهاز موائع جزيئية يمكن تبادل السوائل البيئية حول عينة مع التقليل من القص. عن طريق تبادل السوائل البيئة، يتم قياس التغيرات في خصائص انسيابية والمجهرية خلال المرحلة الانتقالية مع الحد الأدنى من المساهمات من القص. الجهاز هو جنبا إلى جنب مع متعددة الجسيمات تتبع ميكرورهيولوجي (MPT) في تقنية تسمى ريولوجيا2μ. يتم استخدام هذا الأسلوب لتحديد خصائص المواد خلال مرحلة متتالية التغييرات من جل استجابة لقوة دافعة خارجية. سوف يتضح التقنية استخدام هلام الغروية الليفي، وزيت الخروع المهدرجة (HCO)9،،من1011.

هلام السقالات يمكن أن يخضع لتغييرات في الرابطة والانفصال بسبب هذه العينة12،البيئة13،،من1415. القوة الدافعة جيليشن وتدهور المواد محددة ويجب أن تكون مخصصة لكل مادة من الفائدة. يمكن استخدام ريولوجيا2μ لتوصيف نظم هلام التي تستجيب للمؤثرات الخارجية، بما في ذلك شبكات الغروية والبوليمر. تغيير درجة الحموضة، الضغط الاسموزي أو تركيز الملح أمثلة لقيادة القوات التي يمكن أن تحدث تغييرات في المجهرية المادية. على سبيل المثال، يخضع HCO التحولات المرحلة التي تسيطر عليها عن طريق إنشاء تدرج ضغط الاسموزي. عندما يتم غمر عينة جل HCO مركزة (4 wt % HCO) في المياه، تضعف قوي جاذبية بين الجسيمات الغروية، مما تسبب في تدهور. وبدلاً من ذلك، عندما حل مخفف من HCO (0.125 wt % HCO) يتم الاتصال بمادة ماء (المشار إليها كعامل مجمد ويتألف معظمهم من الغليسرين والفاعل)، والقوات جاذبية العودة، مما تسبب في جيليشن. سيتم استخدام هذا النظام جل لإظهار تشغيل الجهاز كأداة لقياس التحولات مرحلة متتالية على عينة واحدة9،10. لوصف هذه السقالات جل أثناء التحولات الديناميكية والهيكل هلام وليدة حساسة في مرحلة انتقالية المرحلة الحرجة، نستخدم MPT لوصف هذه المواد مع ارتفاع القرار الزمانية.

يتم استخدام ميكرورهيولوجي لتحديد خصائص هلام والهيكل، لا سيما في المرحلة الانتقالية الحرجة، طائفة واسعة من مواد لينة، بما في ذلك المواد الهلامية الغروية والبوليمر5،،من69،16. MPT هو أسلوب ميكرورهيولوجيكال سلبي الذي يستخدم الفيديو المجهري لسجل البراونية للجسيمات الفلورية مسبار مضمنة داخل عينة. التحديد مصممون مواقف الجسيمات في جميع أنحاء أشرطة الفيديو إلى حدود 1/10th بكسل باستخدام الكلاسيكية تتبع خوارزميات17،18. الفرقة متوسط التربيع يعني التشرد (MSD، (Δص2(t))) يحسب من هذه المسارات الجسيمات. MSD هو المتصلة بخصائص مادية، مثل الامتثال زحف، استخدام "علاقة" ستوكس-اينشتاين المعمم17،19،،من2021،22، 23. حالة المواد التي تتحدد بحساب انحدار لوغاريتمي المنحنى MSD كدالة لتأخر الوقت، α،

Equation 1

حيث t هو الفارق الزمني، ومقارنتها بالاس الاسترخاء حرجة، ن. n تحدد باستخدام الوقت-علاج تراكب، تقنية موثقة جيدا أن تعديل لتحليل البيانات MPT لارسن وفورست6. بالمقارنة من n إلى α كمي يحدد دولة المواد. عند α > n المواد سول، وعندما α < n المواد هلام. الأعمال السابقة اتسم النظام HCO باستخدام ميكرورهيولوجي لتحديد الأس الاسترخاء حرجة9. باستخدام هذه المعلومات، علينا أن نحدد تحديداً عندما التحولات المادية من جل إلى سول خلال تجربة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن حساب المعلمة غير غاوسي، αنغ، لتحديد مدى التغاير الهيكلي للنظام،

Equation 2

حيث Δx(t) هو حركة الجسيمات أحادية البعد في اتجاه x . استخدام MPT، نحن يمكن أن تميز انتقال من مرحلة واحدة، ولكن بتميز المواد مع MPT في جهاز موائع جزيئية، نحن قادرون على التعامل مع البيئة المحيطة السوائل وجمع البيانات من عدة المرحلة الانتقالية على عينة جل واحد.

تم تصميم هذا الجهاز موائع جزيئية للتحقيق في التحولات الحاسمة من عينة جل واحد يخضع لتغيرات المرحلة في استجابة للتغيرات في البيئة المحيطة السوائل. ويتبادل الجهاز السائل المحيط العينة عندما يكون أما في حالة جل أو سول بقفل العينة في مكان للحث على مرحلة انتقال مع التقليل من القص. حوض المذيبات يقع مباشرة فوق الدائرة عينة، التي ترتبط بها ست قنوات مدخل متباعدة بشكل متناظر. هذا التماثل تسمح بتبادل السوائل من حوض المذيبات إلى الدائرة عينة أثناء إنشاء الضغط المتساوي حول العينة، تأمينه في المكان. وهناك العديد من الدراسات التي تستخدم هذا الأسلوب للجسيمات مفردة وتعويض الحمض النووي، ولكن هذا العمل جداول يصل الحجم من جزيئات مفردة للعينات التي هي حوالي 10 ميليلتر24،،من2526. كما يتيح هذا التصميم الفريد توصيف ميكرورهيولوجيكال في الوقت الحقيقي أثناء المرحلة الانتقالية.

ريولوجيا2μ هو تقنية قوية التي تنطبق على نظم المسألة لينة كثيرة. الأسلوب الموصوفة في هذه الورقة، صمم للمواد الهلامية الغروية، ولكن فإنه يمكن تكييفها بسهولة لمواد أخرى مثل البوليمر أو حلول ميسيلار. مع هذا الأسلوب، علينا أن نحدد ليس فقط كيفية تأثير المرحلة الانتقالية على خصائص المواد التوازن، لكن خطوات المعالجة أيضا مختلفة كيف يمكن أن يكون آثار تطور انسيابية المواد وهيكل سقالة النهائية دائمة و خصائص.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1-تصنيع الجهاز موائع جزيئية

  1. تصنيع ختم موائع جزيئية.
    ملاحظة: هذه الخطوة يتطلب استخدام مواد متفجرة وينبغي أن يتم بغطاء الأبخرة كيميائية.
    1. استخدم تصميم مطبوعة سلبية مع نفس الأبعاد كما الشريحة الزجاجية (75 × 50 مم)، الأبيض قنوات ملونة، والخلفية اللون الأسود (انظر الشكل 1). طباعة هذا التصميم على ورقة خلات واضحة (الشفافية) بدقة 1200 نقطة في البوصة.
    2. إذا كان لا يزال يسمح القسم المظلم من الشفافية الضوء من خلال، طبقة السلبيات عديدة والالتزام باستخدام شريط مزدوج الوجهين.
    3. بدوره على ارتفاع كثافة الأشعة فوق البنفسجية (الأشعة فوق البنفسجية) مصدر الضوء والسماح لها بالحارة إلى ناتج ثابت (حوالي 30 دقيقة).
      ملاحظة: يجب أن تلبس نظارات واقية من الأشعة فوق البنفسجية عند استخدام كثافة عالية مصدر ضوء الأشعة فوق البنفسجية.
    4. ملء ثلاثة أطباق بيتري 150 مل بالماء المقطر، الإيثانول والاسيتون.
    5. ضع شفافية فارغة على سطح مستو قريب من مصدر الأشعة فوق البنفسجية عالية الإنتاج، ولكن ليس بشكل مباشر تحت الأشعة فوق البنفسجية الخفيفة. وهذا سيوفر قاعدة افتعال ختم موائع جزيئية.
    6. مخطط زوايا 75 × 50 مم شريحة زجاجية في مركز شفافية فارغ باستخدام دائم علامة ومكان أربعة زجاج الفواصل (حوالي 30 × 30 × 1 مم) في زوايا المستطيل المبين.
    7. صب حوالي 5 مل من الأشعة فوق البنفسجية الشفاء ثيول: شرق الراتنج في وسط الفواصل، ثم بعناية مكان 75 × 50 × 1 الشريحة الزجاجية مم على الفواصل الزجاج، بحيث تغطي الغراء تماما بالشريحة الزجاجية مع لا فقاعات الهواء.
    8. ضع الشفافية مع السلبية المطبوعة على رأس الشريحة الزجاجية وتحريك جميع المكونات أعلاه (من أسفل إلى أعلى: فارغة الشفافية والفواصل الزجاجية والغراء الأشعة فوق البنفسجية، والشرائح الزجاجية والشفافية المطبوعة السلبية) عن طريق سحب الشفافية فارغة بعناية تحت مصدر ضوء الأشعة فوق البنفسجية.
    9. تسمح الأشعة فوق البنفسجية للتألق من خلال السلبية على راتنج وعلاج. ويمكن ضبط الوقت علاج لتغيير الارتفاع للقناة. 45 s علاج وقت نتائج في ارتفاع قناة 1 ملم، واستخدام لدينا مصدر الضوء.
    10. نقل المكونات بعيداً عن مصدر الأشعة فوق البنفسجية وإزالة الشفافية المطبوعة السلبية والشرائح الزجاجية. الآن الشريحة الزجاجية مع القنوات ملفقة في الغراء الأشعة فوق البنفسجية سوف يشار إليها باسم ختم موائع جزيئية.
    11. تجاهل الفواصل الشفافية والزجاج.
    12. وتراجع الطابع موائع جزيئية في الحمام الأسيتون، تليها حمام الإيثانول. كرر هذه الخطوة مرتين. سوف تتحلل الأسيتون الغراء الأشعة فوق البنفسجية، حتى لا تترك الأسيتون في الطوابع لأكبر من 10 s.
    13. أثناء الضغط على الختم، تغرق الطوابع في الماء واستخدام مسحه القطن لإزالة بقية الراتنج الممتص. غير مباشرة مسح أجزاء علاجه، أنها سوف تجعل القنوات الخام.
    14. وضع الختم على منشفة ورقية، والعودة إلى مصدر الأشعة فوق البنفسجية لمدة 30 دقيقة على الأقل لضمان علاج كاملة.
  2. صب "بولي دايمثيل سيلوكسان" (PDMS)
    1. صب غ 70 من قاعدة PDMS في فنجان واضحة وإضافة عامل كروسلينكينج إلى القاعدة في وزن بنسبة 01:10 كروسلينكير إلى قاعدتها. هذه هي نسب وأوصى بالشركة المصنعة. لا تستخدم حاوية زجاج.
    2. مزيج كروسلينكير وقاعدة شاملة مع محرض معدنية؛ يجب أن يكون المخلوط عكره بسبب فقاعات الهواء فخ مرة واحدة مختلطة بشكل صحيح.
    3. وضع في PDMS في فراغ فراغ فرن وسحب على PDMS مختلطة. إيقاف فراغ إذا كان الحل يبدأ الفائض من الكأس، ثم استئناف الفراغ بعد أن تهدأ تجاوز السعة. الضغط الكلي في الفرن فراغ لا يهم، كما الفراغ فقط يسرع عملية كبسولة. اترك في الدائرة حتى تم إجلاء جميع الفقاعات من الخليط (حوالي 60 دقيقة).
    4. مكان الختم موائع جزيئية في بلاستيك قطرها 150 مم فارغة طبق بيتري، ثم ببطء تصب في PDMS طبق بيتري، تغطي تماما الطابع موائع جزيئية. من أجل قريبة من السطح طبق بيتري إلى أدنى حد من فقاعات إصلاح في PDMS.
    5. تغطية صحن بيتري ووضعه في فرن 55 درجة مئوية بين عشية وضحاها علاج. متى شُفي تماما، قطع PDMS منقوشة باستخدام سكين وإزالة من الطوابع. تحتفظ PDMS الزائدة لبناء حوض المذيبات (خطوة بروتوكول 1.6.3) وسدادات PDMS (الخطوة 2.2.1.1 من البروتوكول).
    6. استخدام لكمه خزعة 0.5 مم، قطع ثقوب في المواقع التالية: واحد في كل زاوية، واحدة في قاعة شفط قرب حافة القناة، ستة في الدائرة عينة بشكل متناظر وضعت 60° بعيداً، وواحد في المركز الدائرة عينة. لضمان وضع شكل متناظر الثقوب بطباعة نقش على ورقة من الورق وتجري الدائرة عينة. منذ PDMS من الواضح، يمكنك أن ترى بسهولة حيث الثقوب يجب أن توضع.
  3. إعداد حل سول-جل لإنشاء جدران زجاجية في الجهاز موائع جزيئية
    1. في جرة 100 مل، إضافة 25 مل من 90% إيثانول، 25 مل من الأس الهيدروجيني 4 (0.0001 M) حمض الهيدروكلوريك الحل ومل 25 من 98% تيترايثوكسيسيلاني 25 مل من ميثيلتريثوكسيسيلاني 98%. مكان اكتشفت الحل 100 مل، يشار إليها الآن بوصفها السائل بريكونفيرتيد، في الميكروويف لمدة 10 ثوان، ثم مكان في 80 درجة مئوية بين عشية وضحاها.
  4. الجمعية الجهاز
    1. ضع كلا PDMS منقوشة و 75 × 50 × 0.10 ملم الزجاج الانزلاق إلى البلازما أنظف وتعيين صمام 3-السبيل إلى وضع إيقاف التشغيل.
    2. تشغيل مضخة فراغ والسماح لإخلاء الدائرة بدقيقة واحدة.
    3. وضع صمام ثلاثي تدفق منصب المراقب المالي وترك الدائرة حجته لمدة 5 ثوان. موقف تحكم تدفق يسمح بمعدل تدفق صغير من الهواء لإدخال البلازما أنظف، منخفضة ما يكفي لإبقاء الدائرة عند ضغوط منخفضة. قم بتشغيل التبديل تردد الراديو (RF) إلى المتوسطة لمدة 40 ثانية، ثم إيقاف تشغيل تبديل الترددات اللاسلكية ومضخة فراغ.
    4. ضع صمام 3-الطريق إلى موقف مفتوحة للعودة الدائرة للظروف الجوية. قم بإزالة الشريحة PDMS وزجاج منقوشة.
    5. التقيد بعناية PDMS منقوشة على الشريحة الزجاجية بوضع أسطح هما على اتصال ببعضهم البعض.
    6. تطبيق الراتنج يمكن الشفاء منها الأشعة فوق البنفسجية على طبقات حول منقوشة PDMS وعلاج لمدة 5 دقائق تحت انخفاض كثافة الأشعة فوق البنفسجية.
  5. تصنيع الجدران الزجاجية في قنوات موائع جزيئية.
    ملاحظة: يجب إكمال هذه الخطوة في غضون 30 دقيقة من البلازما في المعاملة، كما أنها لا تعتمد على PDMS التغييرات السطحية التي تحدث أثناء المعالجة بالبلازما. سمك الطبقة سوف تكون حوالي 5-10 ميكرون. هذه الخطوة تتطلب استخدام المواد المتفجرة، وينبغي أن يتم بغطاء الأبخرة كيميائية.
    1. تعيين هوتبلت إلى 100 درجة مئوية ويعد الحقن الأربعة (ثلاثة 30 مل ومل 3 واحد) مع الإبر قياس 18 وحوالي 30 سم طول الأنابيب الحرارية واضحة.
    2. ملء ثلاثة 30 مل المحاقن مع الإيثانول، وكلوروفورم والهواء، على التوالي. ملء أحد 3 مل حقنه بسائل بريكونفيرتيد (من البروتوكول خطوة 1.3.1.)
    3. إدراج أنابيب الحرارة واضحة باستخدام موصلات الفولاذ المقاوم للصدأ في كل من الثقوب في PDMS منقوشة، باستثناء ثقب إحدى الزوايا. سيتم استخدام هذا الثقب كمداخل، بينما جميع الآخرين سوف تكون منافذ.
    4. شغل الجهاز موائع جزيئية مع السائل بريكونفيرتيد من المحاقن، ثم ضع الجهاز موائع جزيئية على لوحة الساخن 100 درجة مئوية حيث لمس الزجاج أسفل سطح صفيحة.
    5. تدفق 3 مل سائل بريكونفيرتيد من خلال الجهاز موائع جزيئية أكثر من 10 ثوان. يتم ضبط سمك الجدران الزجاجية بتغيير معدل تدفق السائل بريكونفيرتيد.
    6. إزالة الجهاز موائع جزيئية من هوتبلت. استبدال المحاقن حل بريكونفيرتيد بحقنه الهواء وطرد أي السوائل بريكونفيرتيد الزائدة.
    7. استبدال المحاقن الهواء مع المحاقن كلوروفورم وبطء تدفق 15 مل كلوروفورم من خلال الجهاز موائع جزيئية. استبدال المحاقن كلوروفورم المحاقن الإيثانول وبطء تدفق 30 مل إيثانول من خلال الجهاز موائع جزيئية. وينبغي أن تتخذ هذه الخطوات حوالي 1 دقيقة.
    8. استبدال المحاقن الإيثانول بالهواء المحاقن وتدفق الهواء من خلال الجهاز موائع جزيئية حتى الجاف.
  6. تطبيق يدعم الزجاج وحوض المذيبات
    1. قص 75 × 10 × 1 ملم شرائح من الزجاج من 75 × 25 × 1 مم زجاج الشرائح.
    2. تطبيق الراتنج يمكن الشفاء منها الأشعة فوق البنفسجية على شرائط الزجاج. مكان الجهاز موائع جزيئية على الشرائط، مع الجانب PDMS مواجها لأعلى. نقل إطار انخفاض كثافة الأشعة فوق البنفسجية مصدر الضوء لمدة 5 دقائق.
    3. قطع من 30 × 30 ملم مربع من PDMS. استخدام لكمه خزعة، قطع حفرة كبيرة بما يكفي لتغطية قاعة عينة 10 ملم.
    4. ضع PDMS مربعة والجهاز موائع جزيئية في البلازما أنظف، ثم وضع صمام 3-السبيل إلى وضع إيقاف التشغيل وتشغيل مضخة فراغ.
    5. السماح لإخلاء الدائرة دقيقة واحدة. وضع صمام ثلاثي لموقف تحكم تدفق وترك الدائرة حجته لمدة 5 ثوان.
    6. تشغيل تبديل الترددات اللاسلكية إلى المتوسطة لمدة 40 ثانية، ثم إيقاف تشغيل تبديل الترددات اللاسلكية ومضخة فراغ.
    7. ضع صمام 3-الطريق إلى موقف مفتوحة للعودة الدائرة للظروف الجوية.
    8. إزالة الجهاز حوض وموائع جزيئية المذيبات من غرفة البلازما والتقيد بالاتصال الأسطح. يجب التأكد من مكان في حوض المذيبات أكثر من الدائرة بعينه.

2-μ2ريولوجيا الداخلي

  1. إعداد عينات المسألة لينة
    1. الغسيل مسبار الجسيمات
      1. "الماصة؛" الماء و 0.5 ميكرومتر المسابير في أنبوب ميكروسينتريفوجي على نسبة الماء لإجراء تحقيقات من 10:1. مزيج دقيق باستخدام ماصة الاختلاط، ثم ضع أنبوب ميكروسينتريفوجي إلى ميكروسينتريفوجي، وتدور في 4600 x ز لمدة 10 دقائق.
        ملاحظة: يتم تلقي الحل التحقيق المستخدمة في هذا العمل معلقة في الماء مع تركيز أولى من المواد الصلبة/حجم 2.6 في المائة، وتركيز المسابر المستخدمة في النموذج النهائي هو 0.1% مواد صلبة/وحدة التخزين.
      2. إزالة أنبوب ميكروسينتريفوجي وماصة بها المادة طافية. يستعاض عن المادة طافية بالمياه دي. تكرار استخدام الطرد المركزي لما مجموعة ثلاث مرات.
      3. وضع أنبوب ميكروسينتريفوجي في سونيكاتور و sonicate على منخفضة لمدة 15 دقيقة لإزالة أي المجاميع.
    2. الجمع بين المجسات والمسألة لينة.
      ملاحظة: استخدمت جل الغروية لهذا الإجراء، كنموذج المسألة الناعمة.
      1. في 75 × 50 مم شريحة زجاجية، قياس 1 مل مواد العينة. "الماصة؛" ميليلتر 40 من حل التحقيق في مركز العينة.
      2. بلطف إضعاف العينة بملعقة معدنية حتى مجتمعة تماما. حلج القطن العينة في أنبوب ميكروسينتريفوجي وأجهزة الطرد المركزي في 2340 x ز لمدة 15 ثانية لإزالة الهواء فخ.
      3. تعبئة حقنه 1 مل مزودة إبرة قياس 18 والأنابيب الحرارية واضحة مع خليط المسبار/HCO.
  2. على التوالي المرحلة الانتقالية الناجمة عن تبادل السوائل
    1. شغل الجهاز موائع جزيئية
      1. لإنشاء PDMS السدادات، استخدام PDMS الزائدة من البروتوكول خطوة 1.2.5، قطع مقطع مربع 5 مم من PDMS. استخدام لكمه خزعة قطرها 0.5 ملم، قطع ثقب في منتصف الطريق إلى سداده PDMS. إدراج رابط فولاذ المقاوم للصدأ في حفرة قطرها 0.5 ملم.
      2. قم بتوصيل الأنابيب الحرارية إلى ثلاث قنوات مدخل الزاوية والقناة مخرج الدائرة شفط. تماما ملء الجهاز بالماء باستخدام حقنه متصلة بالجهاز. التأكد من وجود لا فقاعات في الدائرة بعينه أو في قنوات موائع جزيئية. كتلة الثقب الزاوية المتبقية مع السدادات PDMS.
      3. ينبغي ملء الحوض المذيبات جزئيا من الخطوة 2.2.1.2؛ إذا لم يتم ملء ملء الحوض المذيبات بالماء.
      4. استخدام المحاقن من البروتوكول خطوة 2.1.2.3، حقن 10 ميكروليتر من عينة/مسبار خليط من خلال قناة مركز الدائرة عينة في حوالي الساعة 2 ميليلتر/s، ثم استخدام سداده PDMS لحجب القناة مركز في قاعة عينة.
    2. جمع البيانات ميكرورهيولوجيكال
      1. تشغيل إعدادات الكاميرا لتلك الأمثل للحد من الجسيمات والدينامية التي تتبع الأخطاء، ثم قم بالتبديل إلى الهدف غمر المياه × 63 "الماصة؛" قطره الماء على العدسة.
      2. ضع الجهاز موائع جزيئية في مرحلة مجهر ورفع الهدف حتى أنها تركز على العينة.
      3. أخذ فيديو كليب البراونية التحقيقات على مدى فترات زمنية مناسبة للطول الإجمالي لتغيير المرحلة. جيليشن، مواصلة اتخاذ أشرطة الفيديو حتى حركة المسبار قد توقفت تماما.
        ملاحظة: نحن نجمع بيانات كل 10 دقيقة. إذا كان لنا أن نبدأ بتجربة تدهور، يتم جمع البيانات حتى يتم نشرها التحقيقات تماما.
    3. تبادل السوائل في قاعة عينة (تدفق الجاذبية، وتبادل أقل كثافة السوائل مع أعلى كثافة السوائل)
      1. قم بإزالة الجهاز موائع جزيئية من مرحلة مجهر.
      2. شفط المياه من حوض المذيبات باستخدام ماصة نقل، ثم "الماصة؛" 4 مل من أعلى كثافة السائل في الحوض المذيبات.
      3. إرجاع الجهاز موائع جزيئية إلى مرحلة مجهر وكرر الخطوة 2.2.2.3
    4. تبادل السوائل في قاعة عينة (تدفق الشفط، وتبادل السوائل الكثافة أعلى مع انخفاض كثافة السوائل)
      1. إزالة الجهاز موائع جزيئية من مرحلة مجهر وإزالة سداده PDMS من قاعة شفط.
      2. إدراج المحاقن مجهزة إبرة قياس 18 والأنابيب الحرارية واضحة إلى القناة الدائرة الشفط، وربط المحاقن يصل إلى مضخة الحقن. تعيين مضخة الحقن بالانسحاب في 1 مل/دقيقة.
      3. إزالة عامل مجمد الزائدة في حوض المذيبات وشطف ثلاث مرات بالماء قبل ملء الحوض المذيبات والمص ثم أصل سائل شطف.
      4. تبدأ شفط مع مضخة الحقن أثناء إضافة المياه إلى حوض المذيبات لمدة دقيقة واحدة. لا تدع حوض المذيبات فارغة تماما، كهذا سيتم سحب الهواء في قاعة عينة-
      5. إزالة المحاقن من الجهاز موائع جزيئية واستبدال سداده PDMS في قاعة شفط.
      6. إرجاع الجهاز موائع جزيئية إلى مرحلة مجهر ومواصلة أخذ العينات
  3. مواصلة أخذ عينات على فترات منتظمة خلال تدهور/جيليشن دورات حتى يكتمل العدد المطلوب من دورات أو هناك تحقيقات غير كافية للقياس.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

يتم إنشاء جهاز موائع جزيئية الطبقات اثنين مع PDMS (الشكل 1أ، ب)، التي هي منقوشة على طابع موائع جزيئية. ويبين الشكل 1جتصميم الطوابع. يمكن أن يؤدي سوء الإعداد التجريبية على حد سواء في أخطاء في تدفقات ميكرورهيولوجي وموائع جزيئية السلبي خلال المحيطة بتبادل السوائل (الشكل 2). وترد أمثلة عن سوء الإعداد التجريبية في قسم مناقشة. أثناء تشغيل الجهاز، يتم تبادل السوائل المحيطة حول عينة جل. تبادل السوائل هذا يحدث عندما المواد في الجل والمرحلة سول. تصميم الجهاز موائع جزيئية هذا لديه القدرة على تبادل السوائل دون خسارة كبيرة في التبلور المواد والجزيئات المسبار جزءا لا يتجزأ. هناك نوعان من السوائل التي تستخدم تبادل، وتدفق الجاذبية (عند الانتقال من أدنى إلى أعلى كثافة السائل) أو شفط تدفق (عند الانتقال من أعلى إلى أدنى كثافة السائل). في نظامنا جل HCO، يستخدم تدفق الشفط للحث على تدهور في حين يستخدم تدفق الجاذبية للحث على جيليشن. كلا تدفقات نقل القص الحد الأدنى على العينة، مع القص حدود 0.01 باسكال و 1 تدفق السلطة الفلسطينية لشفط والجاذبية، على التوالي. هذه المقصات تحت الضغط العائد من الهلام، ويقارب9،السلطة الفلسطينية 1010.

الدولة، وهيكل وخصائص العينة جل انسيابية تتميز كمياً استخدام متعددة الجسيمات تتبع ميكرورهيولوجي (MPT). يتم تعقب الجسيمات المسبار في MPT, استخدام الكلاسيكية تتبع خوارزميات27،28. يتم حساب تشريد التربيعية يعني الفرقة في المتوسط (MSD) من مسارات الجسيمات (الشكل 3) خلال المراحل المتعاقبة من المرحلة الانتقالية. وتظهر البيانات ميكرورهيولوجي (الشكل 3) تحقيق التحولات المرحلة المتعاقبة في النظام جل HCO. منحنيات MSD بالتناوب بين α ← 0 (جل) و α ← 1 (سول). حجم منحنيات MSD أعلاه الحد الأدنى قابلة للقياس MSD لهذا الإعداد التجريبية (0.001 ميكرومتر2). يتحدد هذا الحد تجريبيا بالمسابير المنضمة الزجاج في حجرة عينة، الذي يتم عن طريق السماح للجسيمات تسوية تحت الجاذبية بين عشية وضحاها. الفرقة يقاس MSD متوسط من الجسيمات مسبار المقبوض عليهم للحصول على الحد الأدنى من MSD، ويعتمد على جهاز تجريبية محددة.

يتم حساب انحدار لوغاريتمي المنحنى MSD (α) والمعلمة غير الضبابي (αنغ) ودولة المواد تتحدد كمياً بالمقارنة إلى الأس الاسترخاء حرجة (n) (الشكل 4). لهذه التجربة، باستخدام HCO كهلام نموذجية، يتم قياس مجموع التحولات تسعة. المواد يبدأ كهلام (α ← 0) والتدهور الخمسة (← α 1) وأربعة جيليشنز (α ← 0) يتم قياس أكثر من 1,500 دقيقة. هو توقيت كل مرحلة انتقال المواد التابعة. هي مرحلة التغيرات الناجمة عن تبادل السوائل. عندما لا يكون هناك لا تبادل السوائل، كما هو موضح بفترة طويلة في مرحلة سول بين 800-1400 دقيقة، تظل الجسيمات التحقيق داخل العينة وهناك أية تغييرات على خصائص انسيابية. حالما تتم بتبادل السوائل، والهلام بالمواد مرة أخرى.

البيانات حصلنا عليها من هذا الجهاز يوفر معلومات حول الخصائص انسيابية وهيكل هذه المواد في عدة طرق. ونحن لا تقيس التغيرات في خصائص التوازن انسيابية من التغييرات المتكررة في المرحلة. وهذا واضح من α في كل مرحلة من مراحل العودة إلى نفس القيمة. عندما تكون المواد في مرحلة سول، أن تصل إلى α، = 0.90، وعندما تكون في مرحلة هلام، α = 0.20. تشير قيمة α في مرحلة سول إلى أن المواد التي تحتفظ ببعض بنية حتى بعد تدهور. وسيكون نظام الغروية قد تحللت تماما في حل جسيمات الغروية α = 1.0، بينما قيمة التوازن في المرحلة سول HCO هو α = 0.90، هو الإبقاء على الإشارة إلى بعض بنية. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يحدث إعادة ترتيب الغروية فورا بعد تبادل السوائل، مما يدل على زيادة في α. وأخيراً يظهر المعلمة غير غاوسي، αنغ، التي يوضحها عدم تجانس المواد، أن يخضع الهلام زيادة التغاير الهيكلي خلال المرحلة الانتقالية تدهور (جل لسول). وهذا واضح بالذروة في αنغ.

Figure 1
الشكل 1: الجهاز موائع جزيئية. (أ) صورة الجهاز طبقتين موائع جزيئية أن يعوض عينة في المكان في حين يتم تبادل السوائل المحيطة بها. الطبقة الأولى بفريقين، واحد للعينة، وآخر لشفط. الثقوب الموجودة في كل من الزوايا، فضلا عن واحد في قاعة الشفط وسبعة في الدائرة بعينه. أعلاه قاعة عينة طبقة ثانية من PDMS هو التقيد بالجهاز بمثابة حوض المذيبات. (ب) عينة يحقن الدائرة بعينه من خلال القناة الوسطى. مؤمن العينة في المكان أثناء نقل السوائل من تيارات مدخل متماثل في قاعة عينة خلق ضغط متساو حول العينة. (ج) تصميم المستخدمة لإنشاء طابع موائع جزيئية لطبقةش 1 للجهاز. ويجب على الدوائر كل قطره 10 ملم، بينما القنوات بعرض 1 ملم. ارتفاع الناتج لكل القنوات والدوائر 1 مم بعد 45 ثانية تعرض للأشعة فوق البنفسجية. مستنسخة من فرمان et al. عام 201710 بإذن من "المجتمع الملكي للكيمياء". الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 2
الشكل 2 : صورة جهاز غير صحيح شغلها موائع جزيئية. يمكن أن يكون فقاعات الهواء حقن الجهاز من آثار سلبية على كل من البيانات ميكرورهيولوجيكال (بسبب توجيه الحركة من الجسيمات في الواجهة الغاز السائل) وتدفق موائع جزيئية خلال تبادل الحلول. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 3
الشكل 3: منحنيات التشريد للتربيع يعني زيت الخروع المهدرجة هلام خلال تدهور (أ، ج) وجيليشن (ب، د)- وترد من أصل 9 مجموع التحولات 2nd (أ، ب) والتحولات المرحلة 3rd (ج، د). هو إلى نقطة التحول الحاسمة (جل-سول أو سول-جل) بواسطة خط متقطع في n = α = 0.77، ويمثل كل تغيير المرحلة مع MSD المنحنيات فوق الخط سول وأدناه هلام. مستنسخة من ويهرمان et al. عام 201710 بإذن من "المجتمع الملكي للكيمياء". الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 4
الشكل 4: الانحدار اللوغاريتمي (، مغلقة) والمعلمة غير الضبابي (αنغ، فتح) على عينة واحدة من 4 و % مهدرج هلام زيت الخروع أثناء التحولات المرحلة المتكررة. تتم الإشارة إليها في مرحلة انتقالية حرجة بخط أفقي متقطع (n = 0.77) وتقرر من تجارب ميكرورهيولوجيكال السابقة9،10. تشير الخطوط العمودية تبادل المذيبات، مع الخلفيات البيضاء تشير إلى وجود المياه في حوض المذيبات والمناطق الرمادية مظللة أن هناك عامل مجمد في حوض المذيبات. تغيير في اللون بين الأبيض والرمادي يشير إلى عكس التدرج التناضحي. إذا لم يتغير اللون في خط عمودي، يشير هذا إلى أن الدائرة عينة يجري إعادة مسح مع المذيب نفسه. وهذا يحدث عندما يكون هناك عدم كفاية السوائل إزالة، وغالباً ما يحدث عندما يكون السائل كثافة أعلى في قاعة عينة بسبب اللزوجة كبيرة لها. مستنسخة من فرمان et al. عام 201710 بإذن من "المجتمع الملكي للكيمياء". الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

يمكن بسهولة إجراء الجهاز موائع جزيئية طبقتين (الشكل 1) بتلفيق موائع جزيئية الموثقة التالية التقنيات29. يدعم الزجاج إضافة إلى الجزء السفلي من الجهاز لتقليل آثار الذبذبات على حركة التحقيق. الشريحة الزجاجية رقيقة جداً (0.10 ملم) من أجل استيعاب المسافة العمل الهدف المجهر. وهذا يجعل الجهاز عرضه للاهتزازات الصغيرة في المبنى والبيئة العينة التي يتم قياسها ثم مع كاميرا عالية السرعة. يدعم الزجاج بنجاح ينفي هذه المؤثرات الخارجية. يتم اختيار الهدف العامل مسافة قصيرة إلى جمع بيانات دقيقة MPT الذي يتطلب: (1) على الأقل 4 بكسل لكل الجسيمات و (2) مسافة عمل محدودة لتجنب تصوير الجزيئات التي ليست في 2D الطائرة.

تصميم هذا الجهاز، الشكل 1أ-ج، يستند على التحقيقات السابقة التي تجمع بين ميكرورهيولوجي ميكروفلويديكس. وضع شولتز وفورست ريولوجيا2μ، استخدام نفس الأسلوب تلفيق موائع جزيئية المستخدمة لعملنا. تم تصميم الجهاز الخاص بهم لإنشاء 50-100 عينات من المواد المائية، مفصولة بمرحلة مستمرة، مع التدرجات في كلا البوليمر العمود الفقري وكروسلينكير تركيز16،29. بالإضافة إلى ذلك، أظهرت تقنيات استخدام تيارات موائع جزيئية متقاربة لتكون مفيدة لتعويض واحد الجسيمات أو الجزيئات25،26. ونحن تضافرت تقنية تصنيع شولتز وفورست وفكرتهم لأخذ القياسات ميكرورهيولوجيكال في جهاز موائع جزيئية في لدينا جهاز جديد وموائع جزيئية رفع مستوى التصاميم الملائمة. في التصميم لدينا، نقوم بإنشاء 1 مم مربع القنوات التي يتم تقريب عند طبقة من الزجاج في داخل القنوات باستخدام الكيمياء سول-جل30. ويتم اختيار أبعاد القناة لتجنب التفاعلات بين الجسيمات المسبار والجدران ل الجهاز موائع جزيئية31. لدينا مسبار الحجم (0.5 ميكرومتر) وقناة الارتفاع (1 مم) القوة الهيدروديناميكية من الزجاج في التحقيق هو حدود ≈ و 10-18 ن، التي تشير إلى هذه القوة من الجدار الزجاجي لن يكون له تأثير ملحوظ على حركة الجسيمات مسبار 31-بالإضافة إلى ذلك، يجب أن يكون ضمن 10 ميكرون من الجدار لتأثير حركة الجسيمات بسبب تفاعلات الجسيمات مع الجدار الجسيمات التحقيق. جميع البيانات التي يتم جمعها أكثر من 10 ميكرون من الجدار. الزجاج هو لفقتها PDMS في قنوات موائع جزيئية لمنع امتصاص المذيبات أثناء لدينا مقياس الوقت التجريبية، وأمر من ساعات. باستخدام تقنية تصنيع الذي يسمح ل 10 أحجام العينة ميليلتر (المقابلة لارتفاع قناة 1 مم) والتقاء تيارات موائع جزيئية، يمكن مضاعفة الطريقة الملائمة من جزيئات مفردة 10 ميليلتر.

أن يتم دمج تصميم 2-طبقة لمنع تدفق القلاقل التي تحدث في جهاز طبقة واحدة. خلال التكرارات المبكرة لهذا العمل كان الجهاز كامل طبقة واحدة. اثنين الإدخال تيارات (كل مع نفس السائل، أما الماء أو التبلور وكيل) بدأ من ركنين من الجهاز وتدفقت إلا من خلال قنوات طويلة يعمل طول الجهاز، عرضية إلى الدائرة عينة. ومع ذلك، أي عدم استقرار تدفق بين القنوات أسفرت عن التدفق من خلال الدائرة عينة وفقدان عينة، تنتهي التجربة. يزيل الطبقة الثانية، جنبا إلى جنب مع إضافة قاعة شفط كبيرة، هذه القلاقل باستخدام مصدر واحد شفط وخلق ضغط متساو حول العينة، محاصرة العينة أثناء تجارب فقط. الطبقة الثانية بتصميم بسيط جداً ويهدف إلى عقد جديد السوائل المحيطة بها أعلاه قاعة عينة.

يتم جمع البيانات ريولوجيا2μ بنجاح باستخدام البروتوكول أعلاه. المرحلة الأولى من برنامج الإعداد، ملء الجهاز، أمر حاسم لتجربة ناجحة. شغل غير سليمة يمكن أن ينتج فقاعات في القنوات أو في قاعة عينة، التي ستؤثر سلبا ميكرورهيولوجي ووظيفة الجهاز موائع جزيئية (الشكل 2). أسهل طريقة لتجنب الفقاعات في الجهاز موائع جزيئية يتم عن طريق ملء المحاقن (التأكد من أنه لا يوجد أي فقاعات) المسبقة لملء الجهاز تماما. بدلاً من ذلك، فقاعات يمكن إزالتها عن طريق إدخال أما بمعدل تدفق كبير من المذيبات (بواسطة ضغط المكبس المحاقن أكثر صعوبة) أو بالنقر على الجهاز برفق حتى الفقاعات الانتقال إلى قناة خروج. يمكن أن يسبب فقاعات داخل قاعة عينة إخراج الحركة من تحقيقات في واجهة الهواء السائل. تتطلب القياسات MPT المسابير الخضوع البراونية بحتة لقياس خصائص المواد. فقاعات في قنوات موائع جزيئية تؤثر أيضا على تدفق خلال تبادل السوائل، التي يمكن أن تسبب تغيرات في الضغط ثم ونقل العينة جل خارج الدائرة. كل من هذه القضايا يمكن تجنبها من خلال ضمان أن الجهاز والدائرة المذيبات تمتلئ تماما مع السوائل قبل الحقن بعينه. خطوة الإدخال العينة سوف تضفي بعض القص في العينة، إلا أن ذلك لا يؤثر سلبا في خصائص انسيابية وهيكل من المواد. تم التحقق من ذلك بقياسات انسيابية الجزء الأكبر من عينات تحميلها دون القص والعينات التي حملت على رهيوميتير استخدام نفس الأساليب الإدخال كجهاز موائع جزيئية. بعد أن يتم ملء الجهاز بشكل صحيح، يضمن المخطط التفصيلي الإجراء أعلاه وظيفة مناسبة خلال التجارب.

وهناك خسارة مادية ضئيلة خلال تبادل السوائل. ويتضح ذلك خلال التجارب التي: (1) قدرة المواد الغروية على ألياف كافية الاستمرار في تشكيل شبكة جل و (2) تركيز الجسيمات مسبار تبقى عالية بما فيه الكفاية لجمع قياسات MPT يعتد به إحصائيا. بالإضافة إلى ذلك، قادر على عينة واحدة يصل إلى تسعة المرحلة الانتقالية، كما يشير إلى فقدان الحد الأدنى خلال تبادل السوائل. العدد الإجمالي للتحولات يمكن ملاحظتها يعتمد على مقدار المسابير التي فقدت بسبب نشرها خارج العينة عندما يكون في مرحلة سول. تحقيقات عند انتشارية المواد سول، وكمية صغيرة من لهم سوف منتشر من العينة بعد كل انتقال جل-سول. مقدار المسابير سيتم الحد من مقدار التحولات الممكنة للجهاز.

لقد أظهرنا أن هذا الجهاز يمكن استخدامها لقياس خصائص المواد وتحديد المجهرية للمسألة لينة أثناء تكرار المرحلة الانتقالية. الفخاخ التماثل من مدخل منافذ دخول قاعة عينة عينة في المكان، مما يتيح تكرار المرحلة الانتقالية على عينة واحدة دون فقدان للعينة. تصميم الجهاز يمكن تكييفها بسهولة للنظم المختلفة، بما في ذلك البوليمرية الهلاميات المائية أن تغير بنية نتيجة للتغيرات في درجة الحموضة أو بيولوجية ومواد السطح التي تستجيب للتغيرات في تركيز الملح، مما يتيح النتائج استنساخه تحديد خصائص انسيابية وبنية نظام جل أثناء تغييرات المرحلة على التوالي.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

وهناك لا الكشف لهذا العمل.

Acknowledgments

تم توفير التمويل لهذا العمل بروكتر & شركة مقامرة و "الأمريكية الكيميائية مجتمع البحث صندوق النفط" (54462-DNI7). وتتم اعتراف إلى الجهات المانحة "صندوق أبحاث البترول المجتمع الأمريكي الكيميائية" لدعم جزئي لهذا البحث. المؤلف يود أن ينوه الدكتور ماركو كاجيوني لإجراء مناقشات مفيدة.

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

الهندسة، العدد 134، الغرويات، هلام، ميكروفلويديكس، ميكرورهيولوجي، ريولوجيا، المسألة لينة
الجمع بين ميكروفلويديكس وميكرورهيولوجي لتحديد خصائص انسيابية لينة المسألة أثناء التحولات المرحلة المتكررة
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