Waiting
Login processing...

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

Engineering

שילוב מיקרופלואידיקה Microrheology כדי לקבוע מאפייני Rheological מחומר רך במהלך שלב חוזרות מעברים

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

נדגים את ייצור ושימוש של מכשיר microfluidic המאפשר מספר החלקיקים מעקב מדידות microrheology לחקור את ההשפעות rheological של מעברים שלב חוזרות ונשנות בעניין רך.

Abstract

מיקרו מחומר רך ישירות משפיעה על מאפייני rheological מאקרוסקופית והוא ניתן לשינוי על-ידי גורמים שונים, לרבות שחלוף colloidal במהלך השלב הקודם שינויים ומוחלים הטיה. כדי לקבוע את היקף השינויים הללו, פיתחנו מכשיר microfluidic מאפשר חזר על מעברי פאזה המושרה על ידי חילופי האפיון של נוזלים ושל microrheological שמסביב תוך הגבלת הטיה על הדגימה. טכניקה זו היא ממוצע2rheology, השילוב של מיקרופלואידיקה ו- microrheology. המכשיר microfluidic הוא עיצוב דו שכבתי עם כניסת סימטרי נחלים הזנת תא מדגם זה לוכד את הדגימה ג'ל במקום במהלך החלפת נוזלים. ניתן להחיל שאיבה רחוק מן החדר מדגם למשוך נוזלים אל החדר הדגימה. מאפייני rheological גשמי מאופיינים באמצעות חלקיקים מרובים מעקב microrheology (MPT). MPT, חלקיקים בדיקה פלורסנט מוטמעים בתוך החומר, תנועה בראונית של הגששים נרשם באמצעות מיקרוסקופ וידאו. מעקב אחר תנועת החלקיקים, העקירה אומר בריבוע (MSD) מחושבת. MSD קשורה מאקרוסקופית מאפייני rheological, באמצעות היחס סטוקס-איינשטיין מוכללת. השלב של החומר מזוהה על ידי השוואה כדי המעריך הקריטיים מרגוע, באמצעות עקרון הסופרפוזיציה זמן-קיור. מדידות של ג'ל colloidal סיביים ממחישים את התועלת של הטכניקה. התכשיר יש מבנה עדין שניתן לשינוי בלתי הפיך הטיה מוחל. ממוצע2rheology הנתונים מראה כי החומר שוב ושוב equilibrates על מאפייני rheological אותו לאחר כל מעבר פאזה, המציין כי מעברי פאזה לא לשחק תפקיד לשינויים microstructural. כדי לקבוע את התפקיד של הטיה, דגימות יכול הטייה לפני זריקה לתוך המכשיר microfluidic שלנו. ממוצע2rheology היא טכניקה החלים נרחב עבור אפיון החומר רך המאפשר קביעת מאפייני rheological מזערים עדין דגימה בודדת במהלך שלב מעברים בתגובה לשינויים חוזרות ונשנות תנאי הסביבה שמסביב.

Introduction

מעברי פאזה בעניין רך יכול לשנות את המבנה בפיגומים, אשר יש השלכות ביציבות עיבוד והאחרון של חומרים1,2,3. אפיון חומרים רכים במהלך מעברי פאזה דינאמי מספק מידע חיוני על הקשר בין התפתחות מבנית ואת מבנה שיווי משקל מאפייני rheological. לדוגמה, מוצרים ושרותים רבים דורשים שינוי פאזה במהלך שימוש על ידי הצרכן. כמו כן, בתהליך הייצור, צעדים עיבוד, כולל דילול, ערבוב, להקנות הטיה המשפיעים על מאפייני rheological של מיקרו הסופי של המוצר. הכרת מאפייני rheological לאורך כל שינוי פאזה מבטיחה כי המוצר מבצע כמתוכנן. בנוסף, אם כוחות לשנות rheology ההתחלתי של החומר בתהליך הייצור, מעברי פאזה יכולות להניב תוצאות בלתי צפויה ולא רצויה, לשנות את הפונקציה המיועד והיעילות. בנקודה קריטית gelation, הגדיר את הנקודה שבה החומר המעברים פתרון של קולואידים ואמולסיות המשויך או פולימרים לרשת ג'ל פורש-לדוגמה, תכונות החומר שינוי דרסטי עם שינויים קלים להתאחדות. כל שינוי המבנה בנקודה קריטית ג'ל יכול להשפיע את המוצר הסופי4. במהלך מעברים אלה דינמי, חומרים רכים יש תכונות מכניות חלש, מדידות משתמשים בטכניקות ניסיוני הקלאסית ניתן תוך מדידת רעש מגבלת5,6,7. לקחת בחשבון זה, טכניקות כגון microrheology, המגלה רגישות בטווח נמוך מודולים (10-3 - 4 הרשות הפלסטינית), נעשה שימוש כדי לאפיין את הג'ל התחלתית חלש במהלך האבולוציה דינמי. כמה חומרים רגישים לשינויים מיקרו בגלל כוחות חיצוניים, אשר מהווה אתגר במהלך האפיון, כמו לכל העברת חומר או נוזל יכול להשפיע על המבנה ובסופו של דבר, את תכונות החומר הסופי. כדי למנוע שינוי של מיקרו גשמי, פיתחנו מכשיר microfluidic שבו אפשר להחליף את הנוזל הסביבה סביב מדגם תוך מזעור הטיה. על ידי החלפת נוזלים לסביבה, שינויים מאפייני rheological מיקרו נמדדים במהלך שלב מעברים עם תרומות מינימלי של הטיה. המכשיר משולבת עם חלקיקים מרובים מעקב microrheology (MPT) בטכניקה הנקראת rheology2ממוצע. טכניקה זו משמשת כדי לכמת תכונות החומר במהלך שלב רצופים שינויים של ג'ל בתגובה כוח נהיגה חיצוני. הטכניקה יומחשו באמצעות ג'ל colloidal סיבי a, שמן קיק מוקשה (HCO)9,10,11.

ג'ל פיגומים יכול לעבור שינויים האגודה דיסוציאציה עקב שלהם לדוגמה הסביבה12,13,14,15. הכוח המניע של gelation והשפלה חומר מסוים, חייב יהיה מותאם עבור כל חומר מעניין. ראולוגיה2ממוצע ניתן לאפיון מערכות ג'ל מגיב לגירויים חיצוניים, כולל רשתות colloidal פולימריים. שינוי ה-pH, לחץ אוסמוטי או ריכוז המלחים הם דוגמאות של הכוחות זה יכול לגרום לשינויים מיקרו גשמי. לדוגמה, HCO עובר מעברי פאזה מבוקרת על-ידי יצירת מעבר צבע על לחץ אוסמוטי. כאשר מדגם ג'ל HCO מרוכז (4 wt % HCO) שקוע במים, כוחות אטרקטיביים בין colloidal חלקיקי להחליש, גורם השפלה. לחלופין, כאשר פתרון שתדללו של HCO (0.125 wt % HCO) הוא יצר קשר עם חומר הידרופיליות (המכונה הסוכן ג'לי, המורכבת בעיקר גליצרין, חומרים פעילי שטח), מושכת כוחות ההחזרה, גורם gelation. מערכת זו ג'ל ישמש כדי להראות את הפעולה של המכשיר ככלי למדידת מעברי פאזה רצופים מדגם יחיד9,10. כדי לאפיין פיגומים ג'ל אלה במהלך מעברים דינמיים, המבנה ג'ל עדין התחלתית-המעבר שלב קריטי, אנו משתמשים MPT לאפיון חומרים אלה עם רזולוציה גבוהה-עתיים.

Microrheology משמשת כדי לקבוע מאפייני ג'ל ומבנה, במיוחד בזמן המעבר הקריטי, של מערך מחומרים קלים, כולל ג'לים colloidal ו פולימריים5,6,9,16. MPT היא טכניקה microrheological פסיבי המשתמשת מיקרוסקופ וידאו לרשומה תנועה בראונית של חלקיקים בדיקה פלורסנט מוטבע בתוך מדגם. מיקומי החלקיקים לאורך קטעי וידאו נחושים בדיוק בתוך 1/10בתאנון השימוש פיקסל קלאסית מעקב אלגוריתמים17,18. ההרכב בממוצע בריבוע אומר הזחה (MSD, (Δr2(t))) מחושבת על פי מסלולי חלקיקים אלה. MSD קשורה תכונות החומר, כגון הציות השרץ, באמצעות יחס סטוקס-איינשטיין מוכללת17,19,20,21,22, 23. המדינה של החומר נקבע על ידי חישוב המדרון לוגריתמי של העקומה MSD כפונקציה של זמן השהיה, α,

Equation 1

כאשר t הוא זמן השהיה ולאחר השוואתו המעריך הקריטיים מרגוע, n. n נקבעת באמצעות זמן-קיור הסופרפוזיציה, מתועדת היטב בטכניקה שונה כדי לנתח נתונים MPT לארסן, פירסט6. על ידי השוואה של n כדי α המדינה של החומר באופן כמותי נקבע. כאשר α > n החומר הוא סול, ומתי α < n החומר הוא ג'ל. העבודות הקודמות יש מאופיין שבמערכת HCO שימוש microrheology כדי לקבוע הרפיה ביקורתי המעריך9. באמצעות מידע זה, נוכל לקבוע בדיוק מתי החומר המעברים של ג'ל סול במהלך ניסוי. בנוסף, ניתן לחשב את הפרמטר הלא-Gaussian, αNG, כדי לקבוע את מידת הטרוגניות מבנית של מערכת,

Equation 2

איפה תנועת החלקיקים מימדי בכיוון x , Δx(t). באמצעות MPT, ניתן לאפיין שינוי חד-פאזי, אך על ידי אפיון חומרים עם MPT התקן microfluidic, אנחנו מסוגלים לתפעל את סביבתו נוזלים ולאסוף נתונים של מעברים שלב מספר על מדגם יחיד ג'ל.

זה מכשיר microfluidic נועדה לחקור את המעברים הקריטיים של מדגם יחיד ג'ל זה עובר שינויים שלב בתגובה לשינויים בסביבה נוזלית שמסביב. המכשיר בורסות נוזלים המקיפים את הדגימה כאשר הוא גם במדינה ג'ל או סול על ידי נעילת המדגם במקום לזירוז מעבר שלב תוך מזעור הטיה. אגן הממס ממוקם ישירות מעל תא הדגימה, אשר מחוברים באמצעות שישה ערוצים כניסת מפוזרים באופן סימטרי. סימטריה זו מאפשרת חילופי נוזלים מאגן הממס לבין תא הדגימה תוך יצירת לחץ שווה סביב המדגם, נעילתה במקום. היו מספר מחקרים להשתמש בשיטה זו עבור חלקיק בודד ו- DNA השמנה, אך עבודה זו משנה את עוצמת הקול ממולקולות יחיד כדי דגימות המהווים כ 10 µL24,25,26. עיצוב ייחודי זה מאפשר גם אפיון microrheological בזמן אמת במהלך שלב מעברים.

ממוצע2rheology היא טכניקה חזקה הרלוונטיים מערכות רבות חומר רך. בטכניקה המתוארת במאמר זה תוכנן עבור colloidal ג'לים, אך זה ניתן בקלות להתאים חומרים אחרים כגון פולימר או פתרונות micellar. בטכניקה זו, נוכל לקבוע לא רק כיצד מעברי פאזה משפיעים על תכונות החומר של שיווי משקל, אך שלבי עיבוד גם כמה שונה שנמשך השפעות על ההתפתחות rheological של החומר ואת המבנה בפיגומים הסופי, מאפיינים.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. ייצור של המכשיר Microfluidic

  1. Microfluidic חותמת פבריקציה נוספת.
    הערה: שלב זה מחייב השימוש בחומרים נדיפים, צריך להיעשות בשכונה fume כימי.
    1. השתמש בעיצוב המודפס שלילי באותן מידות כמו השקופית זכוכית (75 × 50 מ מ), ערוצי הצבועים בלבן, הרקע בצבע שחור (ראה איור 1). הדפס עיצוב זה בגיליון אצטט ברורה (שקיפות) ברזולוציה של 1200 dpi.
    2. אם החלק האפל של השקיפות מאפשרת עדיין אור דרך, שכבה התשלילים מספר וציות באמצעות הקלטת צדדית כפולה.
    3. להפעיל בעוצמה גבוהה אולטרה סגול (UV) מקור אור ולאפשר לו להתחמם לפלט קבוע (כ- 30 דקות).
      הערה: במשקפי מגן UV לענידה בעת שימוש בעוצמה גבוהה את מקור אור UV.
    4. מילוי שלושה 150 מ צלחות פטרי עם אצטון, אתנול, מים מזוקקים.
    5. במקום ריק שקיפות על משטח שטוח קרוב למקור UV תפוקה גבוהה, אבל לא ישירות מתחת UV אור. זה יספק בסיס כדי לפברק את חותמת microfluidic.
    6. חלוקה לרמות את הפינות של 75 × 50 מ מ זכוכית שקופית במרכז השקיפות ריק שימוש של קבע סמן ומקום ארבע זכוכית מפרידי (כ 30 × 30 × 1 מ מ) פינות המלבן מחולקת לרמות.
    7. יוצקים כ- 5 מ ל UV שרף תיול לריפוי: ene במרכז קפיציות ולאחר מכן מקם בזהירות 75 x 50 x 1 שקופיות זכוכית מ מ על גבי זכוכית קפיציות, כך הדבק מכוסה לגמרי על ידי השקופית זכוכית עם אין בועות אוויר.
    8. מניחים את השקיפות שלילי המודפס על גבי השקופית זכוכית ולעבור את כל המרכיבים לעיל (מלמטה למעלה: ריק שקיפות, מפרידי כלי זכוכית UV, זכוכית, ודבק שקף מודפס שלילי) על-ידי גרירת השקיפות ריק בקפידה תחת מקור האור UV.
    9. לאפשר את האור האולטרה סגול וחובתו השלילי שרף ועל התרופה. הזמן מרפא יכול להיות מותאם כדי לשנות את הגובה של הערוץ. 45 s התרופה זמן תוצאות ב גובה ערוץ 1 מ מ, באמצעות מקור האור שלנו.
    10. להזיז את הרכיבים הרחק מהמקור UV ולהסיר על שקף מודפס שלילי והחלק זכוכית. השקופית זכוכית עם הערוצים מפוברק דבק UV עכשיו להיות המכונה החותמת microfluidic.
    11. להתעלם קפיציות שקיפות וזכוכית.
    12. טובלים את חותמת microfluidic באמבטיה אצטון, ואחריו האמבט אתנול. חזור על שלב זה פעמיים. אצטון לבזות את דבק UV, אז אל תעזוב אצטון בחותמת מ 10 s.
    13. בעוד אתה מחזיק את החותמת, להטביע את חותמת במים ולהשתמש ספוגית כותנה כדי להסיר את שארית שרף unreacted. אל ישירות תנגב את החלקים נרפא, זה שיהפוך את הערוצים קשה.
    14. למקם את החותמת על מגבת נייר, לחזור אל המקור UV במשך לפחות 30 דקות להבטיח ריפוי מלא.
  2. דפוס Polydimethylsiloxane (PDMS)
    1. שופכים 70 גרם של בסיס PDMS לתוך כוס נקי ולהוסיף את הסוכן cross-linking הבסיס יחס משקל של 1:10 crosslinker לבסיס. אלו הן ליצרן מומלץ יחסי. אל תשתמש מיכל הזכוכית.
    2. לערבב את מחדש, לבסס ביסודיות עם קדירות מתכת; התערובת צריכה להיות עכורים בגלל בועות אוויר כלואה ברגע כראוי מעורב.
    3. מכניסים את PDMS ואקום תנור ולמשוך ואקום-PDMS מעורב. לבטל ואקום אם הפתרון מתחילה גלישה מגביע, ולאחר מכן לחדש את אבק אחרי העומס שוככת. הלחץ הכולל בתנור ואקום לא משנה, כמו שואב האבק רק מזרזת את תהליך degassing. להשאיר בבית הבליעה עד כל הבועות פונו מן התערובת (כ- 60 דקות).
    4. המקום החותמת microfluidic פלסטיק בקוטר 150 מ מ ריק פטרי, ואז מוזגים את PDMS לתוך הפטרי, מכסה לחלוטין את חותמת microfluidic. יוצקים קרוב לפני השטח של הפטרי כדי למזער את בועות רפורמה ב PDMS.
    5. לכסות הפטרי ומניחים בתנור 55 ° C בלילה כדי לרפא. ברגע נרפא לגמרי, לחתוך את PDMS בדוגמת באמצעות סכין ולהסיר החותמת. שומרים על עודף PDMS לבנות את הממס (פרוטוקול שלב 1.6.3) ואגן PDMS פקקים (פרוטוקול שלב 2.2.1.1).
    6. באמצעות אגרוף ביופסיה 0.5 מ מ, חותכים חורים מהמיקומים הבאים: אחד בכל פינה, אחד בבית הבליעה היניקה סמוך לקצה של הערוץ, שש בבית הבליעה מדגם סימטרי להציב 60° לגזרים, ואחד במרכז תא הדגימה. כדי להבטיח חורים שמוקם באופן סימטרי להדפיס תבנית בגיליון נייר ומקום תחת תא הדגימה. מאז PDMS ברור, שניתן בקלות לראות היכן החורים צריך להיות ממוקם.
  3. הכנה של פתרון סול-ג'ל ליצירת קירות זכוכית במכשיר microfluidic
    1. צנצנת 100 מ ל, להוסיף 25 מ של 90% אתנול, 25 מ של pH 4 (ז 0.0001) פתרון חומצה הידרוכלורית, 25 מ של 98% tetraethoxysilane ו- 25 מ של 98% methyltriethoxysilane. מקם את הפתרון 100 מ ל, המכונה עכשיו הנוזל preconverted, במיקרוגל חשפו במשך 10 שניות, ואז במקום 80 מעלות צלזיוס למשך הלילה.
  4. התקן הרכבה
    1. מקום שני PDMS עם תבנית של, 75 × 50 × 0.10 מ מ זכוכית שקופיות לתוך הפלזמה מנקה ולהגדיר את השסתום אסידו למצב כבוי.
    2. להפעיל את משאבת ואקום, המתן דקה אחת לפנות את החדר.
    3. לשים את השסתום תלת-כיווני זרימה בקר המיקום ולתת תא equilibrate למשך 5 שניות. המיקום בקר זרימה מאפשר קצב זרימה קטן של האוויר נכנס פלזמה מנקה נמוך לשמור את התא הלחץ נמוך. להפעיל את המתג בתדר רדיו (RF) בינוני במשך 40 שניות ולאחר מכן לכבות את המתג RF ומשאבת ואקום.
    4. מקום 3-דרך המסתם למצב פתוח כדי לחזור לחדר תנאים אטמוספיריים. הסר את השקופית בדוגמת PDMS וזכוכית.
    5. דבקים בקפידה את PDMS בדוגמת לשקופית זכוכית על ידי לשים את שני המשטחים קשר איש עם רעהו.
    6. חלות UV לריפוי שרף התפרים סביב בדוגמת PDMS תרופה 5 דקות תחת בעצימות נמוכה אור UV.
  5. ייצור של קירות זכוכית בערוצים microfluidic.
    הערה: שלב זה להשלימן תוך 30 דקות של טיפול פלזמה, כאשר היא מסתמכת על שינויים משטח PDMS להתרחש במהלך טיפול פלזמה. עובי השכבה יהיה כ- 5-10 מיקרומטר. שלב זה מחייב השימוש בחומרים נדיפים, צריך להיעשות בשכונה fume כימי.
    1. הגדר פלטה עד 100 ° C ולהכין מזרקים ארבע (שלוש 30 מ"ל ו אחד 3 מ ל) עם מחטים מד 18, כ- 30 ס מ אורך צינורות תרמופלסטיים ברורה.
    2. למלא שלושה מזרקים 30 מ עם אתנול, כלורופורם ואוויר, בהתאמה. ממלאים מזרק 3 מ ל אחד עם נוזל preconverted (מתוך פרוטוקול שלב 1.3.1.)
    3. הכנס צינורות תרמופלסטיים ברור באמצעות מחברי נירוסטה לתוך כל החורים PDMS בדוגמת, למעט חור בפינה אחת. החור הזה ישמש בתור כניסת, בעוד כל האחרים יהיו שקעים.
    4. למלא את המכשיר microfluidic preconverted נוזלים המזרק ולאחר מכן מקם את המכשיר microfluidic בצלחת חם 100 ° C אז הזכוכית התחתונה היא נוגעת פני הכיריים.
    5. זורמים 3 מ"ל של נוזל preconverted דרך המכשיר microfluidic מעל 10 שניות. עובי קירות הזכוכית מותאמת על ידי שינוי קצב זרימת הנוזל preconverted.
    6. הסר את ההתקן microfluidic פלטת הבישול. להחליף את המזרק פתרון preconverted עם המזרק באוויר, לדחוף החוצה כל הנוזלים העודפים preconverted.
    7. להחליף את המזרק באוויר עם המזרק כלורופורם, אט-אט זורמת 15 מ"ל של כלורופורם דרך המכשיר microfluidic. להחליף את המזרק כלורופורם עם המזרק אתנול, אט-אט זורמת 30 מ של אתנול דרך המכשיר microfluidic. שלבים אלה צריך לקחת כ 1 דקות כל אחד.
    8. להחליף את המזרק אתנול עם האוויר מזרק, זרימת האוויר דרך המכשיר microfluidic עד יבש.
  6. יישום של זכוכית תומך ואגן הממס
    1. לחתוך 75 × 10 × 1 מ"מ פיסות זכוכית מ 75 × × 25 1 מ מ זכוכית שקופיות.
    2. חלות UV לריפוי שרף רצועות זכוכית. מניחים את המכשיר microfluidic על גבי הרצועות, עם הצד PDMS פונה כלפי מעלה. להעביר תחת מקור אור UV בעצימות נמוכה במשך 5 דקות.
    3. חתך של 30 × 30 מ מ מרובע של PDMS. באמצעות אגרוף ביופסיה, לחתוך חור גדול מספיק כדי לכסות את התא מדגם של 10 מ מ.
    4. למקם את PDMS מרובע והתקן microfluidic הפלזמה מנקה, ואז לשים את השסתום אסידו למצב כבוי והפעל את משאבת ואקום.
    5. המתן דקה אחת לפנות את החדר. לשים את השסתום 3-דרך המיקום בקר זרימה ותנו תא equilibrate למשך 5 שניות.
    6. להפעיל את המתג RF בינוני במשך 40 שניות ולאחר מכן לכבות את מתג RF, משאבת ואקום.
    7. מקום 3-דרך המסתם למצב פתוח כדי לחזור לחדר תנאים אטמוספיריים.
    8. להסיר את ההתקן microfluidic ואגן הממס מן החדר פלזמה, מקפידים על ידי פנייה ישירה על המשטחים. הקפד למקם את אגן ממס על החדר מדגם.

2. ממוצע2rheology הליך

  1. הכנת חומר רך דגימות
    1. חלקיקים בדיקה כביסה
      1. פיפטה מים ו- 0.5 מיקרומטר הגששים לתוך צינור microcentrifuge ביחס של מים כדי הגששים של 10:1. לערבב ביסודיות באמצעות פיפטה ערבוב ולאחר מכן מקם את הצינור microcentrifuge לתוך microcentrifuge ו ספין ב 4600 x g במשך 10 דקות.
        הערה: הפתרון בדיקה להשתמש בעבודה זו מתקבלת על תנאי מים עם ריכוז הראשונית של 2.6% מוצקים/אמצעי האחסון, הריכוז הסופי של הגששים שימוש במדגם הוא 0.1% מוצקים/אמצעי האחסון.
      2. להסיר את צינור microcentrifuge פיפטה החוצה תגובת שיקוע. החלף את תגובת שיקוע DI מים. חזור על צנטריפוגה עבור סכום כולל של שלוש פעמים.
      3. למקם את צינור microcentrifuge sonicator, sonicate על אש נמוכה במשך 15 דקות להוציא אגרגטים כלשהו.
    2. שילוב של הגששים וחומר רך.
      הערה: עבור הליך זה, ג'ל colloidal שימש את דגימת חומר רך.
      1. בשקופית 75 × 50 מ מ זכוכית, למדוד 1 מ"ל של חומר מדגם. פיפטה µL 40 של בדיקה פתרון לתוך המרכז של המדגם.
      2. מקפלים בעדינות את הדגימה עם מרית מתכת עד משולב לחלוטין. סקופ המדגם לתוך צינור microcentrifuge צנטריפוגה-2340 x g 15 s כדי להוציא אוויר כלואה.
      3. מילוי מזרק 1 מ"ל מצויד עם מחט בקוטר 18, צינורות תרמופלסטיים ברור עם התערובת בדיקה/HCO.
  2. מעברי פאזה רצופים המושרה על ידי החלפת נוזלים
    1. מילוי המכשיר microfluidic
      1. כדי ליצור פקקים PDMS, שימוש עודף PDMS מהשלב פרוטוקול 1.2.5, לחתוך חתך מרובע 5 מ מ של PDMS. באמצעות אגרוף ביופסיה 0.5 מ מ קוטר, לחתוך חור באמצע הדרך לתוך פקק PDMS. הכנס את מחבר פלדת אל-חלד לתוך החור בקוטר 0.5 מ מ.
      2. להתחבר שלושת הערוצים כניסת פינה וערוץ עודפים שאיבה קאמרית צינורות תרמופלסטיים. לחלוטין למלא את המכשיר עם מים באמצעות מזרק המחובר למכשיר. להבטיח ישנם אין בועות תא הדגימה או בכל הערוצים microfluidic. לחסום את החור פינה הנותרים עם פקקים PDMS.
      3. האגן הממס אמורה להיות מלאה חלקית מהשלב 2.2.1.2; אם היא לא מלאה, למלא את אגן הממס במים.
      4. באמצעות המזרק מהשלב פרוטוקול 2.1.2.3, להזריק µL 10 תערובת מדגם/בדיקה דרך ערוץ מרכז לתוך תא הלחץ מדגם µL כ- 2/s ולאחר מכן השתמש פקק PDMS כדי לחסום את הערוץ מרכז בבית הבליעה מדגם.
    2. איסוף נתונים microrheological
      1. פנו את הגדרות המצלמה לאלה ממוטבת כדי למזער את החלקיקים סטטיים ודינמיים מעקב שגיאות, ולאחר מכן לעבור אל המטרה 63 של טבילה במים ×, pipette טיפת מים על גבי העדשה.
      2. למקם את המכשיר microfluidic על הבמה מיקרוסקופ ולגדל את המטרה עד ממוקד המדגם.
      3. להשתלט ודיאו תנועה בראונית של הגששים במרווחי זמן מתאימים האורך הכולל של שינוי פאזה. עבור gelation, להמשיך לקחת סרטונים עד בדיקה תנועה הופסק לחלוטין.
        הערה: אנו אוספים נתונים כל 10 דקות. אם נתחיל עם ניסוי השפלה, הנתונים נאספים עד הגששים לשדר לחלוטין.
    3. החלפת נוזלים בבית הבליעה מדגם (זרימת הכבידה, חילופי נוזלים צפיפות נמוכה יותר בנוזלים צפיפות גבוהה יותר)
      1. הסר את ההתקן microfluidic מן הבמה מיקרוסקופ.
      2. לשאוב את המים האגן ממס באמצעות פיפטה של העברה ולאחר מכן פיפטה 4 מיליליטר גבוה יותר צפיפות נוזל לתוך האגן הממס.
      3. להחזיר את המכשיר microfluidic לבמה מיקרוסקופ וחזור לשלב 2.2.2.3
    4. החלפת נוזלים בבית הבליעה מדגם (זרימה היניקה, חילופי נוזלים צפיפות גבוהה יותר בנוזלים צפיפות נמוכה)
      1. להסיר את ההתקן microfluidic מן הבמה מיקרוסקופ ולהסיר את פקק PDMS מן החדר היניקה.
      2. להוסיף מזרק מצויד עם מחט בקוטר 18, צינורות תרמופלסטיים ברור לערוץ שאיבה קאמרית, לעשוק את המזרק עד מזרק משאבה. הגדר את משאבת מזרק למשוך 1 mL/min.
      3. להסיר את עודף הסוכן ג'לי באגן הממס ולשטוף שלוש פעמים עם מים על ידי מילוי הכיור הממס suctioning ואז את הנוזל שטיפה.
      4. בגין שאיבה עם המשאבה מזרק תוך הוספת מים לאגן ממס למשך דקה אחת. אל תתנו את אגן הממס ריק לחלוטין, כמו זה ימשוך אוויר לתוך החדר מדגם.
      5. להסיר את המזרק מהמכשיר microfluidic ולהחליף את פקק PDMS על תא היניקה.
      6. להחזיר את המכשיר microfluidic לבמה מיקרוסקופ ולהמשיך לקחת דגימות
  3. המשך נטילת דגימות במרווחי זמן קבועים במהלך השפלה/gelation מחזורי עד השלמת מספר מחזורים הרצוי או שאין מספיק זונדי מדידה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

מכשיר microfluidic דו שכבתי בנוי עם PDMS (איור 1א, ב), אשר הוא בדוגמת על בול microfluidic. העיצוב של החותמת מוצג באיור 1c. הגדרת הניסוי לקוי יכול לגרום הן שגיאות זורם microrheology ו- microfluidic פסיבית במהלך סביב החלפת נוזלים (איור 2). דוגמאות של הגדרת הניסוי פסולים מפורטים במקטע דיון. במהלך פעולת המכשיר, החלפת הנוזל הסובב סביב מדגם ג'ל. החלפת נוזלים זו מתרחשת כאשר החומר הג'ל והן שלב סול. עיצוב המכשיר זה microfluidic יש את היכולת להחליף נוזל ללא אובדן משמעותי של חומר ג'לי ושל מוטבע בדיקה חלקיקים. שני סוגים של נוזל חילופי משמשים, זרימת הכבידה (כאשר הולך מ נמוך עד גבוה יותר צפיפות נוזל) או שאיבה זרימה (מתי גבוה יותר ויותר כדי להוריד את צפיפות נוזל). HCO ג'ל במערכת, זרימה היניקה משמש כדי לגרום השפלה בזמן זרימת הכבידה משמש כדי לגרום gelation. שני זרמי להקנות הטיה מינימלית על הדגימה, עם הטיה הסדר 0.01 Pa ו- 1 הרשות שאיבה, כוח המשיכה לזרום, בהתאמה. המזמרה הללו נמצאים תחת הלחץ תשואה של הג'ל, המהווה הסדר הרשות הפלסטינית 109,10.

המדינה, את המבנה ואת מאפייני rheological המדגם ג'ל מאופיינים באופן כמותי באמצעות חלקיקים מרובים מעקב microrheology (MPT). ב. MPT, המקדח חלקיקי מתבצע באמצעות קלאסי מעקב אלגוריתמים27,28. אנסמבל בממוצע בריבוע אומר העקירה (MSD) מחושבת על פי מסלולי חלקיקים (איור 3) במהלך שלב רצופים מעברים. Microrheology נתונים (איור 3) מראים כי מעברי פאזה רצופים מושגות במערכת HCO ג'ל. העקומות MSD לסירוגין בין α → 0 (ג'ל) α → 1 (סול). סדר הגודל של עקומות MSD היא מעל הגבול התחתון MSD למדידה של הגדרת הניסוי הזה (0.001 מיקרומטר2). מגבלה זו נקבעת השפעול לפי הגששים והקפדה על זכוכית מדגם כדורים, אשר נעשה על-ידי מתן חלקיקים להתיישב תחת כוח המשיכה בין לילה. ההרכב MSD בממוצע של החלקיקים בדיקה נעצר נמדדת להשיג את הגבול התחתון של MSD, אשר תלויה המנגנון ניסיוני ספציפיים.

המדרון לוגריתמי של העקומה MSD (α) ובפרמטר הלא-Gaussian (αNG) מחושבים, המדינה של החומר באופן כמותי נקבע על ידי השוואה המעריך הקריטיים מרגוע (n) (איור 4). עבור ניסוי זה, באמצעות HCO כמו ג'ל מודל, בסך הכל תשעה מעברים נמדדים. החומר מתחיל ג'ל (α → 0), degradations חמש (α → 1), 4 gelations (α → 0) נמדדים מעל 1,500 דקות. התזמון של כל מעבר פאזה הוא חומר תלויים. שלב שינויים הם המושרה על ידי חילופי נוזלים. כאשר אין החלפת נוזלים, כפי שמוצג לפי התקופה המורחבת בשלב סול בין 800-1400 דקות, המקדח חלקיקי יישאר בתוך המדגם, ויש שלא חל כל שינוי מאפייני rheological. לאחר החלפת נוזלים מתקיים, החומר שוב ג ' לים.

הנתונים שאנו משיגים ממכשיר זה מספק מידע על מאפייני rheological ועל המבנה של החומר במספר דרכים. אנחנו לא מודדים שינויים שיווי משקל מאפייני rheological משינויים שלב חוזרות ונשנות. זוהי לכאורה על ידי α כל שלב חוזרים לאותם הערכים. כאשר החומר בשלב סול, שיגיע α, = 0.90, ומתי בשלב ג'ל, α = 0.20. הערך של α בשלב סול מציינת כי החומר שומר על מבנה גם לאחר השפלה. מערכת colloidal פחתה לחלוטין לתוך פתרון של colloidal חלקיקי יהיו α = 1.0, כאשר ערך שיווי משקל בשלב סול HCO הוא α = 0.90, המציין מבנה נשמר. בנוסף, שחלוף colloidal יכול להתרחש מיד לאחר החלפת נוזלים, אשר הוא הצביע על ידי עלייה α. לבסוף, הפרמטר הלא-Gaussian, αNG, אשר מכמתת הטרוגניות של החומר, מראה כי הג'ל עובר עלייה הטרוגניות מבניים במהלך המעבר השפלה (ג'ל סול). זה לכאורה על ידי הפסגה בαNG.

Figure 1
איור 1: התקן Microfluidic. (א) תמונה של המכשיר microfluidic דו שכבתי מלכודות מדגם במקום בזמן החלפת הנוזל שמסביב. השכבה הראשונה יש שני תאים, אחד עבור המדגם והשניה עבור שאיבה. חורים ממוקמים כל הפינות, כמו גם אחד בבית הבליעה היניקה ושבעה בבית הבליעה הדגימה. מעל תא דגימת שכבה נוספת של PDMS היא דבקה המכשיר לפעול כמו אגן הממס. (ב) הדגימה מוזרק לתוך החדר דוגמת דרך ערוץ האמצעי. המדגם ננעל במקומו במהלך העברת נוזלים על ידי כניסת סימטרי נחלים אל החדר דוגמת יצירת לחץ שווה סביב המדגם. (ג) עיצוב השתמשו כדי ליצור את חותמת microfluidic לשכבהst 1 של המכשיר. לכל התאים יש בקוטר של 10 מ"מ, ואילו הערוצים יש ברוחב של 1 מ מ. גובה שנוצר עבור ערוצים והן צ'יימברס הוא 1 מ מ לאחר 45 s של חשיפה UV. לשכפל. ואח 2017 Wehrman10 , ברשות החברה המלכותית לכימיה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 2
איור 2 : תמונה של המכשיר באופן לא תקין מלא microfluidic. בועות אוויר מוזרק לתוך המכשיר יכול להיות השפעות שליליות על נתונים microrheological (חיישן תנועה מכוונת של חלקיקים-הממשק גז נוזלי) והן microfluidic זורם במהלך פתרון exchange. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 3
איור 3: הזחה בריבוע אומר עקומות של שמן קיק מוקשה ג'ל במהלך השפלה (a, c), gelation (b, d). 2nd (a, b), מעברי פאזה 3rd (c, d) מוצגים מתוך 9 מעברים הכולל. נקודת המעבר הקריטי (ג'ל - סול או סול - ג'ל) זה מסומן על ידי קו מקווקו ב n = α = 0.77 ומייצג כל שינוי פאזה בעזרת MSD עקומות מעל לקו את סול ומתחת ג'ל. לשכפל. ואח 2017 Wehrman10 , ברשות החברה המלכותית לכימיה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 4
איור 4: במדרון לוגריתמי (, סגור), פרמטר שאינו-Gaussian (αNG, פתוח) עבור דוגמה אחת של 4 wt % מוקשה שמן קיק ג'ל במהלך שלב חוזרות מעברים. המעבר קריטי זה מסומן על ידי קו מקווקו אופקי (n = 0.77) היה נחוש הקודם microrheological ניסויים9,10. הקווים האנכיים מציינים המרת הממס, עם רקע לבן, המציינת שקיימת מים אגן הממס, סככות אפור שיש סוכן ג'לי באגן הממס. שינוי צבע בין לבן אפור מציין הפוכה של המילוי ההדרגתי osmotic. אם הצבע לא משתנה-קו אנכי, מציין כי תא הדגימה מתבצעת מחדש סומק עם הממס אותו. זה מתרחשת כאשר יש לא מספיק נוזל הוסר, קורה לעיתים קרובות כאשר הנוזל צפיפות גבוהה יותר בבית הבליעה מדגם בגלל צמיגות גדול שלה. לשכפל. ואח 2017 Wehrman10 , ברשות החברה המלכותית לכימיה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

המכשיר microfluidic דו שכבתי (איור 1) יכול להתבצע בקלות על ידי טכניקות ייצור microfluidic מתועדת היטב הבאים29. זכוכית תומך מתווספים בתחתית המכשיר כדי להקטין השפעות הרטט על תנועת החללית. השקופית זכוכית הוא דק מאוד (מ מ 0.10) על מנת להתאים את המרחק עבודה של המטרה מיקרוסקופ. זה הופך את המכשיר רגישים תנודות קטנות בבניין, הסביבה מדגם זה נמדדים ואז עם המצלמה במהירות גבוהה. תומך זכוכית בהצלחה לשלול גירוי חיצוני. המטרה מרחק קצר עבודה נבחר כדי לאסוף נתונים מדויקים MPT המחייב: (1) לפחות 4 פיקסלים לכל חלקיק ומרחק (2) מוגבלת לעבוד כדי להימנע הדמיה חלקיקים שאינם נמצאים המטוס 2D.

העיצוב של המכשיר, איור 1-c, מבוסס על חקירות הקודם לשלב את microrheology עם מיקרופלואידיקה. שולץ, פירסט פיתח ממוצע2rheology, בטכניקה זהה microfluidic פבריקציה נוספת המקצוע שלנו. המכשיר שלהם תוכנן כדי ליצור 50-100 דגימות של הידרוג חומרים, מופרדים על-ידי תקופה רציפה עם מעברי צבע שני הפולימר עמוד השדרה ו מחדש ריכוז16,29. בנוסף, באמצעות זרמים microfluidic משולבות טכניקות הוכחו להיות שימושי עבור לכידה של חלקיקים בודדים או מקרומולקולות25,26. אנו שילבו את הטכניקה פבריקציה נוספת על ידי שולץ, פירסט, הרעיון שלהם את המידות microrheological התקן microfluidic במכשיר החדש שלנו, יש להמציא קנה המידה microfluidic השמנה עיצובים. בתכנון שלנו, אנו יוצרים 1 מ מ מרובע ערוצים מעוגלים כאשר שכבה של זכוכית נעשית בתוך הערוצים באמצעות סול-ג'ל כימיה30. הממדים ערוץ נבחרו כדי למנוע אינטראקציה בין החלקיקים החללית ואת הקירות של המכשיר microfluidic31. עבור החללית שלנו גודל (0.5 מיקרומטר) ואת ערוץ גובה (1 מ מ) הכוח hydrodynamic הזכוכית על המכשיר הוא גודל F ≈ 10: תרכיזי N, המציין את הכוח הזה מהקיר זכוכית לא תהיה השפעה ניכרת על התנועה של החלקיקים בדיקה 31. בנוסף, חלקיקים בדיקה צריך להיות בתוך 10 מיקרומטר של הקיר לפגיעה את התנועה של החלקיקים עקב החלקיקים אינטראקציות עם הקיר. כל הנתונים נאספו יותר מ- 10 מיקרומטר מהקיר. זכוכית מפוברק בערוצים microfluidic למניעת ספיגת החומר הממיס מאת PDMS במהלך בקנה מידה שלנו זמן הניסוי, המהווה הסדר שעות. על-ידי שימוש בטכניקה פבריקציה נוספת מאפשרת 10 גודל מדגם µL (תואם לגובה ערוץ של 1 מ מ) מתכנס microfluidic נחלים, אנחנו ניתן לשנות את השיטה השמנה ממולקולות יחיד 10 µL.

העיצוב 2-שכבה מעוגנת כדי למנוע זרימה instabilities המתרחשים מכשיר שכבה אחת. במהלך חזרות מוקדם של עבודה זו היה המכשיר כולו בשכבה אחת. שתיים קלט נחלים (כל אחד עם הנוזל באותו, גם מים או ג'לי הסוכן) החלה מ שתי פינות של המכשיר ולא רק דרך הערוצים ארוך לאורכו של המכשיר, וקולו לתא מדגם. עם זאת, כל יציבות זרימה בין הערוצים הביאה זרימה דרך תא הדגימה, לאובדן של המדגם, לסיים את הניסוי. השכבה השנייה, יחד עם התוספת של החדר יניקה גדולה, מסיר instabilities אלה על ידי רק שימוש אחד מקור יניקה ויצירת לחץ שווה סביב המדגם, השמנה המדגם במהלך הניסויים. השכבה השנייה יש עיצוב פשוט מאוד והוא נועד להחזיק את הנוזלים שמסביב חדש מעל תא הדגימה.

ממוצע2rheology נתונים נאספים בהצלחה באמצעות פרוטוקול לעיל. השלב הראשון של ההתקנה, ממלא את המכשיר, הינה קריטית ניסוי יירוט מוצלח. מילוי לקוי יכול לגרום בועות בערוצים או בבית הבליעה לדוגמה, אשר ישפיעו לרעה גם את microrheology וגם את הפונקציה של המכשיר microfluidic (איור 2). הדרך הקלה ביותר כדי למנוע בועות המכשיר microfluidic הוא על ידי לחלוטין מילוי ראש המנזר מזרק (מוודא כי ישנם אין בועות) כדי למלא את המכשיר. לחלופין, בועות ניתן להסיר על ידי או החדרת קצב זרימה גדולה של הממס (על-ידי הקשה על הבוכנה של המזרק קשה) או על-ידי הקשה המכשיר בעדינות עד הבועות להעביר לערוץ יציאה. בועות בתוך תא הדגימה עלולה לגרום תנועה מכוונת של הגששים-הממשק אוויר נוזלי. MPT מדידות דורשים הגששים לעבור תנועה בראונית גרידא כדי למדוד תכונות החומר. בועות בערוצים microfluidic להשפיע גם על זרימה במהלך החלפת נוזלים, אשר יכול לגרום לשינויים בלחץ ואז להעביר את הדגימה ג'ל החוצה מהחדר. שתי בעיות אלו ניתן למנוע על-ידי הבטחת כי ההתקן ואת קאמרית ממס לחלוטין מלאים נוזלים לפני הזרקת מדגם. הצעד קלט לדוגמה יעבירו קצת הטיה על הדגימה, אולם זה לא השפעה שלילית על מאפייני rheological ואת המבנה של החומר. זה אומתה על ידי מדידות rheological בצובר של דגימות נטען ללא הטיה ודוגמאות מועמסים על rheometer באמצעות אותן טכניקות קלט כהתקן microfluidic. אחרי ההתקן כראוי מלא, המתאר ההליך לעיל מבטיחה לתפקוד תקין במהלך הניסויים.

יש אובדן חומרים מינימלי במהלך החלפת נוזלים. זו ניכרת במהלך הניסויים מאת: (1) את היכולת של החומר colloidal מספיק סיבים כדי להמשיך ליצור רשת ג'ל (2) את הריכוז של חלקיקים בדיקה נותרת גבוהה מספיק כדי לאסוף את המידות MPT משמעותיים מבחינה סטטיסטית. בנוסף, דוגמה אחת היא מסוגלת מעברים שלב עד תשע, נוסף המציין הפסד מינימלי במהלך החלפת נוזלים. המספר הכולל של מעברים הנצפה תלוי הכמות של הגששים איבדו בשל דיפוזיה מתוך המדגם, כאשר הוא נמצא שלב סול. הגששים בעת המפזרת החומר סול, כמות קטנה מהם מפוזר מתוך המדגם לאחר כל מעבר ג'ל-סול. הכמות של הגששים תגביל את כמות מעברים אפשרי עבור ההתקן.

הראו כי התקן זה יכול לשמש כדי למדוד תכונות החומר וקבע מיקרו מחומר רך במהלך שלב חוזרות מעברים. הסימטריה של יציאות כניסת הזנת תא הדגימה מלכודות מדגם במקום, ומאפשר מעברי פאזה חוזרות ונשנות על מדגם יחיד ללא הפסד של המדגם. עיצוב המכשיר ניתן להתאים בקלות מערכות שונות, כולל hydrogels פולימריים לשנות מבנה עקב שינויים ב- pH או ביולוגית וחומרים חומרים פעילי שטח כי הם מגיבים לשינויים ריכוז המלחים, מתן אפשרות לשחזור תוצאות לקבוע את מאפייני rheological ואת המבנה של מערכת ג'ל במהלך שלב רצופים שינויים.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

ישנם אין גילויים לעבודה זו.

Acknowledgments

מימון עבור עבודה זו סופק על ידי את פרוקטר & גמבל ושות' וקרן אמריקאי כימי החברה נפט מחקר (54462-DNI7). וידוע עשוי תורמים אמריקאי כימי החברה נפט מחקר הקרן לתמיכה חלקית של מחקר זה. המחברים רוצה להכיר את ד ר מרקו Caggioni לדיונים מועיל.

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

הנדסה בעיה 134 קולואידים ואמולסיות ג'ל מיקרופלואידיקה microrheology rheology חומר רך
שילוב מיקרופלואידיקה Microrheology כדי לקבוע מאפייני Rheological מחומר רך במהלך שלב חוזרות מעברים
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