Method Article

Dinamik Arayüzlerin Konfokal Mikroskopi Görselleştirmesi için Mikrotensiyometre

DOI:

10.3791/64110

⸱

September 9th, 2022

 ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Chemical Engineering and Materials Science, University of Minnesota, 2Department of Chemical Engineering, Carnegie Mellon University

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu yazıda, ara yüz morfolojisini görselleştirirken ara yüz gerilimi ve yüzey dilatasyonel reolojisinin eşzamanlı ölçümlerini yapmak için bir mikrotensiyometre/konfokal mikroskobun tasarımı ve çalışması anlatılmaktadır. Bu, teknoloji ve fizyolojide önemli olan arayüzlerin yapı-özellik ilişkilerinin gerçek zamanlı olarak inşasını sağlar.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Yüzey-aktif moleküllerin sıvı-sıvı arayüzlerine adsorpsiyonu doğada her yerde bulunur. Bu arayüzlerin karakterize edilmesi, yüzey aktif madde adsorpsiyon oranlarının ölçülmesini, denge yüzey gerilimlerinin toplu yüzey aktif madde konsantrasyonunun bir fonksiyonu olarak değerlendirilmesini ve yüzey geriliminin dengeyi takiben ara yüzey alanındaki değişikliklerle nasıl değiştiğini ilişkilendirmeyi gerektirir. Yüksek hızlı konfokal mikroskopla floresan görüntüleme kullanılarak arayüzün eşzamanlı olarak görselleştirilmesi, yapı-fonksiyon ilişkilerinin doğrudan değerlendirilmesini sağlar. Kılcal basınç mikrotensiyometresinde (CPM), kılcal damarın ucunda 1 mL hacimli bir sıvı haznesinde yarım küre şeklinde bir hava kabarcığı sabitlenir. Kabarcık arayüzü boyunca kılcal basınç, Laplace denklemine dayalı model tabanlı basınç, kabarcık eğriliği veya kabarcık alanı kontrolüne izin veren ticari bir mikroakışkan akış kontrolörü aracılığıyla kontrol edilir. Langmuir oluğu ve kolye damlası gibi önceki tekniklerle karşılaştırıldığında, ölçüm ve kontrol hassasiyeti ve tepki süresi büyük ölçüde geliştirilmiştir; kılcal basınç değişimleri milisaniyeler içinde uygulanabilir ve kontrol edilebilir. Kabarcık arayüzünün dinamik tepkisi, kabarcık genişledikçe ve büzüldükçe ikinci bir optik lens aracılığıyla görselleştirilir. Kabarcık konturu, kabarcık eğriliği yarıçapını, R'yi ve sonuçları geçersiz kılacak dairesellikten sapmaları belirlemek için dairesel bir profile uygundur. Laplace denklemi, arayüzün dinamik yüzey gerilimini belirlemek için kullanılır. Dengeyi takiben, dilatasyon modülünü belirlemek için kabarcık yarıçapını (0.001-100 döngü / dak frekansları) salınımına sokmak için bilgisayar kontrollü mikroakışkan pompa tarafından küçük basınç salınımları uygulanabilir Sistemin genel boyutları, mikrotensiyometrenin yüksek hızlı bir konfokal mikroskobun merceğinin altına sığacak kadar küçüktür.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Yüzey aktif madde filmlerinin kapladığı hava-su arayüzleri günlük yaşamda her yerde bulunur. Yüzey aktif madde-su enjeksiyonları, tükenmiş alanlardan petrol geri kazanımını arttırmak için kullanılır ve kaya gazı ve petrol için hidrolik kırılma çözümleri olarak kullanılır. Gaz-sıvı köpükler ve sıvı-sıvı emülsiyonlar, yağlayıcılar ve temizlik maddeleri olarak birçok endüstriyel ve bilimsel proseste ortaktır ve gıdalarda yaygındır. Arayüzlerdeki yüzey aktif maddeler ve proteinler, paketleme, depolama ve uygulama sırasında antikor konformasyonlarını stabilize eder 1,2,3,4,5, gözdeki gözyaşı filmi stabilitesi

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Kılcal tüplerin hazırlanması

  1. Kılcal damarı bir kılcal çektirmeye yerleştirin ve ucunda ~ 1 μm dış çapa (OD) sahip iki konik kılcal damar yapmak için istenen çekme programını çalıştırın.
    NOT: Çekmeden önce kılcal damarın OD'si, mikrotensiyometre hücresindeki kılcal tutucuya sığacak şekilde belirtilen OD olmalıdır. Kılcal damarın iç çapı (ID) değişebilir, ancak çekmeyi takiben kılcal damarın kritik yarıçapını etkileyecektir. Bir çekme programı seçilir, böylece elde edilen konik başlangıçta kılcal OD ve ID'yi hızlı bir şekilde azaltır, daha sonra istenen kılcal OD ve ID'nin yakınında bir yarıçapa ulaşır ve daha sonra çapı daha yavaş azalt....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ölçüm hatasının önemli bir kaynağı, kesme işleminden (Şekil 5A,B) veya kaplama işleminden (Şekil 5D) kusurları olan kılcal damarlardan kaynaklanmaktadır. Her iki kusur türü de optik görüntü analiz sistemi tarafından kabarcık şeklinin ve boyutunun belirlenmesinde hatalara yol açarak yanlış yüzey gerilimi değerlerine yol açar. Kılcal damarı CPM'ye yerleştirmeden önce optik mikroskop altında çekildikten ve kaplandıktan sonra her yeni kılcal damarı .......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Kombine CPM / CFM, ara yüz dinamiklerini, dengeyi ve morfolojiyi incelemek için güçlü bir araçtır. Bu protokol, CPM/CFM ile veri elde etmek için gerekli adımları açıklar.

Şekil 2 , belirtilen kılcal damar, çözücü ve ısı değişimi için kanallara sahip hücre tasarımını göstermektedir. Solvent değişimi için giriş hücrenin altında olmalı, çıkış ise en üstte olmalı ve değişim sırasında hücrenin taşmamasına izin vermelidir. Uygulamada, giriş ve çıkış akış hızları aynı pe.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Yazarların açıklayacağı bir çıkar çatışması yoktur.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Tüm konfokal mikroskopi görüntüleri Nikon A1RHD Multiphoton dik konfokal mikroskop kullanılarak elde edildi. Minnesota Üniversitesi Üniversite Görüntüleme Merkezi'ndeki destek personelinin, özellikle Guillermo Marques'in rehberliğini ve yardımını kabul ediyoruz. Bu çalışma NIH Grant HL51177 tarafından desteklenmiştir. SI, Ruth L. Kirschstein NRSA Kurumsal Araştırma Eğitim Hibe F32 HL151128 tarafından desteklenmiştir.

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
1.5 OD Tygon boruFischer BilimselBoru
A1RHD Multifoton dik konfokal mikroskopNikonKonfokal Mikroskop
Asit Temizleme ÇözeltisiHacimce %50 su ile seyreltilmiş sülfürik asit ve Alnochromix,
AlnochromixAlconox2510'useyreltmek için berraklaşana kadar bekleyinPaket talimatına sülfürik asit ile karıştırılır ve asit temizleme çözeltisi yapmak için seyreltilir
Seramik cam kesiciSutter Instruments
ChloroformSigma-Aldrich650471HPLC Plus
CurosurfChiesi  Akciğer Yüzey Aktif
Madde Di Su18.5 M & Omega; - cm
Etanol200 kanıt, temizlik için kullanılan denatüre
Fiber-Lite Model 190 fiber optik aydınlatıcıDolan-Jenner Industries Inc.281900100Işık kaynağı; diğer ışık kaynakları da çalışmalıdır
Flow EZ F69 mbar, Link Modülü ileFluigentLU-FEZ-0069Mikroakışkan Pompa
Fluigent SDK VI'larCPM sanal Arayüzü içinFluigent
Floroelastomer contalar1 mm kalınlığında Viton levhadan işlenmiştir, Şekil 3'e bakın
Gaz filtresiNorgrenF07-100-A3TGMikroakışkan pompa ile basınç regülatörü arasına koyun
Gaz regülatörüNorgren10R0400RGaz filtresi aralığına bağlı 2-120 psi
KapillerSutter AletleriB150-86-10Borosilikat cam OD 1,5 mm İç Çap 0,86 mm
Cam Kaydırmaherhangi bir75 mm x 25 mm
Cam ŞırıngaHamilton8487825 μ L cam şırınga
Hidrofobik AjanSigma-Aldrich6674201H, 1H, 2H, 2H-Perfloro-oktiltrietoksisilan% 98, diğer hidrofobik trietoksisilan ikame edilebilir
Çözünmeyen yüzey aktif maddeAvanti850355C-200mg16: 0 DPPC kloroform
LabVIEW YazılımıNational Instruments2017
Uzun Geçiren FiltreThorLabsFEL0650650 nm Uzun geçiren filtre, dalga boyu uyarma lazer frekansını kaldırmalıdır
Lyso-PCAvanti855675P16:0 Lyso PC 1-palmitoil-2-hidroksi-sn-glisero-3-fosfokolin
Masterflex L/S değişken hızlı analog konsol pompa sistemi w/  Easy-Load II pompa kafasıMasterflexHV-77916-20Peristaltik Pompa
MATLABMathworksR2019
Mikropipet Çektirme P-1000Sutter AletleriKılcal Çektirme
Mikrotansiyometre Hücresi ve TutucuHücresi PEEK'ten işlenmiş, tutucu alüminyumdan işlenmiş, Bkz. Şekil 3 ve 4
Mikrotansiyometre ObjektifiNikonFluor 20x/0.50W DIC M/N2 ∞/0 WD 2.0 mm
NI Vizyon Geliştirme ModülüCPM sanal Arayüzü için GerekliUlusal Aletler
PEEK parmak sıkı bağlantı parçalarıIDEXF-120x10-32 Konik
Bağlantı Noktaları PEEK fişiIDEXP-55110-31 Konik Bağlantı Noktaları
pippette uçlarıEppendorf22492225100 μ L - 1000 μ L, Otoklavlı
Plastik ForsepsThermo Scientific6320-0010
Plastik ŞırıngaFischer Scientific14-955-45910 mL
Sıhhi tesisat parçalarıFischer Scientific3 vanalar ve boruları bağlamak için diğer sıhhi tesisat parçaları.
Research Plus 1 kanallı 100 μ L– 1000 μ LEppendorf3123000063Mikro pipetleyici
Sülfürik Asitherhangi birAsit temizleme çözeltisi için kullanılır
T Plan SLWD 20x/0.30 OFN25 WD 30 mmNikonKonfokal Mikroskop Objektif
Texas Kırmızı DHPE trietilamon tuzuThermo Fischer Scientific1395MPFlorofor
Vakum PompasıGastDOA-P704-AA
hidrofobikleştirme için kullanılan herhangi bir Gereklidir Cam

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Freer, E. M., Yim, K. S., Fuller, G. G., Radke, C. J. Interfacial rheology of globular and flexible proteins at the hexadecane/water interface: Comparison of shear and dilatation deformation. Journal of Physical Chemistry B. 108 (12), 3835-3844 (2004).
  2. Freer, E. M., Yim, K. S., Fuller, G. G., Radke, C. J.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Microtensiometer VisualizationConfocal MicroscopyDynamic InterfacesSurface Tension MeasurementCapillary PressureSurfactant AdsorptionBubble Interface ImagingDilatational ModulusLung SurfactantFluid Fluid Interfaces

Related Articles