Katalitik Yüzme Cihazların Hazırlanması ve 3D İzleme

Bu deneyin genel amacı, katalitik bir yüzme cihazı için 3 boyutlu yörüngeyi ölçmektir. Bu teknik, volt çözeltilerinde hareket ederken kimyasal gradyanlara ve yerçekimi alanlarına nasıl tepki verdikleri gibi yüzme cihazları için çeşitli fenomenleri açıklamaya yardımcı olabilir. Bu tekniğin önemli bir avantajı, herhangi bir geleneksel floresan mikroskobu kullanılarak uygulanabilmesidir.

Bu teknik doktora öğrencim Richard Archer tarafından gösterilecek. Bu protokol için metinde anlatıldığı gibi cam slaytlar hazırlayın. Daha sonra, slayt üzerinde biriktirme için kolloidal dispersiyonu hazırlayın.

İlk olarak, ağırlıkça %10 sulu floresan kolloid solüsyonunu bir mililitre, ağırlıkça %0.1 kolloidal süspansiyon için 990 mikrolitre etanole pipetleyin. Ardından, karışımı on saniye boyunca girdaplayın. Daha sonra, kolloidal dispersiyonu hazırlanan cam slayt substratı üzerine döndürün.

Slaytın üzerine 100 mikrolitre seyreltilmiş kolloidal çözelti yüklemeye hazırlanın. 2000 rpm'de bir kez, süspansiyonu kademeli olarak sürgünün ortasına bırakın. Biriktirmenin başlangıcından itibaren 30 saniye döndürün.

Kaplanmış cam slaytı bir optik mikroskoba aktarın ve çoğunlukla dokunmayan ayrı kolloidlerin eşit bir dağılımının lamın merkezi bölgesini kapladığını doğrulayın. Daha sonra, platin metali metal bir buharlaştırıcıda cam slayt üzerine vakumla buharlaştırın. Slaytı, kolloidler buharlaşma kaynağına bakacak şekilde yüklediğinizden emin olun.

Bir platin metal buharlaşma kaynağı kullanın ve slayt üzerinde 15 nanometre platin biriktirin. Metal uygulamasından sonra, slaytı inert bir atmosfer altında saklayın. Bu, stok Janus parçacıklarının üretimini tamamlar.

İlk adım, Janus parçacıklarını çözelti içinde askıya almaktır. Bunu yapmak için, bir santimetre karelik bir lens dokusu hazırlayın ve ucunu on mikrolitre DI su ile nemlendirin. Ardından, kağıdı cımbızla tutarak, ıslanan kısmı platin kaplı kolloid süslemeli cam sürgünün yüzeyi boyunca hafifçe ovalayın.

Ardından, lens dokusunu 1,5 mililitre DI su içeren bir tüpe batırın. Tüpü kapatın ve 30 saniye boyunca manuel olarak sallayın. Daha sonra, lens dokusunu çıkarın ve şimdi kolloidler içeren bir mililitre suyu, hacimce %30 ağırlığında bir mililitre hidrojen peroksit çözeltisi olan küçük bir tüpe pipetleyin.

Çözeltileri yavaşça karıştırın. Ardından, tüpü oda sıcaklığında ultrasonik bir banyoya aktarın. Oksijenin kaçması gerekebileceğinden kap kapatılmamalıdır.

Beş dakikalık sonikasyondan sonra, karışımın herhangi bir çalkalama olmadan oda sıcaklığında 25 dakika inkübe etmesine izin verin. Bu arada, kalan sulu kolloidal çözeltinin 100 mikrolitresini kurutun ve Janus kolloid yapısını doğrulamak için bir taramalı elektron mikroskobu ile belgeleyin. Daha sonra, hidrojen peroksit konsantrasyonunu yüzde ona düşürmek için iki mililitre çözeltiye bir mililitre DI suyu ekleyin, bu Janus kolloidlerinin hızlı itilmesi için uygun bir yakıt gücüdür.

Ardından, düşük hacimli dikdörtgen bir kuvars cam küveti hazırlanan çözelti ile doldurun ve çözeltinin nefes alabilmesi için gevşek bir şekilde bir itme kapağı takın. Şimdi, küveti metin protokolünde belirtildiği gibi bir floresan mikroskobuna yükleyin. Bir video çekimine başlamadan önce, mikroskobu hızlı bir şekilde odaklayın, böylece ilgilenilen parçacık, odak konumu altındaki parçacıkla eşmerkezli bir halka oluşturur.

Video çekimi sırasında odak düzlemini hareket ettirmeyin. İlgilenilen parçacık bulunduğunda, saniyede 30 kare hızında 30 saniyelik videolarla kaydedin. Bir deneyden elde edilen yaklaşık 20 video, metin protokolünde açıklanan yörünge rekonstrüksiyonu için yeterli ayrıntı sağlayacaktır.

Kolloidler temiz bir cam slayt üzerine bırakıldı. Platinin biriktirilmesinden önce, lamın yüzeyindeki polistiren mikro kürelerin dağılımı bir optik mikroskop kullanılarak gözlemlendi. Ölçek çubuğu 40 mikrondur.

Platin eklendikten sonra, istenen yarım küre platin tabakasını doğrulamak için bir SEM görüntüsü alındı. Ölçek çubuğu iki mikrondur. Floresan Janus yüzücüleri, optimal olarak bulanıklaştırılmış koşullar altında simetrik bir halka özelliği olan Gellan sakızına sabitlendiğinde açıkça görülebiliyordu.

Halkanın yarıçapı, kolloidin göreceli Z pozisyonunu belirlemek için kullanıldı. Kolloidin merkezleri, bir dizi dikey ve yatay çizginin çıkarılması ve parlak tepeler arasındaki ortalama orta noktanın bulunmasıyla hesaplandı. Daha sonra, halka yarıçapları, halkanın merkezinden yayılan ortalama piksel dalga değerlerine takılan spline'ın tepe yoğunluğundan hesaplandı.

Daha sonra, görünen kolloidal boyutu ve odaklanmış pozisyondan mesafeyi ilişkilendirmek için sabit bir kolloidal numune ve kalibre edilmiş mikroskop kullanılarak bir kalibrasyon eğrisi yapıldı. Böylece, verilerden bir floresan Janus parçacık yüzücüsü için üç boyutlu yörüngeye ulaşıldı. Bu deneyi izledikten sonra, artık geleneksel bir floresan mikroskobu kullanarak yüzme cihazlarını üç boyutlu olarak izleyebilmelisiniz.

Bu yöntem, araştırmacılar tarafından yerçekimi gibi olayları keşfetmek için kullanılmıştır. Bu deney, tehlikeli bir kimyasal olan hidrojen peroksitin kullanımını içerir ve bu, çok sayıda oksijen gazının evrimi nedeniyle katalitik yüzme cihazlarıyla birleştirildiğinde özellikle tehlikelidir. Bu nedenle, bu aşamalar sırasında kabın güvenli bir şekilde kapatılmaması önemlidir.