Name: Katalitik Yüzme Cihazların Hazırlanması ve 3D İzleme (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-07-01T15:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 50 s
Description: Öğrenin, katalitik yüzen Janus koloidlerinin 3D yörüngelerini floresan mikroskopi ile nasıl izleyeceğinizi. Bu yöntem, koloidal dinamik ve çevresel uyaranlara yanıt araştırmalarında kullanılabilir.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Bu çalışma EPSRC Kariyer Hızlandırma hibesi EP/J002402/1 tarafından desteklenmiştir.

DİKKAT: Kullanmadan önce tüm ilgili malzeme güvenlik bilgi formlarını danışın. Bu protokolde kullanılan Hidrojen peroksit zararlı ve platin maruz oksijen gazının evrimi bir patlama riski oluşturur. ise peroksit çözümleri (davlumbaz) ve kişisel koruyucu donanımlar (güvenlik gözlük, eldiven ve laboratuvar önlüğü) taşıma mühendislik kontrolleri de dahil olmak üzere, bu protokol sırasında tüm uygun güvenlik kontrollerini kullanın. 1. Katalitik Janus Parçacıklar yapma <ol><li> Cam slayt substratı hazırlayın <ol><li> deiyonize (DI) su, cam dekontaminasyon solüsyonu ve DI su birkaç dakika her biri için sıralı yıkama kullanarak kullanılmayan bir standart mikroskop lamı temizleyin. etanol h karışımı: Daha sonra 70:30 h ile yıkayın DI su ve son olarak temiz bir hava / azot akımı içinde, kuru darbe. </li><li> Yüzey partiküler kontaminasyon delillerin temiz ve ücretsiz doğrulamak için bir mikroskop altında cam slayt inceleyin. Adımı tekrarlayın 1.1.1 Gerekirse. </li></ol></li><li> Birikimi için kolloidal dispersiyon hazırlanması <ol><li> Pipet sulu stok flüoresan kolloid solüsyonu (% 10 ağ.) Ihtiva eden 990 ul içinde 10 ul. Yaklaşık% 0.1 ağırlık koloidal süspansiyonu gelmesi için kullanılan stok çözelti konsantrasyonuna bağlı olarak gerektiği gibi hacimleri ayarlayın. </li><li> 10 saniye boyunca vorteks karışımı. </li></ol></li><li> Cam slayt yüzey üzerine Spin kat kolloidal dağılım <ol><li> temiz bir cam slayt ile spin kaplayıcı donatın. Yukarıda hazırlanan seyreltilmiş koloidal çözeltinin 100 ul, bir pipet ucu doldurun. Program spin lak bir 30 sn, 2000 rpm döngüsü çalıştırmak için. Spin kaplayıcı başlatın ve hızlandırmak zaman sürekli dönen cam slayt merkezi üzerine hazırlanan çözüm pipetle. </li><li> Spin kaplayıcı cam slayt kaldırmak optik mikroskop dönmek ve çoğunlukla olmayan dokunmadan ayrı kolloidler eşit dağılım merkez bölgesi o kapaklar doğrulamakCam slayt f. </li></ol></li><li> Kolloid dekore cam slayt üzerine vakum buharlaştığı platin metali <ol><li> metal buharlaştırıcı içine kolloid kaplı cam slayt yerleştirin. Yan buharlaşma kaynağı baktığından dekore kolloid emin olun. Bir platin metal buharlaşma kaynağı takın ve platin metal 15 nm mevduat. Not: metal kaplama sonra, örnekler, bir atıl atmosfer altında muhafaza edilmelidir. </li></ol></li></ol> 2. &quot;Yüzme&quot; Janus Parçacıklar <ol><li> Bir peroksit içeren solüsyon içine Janus Kolloidaller yeniden askıya <ol><li> objektif bir doku 1 x 1 cm kare kesin ve DI su 10 ul sonuna nemlendirin. cımbızla tutun ve yavaşça (bu adım fiziksel olarak substrat kolloidler kaldırır) platin kaplı kolloid dekore cam slayt yüzeyi boyunca sürün. </li><li> Dİ su, 1.5 ml mercek dokularından yerleştirin ve el ile sızdırmaz tu 30 saniye boyunca kuvvetli bir şekilde çalkalanırolacak. Lens doku çıkarın. </li><li> Pipet h H2O 2 stok solüsyonu 1 w / ml% 30 ile dolu yeni bir kaba alınır solüsyon içeren koloidin 1 mi. Yavaşça çözüm karıştırın ve daha sonra başka bir 25 dakika karıştırılmadan inkübasyon süresi, ardından 5 dakika için oda sıcaklığında, bir ultrasonik banyo içinde yer. DİKKAT: Bu çözüm oksijen gelişebilir; mühür yok. </li><li> Bir tarama elektron mikroskobu (SEM) saplama üzerine geri kalan sulu koloidal çözelti kuru 100 ul Janus kolloid yapısının SEM doğrulama sağlamak için. 14 </li></ol></li><li> Analiz küveti hazırlanması <ol><li> Hızlı tahrik izin vermek için uygun bir yakıt gücü (% 10) ulaşmak için peroksit ve platin kaplı kolloidleri ihtiva kuluçkalanmıştır çözeltiye DI su ilave 1 ml ilave edilir. Not: Ön inkübasyon aşamaları platin katalizör yüzeyi temizlemek için daha yüksek bir konsantrasyon yakıt konsantrasyonlarında gerçekleştirilmiştir. </li><li> Bir lo doldurunkuluçkaya çözümü ile w hacim dikdörtgen kuvars cam küvet. Gevşekçe push-in kapağını takınız. DİKKAT: Patlama riski - vidalı kapağını kullanmayın. </li></ol></li></ol> 3. Mikroskobik Gözlem <ol><li> Çevrede parçacık bulun <ol><li> Yük, uygun bir hedef (örneğin, 20X) ile donatılmış bir flüoresan mikroskop içine küvet ve uygun bir filtre kombinasyonu (eksitasyon 450-490 nm, emisyon&gt; 515 nm) kullanılarak fluorofor emisyon harekete geçirir. </li><li> El ile küvete içinde floresan kolloidler arayın. Not: peroksit konsantrasyonunu muhafaza gerekebilir ise kolloid yoğunluğunu ayarlama. Örneğin, kolloid yoğunluğu yüksek ise seyreltme tavsiye edilir, ve akışlarını üreten çok sayıda oksijen kabarcıkları bulunur. 0.003 ile% bir kolloid hacim konsantrasyonu tavsiye edilen bir başlangıç ​​noktasıdır. </li><li> 3D izleme için optik ayarlarını optimize: Uygun aydınlatma koşullarında, benn kadar keskin dairesel nesneler görünür kolloidler odaklanır. tahrik kolloidler görülecektir kürenin etrafında parlak halkayı değişen ve odak düzlemi dışında farklı bir boyut taşır Ancak, bu z 3D izlemeyi etkinleştirmek için koordinat belirlemek için kullanılır. </li></ol></li><li> Video kaydetmek <ol><li> ilgi parçacık odağı konumunda &quot;altında&quot; parçacık, eşmerkezli halka üretir, böylece video çekimi başlamadan önce, mikroskop odak. Video çekimi sırasında odak düzlemini hareket ettirmeyin. </li><li> ilgi parçacıkların Video kaydetme. Ayrıntılı yörünge yeniden sağlamak için 30 Hz aşan kare hızları ile 30 saniye video süreleri kullanın. </li></ol></li><li> 3D yörünge rekonstrüksiyon <ol><li> Z-eksenini kalibre <ol><li> % 2 wt Makyaj. eşdeğer küvet içinde 60 ° C&#39;de, bir yerde floresan Janus parçacıkların bir süspansiyonu içeren su içinde gellan zamkı çözeltisiYukarıda kullanılan ve sabit statik kolloidler içeren sert şeffaf jölelenmişti örnek oluşturacak şekilde ayarlamanıza olanak verir. </li><li> Yukarıda seçilen aynı aydınlatma koşulları kullanılarak tek bir sabit kolloid odaklanın, şimdi bu düzlemine göre bilinen yer değiştirmeler tarafından yükseltilir z odak noktası olarak hareketsiz görüntülerin bir dizi kaydedin. </li><li> Bilinen her odak 11 pozisyonunda halka yarıçapı belirleyin. Not: Bu hala çerçeveleri ve videolar en verimli şekilde yapılan tüm kalibrasyon bir toplu işlem olarak uygulanabilir bir görüntü analiz algoritmasını kullanarak edilir. Tipik bir yaklaşım görüntü yumuşatma içerir, eşikleme nesnelerin merkezinin yaklaşık konumunu belirlemek ve daha sonra yoğunluk zirveleri ya halka tarafı arasındaki mesafeyi ölçerek gerçek x ve halka merkezinin y koordinatlarını bulmak için. Halka merkezden yoğunluk tepelerine ortalama radyal mesafe sonra bulunabilir. 11 Bu aydınlık halkanın yarıçapı hem izin verird xy alt piksel doğrulukla tespit edilecek koordinat. görüntülerin bir zaman dizisi içinde, odak düzlemi arasında gellan zamkı 30 um sabitlenmiş Janus kürenin X, Y, Z, pozisyonlar yerleştirilmesi ile, parçacıkların her bir eksen boyunca ± 25 nm olan bir hata ile yerleştirilebilir. Hata görüntü gürültü atfedilebilir. Bu nedenle gürültü oranı ve sinyal, yer algoritmaları doğruluğu tespit flüoresan ışığının yoğunluğuna bağlıdır. Bir Janus küre odak düzlemi uzak olduğunda onun yoğunluğu doğru mikron mümkün yaklaşık 200 z-aralık kolloid, örneğin, onu izlemek bir 4.8 mikron çap kadar zayıf olur. Alternatif olmayan algoritmik bir yöntem X, Y merkezi ve yarıçapı basit el ölçümü kullanmak için, ancak bu hassasiyeti azaltır. </li><li> Z-konumuna yarıçapı ilişkilendirmek için bir kalibrasyon eğrisi çizilir ve uygun bir fonksiyon (örn kübik denklemi) interpolasyon izin için uygun. 11 </li></ol></li> &lt;li&gt; Kalibre x, y ekseni <ol><li> Hala 3.2 seçilen aynı mikroskop koşulları kullanılarak bir mekansal kalibrasyon mercek ağı optik mikroskop görüntüsünü çerçeve bir kayıt. </li><li> Mekansal kalibrasyon mercek ağı görüntüsünden bilinen gerçek dünya boyutu ile bir nesnenin &quot;piksel&quot; boyutunu ölçün ve x, y görüntü düzlemi için mikron dönüşüm faktörü bir piksel kurmak için kullanabilirsiniz. </li></ol></li><li> yörünge yeniden yapılandırma <ol><li> 3.3.1.3.&#39;deki açıklandığı gibi x ve y dönüştürmek z içine yarıçapı dönüştürmek için 3.3.1.4 bulunan fonksiyon ve 3.3.2.2 bulunan kalibrasyon faktörünü kullanmak, video dizisinin her kare için x ve y koordinatlarını ve yarıçapını belirler piksel mikron içine koordine eder. Bu prosedür, bir zaman fonksiyonu olarak itici parçacıklar konum koordinat doğru bir x, y, z neden olacaktır. Şekil 11, bu prosedür, bir algoritma kullanılarak gerçekleştirilir, ya da manuel olarak yapılabilir. </li><li> türetilmiş p belirleyinBöyle ortalama hız gibi zellikler gözlenen katalitik yüzme derecesini ölçmek için. </li></ol></li></ol></li></ol>

<ol><li>Ebbens, S. J., Howse, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+pursuit+of+propulsion+at+the+nanoscale%5BTitle%5D)+AND+%22Soft+Matter%22%5BJournal%5D)">In pursuit of propulsion at the nanoscale.</a> Soft Matter. 6 (4), 726(2010).</li>
<li>Wang, W., Duan, W., Ahmed, S., Mallouk, T. E., Sen, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Small+power+%3A+Autonomous+nano-+and+micromotors+propelled+by+self-generated+gradients%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Today%22%5BJournal%5D)">Small power : Autonomous nano- and micromotors propelled by self-generated gradients.</a> Nano Today. 8 (5), 531-554 (2013).</li>
<li>Gao, W., Dong, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Artificial+Micromotors+in+the+Mouse%27s+Stomach+%3A+A+Step+toward+in+Vivo+Use+of+Synthetic+Motors%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+nano%22%5BJournal%5D)">Artificial Micromotors in the Mouse's Stomach : A Step toward in Vivo Use of Synthetic Motors.</a> ACS nano. 9 (1), 117-123 (2015).</li>
<li>Restrepo-Pérez, L., Soler, L., Martìnez-Cisneros, C., Sánchez, S., Schmidt, O. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biofunctionalized+self-propelled+micromotors+as+an+alternative+on-chip+concentrating+system%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Biofunctionalized self-propelled micromotors as an alternative on-chip concentrating system.</a> Lab Chip. 14 (16), 2914-2917 (2014).</li>
<li>Soler, L., Sánchez, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Catalytic+nanomotors+for+environmental+monitoring+and+water+remediation%5BTitle%5D)+AND+%22Nanoscale%22%5BJournal%5D)">Catalytic nanomotors for environmental monitoring and water remediation.</a> Nanoscale. 6 (13), 7175-7182 (2014).</li>
<li>Howse, J., Jones, R., Ryan, A., Gough, T., Vafabakhsh, R., Golestanian, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Self-Motile+Colloidal+Particles%3A+From+Directed+Propulsion+to+Random+Walk%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Letts%22%5BJournal%5D)">Self-Motile Colloidal Particles: From Directed Propulsion to Random Walk.</a> Phys. Rev. Letts. 99 (4), 8-11 (2007).</li>
<li>Ebbens, S., Gregory, D. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrokinetic+effects+in+catalytic+platinum-insulator+Janus+swimmers%5BTitle%5D)+AND+%22EPL%22%5BJournal%5D)">Electrokinetic effects in catalytic platinum-insulator Janus swimmers.</a> EPL. 106 (5), 58003(2014).</li>
<li>Orozco, J., Jurado-Sánchez, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bubble-propelled+micromotors+for+enhanced+transport+of+passive+tracers%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Bubble-propelled micromotors for enhanced transport of passive tracers.</a> Langmuir. 30 (18), 5082-5087 (2014).</li>
<li>Peterson, S. D., Chuang, H. -S., Wereley, S. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-dimensional+particle+tracking+using+micro-particle+image+velocimetry+hardware%5BTitle%5D)+AND+%22Meas.+Sci.+and+Technol%22%5BJournal%5D)">Three-dimensional particle tracking using micro-particle image velocimetry hardware.</a> Meas. Sci. and Technol. 19 (11), 115406(2008).</li>
<li>Ten Hagen, B., Kümmel, F., Wittkowski, R., Takagi, D., Löwen, H., Bechinger, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Gravitaxis+of+asymmetric+self-propelled+colloidal+particles%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Commun%22%5BJournal%5D)">Gravitaxis of asymmetric self-propelled colloidal particles.</a> Nat. Commun. 5, 4829(2014).</li>
<li>Campbell, A. I., Ebbens, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Gravitaxis+in+spherical+janus+swimming+devices%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Gravitaxis in spherical janus swimming devices.</a> Langmuir. 29 (46), 14066-14073 (2013).</li>
<li>Ebbens, S., Tu, M. -H., Howse, J. R., Golestanian, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Size+dependence+of+the+propulsion+velocity+for+catalytic+Janus-sphere+swimmers%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review.+E+Stat.+Nonlin.+Soft+Matter+Phys%22%5BJournal%5D)">Size dependence of the propulsion velocity for catalytic Janus-sphere swimmers.</a> Physical Review. E Stat. Nonlin. Soft Matter Phys. 85, Available at: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22463141 020401(2012).</li>
<li>Ebbens, S. J., Howse, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct+observation+of+the+direction+of+motion+for+spherical+catalytic+swimmers%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Direct observation of the direction of motion for spherical catalytic swimmers.</a> Langmuir. 27 (20), 12293-12296 (2011).</li>
<li>Archer, R. J., Campbell, aI., Ebbens, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Glancing+angle+metal+evaporation+synthesis+of+catalytic+swimming+Janus+colloids+with+well+defined+angular+velocity%5BTitle%5D)+AND+%22Soft+Matter%22%5BJournal%5D)">Glancing angle metal evaporation synthesis of catalytic swimming Janus colloids with well defined angular velocity.</a> Soft Matter. 11, 6872-6880 (2015).</li>
<li>Zhao, G., Sanchez, S., Schmidt, O. G., Pumera, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Poisoning+of+bubble+propelled+catalytic+micromotors%3A+the+chemical+environment+matters%5BTitle%5D)+AND+%22Nanoscale%22%5BJournal%5D)">Poisoning of bubble propelled catalytic micromotors: the chemical environment matters.</a> Nanoscale. 5 (7), 2909-2914 (2013).</li>
<li>Wang, Y., Hernandez, R. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bipolar+electrochemical+mechanism+for+the+propulsion+of+catalytic+nanomotors+in+hydrogen+peroxide+solutions%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Bipolar electrochemical mechanism for the propulsion of catalytic nanomotors in hydrogen peroxide solutions.</a> Langmuir. 22 (25), 10451-10456 (2006).</li>
<li>Dunderdale, G., Ebbens, S., Fairclough, P., Howse, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Importance+of+particle+tracking+and+calculating+the+mean-squared+displacement+in+distinguishing+nanopropulsion+from+other+processes%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Importance of particle tracking and calculating the mean-squared displacement in distinguishing nanopropulsion from other processes.</a> Langmuir. 28 (30), 10997-11006 (2012).</li>
</ol>

Yazarların açıklayacak hiçbir şeyi yoktur.

platin Janus parçacıkları için hazırlık protokolünde çok sayıda değişken gözlenen yörüngeleri etkileyecektir. saniyede 10 mikron sırasına göre sevk hızları verecek 2 mikron çapında partikülleri kullanarak tarif edildiği gibi parametreler. Daha küçük parçacıkların kullanılması durumunda parçacık boyutuna artan tahrik hızı azalırken, hızlar, artar. Buharlaşma protokolü 12 detayları da gözlenmiştir yörüngeleri değiştirecektir. Bu, mevcut protokol, bir koloid, seyrek dağılımı arada sürgü yönüne normal metal buharlaştırma ile önerilir. Bu koşullar, Brown dönme difüzyon sınırları içinde lineer yörüngeleri yol Şekil 2&#39;de gösterildiği gibi, simetrik Janus yapılan ortaya çıkarır. 13. Bunun aksine, dar paketlenmiş kolloidler açısı çökelmesini bakarak tabi ise, Janus kapağın daha sonra simetrik kırılabilir davranışı iplik ikna etmek. 14 paBurada üretilen rticles her üç boyutta nispeten izotropik hareket görüntüler; kalın platin kaplamalar ya da daha büyük partiküllerin kullanıldığı, ancak eğer bir yukarı doğru sapma veya gravitaxis kazandırabilecektir. üretim sonrası Janus Kolloidlerin depolama 11 detayları da görülen bir yüzme hızları etkileyebilir. Buharlaşma aşamasından çıkan yüksek yüzey enerjisi, temiz platin yüzeyi hidrokarbonlar örneğin kirlenme yüzey duyarlıdır ve özellikle tiyoller bölgesindeki. 15 Buna ek olarak, çözelti özellikleri olan Janus koloitler yeniden askıya tahrik gözlemlemek için kritik öneme sahiptir vardır. Düşük peroksit konsantrasyonları ayrışma reaksiyonu üretmek hareket oranı azaltır, daha yavaş hızlarda neden olur. 6 Ayrıca, sevk hızında bir azalmaya neden olacaktır tuzları düşük konsantrasyonlarda. 7 Burada üretilen kolloidler önemli bir özelliği onların ne olduğunu3B izleme için bunları uygun kılan utral yüzdürme. Genel olarak yüzme cihazlarının alan neden kısmen yoğun metallerden yapılan bazı belirgin örnekler, 3D efektler pek önemsemediği etti onları hızla tortu, 16 değil, aynı zamanda nedeniyle gerekli ölçümleri yaparak ilişkili zorluklar ve gider için. Bazı kurulan 3D izleme yöntemleri için net sakıncaları örneğin, konfokal tarayıcı laser mikroskopi yörüngeleri çözmek için görüntülerin yeterli sayıda kaydetmek için zamansal çözünürlüğe yoksun olabilir, bunlar hızla hareket eden koloitlerin için var. Bu bağlamda, biz burada mevcut yöntem yalnızca dolayısıyla yüksek kare hızları izin veren z koordinat tahmini, izin tek bir kare gerektiren önemli bir avantaja sahiptir. z koordinat yeniden sadece tek kare içinde odak-kolloid göreli kontrast dayanmaktadır olarak da, oldukça mutlak floresan yoğunluğu yerine, su verme ve yanıp sönen efektler için esnek birfluorofor içinde. Bu avantajlar 3D yörünge rekonstrüksiyonu mümkün olduğu üzerinde bir alan azaltılmış derinlikte pahasına, ve iyi ayrılmış örtüşmeyen kolloidler için gereksinimi de mümkündür. Biz onların yüzme cihazları sade bir dille ve hassas bir yüksek derecesi ile bu bilgilere erişmek için protokol anlatan 3D davranış bir ilgi ile diğer araştırma grupları sağlayacak umuyoruz. 3D bu cihazların anlayış genişleyen ilginç gelecek olayların ve uygulamaların önemli bir dizi açılacaktır açıktır. yörünge analizi daha detaylı bilgi ilgilenen okuyucular itici sistemleri ve nasıl sevk hızlarının doğru kantifikasyon sağlamak için ortak eserler anlatılmaktadır Referans 17 yöneliktir.

Katalitik yüzme cihazları küçük ölçekli, özerk akışkan ortamlarda hareket üretme kapasitesine sahip zincirlenmemiş kolloidler vardır. Böyle ilaç dağıtım, 3 bir çip taşıma lab-on gibi heyecan verici yeni işlevleri etkinleştirmek için potansiyele sahip olarak 1,2 Bu cihazlar önemli araştırma ilgi çeken 4 ve çevresel iyileştirme. 5 bir çok çalışılan örnek &quot;Janus&quot; yüzücü katalitik bulunmaktadır. 6 Bu parçacıklar (Janus iki yüzlü Roma tanrısı) iki ayrı tarafı, ya da yüzü olan kendi adını almak. başka inert ise bir tarafı, katalitik olarak aktif bir ayrışma reaksiyonu yapabilmektedir. Uygun çözündürüldü Yakıt moleküllerinin varlığında, elde edilen asimetrik kimyasal reaksiyon kendi kendine diffusiophoresis / elektroforez ile hareket üretebilir kolloidler yaklaşık gradyanları oluşturur. 7. Bu hızla hareket eden nesnelerin hareket karakterize cha olduğunu<html> llenging ve bugüne kadar pek çok deneysel gözlemler 2D sınırlı kalmıştır. Ancak, nihai uygulamalar 3D toplu çözümlere boyunca taşımak için katalitik yüzme cihazları yeteneği yararlanmak olasıdır. 8 Bu adres için, burada yüzme cihazları belirlenecek için doğru 3D yörüngeleri sağlayan bir protokol açıklar. Bu yöntem sabit odaklı objektif, 9 ile gözlenen odak floresan kolloidler dışı üretilen halka yapıları yorumlama dayalı ve geleneksel değiştirilmemiş mikroskop kullanarak uygulamak kolaydır. açıkça burada bu yöntemi anlatarak, bu alandaki diğer araştırmacılar gibi 3D bilgilere erişmek için güçlü olmak yararınıza olacaktır. Bu yüzme cihazlar için hareket özellikleri gelecekteki anlayışlar yardımcı olacaktır. Bu potansiyelin kanıt en kolay 3D izleme uygulaması ile görüntülendi olabilir 10,11 davranış, yerçekimi tarafından yönlendirilen yüzme cihazlarının son raporunda verilir. 11 &quot;Ove_content&gt; Bu yazıda da açıkça bu cihazları araştıran mevcut araştırma grupları arasında yöntemlerini standardize ve ayrıca yapım ve yüzme cihazları soruşturma ilgilenen yeni araştırmacılara yol için daha fazla yarar olacaktır katalitik Janus parçacık yüzme cihazları imalatı için bir yöntem belgelemektedir.

<table><tbody><tr><td>Evaporatör</td><td>Moorfield (İngiltere)</td><td></td><td>Minilab 80 e-ışınlı evaporatör</td></tr><tr><td>Mikroskop</td><td>Nikon</td><td></td><td>Eclipse LV100</td></tr><tr><td>Floresan ışık kaynağı</td><td>Nikon</td><td></td><td>Nikon B2A filtre küpü</td></tr><tr><td>Objektif</td><td>Nikon</td><td></td><td>20X, 0.45 NA</td></tr><tr><td>Cuvette</td><td>Hellma</td><td></td><td>erimiş kuvars, 40 x 10 x 1 mm</td></tr><tr><td>Vorteks karıştırıcı</td><td>IKA</td><td></td><td>Laboratuvar Dansçısı S2</td></tr><tr><td>Spin kaplayıcı</td><td>Laurell Technologies Corp.</td><td></td><td>Model WS-400BZ-6NPP/Lite</td></tr><tr><td>Ultrasonik banyo</td><td>Eumax</td><td></td><td>2 litre</td></tr><tr><td>Lens dokusu</td><td>Whatman</td><td>2105 841</td><td></td></tr><tr><td>Hidrojen Peroksit</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>31642-1L</td><td>ağırlıkça %30 Platin</td></tr> <tr><td></td><td>Sigma-Aldrich</td><td>267171</td><td>0,25 mm, %99,99</td></tr> <tr><td>Kolloidler</td><td>Thermo Scientific</td><td></td><td>Fluoro-Max PS mikroküreler, d = 1.9&nbsp; mikron</td></tr><tr><td>Cam dekontaminasyon çözeltisi</td><td>Fisher Scientific</td><td>D/0025/15</td><td>Decon 90</td></tr><tr><td>Etanol</td><td>Fisher Scientific E</td><td>/0600DF/17</td><td>Mutlak Etanol</td></tr><tr><td>DI su</td><td>Elga</td><td></td><td>Purelab Opsiyon filtrasyon sistemi (15 MW)</td></tr><tr><td>Gellan sakızı</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>P8169-100G</td><td>"Phytagel"</td></tr></tbody></table>

katalitik yüzme cihazların hazırlanması ve 3d İzleme

Preparation and 3D Tracking of Catalytic Swimming Devices

Sıvılar içinde "yüzen" katalitik olarak aktif Janus kolloidlerini hazırlamak için bir yöntem rapor ediyoruz ve floresan mikroskobu kullanarak 3B hareketlerinin nasıl belirleneceğini açıklıyoruz. Katalitik olarak aktif kolloidlerin gelişmiş hareket üretmesi için yaygın olarak kullanılan bir yöntem, asimetrik bir katalizör dağılımıdır. Burada bu, dağınık bir floresan polimerik kolloidler tabakasının düz bir düzlemsel substrat üzerine döndürülerek kaplanması ve daha sonra açıkta kalan kolloid yüzeyini yarı kaplamak için yönlü platin buharı biriktirme kullanılarak iki yüzlü bir "Janus" yapısı oluşturulmasıyla elde edilir. Janus kolloidleri daha sonra düzlemsel substrattan hidrojen peroksit içeren sulu bir çözeltiye yeniden süspanse edilir. Hidrojen peroksit, su ve oksijene ayrışan, ancak kolloidin yalnızca bir tarafında bulunan platin katalizörü için bir yakıt görevi görür. Asimetri, gelişmiş hareket veya "yüzme" üreten gradyanlarla sonuçlanır. Tek tek kolloidlerin hareketini kaydetmek için bir video kamera ile birlikte bir floresan mikroskobu kullanılır. Floresan emisyonunun merkezi, videonun her karesi için bir x ve y koordinatı sağlamak üzere görüntü analizi kullanılarak bulunur. Mikroskop odak konumunu sabit tutarken, kolloidden gelen floresan emisyonu, parçacıkların göreceli z konumunu belirlemek için görüntü analizine tabi tutulan karakteristik bir eşmerkezli halka modeli üretir. Bu şekilde, yüzme hızının doğru bir şekilde ölçülmesine olanak tanıyan yüzme kolloidleri için 3 boyutlu yörüngeler elde edilir ve kolloidlerin hareketini saptırabilecek gravitaxis gibi fiziksel olaylar tespit edilir.

Şekil 1 platin yatırma önce temiz bir cam slayt kolloidlerin tipik dağılımını göstermektedir. 2 platin kaplı bölge parlak kontrast üreten bu görüntüleme modu altında, Janus yüzücü kaplı bir buçuk platin için tipik bir geri saçılan SEM görüntüsü göstermektedir. İstenilen yarım küre platin tabaka açıktır. 3 görüntüler gellan sakızının sabit optimum aydınlatma koşullarında tipik bir floresan Janus yüzücünün görünümü Şekil. Yüzücü simetrik bir halka özellik olarak görünür ve odaklama konumuna kolloid nisbetle z-konumunu belirlemek için kullanılabilir halka yarıçapıdır. Şekil 4, radyal parlaklık yoğunluğu dağılımı Örnek kesitlerini gösterir doğru merkezi ve koloidin belirgin çapındaki bulmak için görüntü analiz algoritmaları ile kombinasyon halinde kullanılır. Şekil 5 </stron<html> g&gt; odak konumundan belirgin kolloidal boyut ve mesafe ilişkilendirmek için sabit bir koloidal örnek ve kalibre mikroskop z-çeviri aşamasında kullanılarak elde edilen bir kalibrasyon eğrisi içerir. Bu eğri, Z koordinatı olarak belirgin çapındaki dönüştürmek için kullanılan kübik fonksiyonu takılmıştır. Son olarak, Şekil 6, görüntüler tipik bir x, y, bir flüoresan Janus partikül yüzücü z yörünge. <img alt="Şekil 1" src="/files/ftp_upload/54247/54247fig1.jpg" /> Şekil 1.9 mikron çaplı Polistiren mikroküreler 1. Optik görüntü. Mikro Platin birikimi önce temizlenmiş cam slayt dağılmıştır. Ölçek çubuğu 40 mikron temsil etmektedir. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54247/54247fig1large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> ES / ftp_upload / 54.247 / 54247fig2.jpg &quot;/&gt; 1.9 mikron çaplı Polistiren mikroküreler 2. SEM backscatter görüntü Şekil. Mikroküreler platin birikimi sonra gösterilmektedir. Ölçek çubuğu 2 mikron temsil etmektedir. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54247/54247fig2large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 3," src="/files/ftp_upload/54247/54247fig3.jpg" /> Şekil 20X objektif (0.4 NA) kullanılarak kaydedilen gellan sakızının sabit bir 4.8 mikron çapında floresan polistiren kürenin 3. Kalibrasyon görüntüler. Her resmin altında mesafeler kürenin üstünde hedefin odak düzlemi arasındaki mesafeyi göstermektedir. Görüntü parlak halkaya parlak disk değişiklikleri 0 um ila 200 um odak resimdeki defokus gibi, yarıçap olan, spher büyütme bağlıdıre büyüklüğü ve odak düzlemi uzaklığı. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54247/54247fig3large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 4," src="/files/ftp_upload/54247/54247fig4.jpg" /> Şekil 4. X, y, z parçacık izleme prosedürü. Kendinden yazılı algoritmalar bir dizi ilk ortalama orta dikey ve yatay çizgilerden oluşan bir dizi ayıklanması ve bularak parlak halkanın (x, y) merkezini bulmak için kullanılır parlak tepeler arasındaki nokta (a). Halka yarıçapı sonra halka merkezi (b) dışarı yayılan ortalama piksel gri değerleri takılan bir eğri tepe yoğunluğu hesaplanır. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54247/54247fig4large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> Şekil 5. Z koordinatı gellan sakızının sabit kürelerin parlak halka yarıçapı ölçerek elde edilen Janus küreler için kalibrasyon grafiği (Şekil 3 ve 4). Kalibrasyon grafiği bir Z- ölçülen halka yarıçapı dönüştürmek için algoritmaları tarafından kullanılan koordinat. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54247/54247fig5large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 6," src="/files/ftp_upload/54247/54247fig6.jpg" /> Şekil 6. Tipik bir floresan Janus küre yüzme cihazının bir yörünge. Hareketli yüzme cihazının görüntü sırası 33 Hz kare hızında 30 saniyelik bir süre boyunca kaydedildi. (X, y, z) (parlak bir halka merkezi konumlandırılmasıyla elde edilmiştir yörünge Fi koordinatlarışekil 4 (a)) ve sırayla her bir görüntü için kalibrasyon grafiği ölçülen halka yarıçapı karşılaştırarak (Şekil 4 (b) ve 5). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54247/54247fig6large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a>

Sıvılarda "yüzebilen" ve 3B yörüngelerini belirleyebilen katalitik olarak aktif Janus kolloidlerini hazırlamak için bir yöntem sunulmaktadır.

Katalitik Yüzme Cihazların Hazırlanması ve 3D İzleme

We report a method to prepare catalytically active Janus colloids that "swim" in fluids and describe how to determine their 3D motion using fluorescence ...

Bu deneyin genel amacı, katalitik bir yüzme cihazı için 3B yörüngeyi ölçmektir. Bu teknik, yüzme cihazlarının volt çözeltileri içinde hareket ederken kimyasal gradyanlara ve yerçekimi alanlarına nasıl tepki verdikleri gibi çeşitli fenomenlerin açıklanmasına yardımcı olabilir. Bu tekniğin temel avantajı, herhangi bir geleneksel floresan mikroskobu kullanılarak uygulanabilmesidir.Bu teknik, doktora öğrencim Richard Archer tarafından gösterilecektir. Bu protokol için cam lamları metinde açıklandığı şekilde hazırlayın. Ardından, lam üzerine çöktürme işlemi için kolloidal dispersiyonu hazırlayın.İlk olarak, bir mililitrelik %0,1 ağırlıkça kolloidal süspansiyon elde etmek için, 990 µL etanol içerisine ağırlıkça %10'luk sulu floresan kolloid çözeltisinden on µL pipetleyin. Ardından, karışımı on saniye boyunca vorteksleyin. Sonrasında, kolloidal dispersiyonu hazırlanmış cam lam altlığının üzerine spin kaplama yöntemiyle uygulayın.Slayt üzerine yüklemek için 100 µL seyreltilmiş kolloidal çözeltiyi hazırlayın. 2000 rpm hıza ulaşıldığında, süspansiyonu yavaşça slaytın merkezine damlatın. Biriktirme işleminin başlangıcından itibaren 30 saniye boyunca döndürün.Kaplanmış lamı bir optik mikroskoba aktarın ve çoğunlukla birbirine değmeyen ayrı kolloidlerin lamın merkezi bölgesini homojen bir şekilde kapladığını doğrulayın. Ardından, bir metal evaporatör kullanarak cam lam üzerine platin metalini vakumlu evaporasyon yöntemiyle kaplayın. Lamı yerleştirirken kolloidlerin evaporasyon kaynağına baktığından emin olun.Platin metal buharlaştırma kaynağı kullanarak lam üzerine 15 nanometre platin kaplayın. Metal uygulamadan sonra lamı inert bir atmosfer altında saklayın. Bu işlem, stok Janus partiküllerinin hazırlanmasını tamamlar.İlk adım, Janus partiküllerini çözelti içinde süspande etmektir. Bunun için, bir santimetrekare boyutunda bir lens temizleme kağıdı hazırlayın ve ucunu 10 µL DI su ile nemlendirin. Ardından, kağıdı cımbızla tutarak, ıslatılmış kısmı platin kaplı kolloid ile dekore edilmiş lam yüzeyi boyunca nazikçe sürün.Ardından, lens dokusunu 1,5 mL DI su içeren bir tüpün içine daldırın. Tüpün kapağını kapatın ve 30 saniye boyunca manuel olarak çalkalayın. Sonra, lens dokusunu çıkarın ve artık kolloidler içeren sudan 1 mL alarak, içerisinde 1 mL %30 (ağırlık/hacim) hidrojen peroksit çözeltisi bulunan küçük bir tüpe pipetleyin.Çözeltileri nazikçe karıştırın. Ardından, tüpü oda sıcaklığındaki bir ultrasonik banyoya aktarın. Oksijenin tahliye olması gerekebileceği için kap kapalı olmamalıdır.Beş dakikalık sonikasyonun ardından, karışımı oda sıcaklığında, herhangi bir karıştırma işlemi yapmadan 25 dakika boyunca inkübe edin. Bu sırada, geri kalan sulu kolloidal çözeltiden 100 µL kurutun ve Janus kolloid yapısını doğrulamak için bir taramalı elektron mikroskobu ile belgeleyin. Ardından, hidrojen peroksit konsantrasyonunu, Janus kolloidlerin hızlı itkisi için uygun bir yakıt gücü olan yüzde ona düşürmek amacıyla, iki mililitre çözeltiye bir mililitre DI su ekleyin.Ardından, düşük hacimli dikdörtgen kuvars cam küveti hazırlanan çözeltiyle doldurun ve çözeltinin hava alabilmesi için bir bastırma kapakla gevşekçe kapatın. Şimdi, metin protokolünde belirtildiği şekilde küveti bir floresan mikroskobuna yerleştirin. Video kaydına başlamadan önce, ilgilenilen parçacık, odak konumunun altındaki parçacıkla birlikte eş merkezli bir halka oluşturacak şekilde mikroskobu hızlıca odaklayın.Video yakalama sırasında odak düzlemini değiştirmeyin. İlgilenilen partikül bulunduğunda, saniyede 30 kare hızında 30 saniyelik videolarla kayıt yapın. Tek bir deneyden elde edilecek yaklaşık 20 video, metin protokolünde açıklanan yörünge rekonstrüksiyonu için yeterli detayı sağlayacaktır.Kolloidler temiz bir cam lam üzerine biriktirildi. Platin biriktirme işleminden önce, lam yüzeyindeki polistiren mikrokürelerin dağılımı bir optik mikroskop kullanılarak gözlemlendi. Ölçek çubuğu 40 mikrondur.Platin eklendikten sonra, istenen yarım küresel platin tabakasını doğrulamak için bir SEM görüntüsü alındı. Ölçek çubuğu iki mikrondur. Gellan sakızına sabitlenen floresan Janus yüzücüler, optimal olarak odak dışı bırakılmış koşullar altında simetrik bir halka özelliği ile net bir şekilde görüldü.Halkanın yarıçapı, kolloidin bağıl Z konumunu belirlemek için kullanılmıştır. Kolloid merkezleri, bir dizi dikey ve yatay çizgi çıkarılarak ve parlak pikler arasındaki ortalama orta noktanın bulunmasıyla hesaplanmıştır. Ardından, halkanın merkezinden dışarı doğru yayılan ortalama piksel dalga değerlerine uydurulan spline eğrisinin pik yoğunluğundan halka yarıçapları hesaplanmıştır.Ardından, görünür kolloidal boyut ile odaklanmış konumdan olan mesafe arasındaki ilişkiyi belirlemek için sabit bir kolloidal örnek ve kalibre edilmiş bir mikroskop kullanılarak bir kalibrasyon eğrisi oluşturuldu. Böylece, veriler üzerinden floresan bir Janus partikül yüzücüsü için üç boyutlu yörünge elde edildi. Bu deneyi izledikten sonra, geleneksel bir floresan mikroskop kullanarak yüzme cihazlarını üç boyutta takip edebilmeniz gerekir.Bu yöntem, araştırmacılar tarafından gravitaksis gibi fenomenleri incelemek için kullanılmıştır. Bu deney, tehlikeli bir kimyasal olan hidrojen peroksit kullanımını içerir ve bu durum, çok miktarda oksijen gazı çıkışı nedeniyle özellikle katalitik yüzme cihazlarıyla birleştirildiğinde tehlikelidir. Bu nedenle, bu aşamalar boyunca kabın sıkıca kapatılmaması önemlidir.

preparation-and-3d-tracking-of-catalytic-swimming-devices

Research

JoVE Journal

Engineering

Mühendislik

Balık çoğunluğunun yaşamlarını yüzme esas alınır. Bu protokol bir dizi bireysel ve okullaşma balık için kullanılabilir modları yüzme yakalama teknikleri açıklar ve yüzme fizyolojisi ve davranışları ile ilgili ölçümler şunlardır.

Balıklar yüzme Performans Değerlendirme

Zebra balığının tek tek ve gruplarını izleyebilen bir 3D otomatik video sisteminin kullanımı anlatılmaktadır. Uygulama örneği olarak, NMDA reseptör antagonisti MK-801'in zebra balığı sürüleri üzerindeki etkilerini araştırıyoruz.

Yetişkin Zebra Balığının Bireysel ve Sürülerini Kaydetmek için Otomatik Bir 3D İzleme Sistemi Kullanma

Bu serbest zaman uyumlu bir duyusal içinde özel olarak tasarlanmış bir akvaryum tank içinde hem doğru ve güvenilir bir hayvanın elektrik organı deşarj zamanlaması, vücut konumu ve duruşu ölçülerek, uzun bir süre boyunca zayıf elektrik balık yüzme spontan davranışını incelemek için teknikler bir dizi tanımlamak izolasyon odası.

Serbestçe Yüzme Zayıf Elektrik Balık Uzun vadeli Davranış Takip

Türbülanslı sıvı akışındaki hizalamaları ve dönüşleri aynı anda birden fazla video görüntüsünden ölçülebilen krikolar, haçlar, tetradlar ve triadlar şeklinde anizotropik parçacıklar üretmek için 3D baskı kullanıyoruz.

Oryantasyon ve dönme hızının ölçülmesi yöntemleri türbülansına tanecikler 3D basılmış

Zebra balığı, kas fonksiyonlarını ve hastalıklarını incelemek için mükemmel bir modeldir. Erken embriyogenez sırasında zebra balığı düzenli kas kasılmalarına başlar ve ritmik yüzme davranışı üretir ve bu da kas bozulduğunda değişir. Burada, yüzme performansını kas fonksiyonunun bir ölçüsü olarak incelemek için dokunma ile uyarılmış bir tepki ve hareket testini açıklıyoruz.

Dokunmatik uyarılmış Yanıt ve Hareket Deneyleri kullanarak Zebra balığı kas Performans ve fonksiyonunu değerlendirmek için

Bu iki bölümlü çalışmada, biyolojik aktüatör, son derece esnek polidimetilsiloksan (PDMS) konsollar ve canlı kas hücreleri (kardiyomiyosit) kullanılarak geliştirildi ve karakterize edildi. Biyolojik harekete geçirici, kendinden dengelenen, yüzme biorobotu oluşturmak için değiştirilmiş PDMS malzemelerinden yapılmış bir tabana dahil edildi.

Kardiyak Kas hücresine Dayalı Aktüatör ve Kendiliğinden Sertleşen Biorobot - BÖLÜM 1

İnşaat ve gerçek zamanlı 3D tek parçacık izleme mikroskop izleme Nano floresan yetenekli probları yüksek diffusive hızları ve düşük foton sayısı oranları bu protokolü ayrıntıları.

Gerçek zamanlı 3D tek parçacık izleme için bir iletişim kuralı

Burada tek tek hayvan uzun bir süre boyunca izlemek için bir iletişim kuralı mevcut. Vaka çalışması, aynı anda nasıl evine, bilgi veren bir grup ıstakoz kullanarak el ile oluşturulmuş etiketleri kümesini tanımlamak için yöntemleri işlemek ve ıstakoz işaretlemek bilgisayarlı görme kullanır.

Cohoused suda yaşayan hayvanların uzun süreli Video izleme: Norveç ıstakoz (Nephrops norvegicus) ve günlük Lokomotor aktivite bir vaka çalışması

Burada sunulan bir protokol toplamak ve preklinik çalışmalar için kemirgenler dört ayaklı lokomotif üç boyutlu kinematik analiz etmektir.

Kemirgenler preklinik çalışmalar için 3D Kinematic yürüyüş analizi

Parlak alan mikroskobu ve hücre takibi kullanılarak yüz mikron ila milimetre büyüklüğünde hücrelerden oluşan bir popülasyonun hareketliliğinin ve davranışının karakterizasyonu için bir protokol sunuyoruz. Bu tahlil, Stentor coeruleus'un kayıp bir oral aparatı yenilerken davranışsal olarak farklı dört aşamadan geçtiğini ortaya koymaktadır.

Hücre İzleme Kullanılarak Oral Aparat Rejenerasyonu Sırasında ve Sonrasında Stentor Motilite Paternlerinin Analizi

Kök hücre kaynaklı kardiyomiyositler kullanılarak biyomühendislik yapılan üç boyutlu kalp dokuları, doğal kardiyak nişin temel yönlerini özetlerken, sağlıklı ve hastalıklı insan miyokardını in vitro incelemek için umut verici modeller olarak ortaya çıkmıştır. Bu makale, insan kaynaklı pluripotent kök hücre kaynaklı kardiyomiyositlerden üretilen yüksek içerikli tasarlanmış kardiyak dokuların üretilmesi ve analiz edilmesi için bir protokolü açıklamaktadır.

Tasarlanmış Kardiyak Dokuların Veri Toplamasını ve Model Verimini İyileştirmek için Bir Biyoreaktör Tasarlama

Öğrenin, katalitik yüzen Janus koloidlerinin 3D yörüngelerini floresan mikroskopi ile nasıl izleyeceğinizi. Bu yöntem, koloidal dinamik ve çevresel uyaranlara yanıt araştırmalarında kullanılabilir.

Katalitik Yüzme Cihazların Hazırlanması ve 3D İzleme

Daha fazla video keşfet