This work was supported by EPSRC Career Acceleration grant EP/J002402/1.

ACHTUNG: Bitte konsultieren Sie alle relevanten Sicherheitsdatenblätter vor dem Gebrauch. Wasserstoffperoxid in diesem Protokoll verwendet schädlich ist, und die Entwicklung von Sauerstoffgas, wenn Platin ausgesetzt stellt eine Explosionsgefahr. Verwenden Sie alle erforderlichen Sicherheitskontrollen während dieses Protokoll einschließlich technische Kontrollen beim Umgang mit Peroxid-Lösungen (Abzug) und persönliche Schutzausrüstung (Schutzbrille, Handschuhe und Laborkittel). 1. Herstellung Catalytic Janus-Partikel <ol><li> Bereiten Sie Objektträger aus Glas - Substrat <ol><li> Reinigen Sie einen nicht verwendeten Standardobjektträger mit sequentieller Waschen für ein paar Minuten jeweils in entionisiertem (DI) Wasser, Glas Dekontaminationslösung und DI-Wasser. Dann waschen mit einem 70:30 V: V-Mischung aus Ethanol: DI-Wasser, und schließlich trocken blasen in einem sauberen Luft / Stickstoffstrom. </li><li> Untersuchen Sie den Glasobjektträger unter dem Mikroskop die Oberfläche zu überprüfen, ist sauber und frei von Anzeichen für Partikelverunreinigung. Wiederholen Sie Schritt 1.1.1, falls erforderlich. </li></ol></li><li> Bereiten kolloidale Dispersion zur Abscheidung <ol><li> Pipette 10 ul einer wässrigen Stamm fluoreszierenden Kolloidlösung (10% Gew.) In 990 ul Ethanol. Einstellen von Lautstärke als Stammlösung Konzentration erforderlich, je nach verwendeten bei etwa 0,1% Gew kolloidale Suspension zu gelangen. </li><li> Vortex-Mix für 10 Sek. </li></ol></li><li> Spin - Coating - kolloidale Dispersion auf Objektträger aus Glas - Substrat <ol><li> Anlegen eines Spin-Coater mit dem sauberen Glasobjektträger. Füllen einer Pipettenspitze mit 100 &amp; mgr; l der verdünnten kolloidalen Lösung oben hergestellt. Programm Spinnbeschichters 30 sec, 2000 Umdrehungen pro Minute Zyklus auszuführen. Starten Schleuderbeschichter und bei bis pipettieren zu beschleunigen kontinuierlich die hergestellte Lösung auf die Mitte des Spinnglasträger. </li><li> Entfernen Glasobjektträger aus dem Spin-Coater, kehren Sie zu dem optischen Mikroskop und stellen Sie sicher, dass eine gleichmäßige Verteilung von hauptsächlich nicht berührenden getrennten Kolloide deckt den mittleren Bereich of der Glasträger. </li></ol></li><li> Vakuum verdampfenden Platinmetall auf Kolloid dekoriert Glasträger <ol><li> Legen Sie die Kolloid beschichtete Glasobjektträger in einen Metallverdampfer. Stellen Sie sicher, das Kolloid Dekorseite der Verdampfungsquelle zugewandt ist. Installieren Sie eine Platinmetallverdampfungsquelle und deponieren 15 nm Platinmetall. Anmerkung: Nach der Metallabscheidung, Proben sollten in einer inerten Atmosphäre gelagert werden. </li></ol></li></ol> 2. &quot;Schwimmen&quot; Janus-Partikel <ol><li> Re-suspendieren Janus Colloids in eine Peroxid - Lösung <ol><li> Schneiden Sie ein 1 x 1 cm im Quadrat von Linsengewebe und dämpfen das Ende mit 10 &amp; mgr; l DI-Wasser. Halten mit einer Pinzette, und reiben sanft entlang der Oberfläche des Platin beschichteten Kolloid dekorierten Glasobjektträger (dieser Schritt physikalisch entfernt Kolloide von dem Substrat). </li><li> Legen Sie die Linsengewebe in 1,5 ml DI-Wasser und manuell kräftig schütteln für 30 Sekunden in einem verschlossenen tuSein. Entfernen Linsengewebe. </li><li> Pipette 1 ml des Kolloids enthaltenden Lösung in einen neuen Behälter, gefüllt mit 1 ml 30% w / v H 2 O 2 Stammlösung. Vorsichtig mischen die Lösungen, und legen Sie dann in einem Ultraschallbad bei Raumtemperatur für 5 Minuten, gefolgt von weiteren 25 min ungerührten Inkubationszeit. ACHTUNG: Diese Lösung Sauerstoff entwickeln kann; nicht verschließen. </li><li> Trocken 100 &amp; mgr; l der verbleibenden wässrigen kolloidalen Lösung auf einem Rasterelektronenmikroskop (SEM) Stub SEM Verifikation der Kolloidstruktur Janus ermöglichen. 14 </li></ol></li><li> Vorbereitung einer Analyse Küvetten <ol><li> Fügen Sie eine weitere 1 ml DI-Wasser zu der inkubierten Lösung Peroxid und mit Platin beschichteten Kolloide enthält, bei einer geeigneten Brennstoff Stärke zu gelangen (10%) schnell Vortrieb zu ermöglichen. Hinweis: Die vorherige Inkubation Stufen wurden in höherer Konzentration Kraftstoffkonzentrationen ausgeführt, um die Platinkatalysatoroberfläche zu reinigen. </li><li> Füllen Sie ein low Volumen rechteckigen Quarzglaskuvette mit der inkubierten Lösung. Locker passen eine Push-in-Kappe. ACHTUNG: Explosionsgefahr - nicht ein Schraubverschluss. </li></ol></li></ol> 3. Die mikroskopische Beobachtung <ol><li> Wir liegen Partikel von Interesse <ol><li> Last Küvette in einem Fluoreszenzmikroskop mit einem geeigneten Ziel ausgestattet (beispielsweise 20X) und Fluorophor Emission unter Verwendung einer geeigneten Kombination von Filtern (Anregung 450-490 nm, Emission&gt; 515 nm) anzuregen. </li><li> suchen Sie manuell für fluoreszierende Kolloide in der Küvette. Hinweis: Einstellen Kolloiddichte unter Beibehaltung der Peroxid-Konzentration erforderlich sein kann. Zum Beispiel wird eine Verdünnung empfohlen, wenn die Kolloiddichte hoch ist, und zahlreiche Sauerstoffblasen Ströme produzieren vorhanden sind. Ein Kolloid-Volumen-Konzentration von etwa 0,003% ist eine empfohlene Ausgangspunkt. </li><li> Optimieren optische Einstellungen für 3D-Tracking: unter geeigneten Beleuchtungsbedingungen, iFokus n Kolloide als scharfe kreisförmige Objekte erscheinen. Jedoch als Antrieb der Kolloide in die und aus der Brennebene ein Unterscheidungsgröße ändern hellen Ring um die Kugel wird beobachtet, zentriert bewegt, wird dies verwendet, die z-Koordinate zu bestimmen, 3D-Tracking zu ermöglichen. </li></ol></li><li> Ein Video aufnehmen <ol><li> Video-Capture, fokussieren Sie das Mikroskop, so dass die Partikel von Interesse einen konzentrischen Ring erzeugt, mit dem Partikel &quot;unter&quot; der Fokusposition vor dem Start. Sie nicht die Fokusebene während der Videoaufnahme zu bewegen. </li><li> Nehmen Sie Videos von Partikeln von Interesse. Verwenden Sie 30 Sekunden Video Dauern mit Bildraten von über 30 Hz detaillierte Bahn Rekonstruktion zu ermöglichen. </li></ol></li><li> 3D - Trajektorie Wiederaufbau <ol><li> Kalibrieren z-Achse <ol><li> Machen Sie eine 2% Gew oben. Gellangummi-Lösung in Wasser, um eine Suspension von fluoreszierenden Janus-Partikel bei 60 ° C, in einer äquivalenten Küvette enthält,dass oben, verwendet und ermöglichen die Einrichtung eines steifen transparenten gelierten Probe mit festen statischen Kolloide zu bilden. </li><li> Konzentrieren Sie sich auf einen einzigen festen Kolloid unter Verwendung der gleichen Beleuchtungsbedingungen oben ausgewählt, notieren nun eine Reihe von Standbildern als z-Fokus wird durch bekannte Verschiebungen relativ zu dieser Ebene angehoben. </li><li> Bestimmen Sie den Radius des Rings an jedem bekannten Fokusposition 11. Hinweis: Dies wird am effizientesten durchgeführt durch ein Bildanalysealgorithmus verwendet, der noch als Batch-Prozess auf alle Kalibrierung angewendet werden können Frames und Videos. Ein typischer Ansatz beinhaltet die Bildglättung, Schwellwertbildung eine ungefähre Lage der Objekte Zentrum, zu identifizieren und dann die tatsächlichen x- und y-Koordinaten des Ringzentrums Ortung durch den Abstand zwischen den Intensitätsspitzen auf beiden Seiten des Rings zu messen. Die mittlere radiale Abstand zu den Intensitätsspitzen von der Ringmitte kann dann gefunden werden. 11 Auf diese Weise können sowohl der Radius des hellen Rings eind die xy-Koordinate mit Subpixel-Genauigkeit bestimmt werden. Durch Anordnen des x, y, z-Position einer Kugel Janus fixiert in Gellangummi 30 &amp; mgr; m von der Brennebene, in einer zeitlichen Abfolge von Bildern, Partikel mit einem Fehler von ± 25 nm entlang jeder Achse angeordnet sein. Der Fehler kann in den Bildern Rauschen zurückzuführen. Das Signal-Rausch-Verhältnis und daher die Genauigkeit der Ortungsalgorithmen hängt von der Intensität des detektierten Fluoreszenzlichts. Wenn ein Janus sphere weit von der Brennebene ist , wird ihre Intensität zu schwach , um sie genau zu verfolgen, beispielsweise für einen 4,8 &amp; mgr; m Durchmesser eine z-Bereich von Kolloid etwa 200 &amp; mgr; m möglich. Eine alternative nicht-algorithmischen Methode ist einfach manuelle Messung von x, y Mittelpunkt und Radius zu verwenden, jedoch wird diese Genauigkeit reduzieren. </li><li> Eichkurve Radius z-Position zu beziehen, und passen auf eine entsprechende Funktion (zB kubische Gleichung) zu ermöglichen Interpolation. 11 </li></ol></li> &lt;li&gt; Kalibrieren x, y - Achse <ol><li> unter Verwendung der gleichen Mikroskop Bedingungen gewählt in 3.2 Nehmen Sie noch ein optisches Mikroskopbild eines räumlichen Kalibrierung graticule Rahmen. </li><li> Messen Sie die &quot;in Pixel&quot; Dimension eines Objektes mit bekannten realen Welt Größe von dem Bild der räumlichen Kalibrierung graticule und verwenden diese ein Pixel Mikron Umrechnungsfaktor für die x, y Bildebene zu etablieren. </li></ol></li><li> rekonstruieren Trajektorie <ol><li> Bestimmen Sie die x- und y-Koordinaten und Radius für jeden Frame der Videosequenz wie in 3.3.1.3 beschrieben, verwenden Sie die in 3.3.1.4 gefunden Funktion Radius in z umwandeln und den Kalibrierungsfaktor in 3.3.2.2 gefunden zu konvertieren x und y Pixelkoordinaten in Mikron. Dieses Verfahren wird in einer genauen x, y, z ergeben sich für die propulsive Partikel Position als Funktion der Zeit zu koordinieren. 11 dieses Verfahren implementiert werden kann unter Verwendung eines Algorithmus, oder manuell erfolgen . </li><li> Bestimmen Sie die abgeleitete properties wie mittlere Geschwindigkeit, das Ausmaß der beobachteten katalytischen Schwimmen zu quantifizieren. </li></ol></li></ol></li></ol>

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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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrokinetic+effects+in+catalytic+platinum-insulator+Janus+swimmers.">Electrokinetic effects in catalytic platinum-insulator Janus swimmers.</a> EPL. 106 (5), 58003 (2014).</li><li>Orozco, J., Jurado-S&#225;nchez, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bubble-propelled+micromotors+for+enhanced+transport+of+passive+tracers.">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. 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R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+observation+of+the+direction+of+motion+for+spherical+catalytic+swimmers.">Direct observation of the direction of motion for spherical catalytic swimmers.</a> Langmuir. 27 (20), 12293-12296 (2011).</li><li>Archer, R. J., Campbell, a. I., Ebbens, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Glancing+angle+metal+evaporation+synthesis+of+catalytic+swimming+Janus+colloids+with+well+defined+angular+velocity.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Poisoning+of+bubble+propelled+catalytic+micromotors:+the+chemical+environment+matters.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bipolar+electrochemical+mechanism+for+the+propulsion+of+catalytic+nanomotors+in+hydrogen+peroxide+solutions.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Importance+of+particle+tracking+and+calculating+the+mean-squared+displacement+in+distinguishing+nanopropulsion+from+other+processes.">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>

The authors have nothing to disclose.

Viele Variablen in der Präparationsprotokoll für Platin Janus-Partikel werden die beobachteten Bahnen beeinflussen. Die Parameter, wie unter Verwendung von 2 &amp; mgr; m Durchmesser Teilchen beschrieben werden Vortriebsgeschwindigkeiten in der Größenordnung von 10 &amp; mgr; m pro Sekunde geben. Werden kleinere Teilchen verwendet werden, erhöht sich Geschwindigkeiten, während zunehmender Partikelgröße wird Vortriebsgeschwindigkeit zu verringern. 12 Die Einzelheiten des Verdampfungs Protokoll verändern wird auch die Bahnen beobachtet. In diesem aktuellen Protokoll, eine spärliche Verteilung der Kolloide wird empfohlen, zusammen mit Metallverdampfungs senkrecht zu der Verschiebungs Orientierung. Diese Bedingungen führen zu einer symmetrischen Janus Strukturen wie in 2 gezeigt, die innerhalb der Grenzen der Brownsche Rotationsdiffusion zu linearen Bewegungsbahnen führen. 13. Umgekehrt, wenn dicht gepackte Kolloide unterworfen sind Glanzwinkelabscheidung, dann die Symmetrie der Janus Kappe kann gebrochen werden zu induzieren , das Verhalten zu drehen. 14 Die paRTIKELN hier erzeugte Anzeige relativ isotropen Bewegung in allen drei Dimensionen; aber wenn dicker Platinbeschichtungen oder größere Teilchen verwendet werden, eine nach oben vorspannen oder Gravitaxis kann verliehen werden. 11 Details der Lagerung der Janus Kolloide nach der Herstellung auch die Schwimmgeschwindigkeiten beobachtet bewirken kann. Die hohe Oberflächenenergie sauberen Platinoberfläche von der Verdampfungsstufe austretenden anfällig Verunreinigung beispielsweise von Kohlenwasserstoffen an der Oberfläche, insbesondere Thiole. 15 Darüber hinaus sind die Lösungseigenschaften in dem die Janus Kolloide resuspendiert sind kritisch für die Beobachtung Vortrieb. Niedrige Peroxid - Konzentrationen werden in langsamer Geschwindigkeiten führen, da die Geschwindigkeit der Zersetzungsreaktion produziert Bewegung reduziert. 6 Darüber hinaus geringe Konzentrationen von Salzen in einer dramatischen Verringerung der Antriebsgeschwindigkeit führen. 7 Ein wesentliches Merkmal der hier hergestellten Kolloide ist ihr neutral Auftrieb, die sie geeignet für 3D-Tracking macht. Im Allgemeinen hat sich das Gebiet der Schwimm Geräte wenig Aufmerksamkeit auf 3D - Effekte bezahlt, zum Teil auf einige prominente Beispiele aus dichten Metallen hergestellt werden, dass sie zu schnell Sediment, 16 , sondern auch aufgrund der Schwierigkeiten und Kosten im Zusammenhang mit der erforderlichen Messungen. Klare Nachteile für einige etablierte 3D-Tracking-Verfahren existieren für diese schnell bewegenden Kolloide zum Beispiel konfokalen Rasterlasermikroskopie die zeitliche Auflösung ausreichende Anzahl von Bildern aufzuzeichnen fehlen können Trajektorien zu lösen. In diesem Zusammenhang stellen die Methode, die wir hier hat den wesentlichen Vorteil, nur einen einzigen Rahmen erfordert Schätzung von z-Koordinate zu ermöglichen, die folglich hohe Frameraten ermöglicht. Auch als z-Koordinate Rekonstruktion beruht nur auf dem relativen Kontrast des out-of-focus-Kolloid in Einzelbildern, anstatt die absolute Fluoreszenzintensität, ist es widerstandsfähig gegenüber dem Abschrecken und Blinkeffektein dem Fluorophor. Diese Vorteile sind möglich, auf Kosten einer reduzierten Tiefe des Feldes, über die 3D-Trajektorie Rekonstruktion möglich ist, und die Forderung nach gut getrennt nicht überlappende Kolloide. Wir hoffen, dass das Protokoll beschreibt, andere Forschung erlauben wird Gruppen mit einem Interesse an 3D-Verhalten für ihre Schwimm Geräte diese Informationen ohne weiteres zuzugreifen und mit einem hohen Maß an Präzision. Es ist klar, dass das Verständnis dieser Geräte auf 3D erweitert wird erhebliche Reihe von interessanten zukünftigen Phänomene und Anwendungen erschließen. Leser, die sich in weiteren Einzelheiten der Flugbahn-Analyse sind in Richtung Referenz gerichtet 17, die gemeinsame Artefakte in Vortriebssystemen beschreibt und wie man die genaue Quantifizierung von Antriebsgeschwindigkeiten zu gewährleisten.

Katalytische Schwimm Geräte sind kleine, untethered Kolloide der Lage , autonom Bewegung in fluidischen Umgebungen zu erzeugen. 1,2 Diese Geräte ziehen bedeutende Forschung interessant , da sie das Potenzial zu ermöglichen aufregende neue Funktionen wie Arzneimittelabgabe, 3 Lab-on - Chip einem Transport haben 4 und Umweltsanierung. 5 ein weit untersuchtes Beispiel sind katalytische &quot;Janus&quot; Schwimmer. 6 Diese Partikel haben ihren Namen von mit zwei verschiedenen Seiten bekommen, oder Flächen (Janus ist ein zwei gegen römischen Gott). Eine Seite ist katalytisch aktiv und in der Lage eine Zersetzungsreaktion durchzuführen, während die andere inert ist. In Gegenwart von geeigneten gelösten Kraftstoffmoleküle, die sich ergebende asymmetrische chemische Reaktion erzeugt Gradienten um die Kolloide , die Bewegung durch Eigen Diffusiophorese / Elektrophorese produzieren. 7 Charakterisierung der Bewegung für diese sich schnell bewegenden Objekten ist cha<html> llenging und viele experimentelle Beobachtungen wurden bisher auf 2D beschränkt. Allerdings eventuelle Anwendungen sind wahrscheinlich katalytische Schwimmen Geräte Fähigkeit sich zu bewegen im gesamten Massen Lösungen in 3D zu nutzen. 8 an diese Adresse, beschreiben wir ein Protokoll , das genaue 3D - Bahnen zum Schwimmen Geräte ermöglicht bestimmt werden. Dieses Verfahren basiert darauf, die Ringstrukturen auf der Interpretation von außerhalb des Fokus fluoreszierenden Kolloide mit einem Fixfokus - Ziel beobachtet erzeugt, 9 und ist leicht mit herkömmlichen unmodifizierten Mikroskope anzuwenden. Durch die klare diese Methode hier zu beschreiben, andere Forscher auf diesem Gebiet profitieren durch die Möglichkeit, solche 3D-Informationen zugreifen zu können. Dies wird künftig Einblicke in die Bewegungseigenschaften für Schwimm Geräte unterstützen. Der Nachweis dieses Potenzials wird durch den jüngsten Bericht der Schwimmgeräte gegeben durch die Schwerkraft ausgerichtet ist, 10,11 Verhalten , das am leichtesten durch die Anwendung von 3D - Tracking sichtbar gemacht werden kann. 11 ove_content &quot;&gt; Das Papier dokumentiert auch eindeutig ein Verfahren katalytische Janus Partikel schwimmen Geräte herzustellen, die von weiteren Nutzen sein wird Methoden in den bestehenden Forschungsgruppen zu standardisieren, diese Geräte zu untersuchen, und führen zusätzlich neue Forscher daran interessiert, und Schwimmen Geräte zu untersuchen.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="877">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Evaporator</td>
			<td style="width:153px;">Moorfield (UK)</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:359px;">Minilab 80 e-beam evaporator</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Microscope</td>
			<td>Nikon</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Eclipse LV100</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Fluorescence light source</td>
			<td>Nikon</td>
			<td></td>
			<td>Nikon B2A filter cube</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Objective</td>
			<td>Nikon</td>
			<td></td>
			<td>x20, 0.45 NA</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Cuvette</td>
			<td>Hellma</td>
			<td></td>
			<td>fused quartz, 40 x 10 x 1 mm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Vortex mixer</td>
			<td style="width:153px;">IKA</td>
			<td></td>
			<td>Lab Dancer S2</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:247px;">Spin coater</td>
			<td style="width:153px;">Laurell Technologies Corp.</td>
			<td></td>
			<td>Model WS-400BZ-6NPP/Lite</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Ultrasonic bath</td>
			<td style="width:153px;">Eumax</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>2 litre</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Lens tissue</td>
			<td>Whatman</td>
			<td style="width:119px;">2105 841</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Hydrogen Peroxide</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">31642-1L</td>
			<td>30 wt%</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Platinum</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td align="right" style="width:119px;">267171</td>
			<td>0.25 mm, 99.99%</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Colloids</td>
			<td style="width:153px;">Thermo Scientific</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Fluoro-Max PS microspheres, d= 1.9 microns</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Glass decontamination solution</td>
			<td style="width:153px;">Fisher Scientific</td>
			<td>D/0025/15</td>
			<td style="width:359px;">Decon 90</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Ethanol</td>
			<td style="width:153px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:119px;">E/0600DF/17</td>
			<td>Absolute Ethanol</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">DI water</td>
			<td style="width:153px;">Elga</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Purelab Option filtration system (15 MW)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Gellan gum</td>
			<td style="width:153px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">P8169-100G</td>
			<td>&#34;Phytagel&#34;</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

preparation and 3d tracking of catalytic swimming devices

We report a method to prepare catalytically active Janus colloids that "swim" in fluids and describe how to determine their 3D motion using fluorescence microscopy. One commonly deployed method for catalytically active colloids to produce enhanced motion is via an asymmetrical distribution of catalyst. Here this is achieved by spin coating a dispersed layer of fluorescent polymeric colloids onto a flat planar substrate, and then using directional platinum vapor deposition to half coat the exposed colloid surface, making a two faced "Janus" structure. The Janus colloids are then re-suspended from the planar substrate into an aqueous solution containing hydrogen peroxide. Hydrogen peroxide serves as a fuel for the platinum catalyst, which is decomposed into water and oxygen, but only on one side of the colloid. The asymmetry results in gradients that produce enhanced motion, or "swimming". A fluorescence microscope, together with a video camera is used to record the motion of individual colloids. The center of the fluorescent emission is found using image analysis to provide an x and y coordinate for each frame of the video. While keeping the microscope focal position fixed, the fluorescence emission from the colloid produces a characteristic concentric ring pattern which is subject to image analysis to determine the particles relative z position. In this way 3D trajectories for the swimming colloid are obtained, allowing swimming velocity to be accurately measured, and physical phenomena such as gravitaxis, which may bias the colloids motion to be detected.

Abbildung 1 zeigt eine typische Verteilung von Kolloiden auf einem sauberen Glasobjektträger vor dem Platin abgeschieden wird . Abbildung 2 zeigt ein typisches rückgestreute REM - Aufnahme für eine halbe Platin Janus Schwimmer beschichtet, unter diesem Abbildungsmodus der Platin beschichteten Bereich hellen Kontrast erzeugt. Die gewünschte hemisphärischen Platinschicht ist nicht ersichtlich. Abbildung 3 zeigt das Aussehen eines typischen fluoreszierenden Janus Schwimmer unter optimalen Beleuchtungsbedingungen in Gellangummi fixiert. Der Schwimmer wird als symmetrischer Ring Merkmal, und es ist der Radius des Ringes, der verwendet werden kann , die z-Position des Kolloids relativ zur Fokusposition zu bestimmen. Abbildung 4 zeigt repräsentative Querschnitte für die radiale Helligkeitsintensitätsverteilung, in Kombination mit Bildanalysealgorithmen verwendet , um das Zentrum und die scheinbare Radius des Kolloids genau zu lokalisieren. Abbildung 5 </stron<html> g&gt; enthält eine Kalibrierungskurve eine feste kolloidale Probe und einem kalibrierten Mikroskop z-Translationsstufe unter Verwendung von Fokusposition offensichtlich kolloidaler Größe und Abstand zu beziehen. Diese Kurve ist auf eine kubische Funktion ausgestattet, die verwendet wird, scheinbare Radius in z-Koordinate zu konvertieren. Schließlich zeigt Figur 6 eine typische x, y, z - Trajektorie für ein fluoreszierendes Janus Partikel Schwimmer. <img alt="Abbildung 1" src="/files/ftp_upload/54247/54247fig1.jpg" /> Abbildung 1. Optische Bild von 1,9 &amp; mgr; m Durchmesser Polystyrol - Mikrokügelchen. Microspheres sind auf einem gereinigten Glasträger vor Platinum Ablagerung dispergiert. Maßstabsbalken stellt 40 &amp; mgr; m. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54247/54247fig1large.jpg" target="_blank">Bitte hier klicken</a> , um <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54247/54247fig1large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> es / ftp_upload / 54247 / 54247fig2.jpg &quot;/&gt; Abbildung 2. REM - Backscatter - Bild von einem 1,9 &amp; mgr; m Durchmesser Polystyrol - Mikrokügelchen. Microspheres sind nach Platin Ablagerung gezeigt. Maßstabsbalken für 2 &amp; mgr; m. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54247/54247fig2large.jpg" target="_blank">Bitte hier klicken</a> , um <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54247/54247fig2large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> <img alt="Figur 3" src="/files/ftp_upload/54247/54247fig3.jpg" /> Abbildung 3. Kalibrierungsbilder eines 4,8 &amp; mgr; m Durchmesser fluoreszierendes sphere Polystyrol in Gellangummi fixiert ein 20x - Objektiv verwendet aufgezeichnet (0,4 NA). Die Abstände unter jedem Bild zeigen den Abstand der Brennebene des Objektivs über der Kugel. Da das Bild von 0 &amp; mgr; m bis 200 &amp; mgr; m die im Fokus Bild von einem hellen Scheibe Änderungen an einem hellen Ring defokussiert ist, ist der Radius, von denen bei Vergrößerung abhängig, die sphere Größe und ihr Abstand von der Brennebene. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54247/54247fig3large.jpg" target="_blank">Bitte hier klicken</a> , um <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54247/54247fig3large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> <img alt="Abbildung 4" src="/files/ftp_upload/54247/54247fig4.jpg" /> Abbildung 4. X, y, z Partikel Tracking - Prozedur. Eine Reihe von selbstgeschriebenen Algorithmen verwendet werden , um zunächst die (x, y) Mitte des hellen Rings finden , indem Sie eine Reihe von vertikalen und horizontalen Linien zu extrahieren und die Suche nach der mittleren Mitte Punkt zwischen den hellen Spitzen (a). Der Ringradius wird dann von der Spitzenintensität eines Splines zu den durchschnittlichen Pixelgrauwerten versehen berechnet strahlt aus dem Ring - Center (b). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54247/54247fig4large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier</a> , um <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54247/54247fig4large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> Abbildung 5. Z-Koordinaten - Messprotokoll für Janus - Kugeln , die durch den hellen Ringradius von Kugeln Messung in Gellangummi fixiert (siehe Abbildungen 3 und 4). Das Kalibrierungsdiagramm wird von unserer Algorithmen , um die gemessenen Ringradius zu einem z- zu konvertieren koordinieren. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54247/54247fig5large.jpg" target="_blank">Bitte hier klicken</a> , um <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54247/54247fig5large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> <img alt="Figur 6" src="/files/ftp_upload/54247/54247fig6.jpg" /> Abbildung 6. Eine Bahn eines typischen fluoreszierenden Janus Kugel Schwimmvorrichtung. Eine Folge von Bildern des sich bewegenden Schwimmvorrichtung wurde über einen Zeitraum von 30 Sekunden bei einer Bildrate von 33 Hz aufgezeichnet. Die (x, y, z) Koordinaten der Bahn , indem der helle Ring - Center erhalten (FiAbbildung 4 (a)) und den gemessenen Ringradius auf das Kalibrierungsdiagramm für jedes Bild in der Folge zu vergleichen (4 (b) und 5). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54247/54247fig6large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier</a> , um <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54247/54247fig6large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a>

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Preparation and 3D Tracking of Catalytic Swimming Devices

A method to prepare catalytically active Janus colloids that can "swim" in fluids and determine their 3D trajectories is presented.

Vorbereitung und 3D-Tracking von Catalytic Schwimmgeräte

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

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High-resolution, High-speed, Three-dimensional Video Imaging with Digital Fringe Projection Techniques

Digital fringe projection (DFP) techniques provide dense 3D measurements of dynamically changing surfaces.&#160;Like the human eyes and brain, DFP uses triangulation between matching points in two views of the same scene at different angles to compute depth.&#160;However, unlike a stereo-based method, DFP uses a digital video projector to replace one of the cameras1. The projector rapidly projects a known sinusoidal pattern onto the subject, and the surface of the subject distorts these patterns in the camera&#8217;s field of view. Three distorted patterns (fringe images) from the camera can be used to compute the depth using triangulation.
Unlike other 3D measurement methods, DFP techniques lead to systems that tend to be faster, lower in equipment cost, more flexible, and easier to develop.&#160;DFP systems can also achieve the same measurement resolution as the camera.&#160;For this reason, DFP and other digital structured light techniques have recently been the focus of intense research (as summarized in1-5). Taking advantage of DFP, the graphics processing unit, and optimized algorithms, we have developed a system capable of 30&#160;Hz 3D video data acquisition, reconstruction, and display for over 300,000 measurement points per frame6,7.&#160;Binary defocusing DFP methods can achieve even greater speeds8.
Diverse applications can benefit from DFP techniques. Our collaborators have used our systems for facial function analysis9, facial animation10, cardiac mechanics studies11, and fluid surface measurements, but many other potential applications exist.&#160;This video will teach the fundamentals of DFP techniques and illustrate the design and operation of a binary defocusing DFP system.

This video describes the fundamentals of digital fringe projection techniques, which provide dense 3D measurements of dynamically changing surfaces.&#160;It also demonstrates the design and operation of a high-speed binary defocusing system based on these techniques.

High-Auflösung, High-Speed-, Three-dimensional Imaging mit Digital-Video-Streifenprojektionstechnik

Digital fringe projection (DFP) techniques provide dense 3D measurements of dynamically changing surfaces.&#160;Like the human eyes and brain, DFP uses ...

Forschung

Ingenieurwesen

Analysis of Contact Interfaces for Single GaN Nanowire Devices

Single GaN nanowire (NW) devices fabricated on SiO2 can exhibit a strong degradation after annealing due to the occurrence of void formation at the contact/SiO2 interface. This void formation can cause cracking and delamination of the metal film, which can increase the resistance or lead to a complete failure of the NW device. In order to address issues associated with void formation, a technique was developed that removes Ni/Au contact metal films from the substrates to allow for the examination and characterization of the contact/substrate and contact/NW interfaces of single GaN NW devices. This procedure determines the degree of adhesion of the contact films to the substrate and NWs and allows for the characterization of the morphology and composition of the contact interface with the substrate and nanowires. This technique is also useful for assessing the amount of residual contamination that remains from the NW suspension and from photolithographic processes on the NW-SiO2 surface prior to metal deposition. The detailed steps of this procedure are presented for the removal of annealed Ni/Au contacts to Mg-doped GaN NWs on a SiO2 substrate.

A technique was developed that removes Ni/Au contact metal films from their substrate to allow for the examination and characterization of the contact/substrate and contact/NW interfaces of single GaN nanowire devices.

Die Analyse der Kontaktschnittstellen für Einzel GaN-Nanodraht-Geräte

Single GaN nanowire (NW) devices fabricated on SiO2 can exhibit  a strong degradation after annealing due to the  occurrence of void formation at the ...

Preparation and Reactivity of Gasless Nanostructured Energetic Materials

High-Energy Ball Milling (HEBM) is a ball milling process where a powder mixture placed in the ball mill is subjected to high-energy collisions from the balls. Among other applications, it is a versatile technique that allows for effective preparation of gasless reactive nanostructured materials with high energy density per volume (Ni+Al, Ta+C, Ti+C). The structural transformations of reactive media, which take place during HEBM, define the reaction mechanism in the produced energetic&#160;composites. Varying the processing conditions permits fine tuning of the milling-induced microstructures of the fabricated composite particles. In turn, the reactivity, i.e., self-ignition temperature, ignition delay time, as well as reaction kinetics, of high energy density materials depends on its microstructure. Analysis of the milling-induced microstructures suggests that the formation of fresh oxygen-free intimate high surface area contacts between the reagents is responsible for the enhancement of their reactivity. This manifests itself in a reduction of ignition temperature and delay time, an increased rate of chemical reaction, and an overall decrease of the effective activation energy of the reaction. The protocol provides a detailed description for the preparation of reactive nanocomposites with tailored microstructure using short-term HEBM method. It also describes a high-speed thermal imaging technique to determine the ignition/combustion characteristics of the energetic materials. The protocol can be adapted to preparation and characterization of a variety of nanostructured energetic composites.

This protocol describes the preparation of gasless nanostructured energetic materials (Ni+Al, Ta+C, Ti+C) using the short-term high-energy ball milling (HEBM) technique. It also describes a high-speed thermal imaging method to study the reactivity of mechanically fabricated nanocomposites. These protocols can be extended to other reactive nanostructured energetic materials.

Vorbereitung und Reaktivität von Gaslose Nanostrukturierte Energetische Materialien

High-Energy Ball Milling (HEBM) is a ball milling process where a powder mixture placed in the ball mill is subjected to high-energy collisions from the ...

Thermal Measurement Techniques in Analytical Microfluidic Devices

Thermal measurement techniques have been used for many applications such as thermal characterization of materials and chemical reaction detection. Micromachining techniques allow reduction of the thermal mass of fabricated structures and introduce the possibility to perform high sensitivity thermal measurements in the micro-scale and nano-scale devices. Combining thermal measurement techniques with microfluidic devices allows performing different analytical measurements with low sample consumption and reduced measurement time by integrating the miniaturized system on a single chip. The procedures of thermal measurement techniques for particle detection, material characterization, and chemical detection are introduced in this paper.

Here, we present three protocols for thermal measurements in microfluidic devices.

Thermal-Messtechnik in Analytical Mikrofluidiksysteme

Thermal measurement techniques have been used for many applications such as thermal characterization of materials and chemical reaction detection. ...

Fabrication and Operation of Acoustofluidic Devices Supporting Bulk Acoustic Standing Waves for Sheathless Focusing of Particles

Acoustophoresis refers to the displacement of suspended objects in response to directional forces from sound energy. Given that the suspended objects must be smaller than the incident wavelength of sound and the width of the fluidic channels are typically tens to hundreds of micrometers across, acoustofluidic devices typically use ultrasonic waves generated from a piezoelectric transducer pulsating at high frequencies (in the megahertz range). At characteristic frequencies that depend on the geometry of the device, it is possible to induce the formation of standing waves that can focus particles along desired fluidic streamlines within a bulk flow. Here, we describe a method for the fabrication of acoustophoretic devices from common materials and clean room equipment. We show representative results for the focusing of particles with positive or negative acoustic contrast factors, which move towards the pressure nodes or antinodes of the standing waves, respectively. These devices offer enormous practical utility for precisely positioning large numbers of microscopic entities (e.g., cells) in stationary or flowing fluids for applications ranging from cytometry to assembly.

Acoustofluidic devices use ultrasonic waves within microfluidic channels to manipulate, concentrate and isolate suspended micro and nanoscopic entities. This protocol describes the fabrication and operation of such a device supporting bulk acoustic standing waves to focus particles in a central streamline without the aid of sheath fluids.

Herstellung und Betrieb von Acoustofluidic Devices Unterstützung Bulk-Acoustic-Standing Waves für sheathless Fokussierung der Partikel

Acoustophoresis refers to the displacement of suspended objects in response to directional forces from sound energy. Given that the suspended objects must ...

Fabrication of Fully Solution Processed Inorganic Nanocrystal Photovoltaic Devices

We demonstrate a method for the preparation of fully solution processed inorganic solar cells from a spin and spray coating deposition of nanocrystal inks. For the photoactive absorber layer, colloidal CdTe and CdSe nanocrystals (3-5 nm) are synthesized using an inert hot injection technique and cleaned with precipitations to remove excess starting reagents. Similarly, gold nanocrystals (3-5 nm) are synthesized under ambient conditions and dissolved in organic solvents. In addition, precursor solutions for transparent conductive indium tin oxide (ITO) films are prepared from solutions of indium and tin salts paired with a reactive oxidizer. Layer-by-layer, these solutions are deposited onto a glass substrate following annealing (200-400 &#176;C) to build the nanocrystal solar cell (glass/ITO/CdSe/CdTe/Au). Pre-annealing ligand exchange is required for CdSe and CdTe nanocrystals where films are dipped in NH4Cl:methanol to replace long-chain native ligands with small inorganic Cl- anions. NH4Cl(s) was found to act as a catalyst for the sintering reaction (as a non-toxic alternative to the conventional CdCl2(s) treatment) leading to grain growth (136&#177;39 nm) during heating. The thickness and roughness of the prepared films are characterized with SEM and optical profilometry. FTIR is used to determine the degree of ligand exchange prior to sintering, and XRD is used to verify the crystallinity and phase of each material. UV/Vis spectra show high visible light transmission through the ITO layer and a red shift in the absorbance of the cadmium chalcogenide nanocrystals after thermal annealing. Current-voltage curves of completed devices are measured under simulated one sun illumination. Small differences in deposition techniques and reagents employed during ligand exchange have been shown to have a profound influence on the device properties. Here, we examine the effects of chemical (sintering and ligand exchange agents) and physical treatments (solution concentration, spray-pressure, annealing time and annealing temperature) on photovoltaic device performance.

This protocol describes the synthesis and solution deposition of inorganic nanocrystals layer by layer to produce thin film electronics on non-conductive surfaces. Solvent-stabilized inks can produce complete photovoltaic devices on glass substrates via spin and spray coating following post-deposition ligand exchange and sintering.

Die Herstellung von Voll Lösung verarbeitet Anorganische Nanokristalline Photovoltaik-Anlagen

We demonstrate a method for the preparation of fully solution processed inorganic solar cells from a spin and spray coating deposition of nanocrystal ...

Solvent Bonding for Fabrication of PMMA and COP Microfluidic Devices

Thermoplastic microfluidic devices offer many advantages over those made from silicone elastomers, but bonding procedures must be developed for each thermoplastic of interest. Solvent bonding is a simple and versatile method that can be used to fabricate devices from a variety of plastics. An appropriate solvent is added between two device layers to be bonded, and heat and pressure are applied to the device to facilitate the bonding. By using an appropriate combination of solvent, plastic, heat, and pressure, the device can be sealed with a high quality bond, characterized as having high bond coverage, bond strength, optical clarity, durability over time, and low deformation or damage to microfeature geometry. We describe the procedure for bonding devices made from two popular thermoplastics, poly(methyl-methacrylate) (PMMA), and cyclo-olefin polymer (COP), as well as a variety of methods to characterize the quality of the resulting bonds, and strategies to troubleshoot low quality bonds. These methods can be used to develop new solvent bonding protocols for other plastic-solvent systems.

Solvent bonding is a simple and versatile method for fabricating thermoplastic microfluidic devices with high quality bonds. We describe a protocol to achieve strong, optically clear bonds in PMMA and COP microfluidic devices that preserve microfeature details, by a judicious combination of pressure, temperature, an appropriate solvent, and device geometry.

Lösungsmittelbindung für die Herstellung von PMMA und COP Mikrofluidiksysteme

Thermoplastic microfluidic devices offer many advantages over those made from silicone elastomers, but bonding procedures must be developed for each ...

Scanning Light Scattering Profiler (SLPS) Based Methodology to Quantitatively Evaluate Forward and Backward Light Scattering from Intraocular Lenses

The scanning light scattering profiler (SLSP) methodology has been developed for the full-angle quantitative evaluation of forward and backward light scattering from intraocular lenses (IOLs) using goniophotometer principles. This protocol describes the SLSP platform and how it employs a 360&#176; rotational photodetector sensor that is scanned around an IOL sample while recording the intensity and location of scattered light as it passes through the IOL medium. The SLSP platform can be used to predict, non-clinically, the propensity for current and novel IOL designs and materials to induce light scatter. Non-clinical evaluation of light scattering properties of IOLs can significantly reduce the number of patient complaints related to unwanted glare, glistening, optical defects, poor image quality, and other phenomena associated with the unintended light scattering. Future studies should be conducted to correlate SLSP data with clinical results to help identify which measured light scatter is most problematic for patients that have undergone cataract surgery subsequent to IOL implantation.

Scanning Light Scattering Profiler SLPS Based Methodology to Quantitatively Evaluate Forward and Backward Light Scattering from Intraocular Lenses

This protocol describes the scanning light scattering profiler (SLSP) that enables the full-angle quantitative evaluation of forward and backward scattering of light from intraocular lenses (IOLs) using goniophotometer principles.

Scanning Light Scattering Profiler (SLPS) basierte Methodik zur quantitativen Bewertung von Vorwärts- und Rücklichtlichtstreuung aus Intraokularlinsen

The scanning light scattering profiler (SLSP) methodology has been developed for the full-angle quantitative evaluation of forward and backward light ...

Preparation of Liquid Crystal Networks for Macroscopic Oscillatory Motion Induced by Light

A strategy based on doped liquid crystalline networks is described to create mechanical self-sustained oscillations of plastic films under continuous light irradiation. The photo-excitation of dopants that can quickly dissipate light into heat, coupled with anisotropic thermal expansion and self-shadowing of the film, gives rise to the self-sustained deformation. The oscillations observed are influenced by the dimensions and the modulus of the film, and by the directionality and intensity of the light. The system developed offers applications in energy conversion and harvesting for soft-robotics and automated systems.
The general method described here consists of creating free-standing liquid crystalline films and characterizing the mechanical and thermal effects observed. The molecular alignment is achieved using alignment layers (rubbed polyimide), commonly used in the display manufacturing industry. To obtain actuators with large deformation, the mesogens are aligned and polymerized in a splay/bend configuration, i.e., with the director of the liquid crystals (LCs) going gradually from planar to homeotropic through the film thickness. Upon irradiation, the mechanical and thermal oscillations obtained are monitored with a high-speed camera. The results are further quantified by image analysis using an image processing program.

The goal of the protocol is to create liquid crystalline polymer films that can mechanically oscillate under continuous light irradiation. We describe in great detail the conception of free-standing films, from the liquid crystal alignment method to the photo-actuation. The experimental protocol applied to prepare this material is broadly applicable.

Vorbereitung der Flüssigkristall-Netzwerke für makroskopische oszillierende Bewegung, die durch Licht induzierten

A strategy based on doped liquid crystalline networks is described to create mechanical self-sustained oscillations of plastic films under continuous ...

Fabrication of Refractive-index-matched Devices for Biomedical Microfluidics

The use of microfluidic devices has emerged as a defining tool for biomedical applications. When combined with modern microscopy techniques, these devices can be implemented as part of a robust platform capable of making simultaneous complementary measurements. The primary challenge created by the combination of these two techniques is the mismatch in refractive index between the materials traditionally used to make microfluidic devices and the aqueous solutions typically used in biomedicine. This mismatch can create optical artifacts near the channel or device edges. One solution is to reduce the refractive index of the material used to fabricate the device by using a fluorinated polymer such as MY133-V2000 whose refractive index is similar to that of water (n = 1.33). Here, the construction of a microfluidic device made out of MY133-V2000 using soft lithography techniques is demonstrated, using O2 plasma in conjunction with an acrylic holder to increase the adhesion between the MY133-V2000 fabricated device and the polydimethylsiloxane (PDMS) substrate. The device is then tested by incubating it filled with cell culture media for 24 h to demonstrate the ability of the device to maintain cell culture conditions during the course of a typical imaging experiment. Finally, quantitative phase microscopy (QPM) is used to measure the distribution of mass within the live adherent cells in the microchannel. This way, the increased precision, enabled by fabricating the device from a low index of refraction polymer such as MY133-V2000 in lieu of traditional soft lithography materials such as PDMS, is demonstrated. Overall, this approach for fabricating microfluidic devices can be readily integrated into existing soft lithography workflows in order to reduce optical artifacts and increase measurement precision.

This protocol describes the fabrication of microfluidic devices from MY133-V2000 to eliminate artifacts that often arise in microchannels due to the mismatching refractive indices between microchannel structures and an aqueous solution. This protocol uses an acrylic holder to compress the encapsulated device, improving adhesion both chemically and mechanically.

Herstellung von refraktiven Index passende Geräte für biomedizinische Mikrofluidik

The use of microfluidic devices has emerged as a defining tool for biomedical applications. When combined with modern microscopy techniques, these devices ...