The authors acknowledge many useful discussions with M. Caggioni and support from Proctor and Gamble in the form of an internship for NAB.

1. Preparazione di One-Time utilizzano materiali in Device <ol><li> Preparazione del tubo <ol><li> Tagliare la tubazione in 15 cm segmenti. Tubing ha 1,6 mm di diametro interno e diametro esterno 3,2 millimetri. </li><li> Segmenti di tubo Hang verticalmente con del nastro. Mettere tovagliolo di carta sotto i tubi per raccogliere la soluzione fluoropolimero in eccesso. </li><li> Iniettare 100 ul di soluzione di fluoropolimero in apertura superiore di ciascun segmento tubolare mediante siringa, in modo tale che possa venire a contatto con tutta la circonferenza interna sulla parete. </li><li> Consentire segmenti di tubo da appendere sul posto per 1 ora per eliminare l&#39;eccesso quantità di soluzione fluoropolimero. </li><li> Pulire qualsiasi soluzione fluoropolimero da una parte inferiore del tubo che non gocciola fuori. Rimuovere il tubo dalla posizione appeso e smaltire tovaglioli di carta. </li><li> Luogo segmenti di tubo in forno a 100 ° C per 1 ora per temprare lo strato di rivestimento di fluoropolimero. </li><li> Rimuovere segmenti di tubo dal forno. Utilizzare le pinzette, come tubo segmenti sarà caldo. </li></ol></li><li> Preparazione della soluzione diluita perla magnetica <ol><li> Calcolare concentrazione perlina magnetica necessaria per raggiungere il volume di riporto desiderata, come determinato dal rapporto tra il volume di riporto e MB di massa mostrato in Figura 2. Nota: La soluzione MB originale ha 1 g di MB in 50 ml di soluzione. Considerando un volume della camera di prova di 20 microlitri diluita MB iniziale con acqua distillata ad un rapporto di 6: 4 (soluzione MB: acqua) per ottenere un volume riporto di ~ 0,4 microlitri. Regolare rapporto di diluizione quando si desidera diverso volume di riporto. </li><li> Posizionare un flaconcino da 20 ml campione su un micro-equilibrio. Azzerare la bilancia. </li><li> Agitare il contenitore della soluzione perlina magnetica, quindi prelevare 0,6 ml usando un micro-pipetta. </li><li> Dispensare soluzione pipetta nel flaconcino campione sulla bilancia. </li><li> Dispensare 0,4 ml di acqua distillata nel flacone del campione. </li></ol></li><li> Colorante fluorescente lpreparazione iquid <ol><li> Sciogliere 2 peso.% Di colorante nell&#39;acqua DI vortex la soluzione per 1 minuto. </li></ol></li></ol> 2. Preparazione di setup sperimentale per gli esperimenti di fluorescenza <ol><li> Preparazione del dispositivo tubi. <ol><li> Inserire un connettore Luer lock femmina su un&#39;estremità del tubo. </li><li> Posizionare il tubo in una siringa luer-lock che ha un volume di 3 ml e 0,1 ml graduazione. </li><li> Posizionare la siringa nella pompa a siringa e impostare la velocità di alimentazione a 2 ml / hr. </li><li> Per l&#39;inserimento preciso di liquidi nel tubo, utilizzare la pompa a siringa per aspirare la soluzione contenente le perline magnetiche e colorante fluorescente. </li><li> Inserire 20 ml di soluzione di perla magnetica in tubo con ritiro pompa a siringa. Questo segmento liquido viene indicato come camera di prova (volume della camera di test può variare a seconda dell&#39;esperimento). Vortex il contenitore con la soluzione tallone magnetico per 1 minuto e poi agitare a mano durante<html> il ciclo di ritiro per formare dispersioni MB uniformi. </li><li> Conclusa camera di prova inserimento liquido, prelevare 6 microlitri di aria nel tubo. Questo volume di aria verrà successivamente formare una valvola tra i due segmenti liquidi. </li><li> Dopo l&#39;inserimento traferro è completata, iniziare recesso 180 ml di liquido con colorante fluorescente. Questo segmento liquido viene indicato come il serbatoio. Volume del serbatoio può variare a seconda dell&#39;esperimento. Più grande volume del serbatoio è vantaggioso per minimizzare la variazione della concentrazione di colorante. </li><li> Posizionare un secondo connettore Luer lock femmina sull&#39;altra estremità del tubo. </li><li> Rimuovere il dispositivo tubo dalla siringa. </li><li> Mettere tappi Luer-Lock su entrambe le estremità del dispositivo. </li></ol></li><li> Configurazione ottica per gli esperimenti di fluorescenza <ol><li> Accendere tutti i componenti collegati al microscopio invertito. </li><li> Accendere il computer e aprire il software di imaging microscopio. </li></ol></li></ol>&quot;Procedura&gt; 3. Sperimentale per gli esperimenti di fluorescenza <ol><li> Prendere misurazione dell&#39;intensità di fluorescenza iniziale della camera di prova e serbatoio utilizzando il microscopio invertito. Analizzando la fluorescenza del campione, garantire che il focus è nella posizione centrale (in entrambe le direzioni X e Y) del segmento liquido all&#39;interno del tubo. Registra misurazioni nel foglio di calcolo dei dati. </li><li> Posizionare dispositivo sopra la parte superiore del cubo magnetico tale che le sfere magnetiche tutti segregano ad una zona nella camera di prova. Trasferire le perline al serbatoio spostando il dispositivo sopra la parte superiore del magnete (~ 10 sec). Il magnete al neodimio cubo 1 pollice è di grado N48 con una forza di trazione di 45,6 kg. </li><li> Una volta grappolo perla magnetica viene trasferito attraverso il traferro e nel serbatoio, agitare i perline magnetiche, disponendo il dispositivo sopra la parte superiore del magnete e ruotare per rilasciare il liquido che viene intrappolato all&#39;interno del cluster. Continuare agitazione delle sfere magnetiche fino omogeneizzazione del serbatoio è statacompletato (~ 30-45 sec). </li><li> Posizionare dispositivo sopra la parte superiore del magnete in modo che le sfere magnetiche nel serbatoio tutti segregano ad una zona. Trasferire il cluster tallone magnetico di nuovo alla camera di prova. </li><li> Una volta che il cluster raggiunge la camera di prova, agitare i perline magnetiche, disponendo il dispositivo sopra la parte superiore del magnete e ruotare per rilasciare il liquido fluorescente intrappolato all&#39;interno. Continua l&#39;agitazione delle sfere magnetiche fino omogeneizzazione della camera di prova è stato completato (~ 30-45 sec). </li><li> Prendere misure di intensità di fluorescenza sia della camera di prova e il serbatoio utilizzando il microscopio invertito. Registra misurazioni nel foglio di calcolo dei dati. </li><li> Passi 3,2-3,6 si ripetono fino a quando entrambi i segmenti liquidi convergono per intensità di fluorescenza simili (~ 100 cicli). </li></ol> 4. Analisi Numerica dei dati fluorescente <ol><li> Con i dati di intensità fluorescenti memorizzati in un foglio di calcolo, eseguire l&#39;analisi numerica con MATLAB. </li><li> Derive le equazioni per calcolare un valore teorico di intensità di fluorescenza sia nel serbatoio e camera di prova. Incorporare le seguenti equazioni in un file di script di MATLAB: dove I è l&#39;intensità di fluorescenza (AU), V è il volume (ml), n è il numero di trasferimenti, R è il serbatoio, T è la camera di prova, e C è riporto. </li><li> Utilizzando MATLAB, generare grafici e analizzare per determinare il volume di riporto per tutti gli esperimenti. Utilizzare questi dati per produrre Figura 2. </li></ol> 5. Preparazione di setup sperimentale per gli esperimenti tensioattivi <ol><li> Preparazione del dispositivo tubi. <ol><li> Inserire un luer lock femmina su un&#39;estremità del tubo. </li><li> Mettere la provetta a una siringa Luer-lock. </li><li> Posizionare la siringa nella pompa a siringa e impostare la velocità di alimentazione a 2 ml / hr. </li><li> Per l&#39;inserimento preciso di liquidi nel tubo, utilizzare la pompa a siringa per aspirare la soluzione contenente le perline magnetiche e surfactant. </li><li> Inserire soluzione tallone 20 microlitri magnetica nel tubo con ritiro pompa a siringa. Questo segmento liquido viene indicato come camera di prova (volume della camera di test può variare a seconda dell&#39;esperimento). Agitare il contenitore con la soluzione perla magnetica a mano durante il ciclo di recesso per formare dispersioni MB uniformi. </li><li> Conclusa camera di prova inserimento liquido, prelevare 6 microlitri di aria nel tubo. Sarà successivamente indicato Questo volume d&#39;aria come il traferro. </li><li> Dopo l&#39;inserimento traferro è completato, inizierà il ritiro di 180 ml di puro tensioattivo C12E5. Questo sarà successivamente indicato come il serbatoio. </li></ol></li><li> Configurazione ottica per esperimenti tensioattivi. <ol><li> Spostare pompa a siringa con dispositivo tubi in modo che la camera di prova con sfere magnetiche è a fuoco con il microscopio stereo. </li><li> Posizionare un foglio di pellicola polarizzatore sulla cima di una sorgente luminosa a LED. Far scorrere la sorgente luminosa a LED sotto il tubo collegato ala pompa a siringa. </li><li> Attaccare un altro film polarizzatore alla lente del microscopio stereo con nastro. Assicurarsi che i due film polarizzatore hanno uno scostamento tra loro di 90 gradi. </li><li> Montare un CCD (dispositivo ad accoppiamento di carica) della fotocamera per microscopio stereo. Collegare la fotocamera al computer e aprire il software di imaging. </li></ol></li></ol> Procedura sperimentale 6. per gli esperimenti tensioattivi <ol><li> Posizionare il cubo magnetico vicino alla camera di prova, mentre il magnete è montato su un supporto. </li><li> Una volta che le sfere magnetiche formano un cluster, iniziare il pompaggio di liquidi nel tubo con l&#39;avanzamento di 2 ml / hr tale che il cluster tallone magnetico viene spostato dalla camera di prova, attraverso il traferro, e nella camera di serbatoio tensioattivo. </li><li> Una volta che il cluster tallone magnetico raggiunge il punto medio della camera serbatoio, arrestare il pompaggio della pompa a siringa. </li><li> Spostare il cubo magnetico lontano dal tubo, consentendo perline magnetiche per separare unnd ridurre il tempo di diffusione del liquido intrappolato nel cluster tallone magnetica. </li><li> Guarda lo schermo del computer per osservare l&#39;H 2 O / C12E5 ciclo miscela attraverso diverse fasi. </li><li> Una volta che il cambiamento di diffusione e di fase del liquido viene completato, posizionare il magnete al suo precedente destinazione dal serbatoio in modo che le sfere magnetiche formano in un cluster. </li><li> Utilizzando la pompa siringa, aspirare i liquidi in modo che il cluster tallone magnetico viene trasferita dal serbatoio tensioattivo, attraverso il traferro, e di nuovo nel H 2 O camera di prova. </li><li> Una volta che il cluster tallone magnetico raggiunge il punto medio della camera di prova, arrestare il pompaggio della pompa a siringa. </li><li> Spostare il cubo magnetico lontano dal tubo. Questo permetterà sfere magnetiche di separare e contribuirà a ridurre il tempo di diffusione del liquido intrappolato nel cluster tallone magnetica. </li><li> Guarda lo schermo del computer per osservare l&#39;H 2 O / C12E5 ciclo miscela attraverso diverse fasi. </li&gt; <li> Una volta che il cambiamento di diffusione e di fase del liquido viene completato, posizionare il magnete al suo precedente destinazione dalla camera di prova in modo che le sfere magnetiche formano in un cluster. </li><li> Ripetere i passaggi 6,2-6,11 fino alla camera di prova mostra un cambiamento di fase. </li></ol>

<ol>
	<li>Gijs, M. A., Lacharme, F., Lehmann, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidic+applications+of+magnetic+particles+for+biological+analysis+and+catalysis.">Microfluidic applications of magnetic particles for biological analysis and catalysis.</a> Chemical review. 110, 1518-1563 (2009).</li><li>Kozissnik, B., Dobson, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biomedical+applications+of+mesoscale+magnetic+particles.">Biomedical applications of mesoscale magnetic particles.</a> MRS Bulleti. 38, 927-932 (2013).</li><li>Ali-Cherif, A., Begolo, S., Descroix, S., Viovy, J. -. L., Malaquin, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Programmable+Magnetic+Tweezers+and+Droplet+Microfluidic+Device+for+High-Throughput+Nanoliter+Multi-Step+Assays.">Programmable Magnetic Tweezers and Droplet Microfluidic Device for High-Throughput Nanoliter Multi-Step Assays.</a> Angewandte Chemie International Editio. 51, 10765-10769 (2012).</li><li>Blumenschein, N. A., Han, D., Caggioni, M., Steckl, A. 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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=Design+criteria+for+developing+low-resource+magnetic+bead+assays+using+surface+tension+valves.">Design criteria for developing low-resource magnetic bead assays using surface tension valves.</a> Biomicrofluidic. 7, 014104 (2013).</li><li>Hishida, M., Tanaka, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transition+of+the+hydration+state+of+a+surfactant+accompanying+structural+transitions+of+self-assembled+aggregates.">Transition of the hydration state of a surfactant accompanying structural transitions of self-assembled aggregates.</a> Journal of Physics: Condensed Matte. 24, 284113 (2012).</li><li>Strey, R., Schomacker, R., Roux, D., Nallet, F., Olsson, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dilute+lamellar+and+L3+phases+in+the+binary+water-C12E5+system.">Dilute lamellar and L3 phases in the binary water-C12E5 system.</a> Journal of the Chemical Society, Faraday Transaction. 86, 2253-2261 (1990).</li><li>Chen, B. -. H., 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=Dissolution+Rates+of+Pure+Nonionic+Surfactants.">Dissolution Rates of Pure Nonionic Surfactants.</a> Langmui. 16, 5276-5283 (2000).</li><li>Warren, P. B., Buchanan, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Kinetics+of+surfactant+dissolution.">Kinetics of surfactant dissolution.</a> Current Opinion in Colloid, &amp; Interface Scienc. 6, 287-293 (2001).</li><li>Laughlin, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The Aqueous Phase Behavior of Surfactant. , (1996).</li><li>Laughlin, R. G., 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=Phase+Studies+by+Diffusive+Interfacial+Transport+Using+Near-Infrared+Analysis+for+Water+(DIT-NIR).">Phase Studies by Diffusive Interfacial Transport Using Near-Infrared Analysis for Water (DIT-NIR).</a> The Journal of Physical Chemistry. 104, 7354-7362 (2000).</li><li>Lynch, M. L., Kochvar, K. A., Burns, J. L., Laughlin, R. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Aqueous-Phase+Behavior+and+Cubic+Phase-Containing+Emulsions+in+the+C12E2&#8722;Water+System.">Aqueous-Phase Behavior and Cubic Phase-Containing Emulsions in the C12E2&#8722;Water System.</a> Langmui. 16, 3537-3542 (2000).</li></ol>

The authors have no competing financial interests.

In più comuni tecniche di indagine diagramma di fase, campioni multipli di varia composizione e rapporti devono essere preparati e devono raggiungere l&#39;equilibrio termodinamico che provoca un processo lungo e una notevole quantità di materiale. Alcune sfide possono essere risolti DIT metodo (trasporto interfacciale diffusiva) con capillare piano e il metodo di analisi a raggi infrarossi, ma nessuno di loro in grado di risolvere tutte le sfide con un investimento a basso costo. La possi...

Perline magnetiche (MB) dell&#39;ordine di 1 micron di diametro sono stati utilizzati 1,2 molto spesso nelle applicazioni basate microfluidica, particolarmente per dispositivi biomedicali. In questi dispositivi, MB hanno offerto funzionalità quali cellule e la separazione degli acidi nucleici, mezzi di contrasto, e la somministrazione di farmaci, per citarne alcuni. La combinazione di controllo esterno (campo magnetico) e microfluidica basata goccioline-ha consentito 3 Controllo dei test immunologici usando piccoli volumi (&lt;100 nl). MB hanno anche mostrato risultati promettenti quando viene utilizzato per la gestione dei liquidi 4. Questo approccio utilizza MBS per trasportare biomolecole tra segmenti liquidi all&#39;interno di un tubo separato da una valvola di sfiato. Questo metodo non è potente come altri dispositivi lab-on-chip più complessi visti in passato, ma è molto più semplice e non offre la capacità di gestire microlitro dimensioni volumi di liquido. Un approccio simile è stato recentemente riportato 5 dal gruppo di Haselton e applicato a biomedicosaggi. Uno degli aspetti più importanti di questo dispositivo è la separazione segmento liquido offerto dalla valvola tensione superficiale controllata. Volumi microlitro di liquido attaccato MB vengono trasportati attraverso questa traferro tra i segmenti liquidi usando un campo magnetico applicato esternamente. MB microparticelle (da ~ 0,4-7 micron di diametro, con una media di 1,9 micron) sotto l&#39;effetto del campo magnetico esterno creano un cluster microporosa che intrappola liquido all&#39;interno. La forza di questo intrappolamento liquido è tale da resistere alle forze di tensione superficiale durante il trasporto MBS da un serbatoio all&#39;altro. In genere, questo effetto non è auspicabile, come maggior parte degli approcci vogliono solo trasporto di molecole specifiche (come biomarcatori) contenuti nei liquidi 6. Tuttavia, come si può vedere nel nostro lavoro, questo effetto può essere utilizzato per diventare un aspetto positivo del dispositivo. Abbiamo utilizzato questo &#39;laboratorio-in-tubo&#39;Approccio, illustrato schematicamente in figura 1, per analizzare diagrammi di fase nei materiali per binari. Il tensioattivo C12E5 è stato scelto come l&#39;obiettivo principale di caratterizzazione, come è ampiamente usato in applicazioni industriali quali i prodotti farmaceutici, prodotti alimentari, cosmetici, ecc In particolare, l&#39;H 2 O / C12E5 sistema binario è stato indagato perché fornisce un ricco serie di fasi da esplorare. Ci siamo concentrati su un aspetto specifico di questa miscela chimica, vale a dire le transizioni ad fasi cristalline liquide in determinate concentrazioni 7-9. Questa transizione è facilmente osservata nel nostro dispositivo incorporando polarizzatori negli studi di microscopia ottica per evidenziare confini di fase. Essere in grado di mappare diagrammi di stato è una zona molto importante di studio al fine di comprendere la cinetica coinvolti transizione di fase 10. La capacità di determinare con precisione l&#39;interazione di tensioattivi con solventi and altri componenti è fondamentale per la loro complessità e molte fasi distinte 11. Molte altre tecniche sono state precedentemente utilizzati per caratterizzare cambiamento di fase. L&#39;approccio convenzionale consiste nel fare molti campioni, ciascuno composto di diverse concentrazioni e consentendo loro di equilibrare, che richiede tempi di lavorazione lunghi ed elevata quantità di volumi di campione. Quindi, i campioni sono tipicamente analizzati con metodi ottici come diffusiva trasporto interfacciale (DIT), che offre alta risoluzione di tali composizioni tensioattivi 12,13. Simile al metodo che abbiamo utilizzato, il metodo DIT utilizza la luce polarizzata per immagini confini di fase distinte.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>AccuBead</td>
			<td>Bioneer Inc.</td>
			<td>TS-1010-1</td>
			<td>Magnetic beads</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>C12E5 Surfactant</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>76437</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thermo Scientific Nalgene 890</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>14176178</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cube Magnet</td>
			<td>Apex Magnets</td>
			<td>M1CU</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polarizer Film</td>
			<td>Edmund Optics</td>
			<td>38-493</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Teflon AF</td>
			<td>Dupont</td>
			<td>400s1-100-1</td>
			<td>Fluoropolymer solution</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Keyacid Red Dye</td>
			<td>Keystone</td>
			<td>601-001-49</td>
			<td>Fluorescent dye</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Luer-Lock</td>
			<td>Cole-Parmer</td>
			<td>T-45502-12</td>
			<td>Female</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Luer-Lock</td>
			<td>Cole-Parmer</td>
			<td>T-45502-56</td>
			<td>Male</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringe</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>14-823-435</td>
			<td>3 mL</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringe Pump</td>
			<td>Stoelting</td>
			<td>53130</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stereo Microscope</td>
			<td>Nikon</td>
			<td>SMZ-2T</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Inverted Microscope</td>
			<td>Nikon</td>
			<td>Eclipse Ti-U</td>
			<td>The filter cube used had an excitation wavelength range from 540-580 nm and a dichroic mirror at 585 nm, allowing for photoemission ranging from 593-668 nm.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Balance</td>
			<td>Denver Instruments&#160;</td>
			<td>PI-225D</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microscope-Mounted Camera</td>
			<td>Motic</td>
			<td>5000</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

phase diagram characterization using magnetic beads as liquid carriers

Perline magnetiche con ~ 1,9 micron di diametro medio sono stati usati per trasportare volumi microlitro di liquidi tra segmenti contigui liquidi con un tubo per lo scopo di indagare cambiamento di fase dei segmenti liquidi. Le perline magnetiche sono stati controllati esternamente utilizzando un magnete, permettendo alle sfere di colmare la valvola dell&#39;aria tra i segmenti adiacenti liquidi. Un rivestimento idrofobo è stato applicato alla superficie interna del tubo per aumentare la separazione tra due segmenti liquidi. Il campo magnetico applicato formato un gruppo aggregato di perline magnetiche, catturando una certa quantità di liquido all&#39;interno del cluster che viene definito come il volume riporto. Un colorante fluorescente è stato aggiunto ad un segmento liquido, seguita da una serie di trasferimenti liquidi, che poi cambiato l&#39;intensità di fluorescenza nel segmento liquido vicina. Sulla base dell&#39;analisi numerica della variazione di fluorescenza misurata intensità, è stato trovato il volume riporto per massa di perline magneticheessere ~ 2 a 3 ml / mg. Questa piccola quantità di liquido consentito per l&#39;uso di relativamente piccoli segmenti liquide di una coppia cento microlitri, migliorando la fattibilità del dispositivo per un approccio lab-in-tubo. Questa tecnica di applicazione piccola variazione composizionale in un volume di liquido è stato applicato all&#39;analisi diagramma di fase binaria tra acqua e tensioattivo C12E5 (pentaethylene glicole monododecyl etere), portando ad analisi veloce con piccoli volumi di campione rispetto ai metodi convenzionali.

Utilizzando l&#39;approccio Lab-in-tubo per il trasporto importi microlitri volume di liquido con perline magnetiche con MATLAB per l&#39;analisi numerica volumi medi riporto liquido, in funzione della massa del branello magnetico, sono stati trovati (Figura 2). Maggiore massa di sfere magnetiche fornisce un volume più alto riporto del tasso di 2-3 ml / mg. Il setup sperimentale (Figura 1) è stato utilizzato per osservare il cambiamento di fase del gruppo H 2 O / sistema bi...

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Phase Diagram Characterization Using Magnetic Beads as Liquid Carriers

Here, we present a protocol to investigate multi-component phase diagrams using externally controlled magnetic beads as liquid carriers in a lab-in-tube approach. This approach can aid in applications that seek to gather further information on phase change in complex liquid systems.

Fase Diagramma Caratterizzazione utilizzando biglie magnetiche come vettori liquidi

Magnetic beads with ~1.9 &#181;m average diameter were used to transport microliter volumes of liquids between contiguous liquid segments with a tube for ...

phase-diagram-characterization-using-magnetic-beads-as-liquid-carriers

Research

JoVE Journal

Engineering

12.1K Views.  University of Cincinnati. Here, we present a protocol to investigate multi-component phase diagrams using externally controlled magnetic beads as liquid carriers in a lab-in-tube approach. This approach can aid in applications that seek to gather further information on phase change in complex liquid systems.

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Revealing Dynamic Processes of Materials in Liquids Using Liquid Cell Transmission Electron Microscopy

The recent development for in situ transmission electron microscopy, which allows imaging through liquids with high spatial resolution, has attracted significant interests across the research fields of materials science, physics, chemistry and biology. The key enabling technology is a liquid cell. We fabricate liquid cells with thin viewing windows through a sequential microfabrication process, including silicon nitride membrane deposition, photolithographic patterning, wafer etching, cell bonding, etc. A liquid cell with the dimensions of a regular TEM grid can fit in any standard TEM sample holder. About 100 nanoliters reaction solution is loaded into the reservoirs and about 30 picoliters liquid is drawn into the viewing windows by capillary force. Subsequently, the cell is sealed and loaded into a microscope for in situ imaging. Inside the TEM, the electron beam goes through the thin liquid layer sandwiched between two silicon nitride membranes. Dynamic processes of nanoparticles in liquids, such as nucleation and growth of nanocrystals, diffusion and assembly of nanoparticles, etc., have been imaged in real time with sub-nanometer resolution. We have also applied this method to other research areas, e.g., imaging proteins in water. Liquid cell TEM is poised to play a major role in revealing dynamic processes of materials in their working environments. It may also bring high impact in the study of biological processes in their native environment.

We have developed a self-contained liquid cell, which allows imaging through liquids using a transmission electron microscope. Dynamic processes of nanoparticles in liquids can be revealed in real time with sub-nanometer resolution.

Rivelare processi dinamici dei materiali in liquidi con liquido di trasmissione microscopia elettronica cellulare

The recent development for in situ transmission electron microscopy, which allows imaging through liquids with high spatial resolution, has attracted ...

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Characterization of Recombination Effects in a Liquid Ionization Chamber Used for the Dosimetry of a Radiosurgical Accelerator

Most modern radiation therapy devices allow the use of very small fields, either through beamlets in Intensity-Modulated Radiation Therapy (IMRT) or via stereotactic radiotherapy where positioning accuracy allows delivering very high doses per fraction in a small volume of the patient. Dosimetric measurements on medical accelerators are conventionally realized using air-filled ionization chambers. However, in small beams these are subject to nonnegligible perturbation effects. This study focuses on liquid ionization chambers, which offer advantages in terms of spatial resolution and low fluence perturbation. Ion recombination effects are investigated for the microLion detector (PTW) used with the Cyberknife system (Accuray). The method consists of performing a series of water tank measurements at different source-surface distances, and applying corrections to the liquid detector readings based on simultaneous gaseous detector measurements. This approach facilitates isolating the recombination effects arising from the high density of the liquid sensitive medium and obtaining correction factors to apply to the detector readings. The main difficulty resides in achieving a sufficient level of accuracy in the setup to be able to detect small changes in the chamber response.

A growing number of radiation therapy devices offer the advantage of delivering the dose through very small beams to the tumor, allowing for increased conformity and higher doses per fraction. Many different detectors can be used for the dosimetry of these small fields. In the present study, the effect of ion recombination is investigated for a liquid ionization chamber using a stereotactic radiation therapy system.

Caratterizzazione degli effetti di ricombinazione in una ionizzazione Camera liquido utilizzato per la dosimetria di un Acceleratore radiochirurgico

Most modern radiation therapy devices allow the use of very small fields, either through beamlets in Intensity-Modulated Radiation Therapy (IMRT) or via ...

Measurement of X-ray Beam Coherence along Multiple Directions Using 2-D Checkerboard Phase Grating

A procedure for a technique to measure the transverse coherence of synchrotron radiation X-ray sources using a single phase grating interferometer is reported. The measurements were demonstrated at the 1-BM bending magnet beamline of the Advanced Photon Source (APS) at Argonne National Laboratory (ANL). By using a 2-D checkerboard &#960;/2 phase-shift grating, transverse coherence lengths were obtained along the vertical and horizontal directions as well as along the 45&#176; and 135&#176; directions to the horizontal direction. Following the technical details specified in this paper, interferograms were measured at different positions downstream of the phase grating along the beam propagation direction. Visibility values of each interferogram were extracted from analyzing harmonic peaks in its Fourier Transformed image. Consequently, the coherence length along each direction can be extracted from the evolution of visibility as a function of the grating-to-detector distance. The simultaneous measurement of coherence lengths in four directions helped identify the elliptical shape of the coherence area of the Gaussian-shaped X-ray source. The reported technique for multiple-direction coherence characterization is important for selecting the appropriate sample size and orientation as well as for correcting the partial coherence effects in coherence scattering experiments. This technique can also be applied for assessing coherence preserving capabilities of X-ray optics.

The measurement protocol and data analysis procedure are given for obtaining transverse coherence of a synchrotron radiation X-ray source along four directions simultaneously using a single 2-D checkerboard phase grating. This simple technique can be applied for complete transverse coherence characterization of X-ray sources and X-ray optics.

Misura di raggi X a fascio coerenza lungo molteplici direzioni Utilizzando 2-D scacchiera reticolo di fase

A procedure for a technique to measure the transverse coherence of synchrotron radiation X-ray sources using a single phase grating interferometer is ...

Frequency Mixing Magnetic Detection Scanner for Imaging Magnetic Particles in Planar Samples

The setup of a planar Frequency Mixing Magnetic Detection (p-FMMD) scanner for performing Magnetic Particles Imaging (MPI) of flat samples is presented. It consists of two magnetic measurement heads on both sides of the sample mounted on the legs of a u-shaped support. The sample is locally exposed to a magnetic excitation field consisting of two distinct frequencies, a stronger component at about 77 kHz and a weaker field at 61 Hz. The nonlinear magnetization characteristics of superparamagnetic particles give rise to the generation of intermodulation products. A selected sum-frequency component of the high and low frequency magnetic field incident on the magnetically nonlinear particles is recorded by a demodulation electronics. In contrast to a conventional MPI scanner, p-FMMD does not require the application of a strong magnetic field to the whole sample because mixing of the two frequencies occurs locally. Thus, the lateral dimensions of the sample are just limited by the scanning range and the supports. However, the sample height determines the spatial resolution. In the current setup it is limited to 2 mm. As examples, we present two 20 mm &#215; 25 mm p-FMMD images acquired from samples with 1 &#181;m diameter maghemite particles in silanol matrix and with 50 nm magnetite particles in aminosilane matrix. The results show that the novel MPI scanner can be applied for analysis of thin biological samples and for medical diagnostic purposes.

A scanner for imaging magnetic particles in planar samples was developed using the planar frequency mixing magnetic detection technique. The magnetic intermodulation product response from the nonlinear nonhysteretic magnetization of the particles is recorded upon a two-frequency excitation. It can be used to take 2D images of thin biological samples.

Frequenza di miscelazione Scanner rilevamento magnetico per l&#39;imaging particelle magnetiche in Planar Campioni

The setup of a planar Frequency Mixing Magnetic Detection (p-FMMD) scanner for performing Magnetic Particles Imaging (MPI) of flat samples is presented. ...

Studying Dynamic Processes of Nano-sized Objects in Liquid using Scanning Transmission Electron Microscopy

Samples fully embedded in liquid can be studied at a nanoscale spatial resolution with Scanning Transmission Electron Microscopy (STEM) using a microfluidic chamber assembled in the specimen holder for Transmission Electron Microscopy (TEM) and STEM. The microfluidic system consists of two silicon microchips supporting thin Silicon Nitride (SiN) membrane windows. This article describes the basic steps of sample loading and data acquisition. Most important of all is to ensure that the liquid compartment is correctly assembled, thus providing a thin liquid layer and a vacuum seal. This protocol also includes a number of tests necessary to perform during sample loading in order to ensure correct assembly. Once the sample is loaded in the electron microscope, the liquid thickness needs to be measured. Incorrect assembly may result in a too-thick liquid, while a too-thin liquid may indicate the absence of liquid, such as when a bubble is formed. Finally, the protocol explains how images are taken and how dynamic processes can be studied. A sample containing AuNPs is imaged both in pure water and in saline.

This protocol describes the operation of a liquid flow specimen holder for scanning transmission electron microscopy of AuNPs in water, as used for the observation of nanoscale dynamic processes.

Lo studio dei processi dinamici di dimensioni nano oggetti in liquidi di utilizzare la scansione microscopia elettronica a trasmissione

Samples fully embedded in liquid can be studied at a nanoscale spatial resolution with Scanning Transmission Electron Microscopy (STEM) using a ...

Characterization of Ultra-fine Grained and Nanocrystalline Materials Using Transmission Kikuchi Diffraction

One of the challenges in microstructure analysis nowadays resides in the reliable and accurate characterization of ultra-fine grained (UFG) and nanocrystalline materials. The traditional techniques associated with scanning electron microscopy (SEM), such as electron backscatter diffraction (EBSD), do not possess the required spatial resolution due to the large interaction volume between the electrons from the beam and the atoms of the material. Transmission electron microscopy (TEM) has the required spatial resolution. However, due to a lack of automation in the analysis system, the rate of data acquisition is slow which limits the area of the specimen that can be characterized. This paper presents a new characterization technique, Transmission Kikuchi Diffraction (TKD), which enables the analysis of the microstructure of UFG and nanocrystalline materials using an SEM equipped with a standard EBSD system. The spatial resolution of this technique can reach 2 nm. This technique can be applied to a large range of materials that would be difficult to analyze using traditional EBSD. After presenting the experimental set up and describing the different steps necessary to realize a TKD analysis, examples of its use on metal alloys and minerals are shown to illustrate the resolution of the technique and its flexibility in term of material to be characterized.

This paper provides a detailed method to characterize the microstructure of ultra-fine grained and nanocrystalline materials using a scanning electron microscope equipped with a standard electron backscatter diffraction system. Metal alloys and minerals presenting refined microstructures are analyzed using this technique, showing the diversity of its possible applications.

Caratterizzazione di Ultra-grana fine e nanocristallini materiali utilizzando la trasmissione Kikuchi Diffraction

One of the challenges in microstructure analysis nowadays resides in the reliable and accurate characterization of ultra-fine grained (UFG) and ...

Electric-field Control of Electronic States in WS2 Nanodevices by Electrolyte Gating

A method of carrier number control by electrolyte gating is demonstrated. We have obtained WS2 thin flakes with atomically flat surface via scotch tape method or individual WS2 nanotubes by dispersing the suspension of WS2 nanotubes. The selected samples have been fabricated into devices by the use of the electron beam lithography and electrolyte is put on the devices. We have characterized the electronic properties of the devices under applying the gate voltage. In the small gate voltage region, ions in the electrolyte are accumulated on the surface of the samples which leads to the large electric potential drop and resultant electrostatic carrier doping at the interface. Ambipolar transfer curve has been observed in this electrostatic doping region. When the gate voltage is further increased, we met another drastic increase of source-drain current which implies that ions are intercalated into layers of WS2 and electrochemical carrier doping is realized. In such electrochemical doping region, superconductivity has been observed. The focused technique provides a powerful strategy for achieving the electric-filed-induced quantum phase transition.

Electric-field Control of Electronic States in WS2 Nanodevices by Electrolyte Gating

Here, we present a protocol to control the carrier number in solids by using the electrolyte.

Controllo campo elettrico degli stati elettronici in nanodispositivi2 WS di elettrolita Gating

A method of carrier number control by electrolyte gating is demonstrated. We have obtained WS2 thin flakes with atomically flat surface via scotch tape ...

Fabrication of Magnetic Nanostructures on Silicon Nitride Membranes for Magnetic Vortex Studies Using Transmission Microscopy Techniques

Electron and x-ray magnetic microscopies allow for high-resolution magnetic imaging down to tens of nanometers. However, the samples need to be prepared on transparent membranes which are very fragile and difficult to manipulate. We present processes for the fabrication of samples with magnetic micro- and nanostructures with spin configurations forming magnetic vortices suitable for Lorentz transmission electron microscopy and magnetic transmission x-ray microscopy studies. The samples are prepared on silicon nitride membranes and the fabrication consists of a spin coating, UV and electron-beam lithography, the chemical development of the resist, and the evaporation of the magnetic material followed by a lift-off process forming the final magnetic structures. The samples for the Lorentz transmission electron microscopy consist of magnetic nanodiscs prepared in a single lithography step. The samples for the magnetic x-ray transmission microscopy are used for time-resolved magnetization dynamic experiments, and magnetic nanodiscs are placed on a waveguide which is used for the generation of repeatable magnetic field pulses by passing an electric current through the waveguide. The waveguide is created in an extra lithography step.

A protocol for the fabrication of magnetic micro- and nanostructures with spin configurations forming magnetic vortices suitable for transmission electron microscopy (TEM) and magnetic transmission x-ray microscopy (MTXM) studies is presented.

Fabbricazione di nanostrutture magnetiche sulle membrane di nitruro di silicio per studi di vortice magnetico utilizzando tecniche di microscopia di trasmissione

Electron and x-ray magnetic microscopies allow for high-resolution magnetic imaging down to tens of nanometers. However, the samples need to be prepared ...

Measuring Magnetically-Tuned Ferroelectric Polarization in Liquid Crystals

Materials showing coupling phenomena between magnetism and (ferro)electricity, i.e., magnetoelectric effects, have attracted a great deal of attention due to their potential applications for future device technologies such as sensors and storage. However, conventional approaches, which usually utilize materials containing magnetic metal ions (or radicals), have a major problem: only a few materials have been found to show the coupling phenomena at room temperature. Recently, we proposed a new approach to achieve room-temperature magnetoelectrics. In contrast to conventional approaches, our alternative proposal focuses on a completely different material, a &#34;liquid crystal&#34;, free from magnetic metal ions. In such liquid crystals, a magnetic field can be utilized to control the orientational state of constituent molecules and the corresponding electric polarization through magnetic anisotropy of the molecules; it is an unprecedented mechanism of the magnetoelectric effect. In this context, this paper provides a protocol to measure ferroelectric properties induced by a magnetic field, that is, the direct magnetoelectric effect, in a liquid crystal. With the method detailed here, we successfully detected magnetically-tuned electric polarization in the chiral smectic C phase of a liquid crystal at room temperature. Taken together with the flexibility of constituent molecules, which directly affects the magnetoelectric responses, the introduced method will serve to allow liquid crystal cells to acquire more functions as room-temperature magnetoelectrics and associated optical materials.

In this report, we present a protocol to examine direct magnetoelectric effects, i.e., induction of ferroelectric polarization by applying magnetic fields, in liquid crystals. This protocol provides a unique approach, supported by the softness of liquid crystals, to achieve room-temperature magnetoelectrics.

Misurare la polarizzazione ferroelettrica magneticamente-sintonizzati in cristalli liquidi

Materials showing coupling phenomena between magnetism and (ferro)electricity, i.e., magnetoelectric effects, have attracted a great deal of attention due ...

Shaping the Amplitude and Phase of Laser Beams by Using a Phase-only Spatial Light Modulator

The aim of this article is to visually demonstrate the utilization of an interferometric method for encoding complex fields associated with coherent laser radiation. The method is based on the coherent sum of two uniform waves, previously encoded into a phase-only spatial light modulator (SLM) by spatial multiplexing of their phases. Here, the interference process is carried out by spatial filtering of light frequencies at the Fourier plane of certain imaging system. The correct implementation of this method allows arbitrary phase and amplitude information to be retrieved at the output of the optical system.
It is an on-axis, rather than off-axis encoding technique, with a direct processing algorithm (not an iterative loop), and free from coherent noise (speckle). The complex field can be exactly retrieved at the output of the optical system, except for some loss of resolution due to the frequency filtering process. The main limitation of the method might come from the inability to operate at frequency rates higher than the refresh rate of the SLM. Applications include, but are not limited to, linear and non-linear microscopy, beam shaping, or laser micro-processing of material surfaces.

We show how to encode the complex field of laser beams by using a single phase element. A common-path interferometer is employed to mix the phase information displayed into a phase-only spatial light modulator to finally retrieve the desired complex field pattern at the output of an optical imaging system.

Modellare l'ampiezza e la fase dei fasci Laser utilizzando un modulatore di luce spaziale sola fase

The aim of this article is to visually demonstrate the utilization of an interferometric method for encoding complex fields associated with coherent laser ...