Name: combining microfluidics and microrheology to determine rheological properties of soft matter during repeated phase transitions
Uploaded: 2018-04-19T14:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 38 s
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Finanziamento di quest'opera fu fornito dalla Procter & Gamble co e l'americano chimico società Petroleum Research Fund (54462-DNI7). Riconoscimento viene dato ai donatori della American Chemical Society petrolio fondo di ricerca supporto parziale di questa ricerca. Gli autori desidera ringraziare il Dr. Marco Caggioni per utili discussioni.

1. fabbricazione del dispositivo microfluidico
<ol><li>Fabbricazione di timbro di microfluidica. Nota: Questo passaggio richiede l'uso di materiali volatili e dovrebbe essere fatto in una cappa chimica.<ol>
<li>Utilizzare un disegno stampato negativo con le stesse dimensioni come il vetrino (75 × 50 mm), il bianco colorato di canali, e lo sfondo di colore nero (Vedi Figura 1). Stampare questo disegno su un foglio di acetato trasparente (trasparenza) con una risoluzione di 1200 dpi.</li>
		<li>Se la sezione scura della trasparenza permette ancora di luce attraverso, layer diversi aspetti negativi e aderire utilizzando nastro biadesivo.</li>
		<li>Accendere la sorgente luminosa ad alta intensità (UV) di ultravioletto e consentono di riscaldare per un'uscita costante (circa 30 min). Nota: Occhiali protettivi UV devono essere indossati quando si utilizza la sorgente di luce UV ad alta intensità.</li>
		<li>Riempimento a tre 150ml Petri con acetone, etanolo e acqua distillata.</li>
		<li>Posizionare una trasparenza in bianco su una superficie piatta vicino alla fonte di UV ad alto rendimento, ma non direttamente sotto la UV luce. Ciò fornirà una base per fabbricare il timbro di microfluidica.</li>
		<li>Delineare gli angoli di una 75 × 50 mm lastra di vetro al centro della trasparenza in bianco usando un permanente marcatore e posto quattro vetro distanziali (approssimativamente. 30 × 30 × 1 mm) negli angoli del rettangolo delineato.</li>
		<li>Versare circa 5 mL di resina del tiolo: ene curabile UV nel centro dei distanziali, quindi posizionare con cura un 75 x 50 x 1 vetrino mm sul vetro distanziatori, in modo che la colla è completamente coperto dal vetrino senza bolle d'aria.</li>
		<li>Posizionare la trasparenza con negativo stampato sopra il vetrino e spostare tutti i componenti di cui sopra (dal basso verso l'alto: trasparenza, vetro distanziali e colla UV, vetrino e negativo trasparenza stampata in bianco) trascinando la trasparenza in bianco con attenzione sotto la sorgente di luce UV.</li>
		<li>Consentire la luce UV a brillare attraverso il negativo sulla resina e cura. Il tempo di cura può essere regolato per modificare l'altezza del canale. Un 45 s tempo risultati cure in un'altezza di canale di 1 mm, con la nostra fonte di luce.</li>
		<li>Spostare i componenti lontano dalla sorgente UV e rimuovere la trasparenza stampato negativo e vetrino. Il vetrino con i canali fabbricato in colla UV sarà ora essere denominato il timbro di microfluidica.</li>
		<li>Scartare i distanziatori trasparenza e vetro.</li>
		<li>Immergere il timbro di microfluidica in acetone bagno, seguito dal bagno di etanolo. Ripetere questo passaggio due volte. Acetone si degrada la colla UV, quindi non lasciare acetone sul francobollo per maggiore di 10 s.</li>
		<li>Tenendo il timbro, immergere il timbro in acqua e utilizzare un tampone di cotone per rimuovere il resto della resina non reagito. Non strofinare direttamente le porzioni di salumi, come farà i canali ruvido.
</li>
		<li>Apporre il timbro su un tovagliolo di carta e tornare alla sorgente UV per almeno 30 minuti garantire una polimerizzazione completa.</li>
	</ol></li>
	<li>Stampaggio di polidimetilsilossano (PDMS)
	<ol>
<li>Versare una tazza trasparente 70 g di PDMS base e aggiungere l'agente reticolante alla base in un rapporto di peso di 01:10 reticolante alla base. Questi sono il produttore consigliato rapporti. Non utilizzare un contenitore di vetro.
</li>
		<li>Mescolare il reticolante e base accuratamente con un agitatore in metallo; la miscela deve essere torbida a causa di bolle d'aria intrappolate una volta correttamente miscelato.</li>
		<li>Mettere il PDMS in un vuoto vuoto forno e tirare sul mista PDMS. Disattivare il vuoto se la soluzione inizia a traboccare dalla tazza, quindi riprendere il vuoto dopo l'overflow si abbassa. La pressione totale in forno sottovuoto non importa, come il vuoto solo accelera il processo di degasaggio. Lasciare nella camera fino a quando tutte le bolle sono state evacuate dalla miscela (circa 60 min).</li>
		<li>Posto il timbro di microfluidica in plastica di un vuoto 150 mm diametro piastra di Petri, quindi versare lentamente il PDMS in Petri, coprendo completamente il timbro di microfluidica. Versare vicino alla superficie del piatto Petri per minimizzare bubbles riformare nel PDMS.</li>
		<li>Coprire la piastra di Petri e mettere in forno a 55 ° C durante la notte per curare. Una volta completamente guarito, tagliare il PDMS modellato usando un coltello e togliere il timbro. Mantenere PDMS in eccesso per la costruzione del bacino di solvente (passo di protocollo 1.6.3) e tappi PDMS (passo di protocollo 2.2.1.1).</li>
		<li>Con un pugno di biopsia di 0,5 mm, tagliare fori nelle posizioni seguenti: uno in ogni angolo, uno nella camera di aspirazione vicino al bordo del canale, sei nel pozzetto di misurazione collocato simmetricamente 60° di distanza e uno al centro della camera del campione. Per garantire fori posizionati simmetricamente stampare un modello su un foglio di carta e posto sotto la camera del campione. Poiché il PDMS è chiaro, si può facilmente vedere dove i fori devono essere collocati.</li>
	</ol></li>
	<li>Preparazione della soluzione di sol-gel per creare pareti di vetro nel dispositivo microfluidico
	<ol>
<li>In un barattolo da 100 mL, aggiungere 25 mL di etanolo al 90%, 25 mL di pH 4 (0,0001 M) soluzione di acido cloridrico, 25 mL di tetraetossisilano 98% e 25 mL di 98% metiltrietossisilano. Posto 100 mL di soluzione, noto ora come fluido preconverted, nel forno a microonde scoperto per 10 secondi e quindi posto in un 80 ° C durante la notte.</li>
	</ol></li>
	<li>Montaggio del dispositivo
	<ol>
<li>Posizionare entrambi il PDMS fantasia e un 75 × 50 × 0,10 mm pulitore di vetro diapositiva nel plasma e impostare la valvola a 3 vie in posizione off.</li>
		<li>Accendere la pompa del vuoto e consentire un minuto evacuare la camera.</li>
		<li>Mettere la valvola a 3 vie per posizione regolatore di flusso e lasciare che la camera di equilibrare per 5 secondi. La posizione del regolatore di flusso permette una piccola portata di aria di entrare il plasma più pulito, abbastanza basso per tenere la camera a basse pressioni. Accendere l'interruttore di frequenza radio (RF) medio per 40 secondi, poi si spegne l'interruttore di RF e la pompa del vuoto.</li>
		<li>Posizionare la valvola a 3 vie per la posizione aperta per restituire la camera alle condizioni atmosferiche. Rimuovere il vetrino PDMS e vetro modellato.</li>
		<li>Accuratamente aderire il PDMS modellato sul vetrino mettendo le due superfici in contatto tra loro.</li>
		<li>Applicare UV resina per le cuciture intorno alla fantasia PDMS e cura per 5 min sotto luce UV di bassa intensità.</li>
	</ol></li>
	<li>Realizzazione di pareti di vetro nei canali microfluidici. Nota: Questo passaggio deve essere completato entro 30 minuti di trattamento al plasma, in quanto si basa su cambiamenti di superficie PDMS che si verificano durante il trattamento al plasma. Lo spessore dello strato sarà circa 5-10 µm. Questo passaggio richiede l'uso di materiali volatili e dovrebbe essere fatto in una cappa chimica.<ol>
<li>Impostare una piastra riscaldante a 100 ° C e preparare quattro siringhe (tre 30 mL e 3 mL) con aghi di calibro 18 e circa 30 cm di lunghezza di tubi termoplastici chiaro.</li>
		<li>Riempire tre siringhe da 30 mL con etanolo, cloroformio e aria, rispettivamente. Riempire una siringa da 3 mL di liquido preconverted (dal passaggio di protocollo 1.3.1.)</li>
		<li>Inserire i tubi chiari termoplastici utilizzando connettori in acciaio inox in ciascuno dei fori il PDMS fantasia, con l'eccezione di foro in un angolo. Questo foro fungerà da un'insenatura, mentre tutti gli altri saranno prese.</li>
		<li>Riempire il dispositivo microfluidico con preconverted liquido dalla siringa, quindi posizionare il dispositivo microfluidico sulla piastra calda 100 ° C, quindi il fondo di vetro sta toccando la superficie della piastra riscaldante.</li>
		<li>3 mL di liquido preconverted il flusso attraverso il dispositivo microfluidico oltre 10 secondi. Lo spessore delle pareti di vetro viene regolato modificando la portata del fluido preconverted.</li>
		<li>Rimuovere il dispositivo microfluidico dalla piastra riscaldante. Sostituire la siringa di soluzione preconverted con la siringa ad aria e spingere fuori il liquido in eccesso preconverted.</li>
		<li>Sostituire la siringa ad aria con la siringa di cloroformio e lentamente fluire 15 mL di cloroformio attraverso il dispositivo microfluidico. Sostituire la siringa di cloroformio con la siringa di etanolo e lentamente fluire 30 mL di etanolo attraverso il dispositivo microfluidico. Questa procedura dovrebbe prendere circa 1 min.</li>
		<li>Sostituire la siringa di etanolo con l'aria di siringa e flusso di aria attraverso il dispositivo microfluidico fino a secco.</li>
	</ol></li>
	<li>Applicazione di sostegni di vetro e bacino di solvente
	<ol>
<li>75 × 10 × 1 mm di taglio in strisce di vetro da 75 × 25 × 1 vetro diapositive.</li>
		<li>Applicare le strisce di vetro UV resina. Collocare il dispositivo microfluidico sulle strisce, con il lato PDMS rivolto verso l'alto. Spostare sotto fonte di luce UV di bassa intensità per 5 minuti.</li>
		<li>Tagliare un 30 × 30 mm quadrati di PDMS. Usando un punzone per biopsia, tagliare un buco abbastanza grande da coprire la camera di campionamento di 10 mm.</li>
		<li>Posizionare il PDMS quadrati e dispositivo microfluidico nel plasma pulitore, poi mettere la valvola a 3 vie in posizione off e accendere la pompa del vuoto.</li>
		<li>Consentire un minuto evacuare la camera. Mettere la valvola a 3 vie per la posizione del regolatore di flusso e lasciare la camera equilibrare per 5 secondi.</li>
		<li>Accendere interruttore di RF al mezzo per 40 secondi, poi si spegne switch RF e pompa a vuoto.</li>
		<li>Posizionare la valvola a 3 vie per la posizione aperta per restituire la camera alle condizioni atmosferiche.</li>
		<li>Rimuovere il dispositivo di bacino e microfluidica solvente dalla camera plasma e aderire contattando le superfici. Assicurarsi di posizionare il bacino del solvente sopra la camera del campione.</li>
	</ol></li>
</ol>2. µ2reologia procedura
<ol><li>
Preparazione dei campioni di materia soffice
	<ol>
<li>Particelle di sonda di lavaggio<ol>
<li>Pipettare 0,5 µm sonde e acqua in un tubo del microcentrifuge con un rapporto di acqua per sonde di 10:1. Mescolare accuratamente con pipetta di miscelazione, quindi posizionare il tubo del microcentrifuge nella microcentrifuga e spin a 4600 x g per 10 minuti. Nota: La soluzione della sonda utilizzata in questo lavoro viene ricevuta sospesa in acqua con una concentrazione iniziale del 2,6% solidi/volume e la concentrazione finale delle sonde utilizzate nell'esempio è 0.1% solidi/volume.</li>
			<li>Rimuovere il tubo del microcentrifuge e pipetta fuori il supernatante. Sostituire il surnatante con dell'acqua distillata. Ripetere la centrifugazione per un totale di tre volte.</li>
			<li>Inserire il tubo del microcentrifuge in sonicatore e Sonicare su bassa per 15 minuti per rimuovere qualsiasi aggregazione.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Sonde di combinazione e materia soffice. Nota: Per questa procedura, un gel colloidale è stato usato come il campione di materia soffice.<ol>
<li>Su un vetrino 75 × 50 mm misura 1 mL di materiale campione. Dispensare 40 µ l di soluzione della sonda al centro del campione.</li>
			<li>Aggiungere delicatamente il campione con una spatola di metallo fino a quando completamente combinati. Raccogliere il campione in un tubo del microcentrifuge e centrifugare a 2340 x g per 15 s per rimuovere l'aria intrappolata.</li>
			<li>Dotato di riempire una siringa da 1 mL con ago calibro 18 tubi chiari termoplastici con la miscela di sonda/HCO.</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Transizioni di fase consecutivi indotte dal fluido di scambio
	<ol>
<li>Riempimento del dispositivo microfluidico<ol>
<li>Per creare tappi PDMS, utilizzando PDMS in eccesso dal passaggio di protocollo 1.2.5, tagliare una sezione quadrata di 5 mm di PDMS. Usando un punzone per biopsia diametro 0,5 mm, tagliare a metà un foro nel tappo PDMS. Inserire un connettore in acciaio inox il foro di diametro di 0,5 mm.</li>
			<li>Collegare tubi termoplastici a tre dei canali ingresso angolo e il canale di scarico della camera di aspirazione. Riempire completamente il dispositivo con acqua utilizzando una siringa collegata al dispositivo. Garantire non ci sono bolle nel pozzetto di misurazione o nei canali microfluidici. Bloccare il foro di angolo rimanente con PDMS tappi.</li>
			<li>Bacino del solvente deve essere parzialmente riempito dal punto 2.2.1.2; Se non viene riempita, è possibile riempire il bacino solvente con acqua.</li>
			<li>Utilizzando la siringa dal passaggio di protocollo 2.1.2.3, iniettare 10 µ l di miscela della sonda di prelievo attraverso il canale centrale nella camera del campione a circa 2 µ l/s, quindi utilizzare un tappo PDMS per bloccare il canale centrale nel pozzetto di misurazione.</li>
		</ol>
</li>
		<li>La raccolta di dati microrheological<ol>
<li>Attivare le impostazioni della fotocamera per quelli ottimizzati per ridurre al minimo delle particelle statiche e dinamiche, rilevamento errori, poi cambiare il 63 × obiettivo di immersione in acqua e dispensare una goccia d'acqua sulla lente.</li>
			<li>Collocare il dispositivo microfluidico sul tavolino del microscopio e sollevare l'obiettivo fino a quando è focalizzato sul campione.</li>
			<li>Prendere video del moto browniano delle sonde in intervalli di tempo appropriati per la lunghezza totale di un cambiamento di fase. Per gelificazione, continuare a prendere video fino a quando la sonda movimento si è arrestato completamente. Nota: Raccogliamo i dati ogni 10 min. Se cominciamo con un esperimento di degradazione, i dati sono raccolti fino a quando le sonde sono completamente diffondente.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Lo scambio di fluidi nel pozzetto di misurazione (flusso di gravità, lo scambio di fluidi di densità inferiore con fluidi di densità maggiore)<ol>
<li>Rimuovere il dispositivo microfluidico dal tavolino del microscopio.</li>
			<li>L'acqua dal bacino del solvente utilizzando una pipetta di trasferimento di aspirazione, quindi dispensare 4 mL di liquido di densità superiore in bacino del solvente.</li>
			<li>Restituire il dispositivo microfluidico per il tavolino del microscopio e ripetere al passaggio 2.2.2.3</li>
		</ol>
</li>
		<li>Lo scambio di fluidi nel pozzetto di misurazione (flusso di aspirazione, scambio di maggiore densità fluidi con fluidi di densità inferiore)<ol>
<li>Rimuovere il dispositivo microfluidico dal tavolino del microscopio e rimuovere il tappo PDMS dalla camera di aspirazione.</li>
			<li>Inserire una siringa con un ago da 18 gauge e tubi chiari termoplastici al canale camera di aspirazione e collegare la siringa fino a una pompa a siringa. Impostare la pompa a siringa per tirare a 1 mL/min.</li>
			<li>Rimuovere l'agente gelificante in eccesso nel bacino del solvente e lavare tre volte con acqua da riempire il bacino solvente e quindi ad aspirare il liquido di risciacquo.</li>
			<li>Begin aspirazione con pompa a siringa durante l'aggiunta di acqua al bacino del solvente per un minuto. Non lasciare che il solvente bacino vuoto completamente, come questo si tirerà aria nella camera del campione.
</li>
			<li>Rimuovere la siringa dal dispositivo microfluidico e sostituire il tappo PDMS sulla camera di aspirazione.</li>
			<li>Restituire il dispositivo microfluidico per il tavolino del microscopio e continuare a prendere campioni</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
	<li>Continuare a prendere campioni a intervalli regolari durante la degradazione/gelificazione cicli fino a quando non viene completato il numero desiderato di cicli o ci sono insufficienti sonde per la misura.</li>
</ol>

<ol>
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M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+microfluidic-based+hydrodynamic+trap:+design+and+implementation.">A microfluidic-based hydrodynamic trap: design and implementation.</a> Lab Chip. 11, 1786-1794 (2011).</li><li>Lee, J. S., Dylla-Spears, R., Teclemariam, N. P., Muller, 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=Microfluidic+four-roll+mill+for+all+flow+types.">Microfluidic four-roll mill for all flow types.</a> Appl. Phys. Lett. 90, 074103 (2007).</li><li>Crocker, J. C., Grier, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Methods+of+digital+video+microscopy+for+colloidal+studies.">Methods of digital video microscopy for colloidal studies.</a> J. Colloid Interface Sci. 179 (1), 298-310 (1996).</li><li>Mason, T. G., Weitz, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+measurements+of+frequency-dependent+linear+viscoelastic+moduli+of+complex+fluids.">Optical measurements of frequency-dependent linear viscoelastic moduli of complex fluids.</a> Phys. Rev. Lett. 74 (7), 1250 (1995).</li><li>Schultz, K. M., Furst, E. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-throughput+rheology+in+a+microfluidic+device.">High-throughput rheology in a microfluidic device.</a> Lab on a chip. 11, 3802-3809 (2011).</li><li>Abate, A. R., Lee, D., Do, T., Holtze, C., Weitz, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Glass+coating+for+PDMS+microfluidic+channels+by+sol-gel+methods.">Glass coating for PDMS microfluidic channels by sol-gel methods.</a> Lab Chip. 8, 516-518 (2008).</li><li>Happel, J., Brenner, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Low Reynolds Number Hydrodynamics: with special applications to particulate media. , (1965).</li></ol>

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Il dispositivo di due-strato microfluidica (Figura 1) può essere facilmente fatta seguente ben documentato microfluidici fabbricazione tecniche29. Sostegni di vetro vengono aggiunte alla parte inferiore del dispositivo per diminuire gli effetti vibrazionali il movimento della sonda. Il vetrino è molto sottile (0,10 mm) al fine di accogliere la distanza di lavoro l'obiettivo del microscopio. Questo rende il dispositivo suscettibile di piccole vibrazioni nell'edificio...

Transizioni di fase in materia soffice possono modificare la struttura dell'impalcatura, che ha implicazioni nella stabilità finale ed elaborazione del materiale1,2,3. La caratterizzazione dei materiali molli durante le transizioni di fase dinamica fornisce informazioni essenziali circa il rapporto tra evoluzione strutturale e struttura di equilibrio e proprietà reologiche. Ad esempio, molti prodotti home care richiedono un cambiamento di fase durante l'uso dei consumatori. Inoltre, durante la produzione, fasi di lavorazione, tra cui la diluizione e miscelazione, può impartire shear che interessano le proprietà reologiche e microstruttura finale del prodotto. Comprendere le proprietà reologiche durante un cambiamento di fase assicura che il prodotto funzioni come progettato. Inoltre, se le forze alterano la partenza reologia del materiale durante la produzione, transizioni di fase possono produrre risultati inattesi e indesiderati, cambiando la destinazione d'uso prevista e l'efficacia. Al punto critico di gelificazione, definito come il punto dove il materiale transizioni da una soluzione di polimeri o di colloidi associati a una rete di gel campione-spanning, proprietà del materiale cambiano drasticamente con lievi modifiche all'associazione. Qualsiasi modifica alla struttura al punto critico gel può influire il prodotto finale4. Durante queste transizioni dinamiche, materiali morbidi hanno deboli proprietà meccaniche e misure che utilizzano tecniche sperimentali classiche possono essere all'interno la misura rumore limite5,6,7. Per tenere conto di questo, tecniche quali microrheology, che è sensibile nella gamma moduli basso (10-3 - 4 Pa), sono utilizzati per caratterizzare il gel incipiente debole durante l'evoluzione dinamica. Alcuni materiali sono sensibili ai cambiamenti nella microstruttura a causa di forze esterne, che presenta una sfida durante la caratterizzazione, come trasferimenti di materiale o di fluido possono influenzare la struttura e, in definitiva, la proprietà del materiale finale. Per evitare di alterare la microstruttura del materiale, abbiamo sviluppato un dispositivo microfluidico che possa scambiarsi il fluido ambientale intorno ad un campionamento riducendo al taglio. Scambiando l'ambiente fluido, cambiamenti nella microstruttura e proprietà reologiche sono misurati durante le transizioni di fase con il minimo contributo di taglio. Il dispositivo è combinato con più particelle microrheology (MPT) di rilevamento in una tecnica chiamata µ2reologia. Questa tecnica viene utilizzata per quantificare le proprietà del materiale cambiamenti di fase consecutivi di un gel in risposta a una forza esterna. Viene illustrata la tecnica utilizzando un fibroso gel colloidale, olio di ricino idrogenato (HCO)9,10,11.
Impalcature di gel possono subire modifiche in associazione e dissociazione a causa del loro campione ambiente12,13,14,15. La forza trainante di gelificazione e di degradazione sono materiali specifici e devono essere adattati per ogni materiale di interesse. reologia2µ può essere utilizzata per caratterizzare sistemi di gel che rispondono agli stimoli esterni, comprese le reti colloidale e polimeriche. Alterare il pH, pressione osmotica o concentrazione salina sono esempi di scacciare le forze che possono indurre cambiamenti nella microstruttura del materiale. Ad esempio, HCO subisce le transizioni di fase controllata mediante la creazione di un gradiente di pressione osmotica. Quando un campione di gel concentrato HCO (4 wt % HCO) è immerso in acqua, indeboliscono le forze attraenti fra particelle colloidali, degrado. In alternativa, quando una soluzione diluita di HCO (0,125 wt % HCO) è a contatto con un materiale idrofilo (indicato come agente gelificante e composto per lo più glicerina e tensioattivo), l'attraente forze ritorno, causando la gelificazione. Questo sistema gel serviranno per mostrare il funzionamento del dispositivo come uno strumento per la misurazione di transizioni di fase consecutivi su un singolo campione9,10. Per caratterizzare queste impalcature di gel durante transizioni dinamiche e la struttura di gel delicato incipiente alla transizione di fase critica, usiamo MPT per caratterizzare questi materiali con alta risoluzione spazio-temporale.
Microrheology viene utilizzato per determinare le proprietà del gel e la struttura, soprattutto alla transizione critica, di una matrice di materiali morbidi, tra cui gel colloidale e polimerici5,6,9,16. MPT è una tecnica di microrheological passiva che utilizza video microscopia per registrare il moto browniano delle particelle di sonda fluorescente incorporato all'interno di un campione. Le posizioni delle particelle in tutto i video sono precisamente determinate all'interno di 1/10th di un pixel usando algoritmi17,18di rilevamento classica. L'ensemble ha stato in media cilindrata media-squared (MSD, (Δr2(t))) viene calcolato da queste traiettorie delle particelle. il MSD è relativo alle proprietà del materiale, quali la conformità di creep, utilizzando la relazione di Stokes-Einstein generalizzato17,19,20,21,22, 23. Lo stato del materiale è determinato calcolando la pendenza della curva in MSD logaritmica in funzione del tempo di ritardo, α,
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/57429/57429eq1.jpg">
dove t è il tempo di ritardo e confrontandolo con l'esponente critico relax, n. n viene determinato utilizzando la sovrapposizione tempo-cura, una tecnica ben documentata che è stata modificata per analizzare i dati MPT di Larsen e Furst6. Tramite il confronto di n per α lo stato del materiale è determinato quantitativamente. Quando α > n il materiale è un sol e quando α < n il materiale è un gel. Il lavoro precedente ha caratterizzato il sistema HCO usando microrheology per determinare l' esponente critico relax9. Utilizzando queste informazioni, determinare con precisione quando il materiale passa da un gel a un sol durante un esperimento. Inoltre, il parametro di non-gaussiano, αNG, può essere calcolato a determinare il grado di eterogeneità strutturale di un sistema,
<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/57429/57429eq2.jpg">
dove Δx(t) è il movimento delle particelle unidimensionale nella direzione x . Utilizzando MPT, noi possiamo caratterizzare una transizione di fase singola, ma di caratterizzazione di materiali con MPT in un dispositivo di microfluidica, siamo in grado di manipolare l'ambiente circostante fluido e raccogliere dati di diverse transizioni di fase su un campione di gel unico.
Questo dispositivo microfluidico è destinato per studiare le transizioni critiche di un campione unico gel che subisce cambiamenti di fase in risposta ai cambiamenti nell'ambiente fluido circostante. Il dispositivo scambia liquido che circonda il campione quando sia allo stato di gel o sol è bloccando il campione in grado di indurre una transizione di fase, riducendo al minimo taglio. Un bacino di solvente si trova direttamente di sopra del pozzetto, che sono collegate da sei canali di adduzione simmetricamente distanziati. Questa simmetria consente lo scambio di liquido dal bacino del solvente per la camera del campione durante la creazione di uguale pressione intorno al campione, bloccandola. Ci sono stati diversi studi che utilizzano questa tecnica per singola particella e intrappolamento del DNA, ma questo lavoro di scale il volume da singole molecole a campioni che sono circa 10 µ l24,25,26. Questo design unico consente inoltre la caratterizzazione di microrheological in tempo reale durante le transizioni di fase.
reologia2µ è una tecnica robusta che è applicabile a molti sistemi di materia soffice. La tecnica descritta in questo documento è stata progettata per gel colloidale, ma può essere facilmente adattato ad altri materiali come polimero o soluzioni micellari. Con questa tecnica, determiniamo non solo come transizioni di fase influenzano le proprietà del materiale di equilibrio, ma anche come diverse fasi possono avere effetti sull'evoluzione reologica del materiale e la struttura finale dell'impalcatura duraturi e Proprietà.

<table><tbody><tr><td>150 x 15 mm Petri Dish</td><td>Corning, Inc.</td><td>351058</td><td></td></tr><tr><td>75 x 50 x 0.15 mm glass slide</td><td>Fisher Scientific</td><td>Custom</td><td></td></tr><tr><td>75 x 50 x 1.0 mm glass slide</td><td>Fisher Scientific</td><td>12-550-C</td><td></td></tr><tr><td>75 x 25 x 1.0 mm glass Slide</td><td>Fisher Scientific</td><td>12-550-A3</td><td></td></tr><tr><td>22 x 22 Glass cover slips</td><td>Fisher Scientific</td><td>12-542-B</td><td></td></tr><tr><td>Acetone, 99.5%</td><td>VWR Analytical</td><td>67-64-1</td><td></td></tr><tr><td>Low intensity UV source</td><td>UVP</td><td>UVL-56</td><td></td></tr><tr><td>Chloroform, 99.9%</td><td>Fisher Chemical</td><td>C298-500</td><td></td></tr><tr><td>Cotton Swabs</td><td>Q-tips</td><td>83289205</td><td></td></tr><tr><td>Ethanol, 90%</td><td>Fisher Chemical</td><td>A962-4</td><td></td></tr><tr><td>Fluoresbrite&amp;reg; YG Carboxylate Microspheres 0.50&amp;micro;m</td><td>Polysciences, Inc.&amp;nbsp;</td><td>15700-10</td><td></td></tr><tr><td>High-Intensity UV Lamp</td><td>Spectroline Corp.</td><td>SB-100P</td><td></td></tr><tr><td>Hot plate</td><td>Corning, Inc.</td><td>PC-420</td><td></td></tr><tr><td>Hydrochloric Acid, 6N</td><td>Ricca Chemical Company</td><td>3750-32</td><td></td></tr><tr><td>Methyltriethyoxysilane, 98%</td><td>Acros Organics</td><td>174622500</td><td></td></tr><tr><td>Microcentrifuge</td><td>Eppendorf</td><td>5424</td><td></td></tr><tr><td>Plasma cleaner</td><td>Harrick Plasma, Inc.</td><td>PDC-32G</td><td></td></tr><tr><td>Polydimethylsiloxane (PDMS)</td><td>Robert McKwown Company</td><td>2065622</td><td></td></tr><tr><td>Sonicator</td><td>Branson, Emerson Electric</td><td>1800</td><td></td></tr><tr><td>Steel connectors, ID 0.023 inch</td><td>New England Small Tube Corp.</td><td>Custom</td><td></td></tr><tr><td>Tetraethoxysilane, 98%</td><td>Alfa Aesar</td><td>A14965</td><td></td></tr><tr><td>Thiol-ene Resin (UV curable)</td><td>Norland Products, Inc.&amp;nbsp;</td><td>NOA81</td><td></td></tr><tr><td>Transparency</td><td>Staples Inc.&amp;nbsp;</td><td>21828</td><td></td></tr><tr><td>Tygon tubing, ID 1/32 inch</td><td>McMaster-Carr</td><td>E-3603</td><td></td></tr><tr><td>Vacuum oven</td><td>Fisher Scientific</td><td>282A</td><td></td></tr><tr><td>Biopsy punch 8 mm</td><td>World Precision Instruments</td><td>504535</td><td></td></tr><tr><td>Bioposy punch 0.5 mm</td><td>World Precision Instruments</td><td>504528</td><td></td></tr><tr><td>Syringe, 30 mL</td><td>BD</td><td>309659</td><td></td></tr><tr><td>Syringe, 3 mL</td><td>BD</td><td>309651</td><td></td></tr><tr><td>Needle, 18 gauge</td><td>BD</td><td>305195</td><td></td></tr><tr><td>Microcentrifuge tube, 1.5 mL</td><td>Eppendorf</td><td>22-36-320-4</td><td></td></tr><tr><td>High-speed Camera</td><td>Vision Research</td><td>Miro M120&amp;nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Microscope</td><td>Carl Zeiss AG</td><td>Zeiss Observer, Z1</td><td></td></tr><tr><td>Syringe pump</td><td>New Era Pump Systems</td><td>NE-300</td><td></td></tr><tr><td>Hydrogenated castor oil</td><td>Procter &amp;amp; Gamble</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Af&amp;iacute;cio MP 6002 Printer</td><td>Ricoh Company, Ltd.</td><td>415877</td><td></td></tr></tbody></table>

combining microfluidics and microrheology to determine rheological properties of soft matter during repeated phase transitions

La microstruttura della materia soffice direttamente urta la proprietà reologiche macroscopiche e può essere modificata da fattori tra cui colloidale riorganizzazione cambiamenti di fase precedente e applicato al taglio. Per determinare la portata di tali modifiche, abbiamo sviluppato un dispositivo microfluidico che consente ripetano transizioni di fase indotte dal cambio della caratterizzazione microrheological e del liquido circostante limitando il taglio sul campione. Questa tecnica è µ2reologia, la combinazione di microfluidica e microrheology. Il dispositivo microfluidico è un disegno di due-strato con i flussi di ingresso simmetrica entrare in una camera del campione che intrappola il campione di gel in posto durante lo scambio di fluidi. Aspirazione possa essere applicati lontano dal pozzetto di misurazione estrarre fluidi nel pozzetto di misurazione. Proprietà reologiche del materiale sono caratterizzati utilizzando particelle più rilevamento microrheology (MPT). In MPT, particelle di sonda fluorescente sono incorporate nel materiale e il moto browniano delle sonde viene registrata utilizzando video microscopia. Il movimento delle particelle viene registrato e viene calcolata la cilindrata media-squared (MSD). il MSD è relativo a proprietà reologiche macroscopiche, utilizzando la relazione di Stokes-Einstein generalizzato. La fase del materiale viene identificato in confronto all'esponente critico relax, determinato mediante sovrapposizione tempo-cura. Misurazioni di un gel colloidale fibroso illustrano l'utilità della tecnica. Questo gel ha una struttura delicata che può essere modificata in modo irreversibile quando viene applicato il taglio. dati di reologia di2µ indicano che il materiale equilibra ripetutamente alle stesse proprietà reologiche dopo ogni transizione di fase, che indica che le transizioni di fase non giochino un ruolo nei cambiamenti microstrutturali. Per determinare il ruolo di shear, campioni possono essere tosati prima dell'iniezione nel nostro dispositivo microfluidico. reologia2µ è una tecnica ampiamente applicabile per la caratterizzazione della materia soffice che permette la determinazione delle proprietà reologiche di microstrutture delicate in un singolo campione durante le transizioni di fase in risposta a cambiamenti ripetuti nella condizioni ambientali circostanti.

Un dispositivo microfluidico a due strati è costruito con PDMS (Figura 1a, b), che è modellato su un francobollo di microfluidica. Il design del bollo è mostrato in Figura 1c. Installazione sperimentale errata può provocare sia in errori nei flussi di microrheology e microfluidica passivi durante che circondano scambio fluido (Figura 2). Esempi di setup speriment...

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Combining Microfluidics and Microrheology to Determine Rheological Properties of Soft Matter during Repeated Phase Transitions

Dimostriamo la fabbricazione e l'uso di un dispositivo microfluidico che consente più particelle rilevamento misure microrheology per studiare gli effetti reologici ripetute delle transizioni di fase su materia soffice.

Combinazione di microfluidica e Microrheology per determinare le proprietà reologiche dei materiali molli durante le transizioni di fase ripetute

The microstructure of soft matter directly impacts macroscopic rheological properties and can be changed by factors including colloidal rearrangement ...

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Measuring Material Microstructure Under Flow Using 1-2 Plane Flow-Small Angle Neutron Scattering

A new small-angle neutron scattering (SANS) sample environment optimized for studying the microstructure of complex fluids under simple shear flow is presented. The SANS shear cell consists of a concentric cylinder Couette geometry that is sealed and rotating about a horizontal axis so that the vorticity direction of the flow field is aligned with the neutron beam enabling scattering from the 1-2 plane of shear (velocity-velocity gradient, respectively). This approach is an advance over previous shear cell sample environments as there is a strong coupling between the bulk rheology and microstructural features in the 1-2 plane of shear. Flow-instabilities, such as shear banding, can also be studied by spatially resolved measurements. This is accomplished in this sample environment by using a narrow aperture for the neutron beam and scanning along the velocity gradient direction. Time resolved experiments, such as flow start-ups and large amplitude oscillatory shear flow are also possible by synchronization of the shear motion and time-resolved detection of scattered neutrons. Representative results using the methods outlined here demonstrate the useful nature of spatial resolution for measuring the microstructure of a wormlike micelle solution that exhibits shear banding, a phenomenon that can only be investigated by resolving the structure along the velocity gradient direction. Finally, potential improvements to the current design are discussed along with suggestions for supplementary experiments as motivation for future experiments on a broad range of complex fluids in a variety of shear motions.

A shear cell is developed for small-angle neutron scattering measurements in the velocity-velocity gradient plane of shear and is used to characterize complex fluids. Spatially resolved measurements in the velocity gradient direction are possible for studying shear-banding materials. Applications include investigations of colloidal dispersions, polymer solutions, and self-assembled structures.

Misurare Materiale microstruttura Under flusso Utilizzo di 1-2 aereo Flow-Small Angle Neutron Scattering

A new small-angle neutron scattering (SANS) sample environment optimized for studying the microstructure of complex fluids under simple shear flow is ...

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Synthesis of Poly(N-isopropylacrylamide) Janus Microhydrogels for Anisotropic Thermo-responsiveness and Organophilic/Hydrophilic Loading Capability

Janus microparticles are compartmentalized particles with differing molecular structures and/or functionality on each of their two sides. Because of this unique property, Janus microparticles have been recognized as a new class of materials, thereby attracting a great deal of attention from various research fields. The versatility of these microparticles has been exemplified through their uses as building blocks for self-assembly, electrically responsive actuators, emulsifiers for painting and cosmetics, and carriers for drug delivery. This study introduces a detailed protocol that explicitly describes a synthetic method for designing novel Janus microhydrogels composed of a single base material, poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAAm). Janus microdroplets are firstly generated via a hydrodynamic focusing microfluidic device (HFMD) based on the separation of a supersaturated aqueous NIPAAm monomer solution and subsequently polymerized through exposure to UV irradiation. The resulting Janus microhydrogels were found to be entirely composed of the same base material, featured an easily identifiable compartmentalized morphology, and exhibited anisotropic thermo-responsiveness and organophilic/hydrophilic loading capability. We believe that the proposed method introduces a novel hydrogel platform with the potential for advanced synthesis of multi-functional Janus microhydrogels.

Synthesis of PolyN-isopropylacrylamide Janus Microhydrogels for Anisotropic Thermo-responsiveness and Organophilic/Hydrophilic Loading Capability

We present a protocol to synthesize Janus microhydrogels composed entirely of the same base material, poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAAm), with a clearly compartmentalized structure base on the phase separation of a supersaturated NIPAAm monomer solution. The synthesized Janus microhydrogels show unique properties such as anisotropic thermo-responsiveness and organophilic/hydrophilic loading capability.

Sintesi di Poly (<em&gt; N</em&gt; -isopropylacrylamide) Janus Microhydrogels per anisotropico Thermo-reattività e organofile / idrofilo Caricamento Capability

Janus microparticles are compartmentalized particles with differing molecular structures and/or functionality on each of their two sides. Because of this ...

Chimica

Dielectric RheoSANS &#8212; Simultaneous Interrogation of Impedance, Rheology and Small Angle Neutron Scattering of Complex Fluids

A procedure for the operation of a new dielectric RheoSANS instrument capable of simultaneous interrogation of the electrical, mechanical and microstructural properties of complex fluids is presented. The instrument consists of a Couette geometry contained within a modified forced convection oven mounted on a commercial rheometer. This instrument is available for use on the small angle neutron scattering (SANS) beamlines at the National Institute of Standards and Technology (NIST) Center for Neutron Research (NCNR). The Couette geometry is machined to be transparent to neutrons and provides for measurement of the electrical properties and microstructural properties of a sample confined between titanium cylinders while the sample undergoes arbitrary deformation. Synchronization of these measurements is enabled through the use of a customizable program that monitors and controls the execution of predetermined experimental protocols. Described here is a protocol to perform a flow sweep experiment where the shear rate is logarithmically stepped from a maximum value to a minimum value holding at each step for a specified period of time while frequency dependent dielectric measurements are made. Representative results are shown from a sample consisting of a gel composed of carbon black aggregates dispersed in propylene carbonate. As the gel undergoes steady shear, the carbon black network is mechanically deformed, which causes an initial decrease in conductivity associated with the breaking of bonds comprising the carbon black network. However, at higher shear rates, the conductivity recovers associated with the onset of shear thickening. Overall, these results demonstrate the utility of the simultaneous measurement of the rheo-electro-microstructural properties of these suspensions using the dielectric RheoSANS geometry.

Here, we present a procedure for the measurement of simultaneous impedance, rheology and neutron scattering from soft matter materials under shear flow.

RheoSANS dielettrici - Interrogatorio simultanea di impedenza, reologia e Small Angle Neutron Scattering di fluidi complessi

A procedure for the operation of a new dielectric RheoSANS instrument capable of simultaneous interrogation of the electrical, mechanical and ...

Fabricating High-viscosity Droplets using Microfluidic Capillary Device with Phase-inversion Co-flow Structure

The generation of monodisperse droplets with high viscosity has always been a challenge in droplet microfluidics. Here, we demonstrate a phase-inversion co-flow device to generate uniform high-viscosity droplets in a low-viscosity fluid. The microfluidic capillary device has a common co-flow structure with its exit connecting to a wider tube. Elongated droplets of the low-viscosity fluid are first encapsulated by the high-viscosity fluid in the co-flow structure. As the elongated low-viscosity droplets flow through the exit, which is treated to be wetted by the low-viscosity fluid, phase inversion is then induced by the adhesion of the low viscosity droplets to the tip of the exit, which results in the subsequent inverse encapsulation of the high-viscosity fluid. The size of the resultant high-viscosity droplets can be adjusted by changing the flow rate ratio of the low-viscosity fluid to the high-viscosity fluid. We demonstrate several typical examples of the generation of high-viscosity droplets with a viscosity up to 11.9 Pas, such as glycerol, honey, starch, and polymer solution. The method provides a simple and straightforward approach to generate monodisperse high-viscosity droplets, which may be used in a variety of droplet-based applications, such as materials synthesis, drug delivery, cell assay, bioengineering, and food engineering.

A phase-inversion co-flow device is demonstrated to generate monodisperse high-viscosity droplets above 1 Pas, which is difficult to realize in droplet microfluidics.

Fabbricando goccioline ad alta viscosità mediante capillare dispositivo microfluidico con struttura di co-flusso di inversione di fase

The generation of monodisperse droplets with high viscosity has always been a challenge in droplet microfluidics. Here, we demonstrate a phase-inversion ...

Microfluidic Preparation of Liquid Crystalline Elastomer Actuators

This paper focuses on the microfluidic process (and its parameters) to prepare actuating particles from liquid crystalline elastomers. The preparation usually consists in the formation of droplets containing low molar mass liquid crystals at elevated temperatures. Subsequently, these particle precursors are oriented in the flow field of the capillary and solidified by a crosslinking polymerization, which produces the final actuating particles. The optimization of the process is necessary to obtain the actuating particles and the proper variation of the process parameters (temperature and flow rate) and allows variations of size and shape (from oblate to strongly prolate morphologies) as well as the magnitude of actuation. In addition, it is possible to vary the type of actuation from elongation to contraction depending on the director profile induced to the droplets during the flow in the capillary, which again depends on the microfluidic process and its parameters. Furthermore, particles of more complex shapes, like core-shell structures or Janus particles, can be prepared by adjusting the setup. By the variation of the chemical structure and the mode of crosslinking (solidification) of the liquid crystalline elastomer, it is also possible to prepare actuating particles triggered by heat or UV-vis irradiation.

This article describes the microfluidic process and parameters to prepare actuating particles from liquid crystalline elastomers. This process allows the preparation of actuating particles and the variation of their size and shape (from oblate to strongly prolate, core-shell, and Janus morphologies) as well as the magnitude of actuation.

Preparazione di microfluidica di liquido cristallino elastomero attuatori

This paper focuses on the microfluidic process (and its parameters) to prepare actuating particles from liquid crystalline elastomers. The preparation ...

Controlled Microfluidic Environment for Dynamic Investigation of Red Blood Cell Aggregation

Blood, as a non-Newtonian biofluid, represents the focus of numerous studies in the hemorheology field. Blood constituents include red blood cells, white blood cells and platelets that are suspended in blood plasma. Due to the abundance of the RBCs (40% to 45% of the blood volume), their behavior dictates the rheological behavior of blood especially in the microcirculation. At very low shear rates, RBCs are seen to assemble and form entities called aggregates, which causes the non-Newtonian behavior of blood. It is important to understand the conditions of the aggregates formation to comprehend the blood rheology in microcirculation. The protocol described here details the experimental procedure to determine quantitatively the RBC aggregates in microcirculation under constant shear rate, based on image processing. For this purpose, RBC-suspensions are tested and analyzed in 120 x 60 &#181;m poly-dimethyl-siloxane (PDMS) microchannels. The RBC-suspensions are entrained using a second fluid in order to obtain a linear velocity profile within the blood layer and thus achieve a wide range of constant shear rates. The shear rate is determined using a micro Particle Image Velocimetry (&#181;PIV) system, while RBC aggregates are visualized using a high speed camera. The videos captured of the RBC aggregates are analyzed using image processing techniques in order to determine the aggregate sizes based on the images intensities.

The protocol described details an experimental procedure to quantify Red Blood Cell (RBC) aggregates under a controlled and constant shear rate, based on image processing techniques. The goal of this protocol is to relate RBC aggregate sizes to the corresponding shear rate in a controlled microfluidic environment.

Ambiente controllato Microfluidic per Dynamic Indagine Globulo rosso Aggregazione

Blood, as a non-Newtonian biofluid, represents the focus of numerous studies in the hemorheology field. Blood constituents include red blood cells, white ...

Bioingegneria

Analyzing Mixing Inhomogeneity in a Microfluidic Device by Microscale Schlieren Technique

In this paper, we introduce the use of microscale schlieren technique to measure mixing inhomogeneity in a microfluidic device. The microscale schlieren system is constructed from a Hoffman modulation contrast microscope, which provides easy access to the rear focal plane of the objective lens, by removing the slit plate and replacing the modulator with a knife-edge. The working principle of microscale schlieren technique relies on detecting light deflection caused by variation of refractive index1-3. The deflected light either escapes or is obstructed by the knife-edge to produce a bright or a dark band, respectively. If the refractive index of the mixture varies linearly with its composition, the local change in light intensity in the image plane is proportional to the concentration gradient normal to the optical axis. The micro-schlieren image gives a two-dimensional projection of the disturbed light produced by three-dimensional inhomogeneity.
To accomplish quantitative analysis, we describe a calibration procedure that mixes two fluids in a T-microchannel. We carry out a numerical simulation to obtain the concentration gradient in the T-microchannel that correlates closely with the corresponding micro-schlieren image. By comparison, a relationship between the grayscale readouts of the micro-schlieren image and the concentration gradients presented in a microfluidic device is established. Using this relationship, we are able to analyze the mixing inhomogeneity from associate micro-schlieren image and demonstrate the capability of microscale schlieren technique with measurements in a microfluidic oscillator4. For optically transparent fluids, microscale schlieren technique is an attractive diagnostic tool to provide instantaneous full-field information that retains the three-dimensional features of the mixing process.

Herein, we describe a procedure that employs microscale schlieren technique to measure mixing inhomogeneity in a microfluidic device. Through calibration, distribution of concentration gradient can be derived from the micro-schlieren image.

Analizzando disomogeneità Mescolando in un dispositivo a microfluidi da Tecnica microscala Schlieren

In this paper, we introduce the use of microscale schlieren technique to measure mixing inhomogeneity in a microfluidic device. The microscale schlieren ...

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.

Fabbricazione di dispositivi rifrangenti-Indice-abbinati per biomedica microfluidica

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

High-Contrast and Fast Photorheological Switching of a Twist-Bend Nematic Liquid Crystal

Smart viscoelastic materials that respond to specific stimuli are one of the most attractive classes of materials important to future technologies, such as on-demand switchable adhesion technologies, actuators, molecular clutches, and nano-/microscopic mass transporters. Recently it was found that through a special solid-liquid transition, rheological properties can exhibit significant changes, thus providing suitable smart viscoelastic materials. However, designing materials with such a property is complex, and forward and backward switching times are usually long. Therefore, it is important to explore new working mechanisms to realize solid-liquid transitions, shorten the switching time, and enhance the contrast of rheological properties during switching. Here, a light-induced crystal-liquid phase transition is observed, which is characterized by means of polarizing light microscopy (POM), photorheometry, photo-differential scanning calorimetry (photo-DSC), and X-ray diffraction (XRD). The light-induced crystal-liquid phase transition presents key features such as (1) fast switching of crystal-liquid phases for both forward and backward reactions and (2) a high contrast ratio of viscoelasticity. In the characterization, POM is advantageous in offering information on the spatial distribution of LC molecule orientations, determining the type of liquid crystalline phases appearing in the material, and studying the orientation of LCs. Photorheometry allows measurement of a material&#8217;s rheological properties under light stimuli and can reveal the photorheological switching properties of materials. Photo-DSC is a technique to investigate thermodynamic information of materials in darkness and under light irradiation. Lastly, XRD allows studying of microscopic structures of materials. The goal of this article is to clearly present how to prepare and measure the discussed properties of a photorheological material.

This protocol demonstrates the preparation of a photorheological material that exhibits a solid phase, various liquid crystalline phases, and an isotropic liquid phase by increasing temperature. Presented here are methods for measuring the structure-viscoelasticity relationship of the material.

Commutazione fotorheologica ad alto contrasto e veloce di un cristallo liquido nematico Twist-Bend

Smart viscoelastic materials that respond to specific stimuli are one of the most attractive classes of materials important to future technologies, such ...

Macro-Rheology Characterization of Gill Raker Mucus in the Silver Carp, Hypophthalmichthys molitrix

The silver carp, Hypophthalmichthys molitrix, is an invasive planktivorous filter feeder fish that infested the natural waterways of the upper Mississippi River basin due to its highly efficient filter feeding mechanism. The characteristic organs called gill rakers (GRs), found in many such filter feeders, facilitate the efficient filtration of food particles such as phytoplankton that are of a few microns in size.
The motivation to investigate the rheology of the GR mucus stems from our desire to understand its role in aiding the filter feeding process in the silver carp. The mucus-rich fluid, in a &#8216;thick and sticky&#8217; state may facilitate the adhesion of food particulates. The permeation and transport through the GR membrane are&#160;facilitated by the action of external shear forces that induce varying shear strain rates. Therefore, mucus rheology can provide a vital clue to the tremendous outcompeting nature of the silver carp within the pool of filter feeding fish. Based on this it was posited that GR mucus may provide an adhesive function to food particles and act as a transport vehicle to assist in the filter feeding process.
The main objective of the protocol is to determine the yield stress of the mucus, attributed to the minimum shear stress required to initiate flow at which irreversible plastic deformation is first observed across a structured viscoelastic material. Accordingly, rheological properties of the GR mucus, i.e., viscosity, storage, and loss moduli, were investigated for its non-Newtonian, shear-thinning nature using a rotational rheometer. &#160;
A protocol presented here is employed to analyze the rheological properties of mucus extracted from the gill rakers of a silver carp, fished at Hart Creek location of the Missouri River. The protocol aims to develop an effective strategy for rheological testing and material characterization of mucus assumed to be a structured viscoelastic material.

Macro-Rheology Characterization of Gill Raker Mucus in the Silver Carp, Hypophthalmichthys molitrix

This protocol presents a method to perform rheology characterization of mucus that resides on gill rakers (GRs) of the silver carp. Viscoelastic characteristics of GR-mucus, obtained by measuring viscosity, storage and loss moduli, are evaluated for the apparent yield stress to understand the filter feeding mechanism in GRs.

Caratterizzazione macro-reologica del muco Gill Raker nella carpa argentata, Hypophthalmichthys molitrix

The silver carp, Hypophthalmichthys molitrix, is an invasive planktivorous filter feeder fish that infested the natural waterways of the upper Mississippi ...