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

주의 : 사용하기 전에 모든 관련 물질 안전 보건 자료를 참조하십시오. 이 프로토콜에서 사용되는 과산화수소는 유해하고, 백금에 노출 된 산소 기체의 방출은 폭발 위험이. 동안 과산화수소 용액 (흄 후드) 및 개인 보호 장비 (안전 안경, 장갑, 실험실 코트를) 처리 공학적 관리를 포함하여이 프로토콜 동안 모든 적절한 안전 컨트롤을 사용합니다. 1. 촉매 야누스 입자를 만들기 <ol><li> 슬라이드 유리 기판을 준비 <ol><li> 탈 이온수 (DI) 물, 유리의 오염 제거 용액 및 DI 물에 몇 분마다 순차적으로 세척을 사용하지 않는 표준 현미경 슬라이드를 청소합니다. 에탄올의 V 혼합물 : 그런 다음 70:30 v를 씻어 DI 물, 그리고 마지막으로 깨끗한 공기 / 질소 기류에 바람을 불어 건조. </li><li> 표면이 미립자 오염의 증거에서 깨끗하고 무료로 확인하기 위해 현미경 유리 슬라이드를 검사합니다. 단계를 반복 1.1.1 필요한 경우. </li></ol></li><li> 증착을위한 콜로이드 분산액을 제조 <ol><li> 피펫 수성 스톡 형광 콜로이드 용액 (10 중량 %.)을 에탄올 990 μL에 10 μL. 약 0.1 중량 %의 콜로이드 현탁액에 도착하는 데 사용되는 원액의 농도에 따라 필요에 따라 볼륨을 조정합니다. </li><li> 10 초 동안 소용돌이 믹스. </li></ol></li><li> 슬라이드 유리 기판 상에 스핀 코팅, 콜로이드 분산액 <ol><li> 깨끗한 유리 슬라이드 스핀 코터를 착용. 상기 제조 희석 된 콜로이드 용액 100 ㎕와 피펫 팁을 입력합니다. 프로그램 스핀 코터는 30 초, 2,000 rpm으로 사이클을 실행합니다. 스핀 코터를 시작하고까지이 속도를 할 때 연속적으로 회전 유리 슬라이드의 중심 상에 준비된 솔루션을 피펫. </li><li> 스핀 코터에서 유리 슬라이드를 제거하고 광학 현미경으로 돌아 주로 비 접촉 별도의 콜로이드의 균일 분산 중앙 지역의 O를 다루고 있는지 확인유리 슬라이드 바. </li></ol></li><li> 콜로이드 장식 유리 슬라이드 위에 진공 증발 백금 금속 <ol><li> 금속 증발기에 콜로이드 코팅 된 유리 슬라이드를 삽입합니다. 측면 증착 원에 직면 장식 콜로이드를 확인합니다. 백금 금속 증착 원을 설치하고, 백금 금속의 15 nm의 증착. 참고 : 금속 증착 후, 샘플은 불활성 분위기 하에서 보관해야합니다. </li></ol></li></ol> 2. &quot;수영&quot;야누스 입자 <ol><li> 과산화물 함유 용액에 야누스 콜로이드를 다시 일시 중지 <ol><li> 렌즈 조직의 1 × 1cm 사각형을 잘라하고, DI 물 10 μL과 끝을 적 십니다. 핀셋으로 잡고 부드럽게 (이 단계는 물리적으로 기판에서 콜로이드를 제거) 백금 코팅 콜로이드 장식 유리 슬라이드의 표면을 따라 문질러. </li><li> DI 물 1.5 ml의에 렌즈 용 티슈를 넣고 수동으로 밀봉 TU 30 초 동안 격렬하게 흔들있다. 렌즈 조직을 제거합니다. </li><li> 피펫 V H 2 O 2 원액 / w 1 ml의 30 %로 충전 된 새 컨테이너에 솔루션을 포함하는 콜로이드 1 ㎖. 부드럽게 솔루션을 혼합 한 다음 다른 25 분 unstirred 잠복기 다음 5 분 동안 실온에서 초음파 욕조에 넣습니다. 주의 :이 솔루션은 산소를 진화 할 수있다; 밀봉하지 않습니다. </li><li> 주사 전자 현미경 (SEM) 상에 스터브 나머지 수성 콜로이드 용액의 건조는 100 μL 야누스 콜로이드 구조의 SEM 인증을 사용한다. (14) </li></ol></li><li> 분석 큐벳 준비 <ol><li> 고속 추진력을 허용하기에 적합한 연료 강도 (10 %)에 도달하는 과산화수소 및 백금 코팅 콜로이드를 함유하는 배양 용액 DI 물의 추가 1ml를 추가. 주 : 앞서 배양 단계는 백금 촉매의 표면을 세정하는 높은 농도의 연료 농도에서 수행 하였다. </li><li> 싸다 채우기배양 용액 w 볼륨 직사각형 석영 유리 큐벳. 느슨하게 푸시에 캡을 장착한다. 주의 : 폭발 위험 - 스크류 캡을 사용하지 마십시오. </li></ol></li></ol> 3. 현미경 관찰 <ol><li> 관심의 입자를 찾습니다 <ol><li> 로드 적합한 목적 (예를 들어, 20X)가 장착 된 형광 현미경으로 큐벳 및 적합한 필터의 조합 (여기 450-490 nm의 방출&gt; 515 나노 미터)를 사용하여 형광 방출을 여기. </li><li> 수동으로 큐벳 내에서 형광 콜로이드를 검색합니다. 주 : 과산화물 농도를 유지하는 것은 필수 일 수 있지만 콜로이드 밀도를 조정하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 콜로이드 밀도가 높은 경우에는 희석 권장하고 흐름을 제조 많은 산소 기포가 존재한다. 0.003 %의 콜로이드 체적 농도가 권장 출발점이다. </li><li> 3D 추적 광학 설정을 최적화 : 적합한 조명 조건 하에서 전n은 날카로운 원형 개체를 나타납니다 콜로이드를 초점을 맞 춥니 다. 추진력은 콜로이드 관찰되는 밝은 영역을 중심으로 고리를 변경 및 초점면 밖으로 특유의 크기를 이동하지만,이 Z 차원 추적 가능하도록 좌표를 결정하는 데 사용된다. </li></ol></li><li> 기록 영상 <ol><li> 관심 입자 포커스 위치 &quot;에서&quot;입자와 동심 링을 생성하도록 비디오 캡처를 시작하기 전에 초점 현미경. 비디오 캡처 동안 초점 평면을 이동하지 마십시오. </li><li> 관심 입자의 비디오를 녹화. 자세한 궤적을 재구성 할 수 있도록 30 Hz를 초과하는 프레임 속도와 30 초 비디오 기간을 사용합니다. </li></ol></li><li> 3D 궤도 재구성 <ol><li> z 축 보정 <ol><li> 2 %의 중량을 확인합니다. 에 상응 큐벳에서 60 ° C, 장소 형광 야누스 입자의 현탁액을 함유하는 물에 젤란 검 용액즉, 위에서 사용 된, 고정 된 정적 콜로이드를 함유하는 단단한 투명 겔 샘플을 형성하도록 설정할 수. </li><li> 상기 선택된 동일한 조명 조건을 이용하여 단일의 고정 초점 콜로이드 지금이 평면에 대해 공지의 변위에 의해 발생되고, Z 초점으로 정지 된 이미지를 기록한다. </li><li> 각 알려진 초점 위치 (11)에 링의 반경을 결정합니다. 주 :이 여전히 프레임 및 비디오 가장 효율적으로 수행 된 모든 보정하는 배치 공정으로서 적용될 수있는 이미지 분석 알고리즘을 사용하는 것이다. 일반적인 접근법은 화상 평활화 수반 임계는 객체의 중심의 대략적인 위치를 식별하고 세기 피크 중 링의 측면 사이의 거리를 측정함으로써, 실제의 X 및 링 중심의 Y 좌표의 위치한다. 링 중앙에서 강도 피크의 평균 반경 거리가 다음에서 찾을 수 있습니다. (11)이 밝은 링의 반경을 모두 할 수 있습니다D를 XY 서브 픽셀 정밀도로 결정되는 좌표. 이미지의 시간 순서에서, 초점면에서 젤란 검 30 μm의에 고정 야누스 영역의 X, Y, Z 위치를 결정함으로써, 입자 각각의 축을 따라 ± 25 nm 인 오류 위치 될 수있다. 오류가 이미지의 노이즈에 기인한다. 따라서 잡음 비와 상기 신호는, 상기 위치 알고리즘의 정확도는 검출 된 형광 광의 강도에 의존한다. 야누스의 영역은 초점면에서 멀리하면 그 강도는 정확하게 μm의이 가능합니다 약 200의 Z-범위를 콜로이드, 예를 들어, 그것을 추적 4.8 μm의 직경에 대해 너무 약한된다. 또 다른 비 알고리즘 방법은 X, Y 센터와 반경의 간단한 수동 측정을 사용하는 것입니다, 그러나 이것은 정확성을 줄일 수 있습니다. </li><li> Z-위치로 반경을 관련하는 교정 곡선을 플롯, 적절한 기능 (예를 들면, 차 방정식) 보간 허용하기에 적합. (11) </li></ol></li> &lt;리&gt; 보정 X, Y 축 <ol><li> 여전히 3.2 선택된 현미경 동일한 조건을 이용하여 공간 보정 계수의 광학 현미경 영상 프레임 기록. </li><li> 공간 보정 계수의 이미지에서 알려진 실제 크기의 객체의 &quot;픽셀&quot;치수를 측정하고 X, Y 이미지 평면에 대한 미크론 변환 계수에 픽셀을 설정하려면이 옵션을 사용합니다. </li></ol></li><li> 궤도를 재구성 <ol><li> 3.3.1.3에 기재된 바와 같이, X 및 Y 변환 (Z)으로 반경 변환 3.3.1.4 검색된 기능 및 3.3.2.2에있는 보정 계수를 사용하여, 비디오 시퀀스의 각 프레임에 대한 x 및 y 좌표와 반경을 결정 픽셀은 마이크론으로 조정합니다. 이 절차는 시간의 함수로서 입자 추진력 위치 좌표를 정확하게 X, Y, Z 될 것이다. (11)이 절차는 알고리즘을 사용하여 구현 된, 또는 수동으로 될 수있다. </li><li> 파생 된 페이지를 결정이러한 평균 속도 등의 roperties는 관측 촉매 수영의 정도를 정량화한다. </li></ol></li></ol></li></ol>

<ol>
	<li>Ebbens, S. J., Howse, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+pursuit+of+propulsion+at+the+nanoscale.">In pursuit of propulsion at the nanoscale.</a> Soft Matter. 6 (4), 726 (2010).</li><li>Wang, W., Duan, W., Ahmed, S., Mallouk, T. 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R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+observation+of+the+direction+of+motion+for+spherical+catalytic+swimmers.">Direct observation of the direction of motion for spherical catalytic swimmers.</a> Langmuir. 27 (20), 12293-12296 (2011).</li><li>Archer, R. J., Campbell, a. I., Ebbens, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Glancing+angle+metal+evaporation+synthesis+of+catalytic+swimming+Janus+colloids+with+well+defined+angular+velocity.">Glancing angle metal evaporation synthesis of catalytic swimming Janus colloids with well defined angular velocity.</a> Soft Matter. 11, 6872-6880 (2015).</li><li>Zhao, G., Sanchez, S., Schmidt, O. 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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=Bipolar+electrochemical+mechanism+for+the+propulsion+of+catalytic+nanomotors+in+hydrogen+peroxide+solutions.">Bipolar electrochemical mechanism for the propulsion of catalytic nanomotors in hydrogen peroxide solutions.</a> Langmuir. 22 (25), 10451-10456 (2006).</li><li>Dunderdale, G., Ebbens, S., Fairclough, P., Howse, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Importance+of+particle+tracking+and+calculating+the+mean-squared+displacement+in+distinguishing+nanopropulsion+from+other+processes.">Importance of particle tracking and calculating the mean-squared displacement in distinguishing nanopropulsion from other processes.</a> Langmuir. 28 (30), 10997-11006 (2012).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

백금 야누스 입자의 제조 프로토콜의 많은 변수는 관측 궤도에 영향을 미칠 것입니다. 초당 10 μm의 순으로 추진 속도를 제공 2 ㎛의 직경의 입자를 이용하여 설명한 바와 같이 파라미터. 작은 입자를 사용하는 경우 입자 크기가 증가하여 추진 속도를 감소하는 동안, 속도는 증가한다. 증착 프로토콜 12 상세 관찰 궤적을 변경할 것이다. 이 현재의 프로토콜에서, 콜로이드의 스파 스 분포를 함께 슬라이드 방향에 수직 금속 증발 좋습니다. 이러한 조건 브라운 회전 확산의 범위 내에서 직선 궤적을 초래할도 2에 도시 된 바와 같이 대칭 야누스 구조를 초래한다. (13) 반대로, 타이트한 포장 콜로이드 각도 증착을이기는 적용하는 경우, 야누스 캡 다음 대칭성은 파괴 될 수있다 행동을 회전 유도한다. (14)는 PA이곳에서 생산 rticles는 세 가지 차원에서 상대적으로 등방성 움직임을 표시; 두꺼운 백금 코팅, 또는 더 큰 입자를 사용하지만 경우, 상향 편향 또는 gravitaxis가 부여 될 수있다. 제조 후의 야누스 콜로이드 스토리지 11 상세 관찰 수영 속도에 영향을 미칠 수있다. 증착 단계로부터 나오는 높은 표면 에너지 깨끗한 백금 표면에서의 탄화수소, 예를 들어 표면 오염에 민감하며, 특히 티올 인치 15 또한, 용액의 성질되는 야누스 콜로이드 재현 탁이 추진력을 관찰하는 데 중요하다. 낮은 과산화수소 농도는 분해 반응 생성 동작의 속도가 줄어들면, 느린 속도에서 발생한다. (6) 또한, 추진 속도의 급격한 감소를 초래한다 염 저농도. 7 여기에서 생산 된 콜로이드의 주요 기능은 북동입니다3D 추적에 적합하게 utral 부력. 일반적으로 수영 장치의 분야는 원인이 부분적으로 밀도가 금속으로 만들어지고 몇 가지 눈에 띄는 예에, 3D 효과에 작은 관심을 지불하고 그들을 빠르게 퇴적물, 16 만 인해 필요한 측정을과 관련된 어려움과 비용을합니다. 몇몇 확립 된 3D 추적 방법 분명한 단점은, 예를 들어, 공 초점 주사 레이저 현미경 궤적을 해결하기 위해 화상의 충분한 수를 기록 할 수있는 시간 해상도 부족 수,이 빠르게 이동 콜로이드 존재한다. 이러한 상황에서, 우리는 여기서 제시 방법에만 따라서 높은 프레임 비율을 허용 Z 좌표의 추정을 허용 한 프레임을 요구하는 중요한 이점을 갖는다. Z 좌표 재구성 단지 하나의 프레임에 포커스 아웃 콜로이드의 상대적인 콘트라스트에 의존 로서도, 오히려 절대 형광 강도보다, 그 담금질 점멸 효과 탄력형광있다. 이러한 장점은 3 차원 궤적 재구성이 가능한 위에 필드의 감소 된 깊이를 희생하고, 잘 분리 된 비 중첩 콜로이드에 대한 요구에서 가능하다. 우리는 수영 장치 똑 바르게하고 고정밀 도로 정보를 액세스하기위한 프로토콜을 설명하는 것은 3 차원 거동에 관심이있는 다른 연구 그룹을 허용 바란다. 이는 3D로 이러한 장치에 대한 이해를 확대하는 것이 관심의 미래 현상 및 애플리케이션의 상당한 범위를 여는 것을 알 수있다. 탄도 분석의 자세한 내용에 관심이있는 독자는 추진 시스템 및 방법을 추진 속도의 정확한 정량을 보장하는 일반적인 이슈를 설명 참조 (17)으로 연결됩니다.

촉매 수영 장치 소규모 자율적 유체 환경에서 모션을 발생시킬 풀려 콜로이드이다. 그것들은 약물 전달, 3 칩 운반 랩 온어 같은 흥미로운 새로운 기능을 활성화 할 가능성이 1,2- 이러한 장치 상당한 연구 관심을 모으고 4 환경 개선. 5 한 널리 연구 예는 &quot;야누스&quot;수영 촉매이다. (6)이 입자 (야누스는 두 직면 로마 신) 두 가지 측면, 또는 얼굴을 가지고에서 자신의 이름을 얻는다. 다른 불활성 동안 한쪽에는, 촉매 활성과 분해 반응을 수행 할 수있다. 적합한 용해 연료 분자의 존재 하에서 얻어진 비대칭 화학 반응 자체 diffusiophoresis / 전기 영동을 통해 운동을 생산할 수있는 콜로이드 주변 그라디언트를 생성한다. (7) 이러한 빠르게 움직이는 물체의 움직임을 특성화하는 차입니다<html> llenging 현재까지 많은 실험 관찰은 2D로 제한되어있다. 그러나 최종 응용 프로그램을 3D로 일괄 솔루션을 통해 이동 촉매 수영 장치 기능을 악용 할 가능성이있다. (8)이 문제를 해결하려면, 여기에 우리가 수영 장치를 결정하기위한 정확한 3D 궤도를 할 수있는 프로토콜을 설명합니다. 이 방법은 고정 초점 대물 9 관찰 초점 형광 콜로이드 아웃에 의해 제조 된 고리 구조 해석에 기초하여, 종래의 개질 된 현미경을 사용하여 적용하기 쉽게되어있다. 분명히 여기 방법을 설명하여,이 분야의 다른 연구자는 3D 정보를 액세스 할 수있게 됨으로써 유익 할 것이다. 이것은 수영 장치의 동작 특성에 미래 통찰력을 도움이됩니다. 이 전위의 증거 쉽게 3D 추적 애플리케이션을 통해 가시화 될 수있다 (10, 11) 동작에 의해 지시되는 중력 수영 디바이스의 최근보고에 의해 주어진다. 11 &quot;ove_content&gt;이 논문은 분명히 이러한 장치를 조사하고 기존의 연구 그룹에서 방법을 표준화하고, 추가로 만들고 수영 장치 조사에 관심이 새로운 연구를 안내하기 위해 더 도움이 될 것입니다 촉매 야누스 입자 수영 장치를 제조하는 방법을 설명합니다.

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

preparation and 3d tracking of catalytic swimming devices

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

그림 1은 백금을 증착하기 전에 깨끗한 유리 슬라이드에 콜로이드의 전형적인 분산을 보여줍니다. 2 백금 코팅 영역은 밝은 명암을 생산하는이 영상 모드에서, 야누스 수영 코팅 반 백금의 전형적인 후방 산란 SEM 이미지를 보여줍니다. 원하는 반구형 백금 층은 분명하다. 세 디스플레이 젤란 검 고정 최적의 조명 조건 하에서 전형적인 형광 야누스 선수의 외관도. 수영은 대칭 링 특징으로서 나타나고, 그 초점 위치에 콜로이드 상대의 z 위치를 결정하는데 사용될 수있다 링의 반경이다.도 4는 방사 휘도 강도 분포 대표적인 단면을 보여준다 정확하게 중심과 콜로이드 명백 반경을 찾아 이미지 분석 알고리즘과 조합하여 사용된다.도 5 </stron<html> g&gt;는 초점 위치로부터 명백한 콜로이드 크기와 거리를 연관시키는 고정 콜로이드 샘플 보정 현미경 Z-변환 스테이지를 사용하여 얻은 검량선을 포함한다. 이 곡선은, Z 좌표로 명백 반경으로 변환하는 데 사용되는 차 함수로 장착되어있다. 마지막으로, 그림 6 표시 전형적인 X, Y, 형광 야누스 입자 수영에 대한 Z 궤도. <img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/54247/54247fig1.jpg" /> 도 1.9 ㎛의 직경의 폴리스티렌 미세 1. 광학 이미지. 미소 구체 백금 증착 전에 세정 된 유리 슬라이드에 분산된다. 스케일 바는 40 μm의를 나타냅니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54247/54247fig1large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> 에스 / ftp_upload / 54247 / 54247fig2.jpg &quot;/&gt; 1.9 μm의 직경 폴리스티렌 마이크로 2. SEM의 후방 산란 이미지를 그림. 마이크로 스피어는 백금 증착 한 후 표시됩니다. 스케일 바는 2 μm의를 나타냅니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54247/54247fig2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 3" src="/files/ftp_upload/54247/54247fig3.jpg" /> 그림 A 20X 목표 (0.4 NA)를 사용해 촬영 한 젤란 검에 고정 된 4.8 μm의 직경 형광 폴리스티렌 구의 3. 교정 이미지. 각 이미지 아래의 거리를 구 위의 목적의 초점면까지의 거리를 나타냅니다. 이미지는 밝은 링 밝은 디스크 변경 0 [㎛] (200)에 초점 화상으로부터 디 포커스 된 바와 같이, 반경있는 상기 spher 배율에 의존전자의 크기와 초점면의 거리. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54247/54247fig3large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 4" src="/files/ftp_upload/54247/54247fig4.jpg" /> 도 4 X, Y, Z 입자 추적 절차. 자기 기록 일련의 알고리즘은 먼저 평균 중간 수직 및 수평 라인의 일련의 추출 구함으로써 밝은 링 (x, y)의 중심을 찾는 데 사용되는 밝은 피크 사이의 점 (a). 링 반경은 다음 링 센터의 (b)에서 밖으로 발산 평균 픽셀 회색 값에 장착 스플라인의 피크 강도로부터 계산된다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54247/54247fig4large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> 도 5는 Z 좌표 젤란 검 고정 분야의 밝은 링 반경을 측정 한 야누스 분야에 대한 교정 표를 (도 3 및 4 참조). 보정 차트는 Z-로 측정 된 고리 반경을 변환하기 위해 알고리즘에 의해 사용되는 좌표입니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54247/54247fig5large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 6" src="/files/ftp_upload/54247/54247fig6.jpg" /> 도 6 일반적인 형광 야누스 구 수영 장치의 궤적. 수영 이동 장치의 일련의 이미지는 33 Hz의 프레임 속도로 30 초의 기간에 걸쳐 기록 하였다. 제 (X, Y, Z)는 (밝은 링 중심을 위치시킴으로써 수득 궤도 인터넷 좌표gure 4의 (a))와 시퀀스의 각 이미지에 대한 교정 차트에 측정 된 링 반경을 비교 (그림 4 (b) 및 5). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54247/54247fig6large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>

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Preparation and 3D Tracking of Catalytic Swimming Devices

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

촉매 수영 장치의 제조 및 3D 추적

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

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

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

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

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

연구

공학

Analysis of Contact Interfaces for Single GaN Nanowire Devices

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

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

단 하나의 GaN 나노 와이어 장치에 대한 문의 인터페이스의 분석

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

Preparation and Reactivity of Gasless Nanostructured Energetic Materials

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

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

준비 및 Gasless 나노 구조의 반응성 정력 재료

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

Thermal Measurement Techniques in Analytical Microfluidic Devices

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

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

분석 미세 유체 장치의 열 측정 기술

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

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

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

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

제조 및 Acoustofluidic 장치의 작동은 입자의 초점 쉬스에 대한 대량 음향 서 파도 지원

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

Fabrication of Fully Solution Processed Inorganic Nanocrystal Photovoltaic Devices

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

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

완전 해결 가공 된 무기 나노 결정 태양 광 발전 장치의 제작

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

Solvent Bonding for Fabrication of PMMA and COP Microfluidic Devices

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

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

PMMA의 제조 및 COP 미세 유체 장치에 대한 솔벤트 본딩

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

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

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

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

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

SLPS (Scanning Profiling Profiler) 기반 방법론으로 안구 내 렌즈의 전방 및 후방 산란을 정량적으로 평가

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

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

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

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

빛에 의해 유도 된 거시적인 진동 모션 액정 네트워크의 준비

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

Fabrication of Refractive-index-matched Devices for Biomedical Microfluidics

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

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

생물 의학 마이크로 대 한 굴절 인덱스 일치 장치 제조

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