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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Financiamento para este trabalho foi fornecido pela Procter & Gamble Co. e American Chemical sociedade pesquisa fundo petrolífero (54462-DNI7). Confirmação é feita para os doadores de American química sociedade petróleo fundo de investigação do suporte parcial desta pesquisa. Os autores que gostaria de agradecer o Dr. Marco Caggioni por discussões úteis.

1. a fabricação do dispositivo Microfluidic
<ol><li>Fabricação de carimbo microfluidic. Nota: Este passo requer o uso de materiais voláteis e deve ser feito em uma coifa de química.<ol>
<li>Usar um projeto impresso negativo com as mesmas dimensões que a lâmina de vidro (75 × 50 mm), o branco colorido de canais, e o fundo de cor preta (ver Figura 1). Imprima este desenho em uma folha de acetato clear (transparência) com uma resolução de 1200 dpi.</li>
		<li>Se a seção escura da transparência ainda permite que a luz através de, camada de vários negativos e aderir usando fita dupla face.</li>
		<li>Ligue a fonte luminosa de alta intensidade ultravioleta (UV) e deixe-a aquecer para uma saída constante (aproximadamente 30 min). Nota: Os óculos de proteção UV devem ser usado quando usando a fonte de luz UV de alta intensidade.</li>
		<li>Preencher três pratos de Petri 150 mL com acetona, etanol e água destilada.</li>
		<li>Coloque uma transparência em branco sobre uma superfície plana perto da fonte de UV de alta saída, mas não diretamente sob a luz ultravioleta luz. Isso fornecerá uma base para fabricar o selo microfluidic.</li>
		<li>Contorne os cantos de 75 × 50 mm placa de vidro no centro da transparência em branco com um permanente marcador e lugar quatro vidro distanciadores (aproximadamente 30 × 30 × 1 mm) nos cantos do retângulo descrito.</li>
		<li>Despeje aproximadamente 5 mL de resina de tiol: ene curável UV no centro dos espaçadores e, em seguida, coloca-se cuidadosamente um 75 x 50 x 1 lâmina de vidro de mm para os espaçadores de vidro, para que a cola é completamente coberta pela lâmina de vidro com nenhuma bolha de ar.</li>
		<li>Coloque a transparência com negativo impresso na parte superior da lâmina de vidro e mover todos os componentes acima (de baixo para cima: em branco, transparência, espaçadores de vidro e colagem UV, lâmina de vidro e transparência impressa negativa), arrastando a transparência em branco cuidadosamente sob a fonte de luz UV.</li>
		<li>Permitir que a luz UV brilhar o negativo para a resina e a cura. O tempo de cura pode ser ajustado para alterar a altura do canal. Um 45 s cura tempo resulta em uma altura de canal de 1 mm, usando nossa fonte de luz.</li>
		<li>Mover os componentes longe da fonte de UV e remover a transparência impressa negativa e a lâmina de vidro. A lâmina de vidro com os canais fabricado em cola UV será agora referida como o carimbo microfluidic.</li>
		<li>Descarte os espaçadores de transparência e de vidro.</li>
		<li>Mergulhe o carimbo microfluidic no banho de acetona, seguido de banho de etanol. Repita duas vezes. Acetona degradará a cola UV, então não deixe acetona sobre o selo para maior que 10 s.</li>
		<li>Mantendo o carimbo, mergulhe o carimbo na água e use um cotonete para remover o resto da resina não tenha reagido. Não diretamente Limpe as porções curadas, como ele vai fazer com que os canais áspero.
</li>
		<li>Coloque o selo sobre uma toalha de papel e retornar para a fonte de UV durante pelo menos 30 minutos para assegurar a cura completa.</li>
	</ol></li>
	<li>Moldagem de polidimetilsiloxano (PDMS)
	<ol>
<li>Despeje uma xícara de clara 70g de PDMS base e adicionar o agente do cross-linking com base em uma relação de peso de 01:10 crosslinker para a base. Estas são o fabricante recomendado rácios. Não use um recipiente de vidro.
</li>
		<li>Misture o cross-linker e base cuidadosamente com um palito de metal; a mistura deve ser turva devido a bolhas de ar aprisionado uma vez corretamente misturado.</li>
		<li>Ponha o PDMS em um vácuo vácuo forno e puxe o PDMS misto. Desligue o vácuo se a solução começa a transbordar o copo e, em seguida, retomar o vácuo após o estouro de subsídios. Não importa a pressão total na estufa de vácuo, como o vácuo apenas acelera o processo de desgaseificação. Deixe na câmara até todas as bolhas foram evacuadas da mistura (aproximadamente 60 min).</li>
		<li>Lugar do carimbo microfluidic em um plástico de diâmetro de 150mm vazio placa de Petri, então lentamente despeje o PDMS de Petri, cobrindo completamente o carimbo microfluidic. Despeje próximos à superfície da caixa de Petri para minimizar bolhas reforma no PDMS.</li>
		<li>Cubra o prato de Petri e coloque em um forno de 55 ° C durante a noite para curar. Uma vez completamente curados, cortar o PDMS modelado usando uma faca e retire o selo. Reter excesso PDMS para construir a bacia de solvente (etapa de protocolo 1.6.3) e rolhas PDMS (etapa 2.2.1.1 do protocolo).</li>
		<li>Usando um soco de biópsia de 0,5 mm, corte buracos nos seguintes locais: um em cada canto, um na câmara de sucção, perto da borda do canal, seis na câmara de amostra simetricamente colocado abaixo de 60° e um no centro da câmara de amostra. Para garantir furos simetricamente colocados um padrão de impressão em uma folha de papel e o lugar sob a câmara de amostra. Desde que o PDMS é claro, você pode ver facilmente onde os furos precisam ser colocados.</li>
	</ol></li>
	<li>Preparação da solução de sol-gel para criar paredes de vidro no dispositivo microfluidic
	<ol>
<li>Em um frasco de 100 mL, adicionar 25 mL de etanol a 90%, 25 mL de pH 4 (0,0001 M) solução de ácido clorídrico, 25 mL de 98% tetraethoxysilane e 25 mL de methyltriethoxysilane de 98%. Coloque a solução de 100 mL, agora referida como o fluido preconverted, no microondas descoberto por 10 segundos e, em seguida, colocar em uma 80 ° C durante a noite.</li>
	</ol></li>
	<li>Montagem do dispositivo
	<ol>
<li>Coloque os PDMS ambos estampados e uma 75 × 50 × 0,10 mm limpador de vidro slide para o plasma e o conjunto da válvula de 3 vias para a posição de desligado.</li>
		<li>Ligue a bomba de vácuo e aguarde um minuto evacuar a câmara.</li>
		<li>Coloca a válvula de 3 vias para a posição de controlador de fluxo e deixe a câmara equilibrar por 5 segundos. A posição do controlador de fluxo permite uma taxa de pequeno fluxo de ar entre o plasma líquido de limpeza, baixo o suficiente para manter a câmara a baixas pressões. Ligue o interruptor de radiofrequência (RF) para médio por 40 segundos e, em seguida, desligue o interruptor de RF e bomba de vácuo.</li>
		<li>Coloque a válvula de 3 vias para a posição aberta para retornar a câmara às condições atmosféricas. Retire a lâmina PDMS e vidro modelada.</li>
		<li>Cuidadosamente aderir o PDMS padronizada para a lâmina de vidro, colocando as duas superfícies em contacto com os outros.</li>
		<li>Aplica revestimentos de cura UV para as costuras em torno do modelado PDMS e cura por 5 min sob luz UV de baixa intensidade.</li>
	</ol></li>
	<li>Fabricação de paredes de vidro nos canais microfluídicos. Nota: Esta etapa deve ser concluída dentro de 30 minutos de tratamento de plasma, que se baseia em alterações de superfície de PDMS que ocorrem durante o tratamento de plasma. A espessura da camada será aproximadamente 5-10 µm. Esta etapa exige o uso de materiais voláteis e deve ser feita em uma coifa de química.<ol>
<li>Definir uma placa de aquecimento a 100 ° C e preparar quatro seringas (três de 30 mL e uma de 3 mL) com agulhas de calibre 18 e cerca de 30 cm de comprimento de tubulação termoplástica claro.</li>
		<li>Preencha três seringas de 30 mL com etanol, clorofórmio e ar, respectivamente. Encher uma seringa de 3 mL de líquido preconverted (da etapa de protocolo 1.3.1).</li>
		<li>Inserir o tubo termoplástico claro usando conectores de aço inoxidável em cada um dos furos no PDMS estampados, com excepção do buraco de um canto. Este furo será usado como uma entrada, enquanto todos os outros serão tomadas.</li>
		<li>Encher o dispositivo microfluidic de preconverted líquido da seringa e, em seguida, coloque o dispositivo microfluidic na placa de aquecimento de 100 ° C para que o vidro de fundo é tocar a superfície da placa quente.</li>
		<li>Fluxo 3 mL de fluido preconverted através do dispositivo microfluidic mais de 10 segundos. A espessura das paredes de vidro é ajustada, alterando a taxa de fluxo do fluido preconverted.</li>
		<li>Remova o dispositivo microfluidic a chapa. Substituir a seringa solução preconverted com a seringa de ar e empurrar para fora qualquer excesso de líquido preconverted.</li>
		<li>Substituir a seringa de ar com a seringa de clorofórmio e fluir lentamente 15 mL de clorofórmio através do dispositivo microfluidic. Substituir a seringa de clorofórmio com a seringa de etanol e fluir lentamente 30 mL de etanol através do dispositivo microfluidic. Estas etapas devem levar cerca de 1 min cada.</li>
		<li>Substitua a seringa do etanol com o ar de seringa e fluxo de ar através do dispositivo microfluidic até secar.</li>
	</ol></li>
	<li>Aplicação de suportes de vidro e bacia do solvente
	<ol>
<li>Tiras de vidro de 75 × 25 × 1 corte 75 × 10 × 1 mm milímetros de vidro slides.</li>
		<li>Aplica revestimentos de cura UV para as tiras de vidro. Coloque o dispositivo microfluidic sobre as tiras, com o lado PDMS virada para cima. Se mover sob a fonte de luz de baixa intensidade UV por 5 minutos.</li>
		<li>Corte um 30 × 30 milímetros quadrados de PDMS. Usando um soco biópsia, corte um buraco grande o suficiente para cobrir a câmara de amostra de 10 mm.</li>
		<li>Coloque o quadrado de PDMS e dispositivo microfluidic para o plasma líquido de limpeza, em seguida, coloque a válvula de 3 vias para a posição de desligado e ligue a bomba de vácuo.</li>
		<li>Aguarde um minuto evacuar a câmara. Colocar a válvula de 3 vias para a posição de controlador de fluxo e deixe a câmara equilibrar por 5 segundos.</li>
		<li>Ligue o interruptor de RF para média por 40 segundos e, em seguida, desligue o interruptor de RF e bomba de vácuo.</li>
		<li>Coloque a válvula de 3 vias para a posição aberta para retornar a câmara às condições atmosféricas.</li>
		<li>Remover o dispositivo de bacia e microfluidic solvente da câmara de plasma e aderir entrando em contato com as superfícies. Não se esqueça de colocar a bacia do solvente sobre a câmara de amostra.</li>
	</ol></li>
</ol>2. reologia de2µ procedimento
<ol><li>
Preparação de amostras de matéria mole
	<ol>
<li>Partículas de sonda de lavagem<ol>
<li>Pipetar 0,5 µm de testes e água para um tubo de microcentrifugadora a uma proporção de água para sondas de 10:1. Misturar cuidadosamente usando uma pipeta de mistura e, em seguida, colocar o tubo de microcentrifuga microcentrifuga e girar a 4600 x g durante 10 minutos. Nota: A solução da sonda utilizada neste trabalho é recebida suspensas na água com uma concentração inicial de 2,6% sólidos/volume, e a concentração final de sondas utilizadas na amostra é de 0,1% de sólidos/volume.</li>
			<li>Remova o tubo de microcentrifugadora e pipeta para fora o sobrenadante. Substitua o sobrenadante com água. Repeti a centrifugação para um total de três vezes.</li>
			<li>Coloque o tubo de microcentrifugadora no sonicador e proceda à sonicação em baixa por 15 minutos para remover quaisquer agregados.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Sondas de combinação e matéria mole. Nota: Para este procedimento, um gel coloidal foi usado como a amostra de matéria mole.<ol>
<li>Em 75 × 50 mm placa de vidro, medir 1 mL de amostra. Pipete 40 µ l da solução da sonda para o centro da amostra.</li>
			<li>Misture delicadamente a amostra com uma espátula de metal até que completamente combinado. Colher a amostra em um tubo de microcentrifugadora e centrifugar 2340 x g por 15 s para remover o ar retido.</li>
			<li>Encher uma seringa de 1 mL equipado com uma agulha de calibre 18 e tubulação termoplástica clara com a mistura de sonda/HCO.</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Transições de fases consecutivas, induzidas pela troca de fluidos
	<ol>
<li>Encher o dispositivo microfluidic<ol>
<li>Para criar rolhas PDMS, usando PDMS excesso da etapa de protocolo 1.2.5, corte uma secção quadrada de 5 mm de PDMS. Usando um soco de biópsia 0,5 mm de diâmetro, corte um buraco no meio do caminho o bujão PDMS. Inserir um conector de aço inoxidável no orifício de diâmetro de 0,5 mm.</li>
			<li>Conecte o tubo termoplástico para três canais de entrada de canto e o canal de saída de câmara de sucção. Encha completamente o dispositivo com água usando uma seringa conectada ao dispositivo. Assegurar que não há nenhuma bolha na câmara de amostra ou nos canais microfluídicos. Bloque o buraco de canto restantes com rolhas de PDMS.</li>
			<li>Bacia do solvente deve ser parcialmente preenchida da etapa 2.2.1.2; Se não está cheio, encha a solvente da bacia com água.</li>
			<li>Usando a seringa da etapa de protocolo 2.1.2.3, injectar 10 µ l da mistura de amostra/sonda através do canal do centro para a câmara de amostra a cerca de 2 µ l/s, em seguida, use uma rolha PDMS para bloquear o canal central da câmara de amostra.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Coleta de dados de microrheological<ol>
<li>Ativar as configurações da câmera para aqueles otimizado para minimizar a partícula estática e dinâmica, rastreamento de erros, em seguida, alternar para o objectivo de imersão de água × 63 e pipetar uma gota de água sobre a lente.</li>
			<li>Coloque o dispositivo microfluidic no palco microscópio e levante o objectivo até é focado na amostra.</li>
			<li>Vídeos do movimento browniano das sondas assuma os intervalos de tempo adequados para o comprimento total de uma mudança de fase. Para gelificação, continue a tomar vídeos até o movimento da sonda foi completamente parado. Nota: Nós coletamos dados a cada 10 min. Se começarmos com um experimento de degradação, dados são coletados até as sondas são completamente difusão.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Troca de fluidos na câmara de amostra (fluxo de gravidade, troca de fluidos de densidade mais baixas com líquidos de densidade mais altos)<ol>
<li>Remova o dispositivo microfluidic desde a fase de microscópio.</li>
			<li>Sucção da água da bacia do solvente, utilizando uma pipeta de transferência e, em seguida, pipetar 4 mL de líquido de densidade mais elevado para a bacia do solvente.</li>
			<li>Retornar o dispositivo microfluidic à fase de microscópio e repita a etapa 2.2.2.3</li>
		</ol>
</li>
		<li>Troca de fluidos na câmara de amostra (fluxo de sucção, troca de fluidos de densidade mais elevadas com líquidos de densidade Baixos)<ol>
<li>Remover o dispositivo microfluidic desde a fase de microscópio e retirar a rolha PDMS da câmara de sucção.</li>
			<li>Introduza uma seringa equipada com uma agulha de calibre 18 e tubulação termoplástica clara para o canal da câmara de sucção e ligar a seringa até uma bomba de seringa. Conjunto da bomba de seringa para puxar em 1 mL/min.</li>
			<li>Remova o excesso gelificante na bacia do solvente e lavar três vezes com água, enchendo a bacia do solvente e depois aspirar o fluído de lavagem.</li>
			<li>Begin sucção com a bomba de seringa, acrescentando água à bacia do solvente por um minuto. Não deixar a solvente bacia vazia completamente, como isso vai puxar o ar para a câmara de amostra.
</li>
			<li>Retire a seringa do dispositivo microfluidic e substituir a rolha de PDMS na câmara de sucção.</li>
			<li>Retornar o dispositivo microfluidic à fase de microscópio e continue a tomar amostras</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
	<li>Continue a tomar amostras em intervalos regulares durante a degradação/gelificação ciclos até o número desejado de ciclos é concluído ou existem sondas insuficientes para medição.</li>
</ol>

<ol>
	<li>Mitchell, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidics-downsizing+large-scale+biology.">Microfluidics-downsizing large-scale biology.</a> Nat. Biotech. 19, 717-721 (2001).</li><li>Haber, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidics+in+commercial+applications;+an+industry+perspective.">Microfluidics in commercial applications; an industry perspective.</a> Lab Chip. 6, 1118-1121 (2006).</li><li>Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+origins+and+the+future+of+microfluidics.">The origins and the future of microfluidics.</a> Nature. 442, 368-373 (2006).</li><li>Huang, X., Raghavan, S. R., Terech, P., Weiss, R. 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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. 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Não há nenhum divulgações para este trabalho.

O dispositivo de duas camadas microfluidic (Figura 1) pode facilmente ser feito pelos seguintes microfluidic bem-documentado fabricação técnicas29. Suportes de vidro são adicionados à parte inferior do dispositivo para diminuir efeitos vibracionais no movimento da sonda. A lâmina de vidro é muito fino (0.10 mm) a fim de acomodar a distância de trabalho, o objectivo do microscópio. Isto faz com que o dispositivo suscetível a pequenas vibrações no edifício ...

Transições de fase em matéria mole podem alterar a estrutura do andaime, que tem implicações na estabilidade final e processamento do material1,2,3. A caracterização de materiais macios durante as transições de fase dinâmica fornece informações essenciais sobre a relação entre a evolução estrutural e estrutura de equilíbrio e propriedades reológicas. Por exemplo, muitos produtos de cuidados domiciliários requerem uma mudança de fase durante o uso do consumidor. Além disso, durante a fabricação, etapas de processamento, incluindo diluição e mistura, podem dar cisalhamento que afetam as propriedades reológicas e a microestrutura final do produto. Compreender as propriedades reológicas durante uma mudança de fase garante que o produto executa como projetado. Além disso, se as forças alteram a reologia inicial do material durante a fabricação, transições de fase podem produzir resultados inesperados e indesejados, alterando a função pretendida e a eficácia. No ponto crítico de gelificação, definido como o ponto onde o material transita de uma solução de coloides associados ou polímeros para uma rede de gel de amostra-abrangendo, propriedades do material mudam drasticamente com ligeiras alterações de associação. Qualquer alteração à estrutura no ponto crítico gel pode impactar o produto final4. Durante estas transições dinâmicas, materiais macios têm propriedades mecânicas fracas e medições que usam técnicas experimentais clássicas podem ser dentro da medição ruído limite5,6,7. Para dar conta disto, técnicas tais como microrheology, que é sensível na faixa de baixo módulo (10-3 - 4 Pa), são usados para caracterizar o gel incipiente fraco durante a evolução dinâmica. Alguns materiais são suscetíveis a alterações na microestrutura devido a forças externas, que apresenta um desafio durante a caracterização, como qualquer transferência de material ou líquido pode afetar a estrutura e, finalmente, as propriedades do material finais. Para evitar alterar a microestrutura do material, nós desenvolvemos um dispositivo microfluidic que pode trocar o fluido em torno de uma amostra ambiental, minimizando o cisalhamento. Trocando o ambiente fluido, mudanças nas propriedades reológicas e microestrutura são medidas durante as transições de fase com a contribuição mínima de cisalhamento. O dispositivo é combinado com múltiplas partículas microrheology (MPT) de rastreamento em uma técnica chamada µ2reologia. Esta técnica é usada para quantificar propriedades materiais durante as mudanças de fase consecutivos de gel em resposta a uma força externa. A técnica será ilustrada usando um fibroso gel coloidal, óleo de rícino hidrogenado (HCO)9,10,11.
Andaimes de gel podem sofrer alterações em associação e dissociação devido sua amostra ambiente12,13,14,15. A força motriz para gelificação e degradação são material específico e devem ser adaptados para cada material de interesse. reologia de2µ pode ser usada para caracterizar sistemas de gel que respondem a estímulos externos, incluindo redes colloidal e poliméricas. Alterar o pH, pressão osmótica ou concentração de sal é exemplos de factores que podem induzir alterações na microestrutura da material. Por exemplo, HCO sofre transições de fase controlada através da criação de um gradiente de pressão osmótica. Quando uma amostra de gel HCO concentrada (4 wt % HCO) é mergulhada na água, enfraquecem as forças atrativas entre as partículas coloidais, causando a degradação. Como alternativa, quando uma solução diluída de HCO (0,125 wt % HCO) está em contato com um material hidrófilo (referido como o agente de coagulação e composto principalmente de glicerina e surfactante), a atraente forças para retornar, causando a gelificação. Este gel de sistema será usado para mostrar a operação do dispositivo, como uma ferramenta para medir transições de fases consecutivas em uma única amostra9,10. Para caracterizar estes andaimes de gel durante transições dinâmicas e a estrutura de gel de incipiente delicado durante a transição de fase crítica, usamos o MPT para caracterizar estes materiais com alta resolução espaço-temporal.
Microrheology é usado para determinar propriedades de gel e estrutura, especialmente durante a transição de crítica, de uma matriz de materiais macios, incluindo géis coloidais e poliméricos5,6,9,16. MPT é uma técnica passiva microrheological que usa vídeo microscopia para gravar o movimento browniano de partículas de sonda fluorescente incorporado dentro de uma amostra. As posições da partícula em todo os vídeos são precisamente determinadas a dentro 1/10th de um pixel usando clássica de rastreamento algoritmos17,18. O ensemble em média deslocamento média-quadrado (MSD, (Δr2(t))) é calculado a partir destas trajetórias de partículas. A MSD está relacionada a propriedades materiais, tais como a conformidade de fluência, usando a relação de Einstein-Stokes generalizado17,19,20,21,22, 23. O estado do material é determinado calculando o declive logarítmico da curva MSD em função do tempo de retardo, α,
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/57429/57429eq1.jpg">
onde t é o tempo de retardo e comparando-a com o expoente crítico de relaxamento, n. n é determinado usando a superposição de tempo de cura, uma técnica bem documentada que foi modificada para analisar os dados do MPT por Larsen e Furst6. Por comparação de n para α o estado do material é quantitativamente determinado. Quando α > n o material é um sol e quando α < n o material é um gel. Trabalhos anteriores caracterizou o sistema HCO usando microrheology para determinar o expoente crítico de relaxamento9. Usando esta informação, determinamos precisamente quando o material transita de um gel para um sol durante um experimento. Além disso, o parâmetro de não-gaussiana, αNG, pode ser calculado para determinar a extensão da heterogeneidade estrutural de um sistema,
<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/57429/57429eq2.jpg">
onde Δx(t) é o movimento unidimensional da partícula na direção x . Usando o MPT, pode caracterizar uma transição de fase única, mas por caracterizar materiais com MPT em um dispositivo microfluidic, somos capazes de manipular o ambiente fluido circundante e coletar dados de várias transições de fase em uma amostra de gel único.
Este dispositivo microfluidic destina-se a investigar as transições críticas de uma amostra de gel único que sofre mudanças de fase em resposta às mudanças no ambiente fluido circundante. O dispositivo troca fluido em torno da amostra quando é sob o estado de gel ou sol bloqueando-se a amostra no lugar para induzir uma transição de fase, minimizando o cisalhamento. Uma solvente bacia está localizada diretamente acima da câmara de amostra, que são ligadas por seis canais de entrada simetricamente espaçados. Essa simetria permite a troca de fluido da bacia do solvente para a câmara de amostra ao criar pressão igual em torno da amostra, trancando-os no lugar. Há vários estudos que usam esta técnica para uma única partícula e interceptação de DNA, mas este trabalho dimensiona o volume de moléculas simples para amostras que são aproximadamente 10 µ l24,25,26. Este projeto original também permite a caracterização de microrheological em tempo real durante as transições de fase.
µ2reologia é uma técnica robusta que é aplicável a muitos sistemas de matéria mole. A técnica descrita neste artigo foi projetada para gel coloidal, mas pode ser facilmente adaptado para outros materiais tais como polímero ou soluções micellar. Com esta técnica, podemos determinar não apenas como transições de fase afetam as propriedades materiais do equilíbrio, mas as etapas de processamento também como diferentes podem ter efeitos sobre a evolução reológica do material e a estrutura do andaime final duradouros e Propriedades.

<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

A microestrutura da matéria mole diretamente impactos macroscópicas Propriedades reológicas e pode ser alterada por fatores incluindo coloidal rearranjo mudanças de fase anterior e aplicado da tesoura. Para determinar a extensão dessas mudanças, nós desenvolvemos um dispositivo microfluidic que permite repete as transições de fase induzidas pela troca da caracterização de fluidos e microrheological circundante limitando cisalhamento na amostra. Esta técnica é µ2reologia, a combinação de microfluídica e microrheology. O dispositivo microfluidic é um projeto da dois-camada com fluxos de entrada simétrica, entrando em uma câmara de amostra que intercepta a amostra de gel no lugar durante a troca de fluidos. Aspiração pode ser aplicada longe da câmara de amostra para puxar fluidos na câmara da amostra. Propriedades reológicas do material são caracterizadas usando múltiplas partículas microrheology (MPT) de rastreamento. No MPT, partículas de sonda fluorescente são incorporadas o material e o movimento browniano das sondas é gravado usando vídeo microscopia. O movimento das partículas é controlado e o deslocamento de média-quadrado (MSD) é calculado. A MSD está relacionada a propriedades reológicas macroscópicas, usando a relação de Einstein-Stokes generalizado. A fase do material é identificado por comparação com o expoente crítico de relaxamento, determinado usando superposição tempo-cura. Medições de gel coloidal fibroso ilustram a utilidade da técnica. Este gel tem uma estrutura delicada que pode ser irreversivelmente alterada quando cisalhamento é aplicado. dados de reologia µ2mostram que o material várias vezes se equilibra com as mesmas propriedades reológicas após cada fase de transição, indicando que as transições de fase não desempenhar um papel na alteração microestrutural. Para determinar o papel de cisalhamento, amostras podem ser cortadas antes da injeção em nosso dispositivo microfluidic. µ2reologia é uma técnica amplamente aplicável para a caracterização de matéria mole, permitindo a determinação das propriedades reológicas de microestruturas delicadas em uma única amostra durante as transições de fase em resposta às mudanças repetidas na em torno das condições ambientais.

Um dispositivo de duas camadas microfluídicos é construído com PDMS (Figura 1a, b), que é modelado em um selo microfluidic. O desenho do carimbo é mostrado na Figura 1c. Instalação experimental inadequada pode resultar em erros em fluxos de microrheology e microfluidic passivos durante envolvendo troca de fluidos (Figura 2). Exemplos de instalação experiment...

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

Demonstramos a fabricação e o uso de um dispositivo microfluidic que permite múltiplas partículas microrheology medições para estudar os efeitos reológicos de transições de fase repetidas em matéria mole de rastreamento.

Combinando microfluídica e Microrheology para determinar as propriedades reológicas de matéria mole durante as transições de fase repetidas

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

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7.8K visualizações.  Lehigh University. Demonstramos a fabricação e o uso de um dispositivo microfluidic que permite múltiplas partículas microrheology medições para estudar os efeitos reológicos de transições de fase repetidas em matéria mole de rastreamento.

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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.

Medição de materiais Microstructure Sob fluxo Usando 1-2 Plane Fluxo-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 ...

Engenharia

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.

Síntese de Poli (<em&gt; N</em&gt; -isopropylacrylamide) Janus Microhydrogels para anisotrópica Thermo-resposta e Organophilic / Carregando Capability hidrofílico

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

Química

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 dielétricas - Interrogation simultânea de impedância, Reologia e pequeno ângulo de espalhamento de nêutrons de Fluidos Complexos

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.

Fabricação de gotículas de alta viscosidade usando dispositivo capilar microfluídico com estrutura de co-fluxo de inversão de 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.

Microfluidic preparação dos atuadores do líquido cristalino de elastômero

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 Microfluidic controlada de Investigação dinâmico de Agregação Glóbulo Vermelho

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

Bioengenharia

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.

Analisando falta de homogeneidade de mistura em um dispositivo micro, pela técnica Microscale 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.

Fabricação de dispositivos de refração-índice-combinada para microfluídica biomédica

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.

Troca fotorologia de alto contraste e rápida de um cristal líquido nematic de curvatura

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.

Caracterização macro-reologia de Gill Raker Mucus na Carpa de Prata, Hipophthalmichthys molitrix

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