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
Description: Watch this Scientific Journal Video about Combining Microfluidics and Microrheology to Determine Rheological Properties of Soft Matter during Repeated Phase Transitions at JoVE.com

Bu iş için fon Procter & Gamble Co. ve Amerikan Kimya Derneği petrol Araştırma Fonu (54462-DNI7) tarafından sağlandı. Bildirim Amerikan Kimya Derneği petrol araştırma fonu Bu araştırmanın kısmi destek için bağış için yapılır. Yazarlar için yararlı tartışmalar Dr. Marco Caggioni kabul etmek istiyorum.

1. mikrosıvısal cihaz imalatı
<ol><li>Mikrosıvısal damga imalat. Not: Bu adım uçucu malzeme kullanımı gerektirir ve bir kimyasal duman mahallede yapılmalıdır.<ol>
<li>Arka plan siyah (bkz: şekil 1) renkli ve cam slayt (75 × 50 mm), kanalları renkli beyaz olarak aynı boyutlara sahip bir negatif baskılı tasarım kullanın. Bu tasarım 1200 dpi çözünürlüğe sahip açık asetat sayfasındaki (saydamlık) yazdırın.</li>
		<li>Şeffaflık karanlık kısmında hala ışık izin veriyorsa, birkaç negatifleri katman ve çift taraflı bant kullanarak uygun.</li>
		<li>Yüksek yoğunluklu ultraviyole (UV) ışık kaynağı üzerinde açmak ve sürekli bir çıkış (yaklaşık 30 dakika) ısınmak sağlar. Not: Yüksek yoğunluklu UV ışık kaynağı kullanırken UV koruyucu gözlük takılmalıdır.</li>
		<li>Dolgu üç 150 mL Petri yemekler aseton, etanol ve distile su ile.</li>
		<li>Boş bir şeffaflık ışık yüksek çıkış UV kaynağa yakın, ama doğrudan UV altında düz bir yüzeye yerleştirin. Bu mikrosıvısal damga imal etmek bir temel sağlayacaktır.</li>
		<li>75 × 50 mm cam slayt Seviyelendirilmiş dikdörtgen köşelerinde bir kalıcı marker ve yer dört cam tutucular (yaklaşık 30 × 30 × 1 mm) kullanarak boş saydamlık ortasına köşelerini anahat.</li>
		<li>UV tedavi edilebilir thiol: Doğu reçine çubukları merkezinde yaklaşık 5 mL dökün, sonra dikkatlice yapıştırıcı tamamen cam slayt yok hava kabarcıkları ile kaplıdır 75 x 50 x 1 mm cam slayt cam tutucular üzerine yerleştirin.</li>
		<li>Cam slayt üzerine yazdırılan negatif şeffaflık yerleştirin ve yukarıdaki bileşenleri taşımak (alttan üste: boş şeffaflık, cam tutucular ve UV tutkal, cam slayt ve negatif yazdırılan şeffaflık) boş şeffaflık dikkatle sürükleyerek UV ışık kaynağı altında.</li>
		<li>UV ışık reçine ve tedavi üzerine negatif parlamasına izin. Tedavi zaman kanal yüksekliğini değiştirmek için ayarlanabilir. Bir 45 s tedavi zaman sonuçları bir kanal yüksekliği 1 mm, bizim ışık kaynağı kullanarak.</li>
		<li>UV kaynak uzak bileşenleri taşımak ve negatif yazdırılan şeffaflık ve cam slayt kaldırın. UV tutkal fabrikasyon kanalları ile cam slayt şimdi mikrosıvısal damgası sevk edilecek.</li>
		<li>Şeffaflık ve cam tutucular atmak.</li>
		<li>Etanol banyo tarafından takip aseton banyoda mikrosıvısal damga dip. Bu iki kez tekrarlayın. Aseton aseton 10 dan büyük kaşe üzerinde bırakmayın böylece UV tutkal aşağılamak s.</li>
		<li>Damga tutarken, su pul daldırın ve bir pamuklu çubukla unreacted reçine kalan kaldırmak için kullanın. O-ecek yapmak belgili tanımlık kanal kaba olarak doğrudan tedavi bölümleri silmek değil.
</li>
		<li>Damga bir kağıt havlu üzerinde yer ve UV kaynak tam kür emin olmak en az 30 dakika geri dönün.</li>
	</ol></li>
	<li>Polydimethylsiloxane (PDMS) döküm
	<ol>
<li>70 g PDMS tabanının temiz bir kaba dökün ve ağırlık oranı 1:10 Base'deki cross-linking agent eklemek temel almasını crosslinker. Bu oranları tavsiye üreticisi vardır. Bir cam kaba kullanmayın.
</li>
		<li>Cross-linker karıştırın ve iyice baz metal bir karıştırıcı ile; karışımı düzgün karışınca hapsolmuş hava kabarcıkları nedeniyle bulanık olmalıdır.</li>
		<li>PDMS karışık PDMS vakum fırını ve çekme vakum içine koymak. Çözüm bardaktan taşması, o zaman taşma azalır sonra vakum devam başlarsa vakum dön. Vakum sadece gaz giderme işlemini hızlandırır gibi toplam basınç vakum fırında, önemli değil. Tüm kabarcıklar karışımı (yaklaşık 60 dak) tahliye edildi kadar odasında bırakın.</li>
		<li>Yer mikrosıvısal damga bir boş 150 mm çap plastik Petri dish, sonra yavaş yavaş dökün PDMS Petri kabına tamamen mikrosıvısal damga kapsayan. Baloncuklar içinde PDMS reform en aza indirmek için Petri kabına yüzeyine yakın dökün.</li>
		<li>Petri kabına kapak ve tedavisi için bir 55 ° C fırında gecede yerleştirin. Bir kez tamamen tedavi bir bıçak kullanarak desenli PDMS kesmek ve damga kaldırın. Aşırı PDMS solvent Havzası (iletişim kuralı adım 1.6.3) ve PDMS stoper (iletişim kuralı adım 2.2.1.1) oluşturmak için korur.</li>
		<li>0,5 mm biyopsi yumruk kullanarak, delik aşağıdaki konumlara: bir kanal, altı simetrik olarak yerleştirilmiş 60 ° ayrı örnek odasında ve örnek odasının merkezinde bir kenarına yakın emme namluda her köşesinde. Simetrik olarak yerleştirilmiş delik bir desen kağıt ve yer altında örnek odası bir kağıda yazdırılmasını sağlama. PDMS açık olduğundan, delikleri yerleştirilmesi gereken yere kolayca görebilirsiniz.</li>
	</ol></li>
	<li>Sol-jel çözüm hazırlanması mikrosıvısal cihazda cam duvarları oluşturmak için
	<ol>
<li>% 90 etanol, pH 4 (0.0001 M) 25 mL 25 mL 100 mL kavanoz ekleyin hidroklorik asit çözüm, 25 mL % 98'i tetraethoxysilane ve 25 mL % 98'i methyltriethoxysilane. Şimdi 10 saniye sonra bir 80 ° C yer için bir gecede ortaya mikrodalga preconverted sıvı olarak anılacaktır 100 mL solüsyon yerleştirin.</li>
	</ol></li>
	<li>Cihaz Montaj
	<ol>
<li>Her iki desenli PDMS yerleştirin ve bir 75 × 50 × 0.10 mm slayt içine plazma temizleyici cam ve 3 yollu vana kapalı konuma getirin.</li>
		<li>Vakum pompası açmak ve odası tahliye için bir dakika izin verir.</li>
		<li>Denetleyicisi pozisyon akışı ve 5 saniye boyunca equilibrate odası izin için 3-yollu vana koymak. Akış denetleyicisi pozisyon küçük bir Debi hava plazma temizleyici, yeterince düşük düşük basınç odası tutmak için girmek için izin verir. Orta radyo frekansı (RF) geçmek için 40 saniye açın, sonra RF anahtarı ve vakum pompası devre dışı bırakmak.</li>
		<li>3-yollu vana odası için atmosferik koşullar dönmek için açık konuma yerleştirin. Desenli PDMS ve cam slayt kaldırın.</li>
		<li>Dikkatli bir şekilde cam kaymak için desenli PDMS iki yüzeyler birbirine temas koyarak uygun.</li>
		<li>UV tedavi edilebilir reçine dikişleri desenli PDMS ve düşük yoğunluklu UV ışık altında 5 min için tedavi uygulanır.</li>
	</ol></li>
	<li>Cam duvarlar mikrosıvısal kanalları imalatı. Not: plazma tedavi sırasında oluşan PDMS yüzey değişiklikleri yapılmasını gerektirecek ayarlamalardan gibi bu adımı plazma tedavisinin 30 dakika içinde tamamlanması gerekir. Katman kalınlığı yaklaşık 5-10 µm olacaktır. Bu adım uçucu malzeme kullanımı gerektirir ve bir kimyasal duman mahallede yapılmalıdır.<ol>
<li>Bir ocağın 100 ° C- ve dört şırınga (üç 30 mL ve bir 3 mL) 18 gauge iğne ve yaklaşık 30 cm uzunluğunda açık termoplastik boru ile hazırlanın.</li>
		<li>Üç 30 mL şırınga etanol, kloroform ve hava, sırasıyla doldurun. Preconverted sıvı (adımdaki Protokolü 1.3.1.) olan bir 3 mL şırıngaya doldur</li>
		<li>Her bir köşede delik dışında desenli PDMS delikler paslanmaz çelik bağlayıcıları kullanarak açık termoplastik boru yerleştirin. Diğerlerinin çıkışları olur iken bu delik bir giriş kullanılacak.</li>
		<li>Mikrosıvısal aygıt--dan belgili tanımlık tenkıye preconverted sıvı ile doldurun, sonra alt cam sıcak plaka yüzeyine temas ediyor bu yüzden mikrosıvısal aygıt 100 ° C sıcak tabağa yerleştirin.</li>
		<li>Preconverted sıvı 3 mL mikrosıvısal aygıtı üzerinden 10 saniye içinde akışı. Cam duvar kalınlığı preconverted sıvı akış hızı değiştirerek ayarlanır.</li>
		<li>Mikrosıvısal aygıtı Pinar kaldırın. Preconverted çözüm şırınga hava şırınga ile değiştirmek ve herhangi bir fazla preconverted sıvıyı itin.</li>
		<li>Hava şırınga kloroform şırınga ile değiştirin ve yavaş yavaş kloroform 15 mL mikrosıvısal aygıtı üzerinden akışı. Kloroform şırınga etanol şırınga ile değiştirin ve yavaş yavaş 30 mL etanol mikrosıvısal aygıtı üzerinden akışı. Aşağıdaki adımları yaklaşık 1 dakika sürer.</li>
		<li>Etanol şırınga ile hava şırınga ve akış hava kuru kadar mikrosıvısal aygıtı değiştirin.</li>
	</ol></li>
	<li>Cam destekler ve solvent Havzası uygulanması
	<ol>
<li>75 × 10 × 1 mm kesilmiş şeritler cam 75 × 25 × 1 mm slaytlar cam.</li>
		<li>UV tedavi edilebilir reçine cam şeritler için geçerlidir. Şeritler, üzerine mikrosıvısal aygıt PDMS yüzü yukarı bakacak şekilde yerleştirin. Düşük yoğunluklu UV ışık kaynağı altında 5 dakika boyunca hareket.</li>
		<li>Bir 30 × 30 mm PDMS kare kesilmiş. Bir biyopsi yumruk kullanarak, 10 mm örnek odası kapsayacak kadar büyük bir delik.</li>
		<li>PDMS kare ve mikrosıvısal aygıt plazma temizleyici, yeri o zaman 3-yollu vana kapalı konuma koymak ve vakum pompası açmak.</li>
		<li>Tahliye odası için bir dakika izin verin. 3-yollu vana akış denetleyicisi konumuna koyun ve 5 saniye boyunca equilibrate odası verelim.</li>
		<li>RF anahtarı orta açmak için 40 saniye sonra RF anahtarı ve vakum pompası devre dışı bırakmak.</li>
		<li>3-yollu vana odası için atmosferik koşullar dönmek için açık konuma yerleştirin.</li>
		<li>Plazma odasından solvent Havzası ve mikrosıvısal aygıtı kaldırmak ve yüzeyleri irtibata geçerek uygun. Üzerinde örnek odası solvent Havzası yerleştirdiğinizden emin olun.</li>
	</ol></li>
</ol>2. µ2Reolojisi yordamı
<ol><li>
Yumuşak madde örnekleri hazırlanması
	<ol>
<li>Çamaşır sonda parçacıklar<ol>
<li>Su ve 0.5 µm sondalar, su için probları 10:1 oranında bir microcentrifuge tüp içine pipet. İyice pipet karıştırma kullanarak karıştırın, sonra yere microcentrifuge tüp microcentrifuge ve 4600 x g spin içine 10 dakika. Not: Bu çalışmada kullanılan sonda çözüm su % 2.6 katı/birimin ilk bir konsantrasyon ile askıya alınır ve örnekte kullanılan sondalar son konsantrasyonu % 0,1 katı/birimdir.</li>
			<li>Microcentrifuge tüp ve dışarı süpernatant pipet kaldırın. Süpernatant DI su ile değiştirin. Santrifüjü toplam üç kez tekrarlayın.</li>
			<li>Microcentrifuge tüp sonicator içinde yerleştirin ve düşük 15 dakika herhangi bir toplamları kaldırmak solüsyon içeren temizleyicide.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Birleştirme sonda ve yumuşak oldu. Not: Bu yordam için kolloidal bir jel yumuşak madde örnek olarak kullanılmıştır.<ol>
<li>Bir 75 × 50 mm cam slayt üzerinde 1 mL örnek malzeme ölçmek. Sonda çözüm 40 µL örnek merkezi haline pipet.</li>
			<li>Yavaşça örnek tamamen kombine kadar metal bir spatula ile katlayın. Örnek bir microcentrifuge tüp ve 15 2340 x g, santrifüj oymak s sıkışmışlık havayı çıkarmak için.</li>
			<li>Dolgu 1 mL şırınga bir 18 gauge iğne ve sonda/HCO karışımı ile açık termoplastik boru ile donatılmış.</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Sıvı alışverişi tarafından indüklenen ardışık faz geçişleri
	<ol>
<li>Mikrosıvısal aygıt doldurma<ol>
<li>PDMS stoper oluşturmak için iletişim kuralı adım 1.2.5, aşırı PDMS kullanılarak kesme PDMS 5 mm kare bölümünü. 0,5 mm çap biyopsi yumruk kullanarak, bir yarım PDMS tıpa delik açın. Paslanmaz çelik bağlayıcıyı 0,5 mm çap deliğe yerleştirin.</li>
			<li>Termoplastik boru üç köşe giriş kanalı ve emme odası çıkış kanalı bağlayın. Tamamen cihazın cihaza bağlı bir Ģırınga kullanarak su ile doldurun. Örnek odası veya mikrosıvısal kanalları hava kabarcığı yok olduğundan emin olun. PDMS stoper kalan köşe delikle engelleyin.</li>
			<li>Solvent Havzası 2.2.1.2 adımından kısmen dolu olması gerekir; o dolu değil, solvent Havzası su ile doldurun.</li>
			<li>İletişim kuralı adım 2.1.2.3 şırıngadan kullanarak yaklaşık 2 µL/s'de örnek odasına 10 µL Merkezi kanal üzerinden örnek/sonda karışımı enjekte sonra PDMS tıpa örnek Odası Merkezi kanalda engellemek için kullanın.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Microrheological veri toplama<ol>
<li>Kamera ayarlarını bu hataları, izleme statik ve dinamik parçacık en aza indirmek için en iyi duruma getirilmiş sonra 63 × su daldırma amaç için geçin ve bir damla su objektif üzerine pipette.</li>
			<li>Mikrosıvısal aygıt mikroskobu sahnesinde yerini ve örnek üzerinde odaklanmıştır kadar hedefi yükseltmek.</li>
			<li>Zaman aralıkları bir faz değişikliği toplam uzunluğu için uygun videolar sondalar Albert hareket kazanır. Jelleşme için devam etmek sonda hareketi tamamen durana kadar video çekimi. Not: Veri her 10 min topluyoruz. Bir bozulma deneyi ile başlarsak, sondalar tamamen Difüzyon kadar veri toplanır.</li>
		</ol>
</li>
		<li>(Yerçekimi akış, yüksek yoğunluk sıvıları ile daha düşük yoğunluklu sıvıların Satım) örnek odasında sıvısı alışverişi yapan<ol>
<li>Mikrosıvısal aygıtı mikroskobu Sahne Alanı'ndan kaldırın.</li>
			<li>Bir aktarım pipet kullanarak solvent Havzası su emme, o zaman daha yüksek yoğunluk sıvı 4 mL çözelti Havzası pipet.</li>
			<li>Mikrosıvısal aygıt mikroskobu Sahne Alanı'na dönün ve 2.2.2.3 adımı yineleyin</li>
		</ol>
</li>
		<li>(Emme akışını, düşük yoğunluk sıvıları ile daha yüksek yoğunluk sıvıların Satım) örnek odasında sıvısı alışverişi yapan<ol>
<li>Mikroskop Sahne Alanı'ndan mikrosıvısal aygıtı kaldırmak ve PDMS tıpa emme odasından kaldırın.</li>
			<li>Bir 18 gauge iğne ve emme odası kanal için açık termoplastik boru ile donatılmış bir şırınga yerleştirin ve şırınga bir şırınga pompa kadar kanca. 1 mL/dk az çekmek için şırınga pompa ayarlayın.</li>
			<li>Solvent havzasında aşırı jelleşme aracısını kaldırın ve solvent Havzası doldurma ve sonra durulama sıvı emme tarafından üç kez su ile durulayın.</li>
			<li>Begin vakum şırınga pompa su çözücü Havzası ekleme için bir dakika süre ile. Bu örnek odasına hava çeker gibi boş solvent Havzası tamamen, izin vermeyin.
</li>
			<li>Şırınga mikrosıvısal aygıttan kaldırmak ve emme odası üzerinde PDMS tıpa değiştir.</li>
			<li>Mikrosıvısal aygıt mikroskobu Sahne Alanı'na dönün ve örnekleri alarak devam ediyor</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
	<li>Örnekleri düzenli aralıklarla bozulma/jelleşme sırasında döngüleri için istediğiniz sayıyı tamamlanıncaya veya ölçüm için yetersiz probları vardır kadar devir alarak devam ediyor.</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. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Distinct+kinetic+pathways+generate+organogel+networks+with+contrasting+fractality+and+thixotropic+properties.">Distinct kinetic pathways generate organogel networks with contrasting fractality and thixotropic properties.</a> J. Am. Chem. Soc. 128, 15341-15352 (2006).</li><li>Larsen, T. H., 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=Hydrogel+microrheology+near+the+liquid-solid+transition.">Hydrogel microrheology near the liquid-solid transition.</a> Korea-Aust. Rheol. J. 20, 165-173 (2008).</li><li>Larsen, T. H., 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=Microrheology+of+the+liquid-solid+transition+during+gelation.">Microrheology of the liquid-solid transition during gelation.</a> Phys. Rev. Lett. 100, 146001 (2008).</li><li>Schultz, K. M., Baldwin, A. D., Kiick, K. L., 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=Rapid+rheological+screening+to+identify+conditions+of+biomaterial+hydrogelation.">Rapid rheological screening to identify conditions of biomaterial hydrogelation.</a> Soft Matter. 5, 740-742 (2009).</li><li>Switzer, L. H., Klingenberg, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flocculation+in+simulations+of+sheared+fiber+suspensions.">Flocculation in simulations of sheared fiber suspensions.</a> Int. J. Multiph. Flow. 30, 67-87 (2004).</li><li>Wehrman, M. D., Lindberg, S., Schultz, K. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantifying+the+dynamic+transition+of+hydrogenated+castor+oil+gels+measured+via+multiple+particle+tracking+microrheology.">Quantifying the dynamic transition of hydrogenated castor oil gels measured via multiple particle tracking microrheology.</a> Soft Matter. 12, 6463-6472 (2016).</li><li>Wehrman, M. D., Milstrey, M. J., Lindberg, S., Schultz, K. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Using+&#181;2rheology+to+quantify+rheological+properties+during+repeated+reversible+phase+transitions+of+soft+matter.">Using &#181;2rheology to quantify rheological properties during repeated reversible phase transitions of soft matter.</a> Lab Chip. 17, 2085-2094 (2017).</li><li>Wehrman, M. D., Lindberg, S. E., Schultz, K. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impact+of+shear+on+the+structure+and+rheological+properties+of+a+hydrogenated+castor+oil+colloidal+gel+during+dynamic+phase+transitions.">Impact of shear on the structure and rheological properties of a hydrogenated castor oil colloidal gel during dynamic phase transitions.</a> J. Rheol. , (2018).</li><li>Loh, X. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dual-responsive+"reversible+micelles".">Dual-responsive "reversible micelles".</a> J. Appl. Polym. Sci. 127, 992-1000 (2013).</li><li>Kern, F., Zana, R., Candau, 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=Rheological+properties+of+semidilute+and+concentrated+aqueous+solutions+of+cetyltrimethylammonium+chloride+in+the+presence+of+sodium+salicylate+and+sodium+chloride.">Rheological properties of semidilute and concentrated aqueous solutions of cetyltrimethylammonium chloride in the presence of sodium salicylate and sodium chloride.</a> Langmuir. 7, 1344-1351 (1991).</li><li>Trappe, V., Prasad, V., Cipelletti, L., Segre, P. N., Weitz, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Jamming+phase+diagram+for+attractive+particles.">Jamming phase diagram for attractive particles.</a> Nature. 411, 772-775 (2001).</li><li>Philipse, A. P., Wierenga, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+density+and+structure+formation+in+gels+and+clusters+of+colloidal+rods+and+fibers.">On the density and structure formation in gels and clusters of colloidal rods and fibers.</a> Langmuir. 14, 49-54 (1998).</li><li>Schultz, K. M., Bayles, A. V., Baldwin, A. D., Kiick, K. L., 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=Rapid,+high+resolution+screening+of+biomaterial+hydrogelators+by+mu2rheology.">Rapid, high resolution screening of biomaterial hydrogelators by mu2rheology.</a> Biomacromolecules. 12, 4178-4182 (2011).</li><li>Crocker, J. C., Grier, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Methods+of+digital+video+microscopy+for+colloidal+studies.">Methods of digital video microscopy for colloidal studies.</a> J. Colloid Interface Sci. 179, 298-310 (1996).</li><li>Mason, T. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Estimating+the+viscoelastic+moduli+of+complex+fluids+using+the+generalized+Stokes--Einstein+equation.">Estimating the viscoelastic moduli of complex fluids using the generalized Stokes--Einstein equation.</a> Rheol. Actac. 39, 371-378 (2000).</li><li>Mason, T. G., Ganesan, K., van Zanten, J. H., Wirtz, D., Kuo, S. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Particle+tracking+microrheology+of+complex+fluids.">Particle tracking microrheology of complex fluids.</a> Phys. Rev. Lett. 79, 3282-3285 (1997).</li><li>Mason, T. G., Weitz, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=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, 1250-1253 (1995).</li><li>Squires, T. M., Mason, T. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fluid+mechanics+of+microrheology.">Fluid mechanics of microrheology.</a> Annu. Rev. Fluid Mech. 42, 413-438 (2010).</li><li>Gittes, F., Schnurr, B., Olmsted, P. D., MacKintosh, F. C., Schmidt, C. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microscopic+viscoelasticity:+shear+moduli+of+soft+materials+determined+from+thermal+fluctuations.">Microscopic viscoelasticity: shear moduli of soft materials determined from thermal fluctuations.</a> Phys. Rev. Lett. 79, 3286-3289 (1997).</li><li>Mai, D. J., Brockman, C., Schroeder, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidic+systems+for+single+DNA+dynamics.">Microfluidic systems for single DNA dynamics.</a> Soft Matter. 8 (41), 10560-10572 (2012).</li><li>Tanyeri, M., Ranka, M., Sittipolkul, N., Schroeder, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+microfluidic-based+hydrodynamic+trap:+design+and+implementation.">A microfluidic-based hydrodynamic trap: design and implementation.</a> Lab Chip. 11, 1786-1794 (2011).</li><li>Lee, J. S., Dylla-Spears, R., Teclemariam, N. P., Muller, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidic+four-roll+mill+for+all+flow+types.">Microfluidic four-roll mill for all flow types.</a> Appl. Phys. Lett. 90, 074103 (2007).</li><li>Crocker, J. C., Grier, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Methods+of+digital+video+microscopy+for+colloidal+studies.">Methods of digital video microscopy for colloidal studies.</a> J. Colloid Interface Sci. 179 (1), 298-310 (1996).</li><li>Mason, T. G., Weitz, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+measurements+of+frequency-dependent+linear+viscoelastic+moduli+of+complex+fluids.">Optical measurements of frequency-dependent linear viscoelastic moduli of complex fluids.</a> Phys. Rev. Lett. 74 (7), 1250 (1995).</li><li>Schultz, K. M., Furst, E. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-throughput+rheology+in+a+microfluidic+device.">High-throughput rheology in a microfluidic device.</a> Lab on a chip. 11, 3802-3809 (2011).</li><li>Abate, A. R., Lee, D., Do, T., Holtze, C., Weitz, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Glass+coating+for+PDMS+microfluidic+channels+by+sol-gel+methods.">Glass coating for PDMS microfluidic channels by sol-gel methods.</a> Lab Chip. 8, 516-518 (2008).</li><li>Happel, J., Brenner, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Low Reynolds Number Hydrodynamics: with special applications to particulate media. , (1965).</li></ol>

Bu iş için hiçbir açıklamalar vardır.

İki katlı mikrosıvısal aygıt (şekil 1) aşağıdaki iyi belgelenmiş mikrosıvısal imalat teknikleri29tarafından kolayca yapılabilir. Cam destekler cihazın alt tarafına sonda hareketi titreşim etkileri azaltmak için eklenir. Cam slayt çalışma mesafesi mikroskop amacın karşılamak için çok ince (0.10 mm) olduğunu. Bu cihazın küçük titreşimler için bina ve sonra yüksek hızlı kamera ile ölçülür örnek ortamında getirir. Cam destekler ba...

Faz geçişleri yumuşak konuda malzeme1,2,3-işleme ve son istikrar etkileri vardır iskele yapısını değiştirebilirsiniz. Yumuşak malzeme karakterizasyonu dinamik faz geçişleri sırasında yapısal evrim ve denge yapısı ve rheological özellikleri arasındaki ilişki hakkında önemli bilgiler sağlar. Örneğin, birçok ev bakım ürünleri tüketici kullanımı sırasında bir faz değişikliği gerektirir. Ayrıca, üretim sırasında işleme adımları, seyreltme dahil olmak üzere ve karıştırma, vermek rheological özellikleri ve ürünün son Mikroyapı etkileyen kesme. Bir aşama değişiklik boyunca rheological özellikleri'ni anlama ürünün tasarlandığı gibi çalışacağından emin olmanızı sağlar. Kuvvetler üretim sırasında malzemenin başlangıç Reolojisi değiştirirseniz, Ayrıca, faz geçişleri hedeflenen işlevini ve etkinliğini değiştirme beklenmeyen ve istenmeyene ayırmayı bırak, sonuçlar olabilir. Nerede malzeme ilişkili Kolloidler veya polimerler bir çözümden bir örnek kapsayan jel ağa'a geçiş noktası olarak tanımlanan kritik jelleşme noktada malzeme özellikleri büyük ölçüde Derneği için küçük değişiklikler ile değiştirin. Herhangi bir değişiklik yapısı üzerinde kritik jel noktada son ürünü4etkileyebilir. Bu dinamik geçişler sırasında yumuşak malzeme zayıf mekanik özellikleri ve klasik deneysel teknikler kullanarak ölçüleri içinde ölçüm gürültü sınırı5,6,7olabilir. Düşük dönmeler aralığında hassas microrheology gibi bu, teknikleri hesaba katan (10-3 - 4 Pa), zayıf yeni başlayan jel dinamik evrimi sırasında tanımlamak için kullanılır. Bazı malzemeler nedeniyle dış güçler, malzeme veya sıvı devri yapısı ve sonuçta, son malzeme özellikleri etkileyebilir gibi hangi karakterizasyon sırasında bir meydan okuma sunuyor Mikroyapı değişikliklere duyarlıdırlar. Malzeme Mikroyapı değiştirmekten kaçının için bir örnek etrafında çevre sıvı kesme en aza indirerek alışverişi yapabilirsiniz bir mikrosıvısal cihaz geliştirdik. Sıvı çevre değiş tokuş ederek rheological özellikleri ve Mikroyapı değişiklikler kesme en az katkılarıyla faz geçişleri sırasında ölçülür. Cihazın µ2Reolojisi adında bir teknik microrheology (MPT) izleme birden çok parçacık ile birleştirilmiştir. Bu teknik bir jel yanıt harici bir itici güç olarak ardışık faz değişiklikleri sırasında malzeme özelliklerini ölçmek için kullanılır. Tekniği kullanarak bir fibröz kolloidal jel, hidrojene Hint yağı (HCO)9,10,11Ayr›ca gösterilecektir.
Jel iskele Derneği ve ayrılma onların örnek çevre12,13,14,15nedeniyle değişiklikleri uygulayabilir. Jelleşme ve yıkımı için itici güç ve malzeme özel ilgi her malzeme için uygun olmalıdır. µ2Reolojisi kolloidal ve polimerik ağları da dahil olmak üzere dış uyaranlara cevap jel sistemleri tanımlamak için kullanılabilir. PH, ozmotik basınç ve tuz konsantrasyonu değiştirme malzeme Mikroyapı değişiklikleri tetikleyebilir Kuvvetleri sürüş örnek verilebilir. Örneğin, HCO bir ozmotik basınç gradyan oluşturarak kontrollü faz geçişleri geçer. Ne zaman bir konsantre HCO jel örnek (4 wt % HCO) suda batık, düşmesine neden çekici güçleri kolloidal parçacıklar arasında zayıflatmak. Alternatif olarak, zaman HCO sulu çözeltisi (0,125 wt % HCO) (jelleşme ajan olarak anılacaktır ve çoğunlukla gliserin ve yüzey aktif oluşan) hidrofilik bir malzeme ile temas, çekici jelleşme neden dönüş zorlar. Bu jel sistem ardışık faz geçişleri tek örnek9,10ölçme aygıtı çalışması bir araç olarak göstermek için kullanılır. Bu jel iskele dinamik geçişler ve hassas yeni başlayan jel yapısı itibariyle kritik faz geçiş sırasında karakterize etmek için MPT bu malzemelerin yüksek spatio-zamansal çözünürlük ile karakterize etmek için kullanıyoruz.
Microrheology jel özellikleri ve yapısına, özellikle kritik geçiş, yumuşak malzeme, kolloidal ve polimer jelleri5,6,9,16dahil olmak üzere bir dizi belirlemek için kullanılır. MPT kayda floresan sonda parçacıkların Albert hareket bir örnek içinde gömülü video mikroskobu kullanan bir pasif microrheological tekniktir. Videoları boyunca parçacık pozisyonlar tam bir piksel kullanarak 1/10th içinde algoritmaları17,18izleme klasik belirlenir. Ortalama kare deplasman ensemble ortalama (MSD, (Δr2(t))) bu parçacık yörüngeleri hesaplanır. MSD Genelleştirilmiş Stokes-Einstein ilişkisi17,19,20,21,22kullanarak malzeme özelliklerini sürüngeni uyum gibi ilişkilidir, 23. Malzeme durumunu Logaritmik MSD eğrinin eğimini öteleme süresi, α bir fonksiyonu olarak hesaplayarak belirlenir,
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/57429/57429eq1.jpg">
öteleme süresi ve kritik gevşeme üs nkarşılaştırarak t nerede. n zaman tedavi süperpozisyon, MPT verileri çözümlemek için Larsen ve Furst6tarafından güncellenmiştir iyi belgelenmiş bir teknik kullanılarak belirlenir. Buna karşılık n α için malzeme durumunu kantitatif belirlenir. Ne zaman α > n malzeme olduğunu bir sol ve ne zaman α < n malzeme olduğunu bir jel. Önceki çalışma HCO sistemi kritik gevşeme üs9belirlemek için microrheology kullanarak karakterize. Bu bilgileri kullanarak, biz tam olarak ne zaman malzeme deney sırasında bir sol için bir jel geçişleri belirlemek. Ayrıca, Gauss parametre, αNG, bir sisteminin yapısal heterojenite kapsamını belirlemek için hesaplanabilir,
<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/57429/57429eq2.jpg">
nerede Δx(t) x yönünde tek boyutlu parçacık hareketi var. MPT kullanarak, biz bir tek faz geçiş karakterize olabilir ama MPT malzemelerle bir mikrosıvısal cihazın karakterize tarafından biz sıvı çevresini değiştirmek ve tek jel örnek üzerinde birkaç faz geçişleri veri toplamak edebiliyoruz.
Bu mikrosıvısal cihaz faz değişiklikleri yanıt çevresindeki sıvı ortamındaki değişikliklere uğrar bir tek jel örnek kritik geçişler araştırmak için tasarlanmıştır. Cihazın bu jel veya sol durumda ya da yerine kesme en aza indirirken bir faz geçiş ikna etmek için örnek kilitleyerek olduğunda örnek çevreleyen sıvı alışverişi. Çözücü bir havza doğrudan altı simetrik aralıklı giriş kanalları tarafından bağlı örnek odası yukarıda yer alır. Bu simetri yerde kilitleme örnek etrafında eşit basınç oluşturulurken örnek odasına solvent Havzası'ndan sıvı alışverişi sağlar. Tek parçacık ve DNA bindirme için bu tekniği kullanmak birçok çalışma yapılmıştır ama tek molekülleri birimden yaklaşık 10 µL24,25,26örnekleri kadar bu eser ölçeklendirir. Bu benzersiz tasarım ayrıca gerçek zamanlı microrheological karakterizasyonu faz geçişleri sırasında sağlar.
µ2Reolojisi birçok yumuşak madde sistemlere uygulanabilir sağlam bir tekniktir. Bu raporda açıklanan tekniği kolloidal jeller için tasarlanmıştı, ancak polimer veya micellar çözümleri gibi diğer malzemelere kolayca uyarlanabilir. Bu teknik ile biz sadece faz geçişleri denge malzeme özellikleri etkilemesi belirler, ancak aynı zamanda nasıl farklı işleme adımlarını rheological evrim ve malzeme ve son İskele yapısı üzerindeki etkileri kalıcı olabilir ve özellikleri.

<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

Mikroyapı yumuşak maddenin doğrudan makroskopik rheological özellikleri etkiler ve kolloidal düzenlenmesi sırasında önceki faz değişiklikleri de dahil olmak üzere faktörler tarafından değiştirilebilir ve yamultma uygulanır. Bu değişiklikleri kapsamını belirlemek için biz etkinleştirir örnek üzerinde kesme sınırlama yaparken çevresindeki sıvı ve microrheological karakterizasyonu alışverişini tarafından indüklenen faz geçişleri tekrarlanan bir mikrosıvısal geliştirdik. Bu teknik µ2Reolojisi, havacilik ve microrheology ile birlikte olur. İki katlı tasarımı ile simetrik giriş akışı yerde jel örnek sıvı alışverişi sırasında yakalar bir örnek odasına girerek mikrosıvısal cihazdır. Emme uzak sıvılar örnek odanın içine çekmek için örnek odası uygulanabilir. Malzeme rheological özellikleri kullanarak birden çok parçacık microrheology (MPT) izleme karakterizedir. MPT, floresan sonda parçacıkları malzeme gömülür ve sondalar Albert hareket video mikroskobu kullanılarak kaydedilir. Parçacıkların hareketi izlenir ve ortalama kare deplasman (MSD) hesaplanır. MSD makroskopik rheological özelliklerle Genelleştirilmiş Stokes-Einstein ilişkisini kullanarak ilgili. Malzeme aşaması kıyasla kritik gevşeme üs tanımlanır, zaman-tedavi süperpozisyon kullanarak kararlı. Ölçümler fibröz kolloidal jel tekniği yardımcı programı göstermektedir. Bu Jel kesme uygulandığında geri dönüşümsüz değiştirilebilir hassas bir yapısı vardır. malzeme art arda faz geçişleri microstructural değişimler bir rol oynamayan gösteren her faz geçiş sonra aynı rheological özelliklerine Sakinleştiği µ2Reolojisi verileri gösterir. Yamultma rolünü belirlemek için örnekleri bizim mikrosıvısal aygıt içine enjeksiyon önce güdülmesini. µ2Reolojisi rheological hassas microstructures tek bir örnek özelliklerini belirlenmesi Faz geçişleri yanıt olarak tekrarlanan değişimler sırasında etkinleştirme yumuşak madde karakterizasyonu için geniş bir tekniktir çevre koşulları çevreleyen.

İki katmanlı mikrosıvısal aygıt üzerinde bir mikrosıvısal pulu desenli PDMS (şekil 1a, b), ile inşa edilmiştir. Damga tasarım Resim 1cile gösterilir. Uygunsuz deneysel kurulum hataları sırasında sıvı alışverişi (Şekil 2) çevreleyen pasif microrheology ve mikrosıvısal akışı içinde her ikisi de yol açabilir. Uygunsuz deneysel Kur örnekler...

Watch this Scientific Journal Video about Combining Microfluidics and Microrheology to Determine Rheological Properties of Soft Matter during Repeated Phase Transitions at JoVE.com

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

Biz imalat ve birden çok parçacık tekrarlanan faz geçişleri yumuşak konuda rheological etkilerini incelemek için microrheology ölçümleri izleme sağlayan bir mikrosıvısal aygıt kullanımını göstermektedir.

Havacilik ve Microrheology tekrarlanan faz geçişleri sırasında yumuşak madde Rheological özellikleri belirlemek için birleştirme

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

combining-microfluidics-microrheology-to-determine-rheological

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Physics

Engineering

Unit 1

Temperature and Heat

SCIENTISTS IN ACTION

7.8K Görüntüleme.  Lehigh University. Biz imalat ve birden çok parçacık tekrarlanan faz geçişleri yumuşak konuda rheological etkilerini incelemek için microrheology ölçümleri izleme sağlayan bir mikrosıvısal aygıt kullanımını göstermektedir.

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

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.

1-2 Düzlem Flow-Küçük Açı Nötron Saçılma kullanma Malzeme Mikroyapı altında Akış Ölçme

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

Mühendislik

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.

Poli Sentezi (<em&gt; K</em&gt; -isopropylacrylamide) Yönbağımlı Termo yanıt ve organofilik / Hidrofilik Yükleme Kapasitesi için Janus Microhydrogels

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

Kimya

Microfluidic Mixers for Studying Protein Folding

The process by which a protein folds into its native conformation is highly relevant to biology and human health yet still poorly understood. One reason for this is that folding takes place over a wide range of timescales, from nanoseconds to seconds or longer, depending on the protein1. Conventional stopped-flow mixers have allowed measurement of folding kinetics starting at about 1 ms. We have recently developed a microfluidic mixer that dilutes denaturant ~100-fold in ~8 &mu;s2. Unlike a stopped-flow mixer, this mixer operates in the laminar flow regime in which turbulence does not occur. The absence of turbulence allows precise numeric simulation of all flows within the mixer with excellent agreement to experiment3-4.
Laminar flow is achieved for Reynolds numbers Re &le;100. For aqueous solutions, this requires micron scale geometries. We use a hard substrate, such as silicon or fused silica, to make channels 5-10 &mu;m wide and 10 &mu;m deep (See Figure 1). The smallest dimensions, at the entrance to the mixing region, are on the order of 1 &mu;m in size. The chip is sealed with a thin glass or fused silica coverslip for optical access. Typical total linear flow rates are ~1 m/s, yielding Re~10, but the protein consumption is only ~0.5 nL/s or 1.8 &mu;L/hr. Protein concentration depends on the detection method: For tryptophan fluorescence the typical concentration is 100 &mu;M (for 1 Trp/protein) and for FRET the typical concentration is ~100 nM.
The folding process is initiated by rapid dilution of denaturant from 6 M to 0.06 M guanidine hydrochloride. The protein in high denaturant flows down a central channel and is met on either side at the mixing region by buffer without denaturant moving ~100 times faster (see Figure 2). This geometry causes rapid constriction of the protein flow into a narrow jet ~100 nm wide. Diffusion of the light denaturant molecules is very rapid, while diffusion of the heavy protein molecules is much slower, diffusing less than 1 &mu;m in 1 ms. The difference in diffusion constant of the denaturant and the protein results in rapid dilution of the denaturant from the protein stream, reducing the effective concentration of the denaturant around the protein. The protein jet flows at a constant rate down the observation channel and fluorescence of the protein during folding can be observed using a scanning confocal microscope5.

In this work we explain the fabrication and use of a microfluidic mixer capable of mixing two solutions in ~8 &mu;s. We also demonstrate the use of these mixers with spectroscopic detection using UV fluorescence and fluorescence resonance energy transfer (FRET).

Protein Katlama Öğrenmenin mikroakışkan Mikserler

The process by which a protein folds into its native conformation is highly relevant to biology and human health yet still poorly understood. One reason ...

Biyomühendislik

Phase Diagram Characterization Using Magnetic Beads as Liquid Carriers

Magnetic beads with ~1.9 &#181;m average diameter were used to transport microliter volumes of liquids between contiguous liquid segments with a tube for the purpose of investigating phase change of those liquid segments. The magnetic beads were externally controlled using a magnet, allowing for the beads to bridge the air valve between the adjacent liquid segments. A hydrophobic coating was applied to the inner surface of the tube to enhance the separation between two liquid segments. The applied magnetic field formed an aggregate cluster of magnetic beads, capturing a certain liquid amount within the cluster that is referred to as carry-over volume. A fluorescent dye was added to one liquid segment, followed by a series of liquid transfers, which then changed the fluorescence intensity in the neighboring liquid segment. Based on the numerical analysis of the measured fluorescence intensity change, the carry-over volume per mass of magnetic beads has been found to be ~2 to 3 &#181;l/mg. This small amount of liquid allowed for the use of comparatively small liquid segments of a couple hundred microliters, enhancing the feasibility of the device for a lab-in-tube approach. This technique of applying small compositional variation in a liquid volume was applied to analyzing the binary phase diagram between water and the surfactant C12E5 (pentaethylene glycol monododecyl ether), leading to quicker analysis with smaller sample volumes than conventional methods.

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

Faz Diyagramı Karakterizasyonu Sıvı Taşıyıcılar Manyetik Boncuk Kullanarak

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

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.

Dielektrik RheoSANS - Empedans, Reoloji ve Kompleks Sıvılar Küçük Açı Nötron Saçılma eşzamanlı Sorgulama

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.

Faz-inversiyon ortak akış yapısıyla mikrosıvısal kapiller aygıtı kullanarak yüksek viskozite damlacıkları imalatı

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

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.

Kırmızı Kan Hücresi Toplama Dinamik Soruşturma Kontrollü mikroakışkan Çevre

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

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.

Mikro Schlieren Tekniği ile bir mikroakışkan Aygıt karıştırma homojen Analizi

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

In Situ Mapping of the Mechanical Properties of Biofilms by Particle-tracking Microrheology

Bacterial cells are able to form surface-attached biofilm communities known as biofilms by encasing themselves in extracellular polymeric substances (EPS). The EPS serves as a physical and protective scaffold that houses the bacterial cells and consists of a variety of materials that includes proteins, exopolysaccharides and DNA. The composition of the EPS may change, which remodels the mechanic properties of the biofilm to further develop or support alternative biofilm structures, such as streamers, as a response to environmental cues. Despite this, there are little quantitative descriptions on how EPS components contribute to the mechanical properties and function of biofilms. Rheology, the study of the flow of matter, is of particular relevance to biofilms as many biofilms grow in flow conditions and are constantly exposed to shear stress. It also provides measurement and insight on the spreading of the biofilm on a surface. Here, particle-tracking microrheology is used to examine the viscoelasticity and effective crosslinking roles of different matrix components in various parts of the biofilm during development. This approach allows researchers to measure mechanic properties of biofilms at the micro-scale, which might provide useful information for controlling and engineering biofilms.

In Situ Mapping of the Mechanical Properties of Biofilms by Particle-tracking Microrheology

Particle-tracking microrheology investigates the viscoelasticity of materials. Here, the technique is used to determine the viscoelasticity, creep compliance and effective crosslinking roles of different matrix components of a bacterial biofilm. The matrix consists of polymeric substances secreted by the bacteria and its components determine biofilm structure and mechanical properties.

Parçacık izleme Microrheology tarafından Biyofilmler Mekanik Özelliklerinin Yerinde Haritalama

Bacterial cells are able to form surface-attached biofilm communities known as biofilms by encasing themselves in extracellular polymeric substances ...

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.

Twist-Bend Nematic Sıvı Kristalin Yüksek Kontrastlı ve Hızlı Fotoromatolojik Geçişi

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