Name: confocal imaging of confined quiescent and flowing colloid-polymer mixtures
Uploaded: 2014-05-20T19:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Confocal Imaging of Confined Quiescent and Flowing Colloid-polymer Mixtures at JoVE.com

Ricerca riportata in questa pubblicazione è stato sostenuto da una Università di Houston Nuova Facoltà Grant, una sovvenzione seme dal Centro Texas per la superconduttività e la Petroleum Research Fund American Chemical Society (52537-DNI).

1. Preparazione di miscele colloidali e polimeri Nota: Questo protocollo utilizza poli (metilmetacrilato) (PMMA) particelle, stericamente stabilizzati usando poli (acido 12-idrossistearico) e marcato con un colorante fluorescente (come Nilo Rosso, rodamina B, o fluoresceina), che sono stati sintetizzato seguendo uno standard ricetta 52. <ol><li> Preparare un w / w miscela di cicloesil bromuro (CXB) e decaidronaftalene (DHN) come uno stock di solvente 3:1. Questa miscela corrispo...

Sospensioni colloidali sono ampiamente studiati come modelli di comportamento di fase limitata, perché le particelle colloidali micron di dimensioni mostrano dinamiche notevolmente più lento di atomi e molecole e quindi possono essere facilmente esposte e monitorati nel tempo 10. Per questi studi fondamentali, capire l&#39;effetto delle attrazioni interparticellari sul comportamento di fase confinata offre l&#39;opportunità di esplorare fenomeni come la condensazione capillare ed evaporazione 21,22,67...

Questo documento dimostra (a) confocale di miscele colloide-polimero quiescenti e fluenti confinati in due e tre dimensioni e (b) particelle di monitoraggio e correlazione analisi delle immagini risultanti per ottenere informazioni quantitative sul comportamento di fase e proprietà di flusso. Sospensioni colloidali con interazioni interparticellari interessanti appaiono ubiquitariamente in applicazioni tecnologiche come materiali per il montaggio diretto 1-3, la consegna della droga 4, migliorato 5-7 il recupero di idrocarburi e stoccaggio di energia 8. Una caratteristica comune di queste applicazioni è che le particelle devono essere attraversati geometrie pregiati, quali ugelli, testine di stampa, microcanali o supporti porosi, e / o essere trasformati in film sottili o aste. Le tecniche utilizzate per sondare la struttura di colloidi micron di dimensioni in geometrie confinate, comprese microscopia elettronica 17,18, microscopia a raggi X 19, e diffrazione laser microscopy 20, può essere utilizzato per misurare la struttura e la dinamica di particelle su microscala. Queste tecniche, tuttavia, non consentono l&#39;accesso alle traiettorie delle singole particelle, da cui metriche strutturali e dinamiche possono essere calcolati per confronto diretto simulazioni numeriche 21,22. Microscopia confocale è una variante di microscopia a fluorescenza che permette l&#39;imaging di sezioni sottili di un campione fluorescente. Per la scienza colloidale 10, questa tecnica è particolarmente utile per l&#39;imaging in profondità all&#39;interno sospensioni dense o in tre dimensioni. Algoritmi di Particle-tracking 23 applicati a due o serie temporali tridimensionale di micrografie confocali cedere le traiettorie di tutte le particelle visibili. Di conseguenza, la combinazione di microscopia confocale e particella-inseguimento è stato applicato per studiare il comportamento di fase, la struttura e la dinamica di sospensioni colloidali, compresi cristalli ordinati 24-27 e disturboed occhiali 28-31 e 32-35 gel. Altri algoritmi di analisi dell&#39;immagine possono essere applicati per misurare la dinamica delle particelle di serie temporali di micrografie confocale. Ad esempio, la dinamica delle particelle diffusiva possono essere studiati analizzando le fluttuazioni di intensità nel tempo utilizzando differenziale microscopia confocale dinamico 36. Quando gli spostamenti delle particelle sono più grandi della spaziatura interparticellare, immagine correlazione 37 basato su particelle immagine velocimetry 38-40 può essere applicato per misurare profili di velocità delle particelle. La combinazione di algoritmi di localizzazione e di correlazione ha permesso dinamiche colloidali da misurare nei sistemi sottoposti a lento e veloce il flusso 11-16,41-45. Usiamo miscele colloide-polimero come modelli per interessanti sospensioni colloidali 9. In queste miscele, la copertura e il livello della interessante potenziale interparticellare sono controllati tramite il rapportodel raggio di girazione polimero al raggio delle particelle e la concentrazione del polimero e la repulsione elettrostatica è controllata tramite l&#39;aggiunta di un sale organico monovalente 46. Poiché le interazioni interparticellari possono essere messi a punto, la solidificazione di queste miscele è stata ampiamente studiata con microscopia confocale 34,47-51. Qui mostriamo confocale e analisi di immagine 37 di miscele colloide-polimero quiescenti e scorre, in cui la frazione di volume colloide è tenuta fissa a Φ = 0,15, che sonda l&#39;effetto di contenimento sul comportamento di fase e proprietà di flusso di queste miscele. Queste tecniche sono ampiamente applicabili a sistemi particellari che sono indice di rifrazione-coincidenti ed in cui le particelle e / o solvente possono essere marcate con un colorante fluorescente.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:752px;" width="751">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Name of Material/ Equipment</td>
			<td style="width:103px;">Company</td>
			<td style="width:119px;">Catalog Number</td>
			<td style="width:315px;">Comments/Description</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Cyclohexyl bromide</td>
			<td style="width:103px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">135194</td>
			<td style="width:315px;">CAS Number&#160; 108-85-0, Molecular wt. =163.06, Used in stock solvent</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Decahydronapthalene</td>
			<td style="width:103px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">D251</td>
			<td style="width:315px;">CAS Number 91-17-8, Molecular wt. = 138.25, Used in stock solvent</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Nile Red</td>
			<td style="width:103px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">72485</td>
			<td style="width:315px;">Fluorescent dye</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Fluorescein 5(6)-isothiocyanate</td>
			<td style="width:103px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">F3651</td>
			<td style="width:315px;">Fluorescent dye</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Rhodamine B</td>
			<td style="width:103px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">83689</td>
			<td style="width:315px;">Fluorescent dye</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Dynamic Light Scattering&#160;</td>
			<td style="width:103px;">Brookhaven Instruments</td>
			<td style="width:119px;">BI-APD</td>
			<td style="width:315px;">DLS equipment used for particle size measurement</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Polystyrene&#160;</td>
			<td style="width:103px;">Varian/Agilent</td>
			<td style="width:119px;">PL20138-23</td>
			<td style="width:315px;">Polystyrene (polymer) for inducing depletion attraction</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">tetrabutyl(ammonium chloride) (TBAC)</td>
			<td style="width:103px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">86870</td>
			<td style="width:315px;">monovalent salt</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Cover slips</td>
			<td style="width:103px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:119px;">12-518-210&#160;</td>
			<td style="width:315px;">48&#10761;65 mm</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Cover slips</td>
			<td style="width:103px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:119px;">12-540B</td>
			<td style="width:315px;">22&#10761;22 mm</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">UV Adhesive</td>
			<td style="width:103px;">Norland Adhesive</td>
			<td style="width:119px;">NOA 68T</td>
			<td style="width:315px;">Part Number 68T01 (UV cured adhesive)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">VT Eye</td>
			<td style="width:103px;">Visitech</td>
			<td style="width:119px;">VT Eye</td>
			<td style="width:315px;">confocal scanner</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">VT Infinity</td>
			<td style="width:103px;">Visitech</td>
			<td style="width:119px;">VT Infinity</td>
			<td style="width:315px;">confocal scanner</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Microscope&#160;</td>
			<td style="width:103px;">Leica</td>
			<td style="width:119px;">DMI3000B</td>
			<td style="width:315px;">Inverted Microscope</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Centrifuge</td>
			<td style="width:103px;">Thermo Scientific&#160;</td>
			<td style="width:119px;">Sorvall ST 16</td>
			<td style="width:315px;">1-5000 rpm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Glass slides</td>
			<td style="width:103px;">VWR</td>
			<td style="width:119px;">48382-171</td>
			<td style="width:315px;">25&#10761;75 mm, 1.0 mm thick</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">microcapillary</td>
			<td style="width:103px;">Vitrocom</td>
			<td style="width:119px;">8510-100</td>
			<td style="width:315px;">0.1&#10761;0.1 mm square cross section, 100 mm length</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Teflon tubing</td>
			<td style="width:103px;">smallparts</td>
			<td style="width:119px;">SLTT 26-72</td>
			<td style="width:315px;">Zeus PTFE Sublite Wall Tubing 26 AWG .016&#34; ID x .0030&#34; Wall</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Epoxy</td>
			<td style="width:103px;">Devcon</td>
			<td style="width:119px;">DA051</td>
			<td style="width:315px;">5 minute epoxy</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Syringe</td>
			<td style="width:103px;">Micromate/Cadence</td>
			<td style="width:119px;">5004</td>
			<td style="width:315px;">glass syringe with metal luer lock tip</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Syringe tips&#160;</td>
			<td style="width:103px;">Nordson</td>
			<td align="right">7018462</td>
			<td style="width:315px;">32 GA precision tips&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Syringe pump&#160;</td>
			<td style="width:103px;">New Era Pump system Inc.&#160;</td>
			<td style="width:119px;">NE1002X</td>
			<td style="width:315px;">Programmable microfluidic pump (syringepump.com)</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Weigh balance</td>
			<td style="width:103px;">Mettler Toledo</td>
			<td style="width:119px;">AB204-S</td>
			<td style="width:315px;">0.0001-220 g</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">PMMA particles</td>
			<td style="width:103px;">synthesized</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:315px;">poly(methylmethacrylate) colloidal particles</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

confocal imaging of confined quiescent and flowing colloid-polymer mixtures

Il comportamento di sospensioni colloidali confinati con interazioni interparticellari attraenti è fondamentale per il disegno razionale di materiali per il montaggio diretto 1-3, drug delivery 4, 5-7 migliorato recupero di idrocarburi, e elettrodi fluidi di immagazzinamento 8. Sospensioni contenenti colloidi fluorescenti e polimeri non adsorbenti sono interessanti sistemi modello, come il rapporto tra il raggio di girazione polimero al raggio delle particelle e la concentrazione del controllo polimero rispettivamente l&#39;intervallo e la forza di attrazione interparticellare,. Sintonizzando le proprietà del polimero e la frazione volumetrica dei colloidi, fluidi colloidali, fluidi di cluster, gel, cristalli e vetri possono essere ottenuti 9. Microscopia confocale, una variante di microscopia a fluorescenza, permette un campione otticamente trasparente e fluorescente da acquisire con elevata risoluzione spaziale e temporale in tre dimensioni. In questa tecnica, un piccolo foro o fessura blocca la luce fluorescente emessa dalle regioni del campione che sono al di fuori del volume focale del sistema ottico del microscopio. Di conseguenza, solo una sezione sottile del campione nel piano focale viene esposta. Questa tecnica è particolarmente adatta per sondare la struttura e la dinamica in sospensioni colloidali dense a scala singola particella: le particelle sono abbastanza grandi da essere risolto utilizzando luce visibile e diffondono abbastanza lentamente da catturare a velocità di scansione tipiche dei sistemi confocali commerciali 10 . Miglioramenti nella velocità di scansione e algoritmi di analisi hanno inoltre consentito confocale imaging quantitativo di sospensioni fluide 11-16,37. In questo lavoro, dimostriamo esperimenti di microscopia confocale per sondare il comportamento di fase confinata e fluidità di miscele colloide-polimero. Per prima cosa prepariamo collmiscele oid-polimero che sono densità e indice di rifrazione abbinati. Poi, riportiamo un protocollo standard per l&#39;imaging miscele colloide-polimero densi quiescenti sotto diversi confinamento nelle cellule a forma di cuneo sottili. Infine, dimostriamo un protocollo per l&#39;imaging miscele colloide-polimero durante il flusso microcanali.

Per dimostrare confocale e particelle-tracking, abbiamo studiato l&#39;effetto del confinamento sul comportamento di fase di miscele colloide-polimero 63-65. Per questi esperimenti il diametro colloide era 2 a = 0,865 micron. La frazione di volume colloide è fissato a Φ = 0,15 e la concentrazione del polimero c p è stata variata 0-23,6 mg / ml. Immagini confocali rappresentativi sono riportati nella Figura 2 63, colonna a sinistra. Dalle posizioni de...

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Confocal Imaging of Confined Quiescent and Flowing Colloid-polymer Mixtures

La microscopia confocale viene utilizzato per immagini miscele colloide-polimero quiescenti e fluenti, che vengono studiati come sistemi modello per sospensioni interessanti. Algoritmi di analisi dell&#39;immagine sono utilizzati per calcolare le metriche strutturali e dinamici per le particelle colloidali che misurano le variazioni dovute al confino geometrica.

Imaging confocale di confinati riposo e fluenti miscele colloidali e polimeri

The behavior of confined colloidal suspensions with attractive interparticle interactions is critical to the rational design of materials for directed ...

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