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

A pesquisa relatada nesta publicação foi apoiada por uma Universidade de Houston Nova Faculdade Grant, uma doação de sementes a partir do Centro de Supercondutividade Texas, e ao Fundo de Investigação do Petróleo American Chemical Society (52537-DNI).

1. Preparação de misturas de polímero de colóide Nota: Este protocolo utiliza o poli (metacrilato de metilo) (PMMA) de partículas, estericamente estabilizados usando poli (ácido 12-hidroxiesteárico) e marcada com um corante fluorescente (por exemplo, Vermelho do Nilo, rodamina B, ou fluoresceína), que foram sintetizados seguindo um padrão receita 52. <ol><li> Prepara-se uma w / w mistura de brometo de ciclo-hexilo (CXB) e deca-hidronaftaleno (DHN) como um solvente de es...

As suspensões coloidais são amplamente estudada como modelo para o comportamento de fase confinada, porque as partículas coloidais de tamanho micro exibem dinâmica significativamente mais lento do que os átomos e as moléculas e, assim, pode ser facilmente trabalhada e rastreado ao longo do tempo 10. Para estes estudos fundamentais, a compreensão do efeito de atrações interpartículas no comportamento de fase confinado oferece a oportunidade de explorar fenômenos como condensação capilar e evapora?...

Este trabalho demonstra (a) imagem confocal de misturas quiescentes e fluindo confinados colóide-polímero em duas e três dimensões e (b) partícula de rastreamento e de correlação das imagens resultantes para obter informações quantitativas sobre o comportamento de fases e propriedades de fluxo. Suspensões coloidais com interações interpartículas atrativas aparecer onipresente em aplicações tecnológicas como materiais para a montagem dirigida 1-3, a entrega da droga 4, a melhoria 5-7 recuperação de hidrocarbonetos, e de armazenamento de energia 8. Uma característica comum destes aplicativos é que as partículas devem ser fluiu através geometrias finas, como bicos, cabeças de impressão, microcanais, ou meios porosos, e / ou ser moldado em filmes finos ou varas. Técnicas utilizadas para sondar a estrutura de colóides micro-empresas em geometrias confinadas, incluindo microscopia eletrônica de 17,18, microscopia de raios-x 19, e laser de difração microscopy 20, pode ser usado para medir a estrutura e a dinâmica das partículas em microescala. Estas técnicas, no entanto, não permitem acesso às trajetórias de partículas individuais, das quais métricas estruturais e dinâmicas podem ser computados para comparação direta com simulações numéricas 21,22. A microscopia confocal é uma variante de microscopia de fluorescência que permite imagens de cortes finos de uma amostra de fluorescência. Para a ciência coloidal 10, esta técnica é particularmente útil para a imagem no fundo de suspensões densas ou em três dimensões. Algoritmos de partícula de localização 23 aplicado a duas ou séries temporais tridimensional de micrografias confocal produzir as trajectórias de todas as partículas visíveis. Como resultado, a combinação de microscopia confocal e partículas de controlo foi aplicado para estudar o comportamento de fase, a estrutura, e dinâmicas de suspensões coloidais, incluindo cristais ordenados 24-27 e desordemed óculos 28-31 e 32-35 géis. Outros algoritmos de análise de imagem pode ser aplicado para medir a dinâmica das partículas a partir de séries cronológicas de micrografias confocal. Por exemplo, a dinâmica das partículas difusoras pode ser estudado através da análise das variações na intensidade ao longo do tempo usando microscopia confocal dinâmica diferencial 36. Quando os deslocamentos das partículas são maiores do que o espaçamento interpartículas, correlação entre a imagem 37 com base na imagem da partícula velocimetria 38-40 pode ser aplicado para medir os perfis de velocidade das partículas. A combinação de monitoramento e correlação algoritmos permitiu dinâmica coloidais a ser medida em sistemas submetidos lento e rápido fluxo de 11-16,41-45. Usamos misturas colóide de polímero como modelos para atraentes suspensões coloidais 9. Nestas misturas, a gama e a força do potencial atractivo interpartículas são controladas através do ráciodo raio de giração de polímero para o raio da partícula e a concentração do polímero e da repulsão electrostática é controlado através da adição de um sal monovalente orgânico 46. Porque as interacções interpartículas pode ser cuidadosamente ajustados, a solidificação destas misturas tem sido extensivamente estudada por microscopia confocal 34,47-51. Aqui demonstramos imagem confocal e análise de imagem 37 de misturas de polímeros com colóide de quiescentes e fluidas, em que a fracção do volume de colóide é mantido fixo em Φ = 0,15, que o efeito da sonda de confinamento no comportamento de fase e as propriedades de escoamento destas misturas. Estas técnicas são amplamente aplicáveis ​​a sistemas de partículas que são de refracção e no qual as partículas e / ou solvente pode ser marcada com um corante fluorescente de correspondência de índice.

<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

O comportamento de suspensões coloidais confinados com interacções atractivas interpartículas é crítica para a concepção racional de materiais para a montagem dirigida 1-3, a entrega da droga 4, melhorou a recuperação de hidrocarboneto de 5-7, e eléctrodos de fluidos para o armazenamento de energia 8. Suspensões contendo colóides fluorescentes e polímeros não-adsorventes são atraentes sistemas modelo, como a relação do raio de giração de polímero para o raio da partícula e a concentração de polímero de controlo da gama e da força da atracção de interpartículas, respectivamente. Ao ajustar as propriedades do polímero e a fracção de volume de colóides, fluidos coloidais, fluidos de aglomerados, geles, cristais e vidros pode ser obtido 9. Microscopia confocal, uma variante de microscopia de fluorescência, permite que uma amostra de opticamente transparentes e fluorescente a ser trabalhada com alta resolução espacial e resolução temporal em três dimensões. Nesta técnica, um pequeno furo ou fenda bloqueia a luz fluorescente emitida a partir de regiões da amostra que estão do lado de fora do volume focal do sistema óptico do microscópio. Como resultado, apenas uma seção fina da amostra no plano focal é imaginada. Esta técnica é particularmente adequado para investigar a estrutura e dinâmica em suspensões coloidais densas na escala de partícula única: as partículas são grandes o suficiente para ser resolvido usando a luz visível e difundir lentamente o suficiente para ser capturado em velocidades de varredura típicos de sistemas confocal comerciais 10 . Melhorias na velocidade de varredura e algoritmos de análise também permitiram imagem confocal quantitativa das suspensões fluindo 11-16,37. Neste artigo, demonstramos experimentos de microscopia confocal para sondar o comportamento de fase confinado e propriedades de fluxo das misturas colóide-polímero. Primeiro preparar collmisturas oid-polímero que são densidade e refração índice combinado. Em seguida, apresentamos um protocolo padrão para imagens misturas colóide-polímero densas quiescentes sob variando confinamento em células em forma de cunha finas. Finalmente, foi demonstrado um protocolo para imagiologia misturas colóide-polímero durante o fluxo de microcanais.

Para demonstrar imagem confocal e partícula-rastreamento, investigou o efeito de confinamento no comportamento da fase das misturas de polímero colóide de 63-65. Para estas experiências, o diâmetro colóide foi 2 a = 0,865 mM. A fracção do volume de colóide foi fixada em Φ = 0,15 e a concentração de polímero de c p foi variou de 0 a 23,6 mg / ml. Imagens confocais representativos são mostrados na Figura 2 63, coluna da esquerda. A partir da...

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Confocal Imaging of Confined Quiescent and Flowing Colloid-polymer Mixtures

A microscopia confocal é utilizado para as misturas de polímero-colóide quiescentes e fluidas de imagem, que são estudados como sistemas modelo para suspensões atraentes. Algoritmos de análise de imagem são utilizadas para calcular as métricas estruturais e dinâmicas para as partículas coloidais que medem alterações devido ao confinamento geométrico.

Imagem confocal de Confinado repouso e fluindo Misturas colóide-polímero

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