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

Las investigaciones realizadas en esta publicación fue apoyada por la Universidad de Houston Nueva Facultad Grant, una donación de semillas del Centro de Texas para Superconductividad, y el Fondo de Investigación del Petróleo American Chemical Society (52537-DNI).

1. Preparación de mezclas de coloide y polímeros Nota: Este protocolo utiliza poli (metacrilato de metilo) (PMMA) partículas, estéricamente estabilizado usando poli (ácido 12-hidroxiesteárico) y marcado con un colorante fluorescente (tales como Rojo Nilo, rodamina B, o fluoresceína), que se sintetizó siguiendo una norma receta 52. <ol><li> Preparar un 3:01 w / w mezcla de bromuro de ciclohexilo (CXB) y decahidronaftaleno (DHN) como una acción disolvente. Esta mezcla cas...

Las suspensiones coloidales son ampliamente estudiados como modelos para el comportamiento de fase reducido, ya que las partículas coloidales de tamaño micrométrico exhiben dinámica significativamente más lento que los átomos y las moléculas y por lo tanto se pueden obtener imágenes y seguimiento en el tiempo 10 fácilmente. Para estos estudios fundamentales, la comprensión del efecto de las atracciones entre partículas en el comportamiento de la fase confinada ofrece la oportunidad de explorar fen?...

En este trabajo se demuestra (a) de imagen confocal de mezclas de coloides poliméricos en reposo y que fluyen confinados en dos y tres dimensiones y (b) de las partículas de seguimiento y análisis de correlación de las imágenes resultantes para obtener información cuantitativa sobre el comportamiento de las fases y las propiedades de flujo. Las suspensiones coloidales con atractivas interacciones entre partículas aparecen por doquier en aplicaciones tecnológicas como materiales para el montaje dirigido 1-3, la administración de fármacos 4, 5-7 mejorada recuperación de hidrocarburos, y el almacenamiento de energía 8. Una característica común de estas aplicaciones es que las partículas deben ser fluyeron a través de geometrías finas, tales como toberas, cabezales de impresión, microcanales, o medios porosos, y / o ser en forma de películas delgadas o varillas. Las técnicas utilizadas para investigar la estructura de los coloides de tamaño micrométrico en geometrías confinadas, incluyendo microscopía electrónica 17,18, la microscopía de rayos X 19, y el láser de difracción microscopy 20, se puede utilizar para medir la estructura y dinámica de las partículas en la microescala. Estas técnicas, sin embargo, no permiten el acceso a las trayectorias de las partículas individuales, de las cuales las métricas estructurales y dinámicos se pueden calcular para una comparación directa con las simulaciones numéricas 21,22. La microscopía confocal es una variante de microscopía de fluorescencia que permite formación de imágenes de secciones delgadas de una muestra fluorescente. Para la ciencia coloidal 10, esta técnica es particularmente útil para obtener imágenes de las profundidades de suspensiones densas o en tres dimensiones. Algoritmos de partículas de seguimiento de 23 aplicado a dos series de tiempo-o tridimensional de micrografías confocales producir las trayectorias de todas las partículas visibles. Como resultado, la combinación de la microscopía confocal y de partículas de seguimiento se ha aplicado para estudiar el comportamiento de fase, la estructura y la dinámica de suspensiones coloidales, incluyendo cristales ordenados 24-27 y trastornoed gafas 28-31 y 32-35 geles. Otros algoritmos de análisis de imagen se pueden aplicar para medir la dinámica de las partículas de la serie de tiempo de micrografías confocales. Por ejemplo, la dinámica de partículas difusoras pueden ser estudiadas mediante el análisis de las fluctuaciones en la intensidad en el tiempo utilizando diferencial microscopía confocal dinámico 36. Cuando los desplazamientos de las partículas son más grandes que el espaciamiento entre partículas, de correlación de imágenes 37 sobre la base de partícula de imagen velocimetría 38-40 se puede aplicar para medir perfiles de velocidad de las partículas. La combinación de algoritmos de seguimiento y de correlación ha permitido la dinámica coloidales que se miden en los sistemas sometidos a lento y rápido flujo 11-16,41-45. Utilizamos mezclas de coloides poliméricos como modelos para suspensiones coloidales atractivos 9. En estas mezclas, el rango y la fuerza del atractivo potencial entre partículas se controlan a través de la relacióndel radio de giro del polímero a la radio de la partícula y la concentración del polímero y la repulsión electrostática se controla mediante la adición de una sal orgánica monovalente 46. Debido a que las interacciones entre partículas se pueden sintonizar cuidadosamente, la solidificación de estas mezclas se ha estudiado ampliamente con microscopía confocal 34,47-51. Aquí se demuestra la imagen confocal y análisis de imágenes de 37 mezclas de coloides poliméricos reposo y fluidas, en el que se celebra la fracción de volumen de coloide fija en Φ = 0,15, que la sonda el efecto de confinamiento en el comportamiento de las fases y propiedades de flujo de estas mezclas. Estas técnicas son ampliamente aplicables a los sistemas de partículas que son índice de refracción-emparejados y en el que las partículas y / o disolvente puede ser marcado 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

El comportamiento de las suspensiones coloidales confinados con atractivas interacciones entre partículas es crítica para el diseño racional de los materiales para el montaje dirigido 1-3, la administración de fármacos 4, la mejora de la recuperación de hidrocarburos 5-7, y los electrodos capaces de fluir para el almacenamiento de energía 8. Suspensiones que contienen coloides fluorescentes y polímeros no adsorbentes son atractivos sistemas modelo, como la relación entre el radio de giro del polímero a la radio de la partícula y la concentración de polímero de control de la gama y la fuerza de la atracción entre partículas, respectivamente. Al ajustar las propiedades del polímero y la fracción de volumen de los coloides, fluidos coloidales, fluidos de agrupaciones, geles, cristales, y los vidrios se pueden obtener 9. La microscopía confocal, una variante de la microscopía de fluorescencia, permite una muestra ópticamente transparente y fluorescente para ser reflejado con una alta resolución espacial y temporal en tres dimensiones. En esta técnica, un pequeño orificio o hendidura bloquea la luz fluorescente emitida por regiones de la muestra que se encuentran fuera del volumen focal del sistema óptico del microscopio. Como resultado, se forma la imagen sólo una sección delgada de la muestra en el plano focal. Esta técnica es especialmente adecuado para investigar la estructura y la dinámica en densas suspensiones coloidales en la escala de una sola partícula: las partículas son lo suficientemente grandes como para ser resueltos usando la luz visible y difunden lo suficientemente lento como para ser capturado a velocidades típicas de los sistemas de escaneo confocal comerciales 10 . Las mejoras en la velocidad de escaneado y algoritmos de análisis han permitido también a la imagen confocal cuantitativa de suspensiones fluidas 11-16,37. En este trabajo se demuestra experimentos de microscopía confocal para investigar el comportamiento de la fase confinada y las propiedades de flujo de las mezclas de coloides poliméricos. Primero preparamos colloid mezclas de polímeros que son la densidad y el índice de refracción igualados. A continuación, se presenta un protocolo estándar para obtener imágenes densas mezclas de coloides poliméricos reposo bajo diversas confinamiento en celdas en forma de cuña delgada. Por último, demostrar un protocolo para obtener imágenes de las mezclas de coloides poliméricos durante el flujo de microcanales.

Para demostrar la imagen confocal y de partículas de seguimiento, se investigó el efecto de confinamiento en el comportamiento de las fases de las mezclas de coloides poliméricos 63-65. Para estos experimentos el diámetro coloide era 2 a = 0,865 m. La fracción de volumen de coloide se fijó en Φ = 0,15 y la concentración de polímero C p se varió desde 0 hasta 23,6 mg / ml. Confocal de imágenes representativas se muestran en la Figura 2 63, col...

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Confocal Imaging of Confined Quiescent and Flowing Colloid-polymer Mixtures

La microscopía confocal se utiliza para obtener imágenes de las mezclas de coloides poliméricos en reposo y que fluyen, los cuales son estudiados como sistemas modelo para suspensiones atractivos. Algoritmos de análisis de imagen se utilizan para calcular las métricas estructurales y dinámicas para las partículas coloidales que miden cambios debido al confinamiento geométrico.

Imagen confocal de Confinados en reposo y que fluye mezclas de coloide y polímeros

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

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