Name: combining microfluidics and microrheology to determine rheological properties of soft matter during repeated phase transitions
Uploaded: 2018-04-19T14:00:00
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

Finansiering af dette arbejde blev leveret af Procter & Gamble Co og den amerikanske kemiske samfund Petroleum Research Fund (54462-DNI7). Anerkendelse er lavet til donorer af den amerikanske kemiske samfund Petroleum Research Fund til delvis støtte af denne forskning. Forfatterne vil gerne anerkende Dr. Marco Caggioni til nyttige diskussioner.

1. fremstilling af mikrofluid-enhed
<ol><li>Mikrofluid stempel fabrikation. Bemærk: Dette trin kræver brug af flygtige materialer og bør ske i en kemisk stinkskab.<ol>
<li>Bruge en negativ trykte design med samme dimensioner som glas dias (75 × 50 mm), kanaler farvet hvid, og baggrunden farvet sort (Se figur 1). Udskriv dette design på en klart acetat ark (gennemsigtighed) med en opløsning på 1200 dpi.</li>
		<li>Hvis den mørke del af gennemsigtighed stadig till...

<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>

To-lags mikrofluid enhed (figur 1) kan gøres nemt ved følgende veldokumenteret mikrofluid fabrication teknikker29. Glas understøtter føjes til bunden af enheden for at formindske vibrationelle effekter på sonden bevægelse. Glas dias er meget tynd (0,10 mm) for at imødekomme arbejde afstand af mikroskop mål. Dette gør enheden modtagelige for små vibrationer i bygning og prøve miljøet, der måles derefter med høj hastighed kameraet. Glas understøtter neger...

Faseovergange i blød sag kan ændre stillads struktur, som har konsekvenser i forarbejdning og endelige stabiliteten af materielle1,2,3. Karakterisering af bløde materialer under dynamiske faseovergange giver væsentlige oplysninger om forholdet mellem strukturelle udvikling og ligevægt struktur og rheologiske egenskaber. For eksempel, kræver mange hjemmepleje produkter en ændring af fase under forbrugernes brug. Også, under fremstillingen, trin til behandling, herunder fortynding og blanding, kan give shear påvirker de rheologiske egenskaber og endelige mikrostruktur af produktet. Forstå de rheologiske egenskaber i hele en fase ændring sikrer, at produktet fungerer som designet. Desuden, hvis styrker ændre den start reologi af materialet under fremstillingen, kan faseovergange give uventede og uønskede resultater, ændre den påtænkte funktion og effektivitet. På det kritiske gellation punkt, defineret som det tidspunkt, hvor materialet overgange fra en opløsning af forbundet kolloider eller polymerer til en prøve-spænder gel netværk, ændre materialeegenskaber drastisk med små ændringer til foreningen. Enhver ændring af strukturen på punktet, kritiske gel kan påvirke slutproduktet4. Under disse dynamiske overgange, bløde materialer har svage mekaniske egenskaber og målinger, der bruger klassisk eksperimentelle teknikker kan være inden for måling støj limit5,6,7. For at tage højde for dette, teknikker som microrheology, som er følsomme i rækken lav moduli (10-3 - 4 Pa), der bruges til at karakterisere den svagt begyndende gel under dynamisk udvikling. Nogle materialer er modtagelige over for ændringer i mikrostrukturen på grund af eksterne kræfter, som udgør en udfordring under karakterisering, som enhver overførsel af materiale eller væske kan påvirke strukturen og i sidste ende de endelige materialeegenskaber. For at undgå at ændre de materielle mikrostruktur, har vi udviklet en mikrofluid enhed, der kan udveksle miljømæssige væsken omkring en prøve samtidig minimere shear. Ved at udveksle væske miljø, måles ændringer i rheologiske egenskaber og mikrostruktur under faseovergange med minimal bidrag fra shear. Enheden er kombineret med flere partikel tracking microrheology (MPT) i en teknik kaldet µ2reologi. Denne teknik bruges til at kvantificere materialeegenskaber under træk fase ændringer af en gel som svar på en ekstern drivende kraft. Teknikken vil blive illustreret ved hjælp af et fibrøst kolloid gel, hydrogeneret ricinusolie (HCO)9,10,11.
Gel stilladser kan undergå ændringer i association og dissociation på grund af deres prøve miljøet12,13,14,15. Den drivende kraft for gellation og nedbrydning er materiale bestemt og skal skræddersys for hvert materiale af interesse. µ2reologi kan bruges til at karakterisere gel-systemer, der reagerer på eksterne stimuli, herunder kolloid og polymere netværk. At ændre pH, osmotisk tryk eller saltkoncentration er eksempler på drivkræfter, der kan fremkalde ændringer i den materielle mikrostruktur. For eksempel gennemgår HCO kontrolleret faseovergange ved at oprette en osmotisk trykgradient. Når en koncentreret HCO gel prøve (4 wt % HCO) er nedsænket i vand, svække de attraktive kræfter mellem kolloide partikler, forårsager nedbrydning. Alternativt, når en fortyndet opløsning af HCO (0,125 wt % HCO) er kontaktet med en hydrofil materiale (omtales som den anvendte agars agent og består af det meste glycerin og overfladeaktivt stof), den attraktive kræfter tilbage, forårsager gellation. Denne gel system vil blive brugt til at vise drift af enheden som et værktøj til måling af træk faseovergange på en enkelt prøve9,10. For at karakterisere disse gel stilladser under dynamiske overgange og delikat begyndende gel struktur på den kritiske fase overgang, bruger vi MPT for at karakterisere disse materialer med høj spatio-temporal opløsning.
Microrheology bruges til at bestemme gel egenskaber og struktur, især i den kritiske overgangen af en bred vifte af bløde materialer, herunder kolloid og polymere geler5,6,9,16. MPT er en passiv microrheological teknik, der bruger video mikroskopi til post Brownske bevægelser af fluorescerende sonde partikler er indlejret i en prøve. Partikel positioner i hele videoer bestemmes netop til inden 1/10th af en pixel ved hjælp af klassisk tracking algoritmer17,18. Ensemblet i gennemsnit betyde-squared deplacement (MSD, (Δf2(t))) beregnes ud fra disse partikel baner. MSD er relateret til materialeegenskaber, såsom krybe compliance, ved hjælp af den generaliserede Stokes-Einstein Relation17,19,20,21,22, 23. Tilstanden af materialet bestemmes ved beregning af logaritmisk hældningen af MSD kurve som en funktion af tidsforsinkelsen, α,
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/57429/57429eq1.jpg">
hvor t er den mellemliggende tid, og sammenligne det med den kritiske afslapning eksponent, n. n bestemmes ved hjælp af tid-kur superposition, en veldokumenteret teknik, der blev ændret for at analysere MPT data af Larsen og Furst6. Ved sammenligning af n til α er tilstand af materialet kvantitativt bestemmes. Når α > n materialet, der er en sol, og Hvornår α < n materialet, der er en gel. Tidligere arbejde har karakteriseret den HCO system bruger microrheology til at bestemme den kritiske afslapning eksponent9. Brug af denne information, afgøre vi netop hvornår materialet overgange fra en gel til en sol under et eksperiment. Derudover kan ikke-Gaussisk parameter, αNG, beregnes til at bestemme omfanget af strukturelle heterogenitet af et system,
<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/57429/57429eq2.jpg">
hvor Δx(t) er den endimensionale partikel bevægelse i x -retning. Ved hjælp af MPT, vi kan karakterisere en enkelt fase overgang, men ved kendetegner materialer med MPT i en mikrofluid enhed, vi er i stand til at manipulere flydende omgivelserne og indsamle data af flere faseovergange på en enkelt gel prøve.
Denne mikrofluid enhed er designet til at undersøge de kritiske overgange i en enkelt gel stikprøve, der undergår ændringer i fasen som svar på ændringer i det omgivende væske miljø. Enheden udvekslinger væsken omkring prøven, når det er enten i tilstanden gel eller sol ved at låse udsnit til at fremkalde en fase overgang samtidig minimere shear. En solvent bassinet er placeret direkte over prøve salen, som er forbundet af seks symmetrisk fordelte inlet kanaler. Denne symmetri giver mulighed for udveksling af væske fra opløsningsmidler bassinet til prøve salen samtidig skabe lige pres omkring prøven, låse det på plads. Der har været flere undersøgelser, der bruger denne teknik for enkelt partikel og DNA diffusering, men dette arbejde kan skaleres op for lydstyrken fra enkelt molekyler til prøver, der er ca 10 µL24,25,26. Dette unikke design giver også mulighed for real-time microrheological karakterisering under faseovergange.
µ2reologi er en robust teknik, der er gældende for mange bløde sagen systemer. Den teknik, der er beskrevet i denne hvidbog var designet til kolloid geler, men det kan nemt tilpasses andre materialer såsom polymer eller micellar løsninger. Med denne teknik, vi afgøre, ikke bare hvordan faseovergange påvirke ligevægt materialeegenskaber, men også hvordan forskellige behandlingstrin kan få varige virkninger på de rheologiske evolution af materialet og den endelige stillads struktur og egenskaber.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:713px;" width="713">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:205px;">150 x 15 mm Petri Dish</td>
			<td style="width:195px;">Corning, Inc.</td>
			<td style="width:131px;">351058</td>
			<td style="width:183px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:205px;">75 x 50 x 0.15 mm glass slide</td>
			<td style="width:195px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:131px;">Custom</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">75 x 50 x 1.0 mm glass slide</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>12-550-C</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:205px;">75 x 25 x 1.0 mm glass Slide</td>
			<td style="width:195px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:131px;">12-550-A3</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:205px;">22 x 22 Glass cover slips</td>
			<td style="width:195px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:131px;">12-542-B</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:205px;">Acetone, 99.5%</td>
			<td style="width:195px;">VWR Analytical</td>
			<td style="width:131px;">67-64-1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Low intensity UV source</td>
			<td style="width:195px;">UVP</td>
			<td style="width:131px;">UVL-56</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:205px;">Chloroform, 99.9%</td>
			<td style="width:195px;">Fisher Chemical</td>
			<td style="width:131px;">C298-500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:205px;">Cotton Swabs</td>
			<td style="width:195px;">Q-tips</td>
			<td style="width:131px;">83289205</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:205px;">Ethanol, 90%</td>
			<td style="width:195px;">Fisher Chemical</td>
			<td style="width:131px;">A962-4</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:205px;">Fluoresbrite&#174; YG Carboxylate Microspheres 0.50&#181;m</td>
			<td style="width:195px;">Polysciences, Inc.&#160;</td>
			<td>15700-10</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:205px;">High-Intensity UV Lamp</td>
			<td style="width:195px;">Spectroline Corp.</td>
			<td style="width:131px;">SB-100P</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:205px;">Hot plate</td>
			<td style="width:195px;">Corning, Inc.</td>
			<td style="width:131px;">PC-420</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:205px;">Hydrochloric Acid, 6N</td>
			<td style="width:195px;">Ricca Chemical Company</td>
			<td style="width:131px;">3750-32</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:205px;">Methyltriethyoxysilane, 98%</td>
			<td style="width:195px;">Acros Organics</td>
			<td style="width:131px;">174622500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:205px;">Microcentrifuge</td>
			<td style="width:195px;">Eppendorf</td>
			<td style="width:131px;">5424</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:205px;">Plasma cleaner</td>
			<td style="width:195px;">Harrick Plasma, Inc.</td>
			<td style="width:131px;">PDC-32G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:205px;">Polydimethylsiloxane (PDMS)</td>
			<td style="width:195px;">Robert McKwown Company</td>
			<td style="width:131px;">2065622</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:205px;">Sonicator</td>
			<td style="width:195px;">Branson, Emerson Electric</td>
			<td style="width:131px;">1800</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:205px;">Steel connectors, ID 0.023 inch</td>
			<td style="width:195px;">New England Small Tube Corp.</td>
			<td style="width:131px;">Custom</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:205px;">Tetraethoxysilane, 98%</td>
			<td style="width:195px;">Alfa Aesar</td>
			<td style="width:131px;">A14965</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:205px;">Thiol-ene Resin (UV curable)</td>
			<td style="width:195px;">Norland Products, Inc.&#160;</td>
			<td style="width:131px;">NOA81</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:205px;">Transparency</td>
			<td style="width:195px;">Staples Inc.&#160;</td>
			<td style="width:131px;">21828</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:205px;">Tygon tubing, ID 1/32 inch</td>
			<td style="width:195px;">McMaster-Carr</td>
			<td style="width:131px;">E-3603</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:205px;">Vacuum oven</td>
			<td style="width:195px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:131px;">282A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:205px;">Biopsy punch 8 mm</td>
			<td style="width:195px;">World Precision Instruments</td>
			<td style="width:131px;">504535</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:205px;">Bioposy punch 0.5 mm</td>
			<td style="width:195px;">World Precision Instruments</td>
			<td>504528</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:205px;">Syringe, 30 mL</td>
			<td style="width:195px;">BD</td>
			<td style="width:131px;">309659</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:205px;">Syringe, 3 mL</td>
			<td style="width:195px;">BD</td>
			<td style="width:131px;">309651</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:205px;">Needle, 18 gauge</td>
			<td style="width:195px;">BD</td>
			<td>305195</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:205px;">Microcentrifuge tube, 1.5 mL</td>
			<td style="width:195px;">Eppendorf</td>
			<td>22-36-320-4</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:205px;">High-speed Camera</td>
			<td style="width:195px;">Vision Research</td>
			<td>Miro M120&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:205px;">Microscope</td>
			<td style="width:195px;">Carl Zeiss AG</td>
			<td style="width:131px;">Zeiss Observer, Z1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:205px;">Syringe pump</td>
			<td style="width:195px;">New Era Pump Systems</td>
			<td style="width:131px;">NE-300</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:205px;">Hydrogenated castor oil</td>
			<td style="width:195px;">Procter &#38; Gamble</td>
			<td style="width:131px;">N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:205px;">Af&#237;cio MP 6002 Printer</td>
			<td style="width:195px;">Ricoh Company, Ltd.</td>
			<td style="width:131px;">415877</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

combining microfluidics and microrheology to determine rheological properties of soft matter during repeated phase transitions

Mikrostruktur af bløde sagen direkte påvirker makroskopisk rheologiske egenskaber og kan ændres af faktorer, herunder kolloid omlejring under forrige fase ændringer og anvendt shear. For at bestemme omfanget af disse ændringer, har vi udviklet en mikrofluid enhed at muliggør gentages faseovergange induceret af udveksling af de omkringliggende væske og microrheological karakterisering samtidig begrænse shear på prøve. Denne teknik er µ2reologi, kombinationen af mikrofluidik og microrheology. Enhedens mikrofluid er en to-lag design med symmetrisk inlet strømme ind i en stikprøve kammer, der fælder gel prøven på plads under væske udveksling. Sugning kan anvendes langt væk fra prøve salen at trække væske ind i prøve salen. Materielle rheologiske egenskaber er karakteriseret ved hjælp af flere partikel tracking microrheology (MPT). I MPT, fluorescerende sonde partikler er indlejret i materialet og Brownske bevægelser af sonderne er optaget med video mikroskopi. Bevægelsen af partikler er sporet og den betyde-squared forskydning (MSD) beregnes. MSD er relateret til makroskopisk rheologiske egenskaber, ved hjælp af relationen generaliseret Stokes-Einstein. Fase af materialet, der er identificeret i forhold til den kritiske afslapning eksponent, bestemmes ved hjælp af tid-kur superposition. Målinger af et fibrøst kolloid gel illustrerer nytten af teknikken. Denne gel har en delikat struktur, der kan blive uigenkaldeligt ændret når shear anvendes. µ2reologi data viser, at materialet gentagne gange afbalanceres til de samme rheologiske egenskaber efter hver fase overgang, der angiver, at faseovergange ikke spiller en rolle i mikrostrukturanalyse ændringer. For at fastslå rollen af shear, kan prøver forskydes inden injektionen i vores mikrofluid enhed. µ2reologi er et almindeligt gældende teknik til karakterisering af bløde stof gør det muligt for bestemmelse af rheologiske egenskaber for sarte mikrostrukturer i en enkelt prøve under faseovergange i svar til gentagne ændringer i det omkring miljøforhold.

En to-lags mikrofluid enheden er konstrueret med PDMS (figur 1a, b), som er mønstret på et mikrofluid stempel. Udformning af frimærket er vist i figur 1c. Forkert eksperimentel opsætning kan resultere både i fejl i passiv microrheology og mikrofluid flyder under omkring væske udveksling (figur 2). Eksempler på forkert eksperimentel opsætning er nærmere beskr...

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

Vi demonstrere fabrikation og brug af en mikrofluid enhed, der giver mulighed for flere partikel sporing microrheology målinger for at studere de rheologiske virkningerne af gentagen faseovergange i blød sag.

Kombinere mikrofluidik og Microrheology for at bestemme rheologiske egenskaber af blødt stof under gentagne faseovergange

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

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Physics

Engineering

Unit 1

Temperature and Heat

SCIENTISTS IN ACTION

Controlling the Size, Shape and Stability of Supramolecular Polymers in Water

Styring af størrelse, form og stabilitet af supramolekylære polymerer i vand

For aqueous based supramolecular polymers, the simultaneous control over shape, size and stability is very difficult1. At the same time, the ability to do ...

Taking Advantage of Reduced Droplet-surface Interaction to Optimize Transport of Bioanalytes in Digital Microfluidics

Drage fordel af reducerede Droplet-overflade Interaktion Optimer Transport af Bioanalytes i Digital Microfluidics

Digital microfluidics (DMF), a technique for manipulation of droplets, is a promising alternative for the development of &#8220;lab-on-a-chip&#8221; ...

High-Sensitivity Nuclear Magnetic Resonance at Giga-Pascal Pressures: A New Tool for Probing Electronic and Chemical Properties of Condensed Matter under Extreme Conditions

High-Sensitivity Nuclear Magnetic Resonance på Giga-Pascal tryk: et nyt værktøj til Sondering Elektronisk og kemiske egenskaber af kondenserede stoffer under ekstreme forhold

Nuclear Magnetic Resonance (NMR) is one of the most important techniques for the study of condensed matter systems, their chemical structure, and their ...

Patterning via Optical Saturable Transitions - Fabrication and Characterization

Mønster via optisk mættede Transitions - fremstilling og karakterisering

This protocol describes the fabrication and characterization of nanostructures using a novel nanolithographic technique called Patterning via Optical ...

Challenges in Rheological Characterization of Highly Concentrated Suspensions &#8212; A Case Study for Screen-printing Silver Pastes

Challenges in Rheological Characterization of Highly Concentrated Suspensions ÃƒÆ’Ã‚Â¢ÃƒÂ¢Ã¢â‚¬Å¡Ã‚Â¬ÃƒÂ¢Ã¢â€šÂ¬Ã‚Â A Case Study for Screen-printing Silver Pastes

Udfordringer i Rheologisk Karakterisering af stærkt koncentrerede Karantæner - et casestudie til silketryk Silver Indsætter

A comprehensive rheological characterization of highly concentrated suspensions or pastes is mandatory for a targeted product development meeting the ...

Orientational Transition in a Liquid Crystal Triggered by the Thermodynamic Growth of Interfacial Wetting Sheets

Orienterende overgang i en flydende krystal udløst af den termodynamiske vækst af grænseflader

In liquid crystal (LC) physical chemistry, molecules near the surface play a great role in controlling bulk orientation. Thus far, mainly to achieve ...

Electric-field Control of Electronic States in WS2 Nanodevices by Electrolyte Gating

Electric-field Control of Electronic States in WS2 Nanodevices by Electrolyte Gating

Elektrisk-field kontrol af elektroniske stater i WS2 Nanodevices af elektrolyt Gating

A method of carrier number control by electrolyte gating is demonstrated. We have obtained WS2 thin flakes with atomically flat surface via scotch tape ...

Fabrication of Soft Pneumatic Network Actuators with Oblique Chambers

Fabrikation af bløde pneumatisk netværk aktuatorer med skrå kamre

Soft pneumatic network actuators have become one of the most promising actuation devices in soft robotics which benefits from their large bending ...

Studying Large Amplitude Oscillatory Shear Response of Soft Materials

At studere stor Amplitude oscillerende Shear svar af bløde materialer

We investigate the sequence of physical processes exhibited during large amplitude oscillatory shearing (LAOS) of polyethylene oxide (PEO) in dimethyl ...

Rapid Manufacturing of Thin Soft Pneumatic Actuators and Robots

Hurtig fremstilling af tynde, bløde pneumatiske aktuatorer og robotter

This protocol describes a method for rapid manufacturing of soft pneumatic actuators and robots with an ultrathin form factor using a heat press and a ...