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

Financiering voor dit werk werd verzorgd door de Procter & Gamble Co. en de American Chemical Society Petroleum Research Fund (54462-DNI7). Erkenning geschiedt aan de donoren van de American Chemical Society Petroleum Research Fund voor gedeeltelijke ondersteuning van dit onderzoek. De auteurs wil erkennen van Dr. Marco Caggioni voor nuttige discussies.

1. fabricage van het Microfluidic-apparaat
<ol><li>Microfluidic stempel fabricage. Opmerking: Deze stap vereist het gebruik van vluchtige materialen en moet gebeuren in een chemische zuurkast.<ol>
<li>Gebruik een negatieve gedrukte ontwerp met dezelfde afmetingen als het glasplaatje (75 × 50 mm), de kanalen wit gekleurd, en de achtergrond kleur zwart (Zie Figuur 1). Dit ontwerp op een duidelijke acetaat vel (transparantie) met een resolutie van 1200 dpi afdrukken.</li>...

<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>

Het twee-laag microfluidic apparaat (Figuur 1) kan gemakkelijk worden gemaakt door de volgende goedgedocumenteerde microfluidic fabricage technieken29. Glas ondersteunt worden toegevoegd aan de onderzijde van het apparaat te verminderen vibrationele gevolgen voor verkeer van de sonde. Het glasplaatje is zeer dunne (0,10 mm) om de afstand van de Microscoop doelstelling tegemoet te komen. Dit maakt het apparaat gevoelig voor kleine trillingen in de bouw en de voorbeeldo...

Fase-overgangen in zachte materie kunnen wijzigen de structuur van de steiger, hetgeen zijn weerslag in de verwerking en definitieve stabiliteit van het materiaal1,2,3 heeft. De karakterisering van zachte materialen tijdens dynamische fase-overgangen bevat essentiële informatie over de relatie tussen structurele evolutie en evenwicht structuur en reologische eigenschappen. Bijvoorbeeld, vereisen veel thuiszorg producten een fase verandering tijdens gebruik door de consument. Ook tijdens de fabricage, kan verwerking van stappen, met inbegrip van verdunning en vermenging, schuintrekken beïnvloeden de Rheologische eigenschappen en de uiteindelijke microstructuur van het product geven. Inzicht in de Rheologische eigenschappen in een fase verandering zorgt ervoor dat het product wordt uitgevoerd zoals ontworpen. Bovendien als krachten de startende reologie van het materiaal tijdens het productieproces wijzigt, fase-overgangen kunnen onverwachte en ongewenste resultaten opleveren, veranderen de beoogde functie en doeltreffendheid. Op het punt van de kritische gelering, gedefinieerd als het punt waar het materiaal van een oplossing van de bijbehorende colloïden of polymeren met een monster-spanning gel netwerk overgangen, materiaaleigenschappen drastisch veranderen met lichte wijzigingen aan vereniging. Elke wijziging van de structuur op het punt van de kritische gel kan invloed hebben op het eindproduct4. Tijdens deze dynamische overgangen, zachte materialen hebben zwakke mechanische eigenschappen en metingen die gebruikmaken van klassieke experimentele technieken kunnen worden binnen de meting lawaai limiet5,6,7. Voor deze, technieken zoals microrheology, die gevoelig is in het lage moduli bereik (10-3 - 4 Pa), worden gebruikt voor het karakteriseren van de zwakke beginnende gel tijdens dynamische evolutie. Sommige materialen zijn gevoelig voor veranderingen in de microstructuur als gevolg van externe krachten, die een uitdaging tijdens karakterisering, zoals elke overdracht van materiaal of vloeistof kan invloed hebben op de structuur en, uiteindelijk, de uiteindelijke eigenschappen van het materiaal. Om te voorkomen dat de materiële microstructuur te veranderen, hebben we een microfluidic apparaat die het milieu vloeistof rond een steekproef uitwisselen kunt terwijl het minimaliseren van shear. Door de vloeistof milieu uit te wisselen, worden wijzigingen in Rheologische eigenschappen en microstructuur gemeten tijdens fase-overgangen met minimale bijdragen van shear. Het apparaat wordt gecombineerd met meerdere deeltjes bijhouden van microrheology (MPT) in een techniek genaamd µ2reologie. Deze techniek wordt gebruikt voor het kwantificeren van materiaaleigenschappen tijdens opeenvolgende fase wijzigingen van een gel in reactie op een externe drijvende kracht. De techniek wordt geïllustreerd met behulp van een vezelige colloïdale gel, gehydrogeneerde ricinusolie (HCO)9,10,11.
Gel steigers kunnen ondergaan veranderingen in associatie en dissociatie als gevolg van hun monster milieu12,13,14,15. De drijvende kracht voor gelering en afbraak specifieke materiaal zijn en moeten worden aangepast voor elk materiaal van belang. µ2reologie kan worden gebruikt voor het karakteriseren van gel systemen die op externe prikkels reageren, met inbegrip van colloïdale en polymere netwerken. Wijziging van de pH, osmotische druk of zoutconcentratie zijn voorbeelden van de drijvende krachten die de veranderingen in de materiële microstructuur kunnen veroorzaken. Bijvoorbeeld, ondergaat HCO gecontroleerde fase-overgangen door het creëren van een verloop van de osmotische druk. Als een geconcentreerde HCO gel monster (4 wt % HCO) is ondergedompeld in water, verzwakken de aantrekkelijke krachten tussen colloïdale deeltjes, achteruitgang veroorzaakt. Als alternatief, wanneer een verdunde oplossing van HCO (0,125 wt % HCO) contact wordt opgenomen met een hydrofiele materiaal (hierna aangeduid als de Geleermiddel en samengesteld uit meestal glycerine en oppervlakteactieve stof), de aantrekkelijke gedwongen terugkeer, gelering veroorzaakt. Dit gel systeem zal worden gebruikt om de werking van het apparaat als een instrument voor het meten van de opeenvolgende fase-overgangen op een monster9,10. Karakteriseren deze gel steigers tijdens dynamische overgangen en de delicate beginnende gel structuur tijdens de kritieke fase-overgang, gebruiken we MPT te karakteriseren deze materialen met hoge spatio-temporele resolutie.
Microrheology wordt gebruikt om de eigenschappen van de gel en structuur, met name op de kritische overgang, van een matrix van zachte materialen, met inbegrip van colloïdale en polymere gels5,,6,,9,16te bepalen. MPT is een passieve microrheological-techniek die gebruikt videomicroscopie naar record de Brownse beweging van fluorescente sonde deeltjes ingebed in een steekproef. De posities van de deeltjes in de video's zijn het juist vastbesloten om binnen 1/10th van een pixel met klassieke algoritmen17,18bijhouden. Het ensemble gemiddeld verplaatsing gemiddelde van het kwadraat (MSD, (Δr2(t))) wordt berekend op basis van deze trajecten deeltje. De MSD is gerelateerd aan de eigenschappen van het materiaal, zoals de kruip naleving, gebruik van de Generalized Stokes-Einstein relatie17,19,20,21,22, 23. De staat van het materiaal wordt bepaald door berekening van de logaritmische helling van de MSD-curve als een functie van de vertragingstijd, α,
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/57429/57429eq1.jpg">
t is waar de vertragingstijd, en vergelijken met de kritieke ontspanning exponent, n. n is bepaald met behulp van tijd-cure superpositie, een goed gedocumenteerde techniek die werd gewijzigd om MPT gegevens te analyseren door Larsen en Furst6. Door vergelijking van n naar α is de staat van het materiaal kwantitatief bepaald. Als α > n het materiaal is een sol, en wanneer α < n het materiaal is een gel. Vorige werk heeft het HCO-systeem met behulp van microrheology om te bepalen van de kritische ontspanning exponent9gekenmerkt. Met behulp van deze informatie, bepalen wij precies wanneer het materiaal overgangen van een gel een Sol tijdens een experiment. Bovendien, kan de niet-Gaussiaans parameter, αNG, worden berekend om te bepalen van de omvang van de structurele heterogeniteit van een systeem,
<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/57429/57429eq2.jpg">
waar is Δx(t) de beweging van de eendimensionale deeltje in de x -richting. Met behulp van MPT, kunnen wij een enkele fase-overgang karakteriseren, maar door het karakteriseren van materialen met MPT in een microfluidic apparaat, zijn wij in staat om te manipuleren van de vloeistof omgeving en gegevens verzamelen van verschillende fase-overgangen van een steekproef van enkele gel.
Dit microfluidic apparaat is ontworpen voor het onderzoeken van de kritische overgangen van een steekproef van enkele gel die fase veranderingen in reactie op veranderingen in de omgeving van de vloeistof ondergaat. De uitwisseling van apparaat vloeistof rondom het monster wanneer it's either in de gel of sol staat door het blokkeren van het monster in plaats voor het opwekken van een faseovergang terwijl het minimaliseren van shear. Een oplosmiddel bekken bevindt zich direct boven de monsterkamer, die zijn verbonden door zes symmetrisch verdeelde inlaat kanalen. Deze symmetrie zorgt voor de uitwisseling van de vloeistof uit het oplosmiddel bekken aan de monsterkamer terwijl het creëren van gelijke druk rond het monster, locken in plaats. Zijn er verschillende studies die deze techniek voor één deeltje en DNA overlapping gebruiken, maar dit werk Hiermee schaalt u het volume van afzonderlijke moleculen aan samples die ongeveer 10 µL24,25,26. Dit unieke ontwerp kunt ook real-time microrheological karakterisering tijdens fase-overgangen.
µ2reologie is een robuuste techniek die geldt voor veel zachte materie systemen. De techniek die in dit artikel wordt beschreven is ontworpen voor colloïdale gels, maar het kan gemakkelijk worden aangepast aan andere materialen zoals polymeer of micellaire oplossingen. Met deze techniek, wij bepalen niet alleen hoe faseovergangen invloed zijn op de materiaaleigenschappen van evenwicht, maar ook hoe verschillende stappen kunnen hebben blijvende gevolgen voor de Rheologische evolutie van het materiaal en de structuur van de definitieve steiger en Eigenschappen.

<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

De microstructuur van zachte materie rechtstreeks invloed op macroscopische Rheologische eigenschappen en kan worden gewijzigd door factoren met inbegrip van colloïdale omlegging tijdens vorige fase veranderingen en schuintrekken toegepast. Om te bepalen van de omvang van deze veranderingen, hebben we een microfluidic apparaat dat hiermee herhaald fase-overgangen geïnduceerd door uitwisseling van de omliggende vloeistof en microrheological karakterisatie terwijl het beperken van de afschuiving van de steekproef. Deze techniek is µ2reologie, de combinatie van microfluidics en microrheology. Het microfluidic-apparaat is een twee-laag ontwerp met symmetrische inlaat stromen een monsterkamer waarmee het gel monster in plaats tijdens vloeistof uitwisseling invoeren. Zuig toepasbaar zijn ver weg van de monsterkamer om te trekken van vloeistoffen in de monsterkamer. Rheologische eigenschappen van het materiaal worden gekarakteriseerd met behulp van meerdere deeltje bijhouden van microrheology (MPT). In MPT, fluorescente sonde deeltjes zijn ingebed in het materiaal en de Brownse beweging van de sondes is opgenomen met behulp van videomicroscopie. De beweging van de deeltjes wordt bijgehouden en de verplaatsing van gemiddelde van het kwadraat (MSD) wordt berekend. De MSD is gerelateerd aan macroscopische Rheologische eigenschappen, met behulp van de Generalized Stokes-Einstein relatie. De fase van het materiaal in vergelijking tot de kritische ontspanning exponent is aangeduid, bepaald met behulp van tijd-cure superpositie. Metingen van een vezelige colloïdale gel illustreren het nut van de techniek. Deze gel heeft een fijne structuur die onherroepelijk kan worden gewijzigd wanneer schuintrekken wordt toegepast. µ2reologie gegevens blijkt dat het materiaal herhaaldelijk equilibrates naar de dezelfde Rheologische eigenschappen na elke faseovergang, die aangeeft dat fase-overgangen niet een rol in microstructurele veranderingen spelen. Om te bepalen van de rol van shear, kunnen monsters worden schuingetrokken vóór injectie in onze microfluidic-apparaat. µ2reologie is een breed toepasbaar techniek voor de karakterisering van zachte materie waardoor de bepaling van Rheologische eigenschappen van delicate microstructuren in één sample tijdens fase-overgangen in antwoord op herhaalde veranderingen in de omringende milieu-omstandigheden.

Een twee-lagen microfluidic-apparaat wordt geconstrueerd met PDMS (Figuur 1a, b), die is patroon op een postzegel microfluidic. Het ontwerp van de stempel is afgebeeld in Figuur 1c. Onjuiste experimentele opstelling kan leiden tot zowel in fouten in passieve microrheology en microfluidic-stromen gedurende de omringende vloeistof exchange (Figuur 2). Voorbeelden van o...

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

We laten zien dat de fabricage en het gebruik van een microfluidic apparaat waarmee meerdere deeltje bijhouden microrheology afmetingen om te bestuderen van de reologische effecten van herhaalde fase-overgangen op zachte materie.

Combinatie van Microfluidics en Microrheology om te bepalen de Rheologische eigenschappen van zachte materie tijdens herhaalde fase-overgangen

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

Het beheersen van de grootte, vorm en stabiliteit van de supramoleculaire polymeren in water

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

Profiterend van Reduced Droplet-oppervlak interactie aan Transport van Bioanalytes Optimaliseer in 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 Nucleaire Magnetische Resonantie bij Giga-Pascal Drukken: een nieuw instrument voor Onderzoek naar elektronische en chemische eigenschappen van de gecondenseerde materie onder extreme omstandigheden

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

Patroonvorming via Optical Verzadigbare Transitions - fabricage en 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

Uitdagingen in Reologische karakterisering van sterk geconcentreerde Suspensions - Een Case Study for-Zeefdruk Silver Plakt

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

Oriëntatie Transitie In Een Vloeibaar Kristal Uitgelijnd Door De Thermodynamische Groei Van Interfacial Wetting Sheets

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

Elektrische-veldbesturingselement van elektronische Staten in WS2 nanoapparaten door het 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

Fabricage van zachte pneumatische netwerk Actuators met schuine Chambers

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

Bestuderen van grote Amplitude oscillerende Shear reactie van zachte materialen

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

Snelle fabricage van dunne zachte pneumatische aandrijvingen en robots

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 ...