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 för detta arbete lämnades av Procter & Gamble Co. och American Chemical Society Petroleum forskningsfonden (54462-DNI7). Bekräftelsen görs till givarna av amerikanska kemiska samhället Petroleum forskningsfonden för delvis stöd av denna forskning. Författarna vill erkänna Dr Marco Caggioni för bra diskussioner.

1. tillverkning av enhetens mikrofabricerade
<ol><li>Mikroflödessystem stämpel fabrication. Obs: Detta steg kräver användning av flyktiga material och bör göras i dragskåp kemiska.<ol>
<li>Använda en negativ tryckta design med samma dimensioner som glasskiva (75 x 50 mm), den kanaler färgade vita, och bakgrunden färgade svart (se figur 1). Skriva ut denna design på en klar acetat ark (genomskinlighet) med en upplösning på 1200 dpi.</li>
		<li>Om den mörka ...

<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>

Två-lagers mikroflödessystem enheten (figur 1) kan göras enkelt med följande väldokumenterade mikroflödessystem fabrication teknik29. Glas stöder läggs till botten av enheten för att minska vibrationella effekter på sonden rörelse. Glasskiva är mycket tunn (0,10 mm) för att rymma arbetsavstånd Mikroskop målet. Detta gör enheten utsätts för små vibrationer i byggnaden och prov miljö som mäts sedan med höghastighets kamera. Glas stöder förneka fr...

Fasövergångar i mjuka material kan ändra byggnadsställning struktur, som har konsekvenser för behandling och slutliga stabiliteten i den materiella1,2,3. Karakterisering av mjuka material under dynamiska fasövergångar ger viktig information om förhållandet mellan strukturella evolution och jämvikt struktur och reologiska egenskaper. Exempelvis kräver många hemvårdsprodukter en fasövergång under konsumentanvändning. Också, under tillverkning, bearbetning, inklusive utspädning och blandning, kan ge skjuvning som påverkar reologiska egenskaper och slutliga mikrostrukturen av produkten. Förstå de reologiska egenskaperna i hela en fasövergång ser till att produkten fungerar som avsett. Dessutom om krafter ändra start reologi av materialet under tillverkning, kan fasövergångar ge oväntade och oönskade resultat, ändra avsedda funktion och effektivitet. Vid kritiska gelation punkt, definierad som den punkt där materialet övergångar från en lösning av associerade kolloider eller polymerer till ett prov-spänner gel nätverk, materialegenskaper förändras drastiskt med små förändringar till föreningen. Alla ändringar av strukturen på den kritiska gel punkten kan påverka slutprodukten4. Under dessa dynamiska övergångar, mjuka material har svag mekaniska egenskaper och mätningar som använder klassiskt experimentella tekniker kan vara inom mätning buller gräns5,6,7. Att redovisa detta, tekniker såsom microrheology, som är känslig i intervallet låg moduli (10-3 - 4 Pa), används för att karakterisera den svaga begynnande gel under dynamisk utveckling. Vissa material är känsliga för förändringar i mikrostrukturen på grund av yttre krafter, som presenterar en utmaning under karakterisering, eftersom överföring av material eller vätska kan påverka strukturen, och i slutändan de slutliga materialegenskaperna. För att undvika att ändra mikrostrukturen i material, har vi utvecklat en mikroflödessystem enhet som kan byta miljö vätskan runt ett prov samtidigt som de minimerar skjuvning. Genom att utbyta den flytande miljön, mäts valutakursförändringar reologiska egenskaper och mikrostruktur under fasövergångar med minimal bidrag från skjuvning. Enheten är kombinerad med flera partikel spårning microrheology (MPT) i en teknik som kallas µ2reologi. Denna teknik används till att kvantifiera materialegenskaper under i följd av en gel som svar på en yttre drivkraft. Tekniken kommer att illustreras med en fibrös kolloidal gel, hydrerad ricinolja (HCO)9,10,11.
Gel ställningar kan genomgå förändringar i föreningen och dissociation på grund av deras prov miljö12,13,14,15. Drivkraften för gelation och nedbrytning är materialet särskilda och måste skräddarsys för varje material av intresse. µ2reologi kan användas för att karaktärisera gel system som svarar på yttre stimuli, inklusive kolloidalt och polymera nätverk. Förändra pH, osmotiska trycket eller salt koncentration är exempel på drivkrafter som kan framkalla förändringar i materiella mikrostrukturen. Till exempel genomgår HCO kontrollerad fasövergångar genom att skapa en osmotiska trycket lutning. När en koncentrerad HCO gel prov (4 wt % HCO) är nedsänkt i vatten, försvaga de attraktiva krafterna mellan kolloidala partiklar orsakar försämring. Alternativt, när en utspädd lösning av HCO (0,125 wt % HCO) kontaktas med hydrofila material (kallad geleringsmedel och består av mestadels glycerin och tensid), de attraktiva krafter avkastning, orsakar gelation. Denna gel system används för att Visa driften av enheten som ett verktyg för mätning i följd fasövergångar på ett enda prov9,10. För att karaktärisera dessa gel ställningar under dynamiska övergångar och delikat begynnande gel strukturen på kritisk fas övergången, använder vi MPT för att karakterisera dessa material plats och tid med hög upplösning.
Microrheology används för att bestämma gel egenskaper och struktur, särskilt vid kritiska övergången, av en array av mjuka material, inklusive kolloidalt och polymera geler5,6,9,16. MPT är en passiv microrheological teknik som använder video mikroskopi till post den Brownsk rörelsen av fluorescerande sonden partiklar som är inbäddad i ett prov. Partikel positioner i hela videor bestäms exakt till inom 1/10th av en pixel med klassiskt spårning algoritmer17,18. Ensemblen i genomsnitt mean-squared deplacement (MSD, (Δr2(t))) beräknas från dessa partikel banor. MSD är relaterad till materialegenskaper, t.ex krypning, använder den generaliserade Stokes-Einstein Relation17,19,20,21,22, 23. Tillståndet för materialet bestäms genom att beräkna logaritmisk lutningen på kurvan MSD som en funktion av fördröjning, α,
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/57429/57429eq1.jpg">
där t är fördröjning och jämföra det med kritiska avkoppling exponenten, n. n bestäms med hjälp av tid-cure superposition, en väldokumenterad teknik som ändrades för att analysera MPT data av Larsen och Furst6. Genom jämförelse av n till α bestäms delstaten materialet kvantitativt. När α > n materialet är en sol, och när α < n materialet är en gel. Tidigare arbeten har präglat HCO systemet använder microrheology för att bestämma de kritiska avkoppling exponent9. Med den här informationen bestämma vi exakt när materialet övergångar från en gel till en sol under ett experiment. Dessutom kan icke-Gaussisk parametern, αNG, beräknas för att avgöra omfattningen av strukturella heterogeniteten i ett system,
<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/57429/57429eq2.jpg">
där Δx(t) är endimensionella partikel rörelsen i x riktning. Använda MPT, vi kan karakterisera en enfas övergång, men genom att karaktärisera material med MPT i en mikroflödessystem enhet, vi kan manipulera omgivningen vätska och samla in data av flera fasövergångar på ett enda gel urval.
Mikroflödessystem enheten är utformad för att undersöka de kritiska övergångarna provvikt enda gel som genomgår fas förändringar som svar på förändringar i den omgivande vätska miljön. Enheten byter vätska som omger provet när det är antingen i tillståndet gel eller sol genom att låsa provet för att framkalla en fasövergång samtidigt minimera skjuvning. En solvent bassäng ligger direkt ovanför den provkammare, som förbinds av sex symmetriskt fördelade inlopp kanaler. Denna symmetri möjliggör utbyte av vätska från lösningsmedel bassängen till provkammaren samtidigt skapa lika tryck runt provet, låsa den på plats. Det har gjorts flera studier som använder denna teknik för enskild partikel och DNA svällning, men detta arbete skalar upp volymen från enstaka molekyler till prover som är cirka 10 µL24,25,26. Denna unika design gör det också möjligt för realtid microrheological karakterisering under fasövergångar.
µ2reologi är en robust teknik som gäller för många mjuk materia system. Tekniken som beskrivs i detta dokument var avsedd för kolloidal geler, men det kan enkelt anpassas till andra material såsom polymer eller micellar lösningar. Med denna teknik, vi bestämmer inte bara hur fasövergångar påverkar jämvikt materialets egenskaper, men också hur olika bearbetningsstegen kan ha bestående effekter på de reologiska evolutionen av materialet och den slutliga byggnadsställning strukturen och egenskaper.

<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

Mikrostrukturen i mjuk materia direkt påverkar makroskopiska reologiska egenskaper och kan ändras av faktorer inklusive kolloidalt rearrangering under föregående fasen förändringar och tillämpas skjuvning. För att fastställa omfattningen av dessa förändringar, har vi utvecklat en mikroflödessystem enhet att möjliggör upprepade fasövergångar som induceras av utbyte av omgivande vätska och microrheological karakterisering samtidigt begränsa skjuvning på provet. Denna teknik är µ2reologi, kombinationen av mikrofluidik och microrheology. Mikroflödessystem enheten är en två-lagers design med symmetrisk inlopp strömmar in en provkammare som fällor gel provet på plats under flytande utbyte. Sug kan tillämpas långt borta från provkammaren att dra vätskor i en provkammare. Materialets reologiska egenskaper karakteriseras med hjälp av flera partikel spårning microrheology (MPT). I MPT, fluorescerande sonden partiklar bäddas in i materialet och sonderna Brownsk rörelse registreras med hjälp av video mikroskopi. Rörelsen av partiklarna spåras och mean-squared förskjutningen (MSD) beräknas. MSD är relaterad till makroskopisk reologiska egenskaper, använda generaliserade Stokes-Einstein förhållandet. Fasen av materialet identifieras genom jämförelse för kritiska avkoppling exponenten, fastställs med hjälp av tid-cure superposition. Mätningar av en fibrös kolloidal gel illustrera nyttan av tekniken. Denna gel har en känslig struktur som kan ändras oåterkalleligt när skjuvning tillämpas. µ2reologi data visar att materialet balanserar upprepade gånger till samma reologiska egenskaper efter varje fasövergång, som anger att fasövergångar inte spela en roll i Mikrostrukturens förändringar. För att bestämma rollen för skjuvning, kan prover vara klippt före injektion i vår mikroflödessystem enhet. µ2reologi är en allmänt tillämplig teknik för karakterisering av mjuk materia möjliggör bestämning av reologiska egenskaper av delikat mikrostrukturer i ett enda prov under fasövergångar svar på upprepade förändringar i den omgivande miljöförhållandena.

En två-lager mikroflödessystem enhet är konstruerad med PDMS (figur 1a, b), som är mönstrad på en mikroflödessystem stämpel. Utformningen av stämpeln visas i figur 1c. Felaktig experimentella inställning kan resultera i fel i passiv microrheology och mikroflödessystem flödena under omgivande vätska exchange (figur 2). Exempel på felaktig experimentella ...

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 demonstrera tillverkning och användning av en mikroflödessystem enhet som gör att flera partikel spårning microrheology mätningar för att studera de reologiska effekterna av upprepad fasövergångar på mjuka material.

Kombinera mikrofluidik och Microrheology att bestämma reologiska egenskaper av mjuk materia under upprepade fasövergångar

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

Styra storlek, form och stabilitet Supramolekylära polymerer i vatten

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

Dra nytta av Minskad Droplet-yta Interaktion att optimera Transport av Bioanalytes i digitala Mikrofluidik

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

Hög ISO-kärnmagnetisk resonans hos Giga-Pascal Påfrestningar: Ett nytt verktyg för Probing Elektronisk och kemiska egenskaper Kondenserade materiens under extrema förhållanden

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

Mönstring via Optiska mätt Transitions - tillverkning och 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

Utmaningar i Reologisk karakterisering av högkoncentrerade Avstängningar - en fallstudie för screentryck Silver Pastor

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

Orienterande övergång i ett flytande kristall utlöst av den termodynamiska tillväxten av gränsvärda vätskeark

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

Elektriska-fältet kontroll av elektroniska staterna i WS2 nanomaskiner sig av 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

Tillverkning av mjuka pneumatiska nätverk ställdon med sneda 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

Studera stor amplitud oscillerande skjuvning svar av mjuka material

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

Snabb tillverkning av tunna mjuka pneumatiska manöverdon och robotar

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 ...