Name: controlling flow speeds of microtubule-based 3d active fluids using temperature
Uploaded: 2019-11-26T14:30:00
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疟原虫K401-BCCP-H6是兹沃尼米尔·多吉奇博士的礼物。这项研究得到了吴坤达博士在伍斯特理工学院的创业基金的支持。我们感谢Zvonimir Dogic博士为净化和标记图布林和合成活性液体的协议。我们感谢马克·里迪拉博士在蛋白质表达和纯化方面的专长。我们感谢威廉·本杰明·罗杰博士协助我们建立温控阶段。我们确认布兰代斯 MRSEC （NSF-MRSEC-1420382） 使用生物材料设施 （BMF）。我们感谢英国皇家化学学会对贝特等人关于软物质33的数据进行了调整。

1. 编制MT
注意：在这一步中，我们从牛脑组织中纯化牛头蛋白。牛脑可能导致变种克罗伊茨费尔特-雅科布病（vCJD）35。因此，应将脑废物及相关溶液、瓶子和移液器吸头收集在生物垃圾袋中，并按照机构规定作为生物危险废物进行处理。
<ol><li>从牛脑中纯化牛头蛋白（从Castoldi等人改过自36年）。<ol>
<li>将大约1.5公斤的新鲜牛脑从当地的?...

就地控制活性物质为主动物质4、5、24、28、54的定向自组织打开了大门。在本文中，我们提出了一个协议，使用温度来控制运动因子驱动的，基于MT的有源流体的原位，基于系统的Arrhenius特性29，30，31。由...

主动物质与传统无源物质不同，因为能将化学能转化为机械工作。具有这种能力的材料可以包括活的或非生物的实体，如细菌、昆虫、胶体、谷物和细胞骨骼细丝1，2，3，4，5，6，7，8，9，10。这些物质实体与其邻居交互。在更大的尺度上，它们自组织成湍状涡流（主动湍流）或物质流动11，12，13，14，15，16，17，18，19，20。对活性物质自组织的理解已导致分子穿梭、光学器件和并行计算21、22、23的各种应用。要将应用程序带到一个新的水平，需要超越自组织的控制。例如，Palacci等人研制出一种赤铁矿封装的胶体，只有在暴露在手动控制的蓝光下才能自行推进，这导致了活晶体24的出现。Morin等人利用可调谐的外部电场建立了滚动昆克胶体的控制，导致胶体在赛道状的通道25中形成。这些以前的工作展示了局部控制在应用中的作用，并推进了活性物质的知识库。
在本文中，我们重点介绍了运动因子驱动的基于微管 （MT） 的 3D 活性流体的可控性。流体由三个主要成分组成：MT、激酶分子马达和消耗物。消耗物会产生消耗力来捆绑 MT，这些 MT 后来被电机簇桥接。这些电机沿着 MT 向加端移动。当一对桥接的MTsis反平行时，相应的电机朝相反的方向行走。但是，电机被绑定在一个簇中，无法分开，因此它们协同滑动成对的 MT（间丝滑动，图 1 A）。这些滑动动力学积累，导致束的MTsto延伸，直到达到其屈曲不稳定点和断裂（扩展束，图1B）26。破碎的束被耗尽力退火，随后再次延伸，动态重复。在重复动力学过程中，捆绑运动搅动附近的液体，诱导流动，可以通过使用微米级示踪剂进行掺平来可视化（图1C）。桑切斯等人和Henkin等人对示踪剂的平均速度进行了描述，发现通过改变三磷酸腺苷（ATP）、消耗物、电机簇和MC19、27的浓度，速度是可调节的。然而，这种可调谐性仅在活性流体合成之前存在。合成后，适应性丧失，流体以自己的方式自行组织。为了控制合成后的活性流体活性，Ross.etal.报告了一种使用光激活的马达蛋白二聚化方法，允许使用光28调节流体活性。虽然光控制在局部激活流体方面是方便的，但该方法需要重新设计运动蛋白的结构，同时在显微镜中修改光学路径。在这里，我们提供了一种易于使用的方法，用于在无需显微镜修改的情况下控制流体流动，同时保持电机结构不变。
我们的局部调谐有源流体流动的方法基于阿雷尼乌斯定律，因为激酶-MT反应已经报告随着温度29，30，31，32增加。我们先前的研究表明，活性流体流的平均速度的温度依赖性遵循Arrhenius方程：v = A exp（- Ea/RT），其中A是指数前因子，R是气体常数，Ea是活化能，T是系统温度33。因此，流体活性对温度环境敏感，系统温度需要一致，以稳定电机性能，因此，流体流动速度为34。在本文中，我们演示了利用电机的温度依赖性通过调整系统温度来持续调整有源流体的流速。我们还演示了活性流体样品的制备，然后将样品安装在通过计算机软件控制温度的显微镜阶段。将温度从16°C提高到36°C可加快平均流速从4至8μm/s。 此外，可调节性是可逆的：反复升高和降低温度顺序加速和减速流。演示的方法适用于主要反应遵循Arrhenius定律的各种系统，如MT滑翔测定29、30、31、32。

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>(&#177;)-6-Hydroxy-2,5,7,8-tetramethylchromane-2-carboxylic acid</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>238813</td>
			<td>Trolox</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2-Mercaptoethanol</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>M6250</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3-(Trimethoxysilyl)propyl methacrylate, 98%, ACROS Organics</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>AC216550050</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3.2mm I.D. Tygon Tubing R-3603</td>
			<td>HACH</td>
			<td>2074038</td>
			<td>Water tubes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>31.75 mm diameter uncoated, sapphire window</td>
			<td>Edmund Optics</td>
			<td>43-637</td>
			<td>Sapphire disc</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3M 1181 Copper Tape - 1/2 IN Width X 18 YD Length - 2.6 MIL Total Thickness - 27551</td>
			<td>R.S. HUGHES</td>
			<td>054007-27551</td>
			<td>Copper tape</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acetic Acid</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>A6283</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acrylamide Solution (40%/Electrophoresis), Fisher BioReagents</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>BP1402-1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Adenosine 5&#39;-triphosphate dipotassium salt hydrate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>A8937</td>
			<td>ATP</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Alexa Fluor 647 NHS Ester (Succinimidyl Ester)</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>A20006</td>
			<td>Far-red fluorescent dye. Alexa 647 can be pre suspended in dimethylsulfoxide (DMSO) before mixing with microtubules (1.3.3.2.)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Amicon Ultra-4 Centrifugal Filter Unit</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>UFC801024</td>
			<td>Centrifugal filter tube. Cutoff molecular weight: 10 kDa</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ammonium Persulfate, 100g, MP Biomedicals</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>ICN802829</td>
			<td>APS</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ampicillin Sodium Salt (Crystalline Powder), Fisher BioReagents</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>BP1760</td>
			<td>Ampicillin</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Antivibration Table</td>
			<td>Nikon</td>
			<td>63-7590S</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Avanti J-E Centrifuge</td>
			<td>Beckman Coulter</td>
			<td>369001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bacto Agar Soldifying Agent, BD Diagnostics</td>
			<td>VWR</td>
			<td>90000-760</td>
			<td>Agar</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Biotin</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>A14207</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bucket-plastic white - 2 gallon</td>
			<td>Bon</td>
			<td>84-715</td>
			<td>Water bucket</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Calcium Chloride</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>746495</td>
			<td>CaCl2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Catalase from bovine liver</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>C40</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CFI Plan Apo Lambda 4x Obj</td>
			<td>Nikon</td>
			<td>MRD00045</td>
			<td>4x air objective</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>C-FLLL-FOV GFP HC HC HISN ero Shift</td>
			<td>Nikon</td>
			<td>96372</td>
			<td>GFP filter cube</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CH-109-1.4-1.5</td>
			<td>TE Technology</td>
			<td>CH-109-1.4-1.5</td>
			<td>Thermoelectric Cooler (TEC)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chloramphenicol, 98%, ACROS Organics</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>C0378</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cooling block</td>
			<td>N/A</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Custom milled aluminum</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Coomassie Brilliant Blue R-250 #1610400</td>
			<td>Bio-Rad</td>
			<td>1610400</td>
			<td>Triphenylmethane dye</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>D-(+)-Glucose</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>G7528</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dimethyl Sulfoxide (Certified ACS), Fisher Chemical</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>D128</td>
			<td>DMSO</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DL-1,4-Dithiothreitol, 99%, for biochemistry, ACROS Organics</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>AC165680050</td>
			<td>DTT</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DOWSIL 340 Heat Sink Compound</td>
			<td>Dow</td>
			<td>1446622</td>
			<td>Thermal paste</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ETHYL ALCOHOL, 200 PROOF ACS/USP/NF GRADE 5 GALLON POLY CUBE</td>
			<td>Pharmco by Greenfield Global</td>
			<td>111000200CB05</td>
			<td>Ethanol</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethylene glycol-bis(2-aminoethylether)-N,N,N&#39;,N&#39;-tetraacetic acid</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>E3889</td>
			<td>EGTA</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethylenediaminetetraacetic acid</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>798681</td>
			<td>EDTA</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fisher BioReagents Microbiology Media Additives: Tryptone</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>BP1421</td>
			<td>Tryptone</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fisher BioReagents Microbiology Media Additives: Yeast Extract</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>BP1422</td>
			<td>Yeast extract</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fluoresbrite YG Microspheres, Calibration Grade 3.00 &#181;m</td>
			<td>Polysciences</td>
			<td>18861</td>
			<td>Tracer particles</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glucose Oxidase from Aspergillus niger</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>G2133</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glycerol</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>G5516</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>GpCpp</td>
			<td>Jena Bioscience</td>
			<td>NU-405L</td>
			<td>Guanosine-5'[(&#945;,&#946;)-methyleno]triphosphate (GMPCPP)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>GS Power&#39;s 18 Gauge (True American Wire Ga), 100 feet, 99.9% Stranded Oxygen Free Copper OFC, Red/Black 2 Conductor Bonded Zip Cord Power/Speaker Electrical Cable for Car, Audio, Home Theater</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>B07428NBCW</td>
			<td>Copper wire</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Guanosine 5&#39;-triphosphate sodium salt hydrate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>G8877</td>
			<td>GTP</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hellmanex III</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>Z805939</td>
			<td>Detergent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HEPES Sodium Salt (White Powder), Fisher BioReagents</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>BP410</td>
			<td>NaHEPES</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High performance blender machine</td>
			<td>AIMORES</td>
			<td>AS-UP1250</td>
			<td>Blender</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>His GraviTrap</td>
			<td>GE Healthcare</td>
			<td>11003399</td>
			<td>Gravity Column</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Imidazole</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>I5513</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>IPTG</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>I6758</td>
			<td>Isopropyl &#946;-D-1-thiogalactopyranoside</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isopropyl Alcohol 99%</td>
			<td>Pharmco by Greenfield Global</td>
			<td>231000099</td>
			<td>Isopropanol</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>JA-10 rotor</td>
			<td>Beckman Coulter</td>
			<td>369687</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>L-Glutamic acid potassium salt monohydrate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>G1501</td>
			<td>K-Glutamate</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lysozyme from chicken egg white</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>L6876</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magnesium chloride hexahydrate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>M2670</td>
			<td>MgCl2&#8226;6H2O</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MES sodium salt</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>M5057</td>
			<td>2-(N-Morpholino)ethanesulfonic acid sodium salt</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MOPS</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>M1254</td>
			<td>3-(N-Morpholino)propanesulfonic acid</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MP-3022</td>
			<td>TE Technology</td>
			<td>MP-3022</td>
			<td>Thermocouple</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N,N,N&#39;,N&#39;-Tetramethylethylenediamine 99%, ACROS Organics</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>AC138450500</td>
			<td>TEMED</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nanodrop 2000c UV-VIS Spectrophotometer</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>E112352</td>
			<td>Spectrometer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nikon Ti2-E Nikon Inverted Microscope</td>
			<td>Nikon</td>
			<td>MEA54000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Norland Optical Adhesive 81</td>
			<td>Norland Products</td>
			<td>NOA81</td>
			<td>UV glue</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Novex Sharp Pre-stained Protein Standard</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>LC5800</td>
			<td>Protein standard ladder</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NuPAGE 4-12% Bis-Tris Protein Gels, 1.5 mm, 10-well</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>NP0335BOX</td>
			<td>SDS gel</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Optima L-90K Ultracentrifuge</td>
			<td>Beckman Coulter</td>
			<td>365672</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Parafilm PM996 Wrap , 4&#34; Wide; 125 Ft/Roll</td>
			<td>Cole-Parmer</td>
			<td>EW-06720-40</td>
			<td>Wax film</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pe 300 ultra Illumination System Single 
			Band , 3mm Light Guide control Pod 
			power supply</td>
			<td>Nikon</td>
			<td>PE-300-UT-L-SB-40</td>
			<td>Cool LED Illuminator</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phenylmethanesulfonyl fluoride</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>78830</td>
			<td>PMSF</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phosphoenolpyruvic acid monopotassium salt, 99%</td>
			<td>BeanTown Chemical</td>
			<td>129745</td>
			<td>PEP</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pierce Coomassie (Bradford) Protein Assay Kit</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>23200</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pierce Protease Inhibitor Mini Tablets</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>A32953</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PIPES</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>P6757</td>
			<td>1,4-Piperazinediethanesulfonic acid</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pluronic F-127</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>P2443</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Poly(ethylene glycol)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>81300</td>
			<td>PEG. Average molecular weight 20,000 Da</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potassium Hydroxide (Pellets/Certified ACS), Fisher Chemical</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>P250-500</td>
			<td>KOH</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PowerEase 300W Power Supply (115 VAC)</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>PS0300</td>
			<td>DC power supply of the gel box</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PS-12-8.4A</td>
			<td>TE Technology</td>
			<td>PS-12-8.4A</td>
			<td>DC power supply of the temperature controller</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pyruvate Kinase/Lactic Dehydrogenase enzymes from rabbit muscle</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>P-0294</td>
			<td>PK/LDH</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Quiet One Lifegard Fountain Pump, 296-Gallon Per Hour</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>B005JWA612</td>
			<td>Fish tank pump</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rosetta 2(DE3)pLysS Competent Cells - Novagen</td>
			<td>Millipore Sigma</td>
			<td>71403</td>
			<td>Competent cells</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sharp Microwave ZSMC0912BS Sharp 900W Countertop Microwave Oven, 0.9 Cubic Foot, Stainless Steel</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>B01MT6JZMR</td>
			<td>Microwave for boiling the water</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium Chloride (Crystalline/Certified ACS), Fisher Chemical</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>S271-500</td>
			<td>NaCl</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium dodecyl sulfate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>L3771</td>
			<td>SDS</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium phosphate monobasic</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>S8282</td>
			<td>NaH2PO4</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Streptavidin Protein</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>21122</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sucrose</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>S7903</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TC-720</td>
			<td>TE Technology</td>
			<td>TC-720</td>
			<td>Temperature controller</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tris Base, Molecular Biology Grade - CAS 77-86-1 - Calbiochem</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>648310</td>
			<td>Tris-HCL</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Type 45 Ti rotor</td>
			<td>Beckman Coulter</td>
			<td>339160</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Type 70 Ti rotor</td>
			<td>Beckman Coulter</td>
			<td>337922</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Type 70.1 Ti rotor</td>
			<td>Beckman Coulter</td>
			<td>342184</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>VWR General-Purpose Laboratory Labeling Tape</td>
			<td>VWR</td>
			<td>89097-916</td>
			<td>Paper tapes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>VWR Micro Cover Glasses, Square, No. 1 1/2</td>
			<td>VWR</td>
			<td>48366-227</td>
			<td>Glass coverslips</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>VWR Plain and Frosted Micro Slides, Premium</td>
			<td>VWR</td>
			<td>75799-268</td>
			<td>Glass slides</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>XCell SureLock Mini-Cell</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>EI0001</td>
			<td>Gel box</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ZYLA 5.5 USB3.0 Camera</td>
			<td>Nikon</td>
			<td>ZYLA5.5-USB3</td>
			<td>Monochrome CCD camera</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

controlling flow speeds of microtubule-based 3d active fluids using temperature

我们提出了一种利用温度来调整运动因子驱动的基于微管的三维（3D）有源流体的流速的方法。此方法允许原地调整速度，而无需制造新样品以达到不同的期望速度。此外，该方法可实现速度的动态控制。循环温度会导致流体周期性地快速流动和缓慢流动。这种可控性基于激酶-微管反应的Arrhenius特性，显示了4~8μm/s的受控平均流速范围。提出的方法将为微流体器件的设计打开大门，在微流体器件中，通道中的流速可局部调节，无需阀门。

准备运动动酶驱动的基于MT的有源流体需要运动因子和MT。MC 从标记的 tubulin（步骤 1.3 和 1.4）中聚合，这些牛脑被纯化（步骤 1.1，图 2A），然后回收以提高纯度（步骤 1.2，图 2B）。激酶运动蛋白在大肠杆菌中表达和纯化（步骤2.1和2.2，图2B）41，52。 <str...

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Controlling Flow Speeds of Microtubule-Based 3D Active Fluids Using Temperature

该协议的目的是使用温度来控制三维有源流体的流动速度。这种方法的优点不仅允许原地调节流速，还可实现动态控制，例如定期调优流速。

使用温度控制基于微管的3D活性流体的流速

We present a method for using temperature to tune the flow speeds of kinesin-driven, microtubule-based three-dimensional (3D) active fluids. This method ...

活性物质已用于各种应用，如分子阴影。为了将应用程序更新到一个新的水平，我们需要发展在本地控制活动物质的能力。我们提供一种易于使用的方法，不需要修改活性流体。也不需要修改显微镜的光学路径，以实现对有源流体的局部控制。我们的方法可以应用于各种系统，其中主要反应遵循错误定律，如微管滑翔测定或酶为基础的系统。设置涉及一个水循环系统。如果发生泄漏，水可能会损坏显微镜。因此，在采用我们的协议之前，确保系统无泄漏非常重要。我们的协议要求将玻璃样品安装在温度级。虽然手稿描述了安装过程，但它缺乏机械的微妙之处，例如将样品固定到舞台上。演示程序， 将是蒂根 · 贝特， 爱德华 · 贾维斯和梅根 · 瓦尼。蒂根和爱德华是研究生，梅根是实验室的本科生。为了在Eppendorf管中准备活性液体，将16点7微升（每毫升8毫克）与6点7微升（一点8微摩尔激宁电机组）混合，在高盐M2B中混合1点7微升500毫摩尔DTT。通过添加 11 点 4 微升重量 7% 的聚乙烯二醇来捆绑微管。然后通过添加 2 点 8 微升 50 毫摩尔 ATP 来激活激辛电机。通过添加2点8微升的尿皮万酸激酶/乳酸脱氢酶和13点3微升200毫摩尔磷酚丙酮，保持ATP浓度。通过添加10微升20毫摩尔Trolox，一点一微升每毫升三点五毫克，一点一微升每毫升葡萄糖氧化酶20毫克，一点一微升每毫升葡萄糖300毫克葡萄糖，一点一微升每毫升葡萄糖300毫克。通过按体积示踪粒子添加一点六微升零点零两个百分之五的体积来跟踪流体的运动。加入高盐M2B，实现总体积100微升。接下来，用 DI 水冲洗聚丙烯酰胺涂层玻璃滑梯和盖滑。用加压空气擦干眼镜。将眼镜放在干净、平坦的表面上。在蜡膜中切割一个三毫米宽的通道。总宽度与 20 毫米的玻璃盖滑相同宽度。将蜡插入滑梯和盖板滑之间，形成流体流动单元通道。将玻璃蜡复合物放在 80 摄氏度的热板上，将玻璃粘在蜡膜上，以熔化蜡。在熔化过程中，用移液器尖端轻轻按压盖滑，以均匀地将蜡膜粘附在玻璃表面。粘附后，将玻璃复合物冷却至室温。将准备好的有源流体与移液器尖端迅速加载到流通道中，该滑移器尖端与通道开口一角，与玻璃滑动表面接触。用紫外线胶水密封通道。建立温度控制设置后，将活性液体样品放在蓝宝石表面，滑动侧接触表面。用纸胶带固定玻璃滑梯。使用铜胶带，将热传感器连接到盖滑表面。要将设置安装在显微镜阶段，盖滑滑向目标，请用显微镜阶段针夹固定设置。打开温度控制器和鱼缸泵。按照制造商指南设置目标温度。启用温度控制。并记录热传感器温度数据。在配备 GFP 滤波立方体的荧光显微镜上以恒定的时间间隔对样品进行成像，以监测活性混合物中标有 Alexa 488 的示踪颗粒。调整时间间隔，使帧之间的跟踪器位移在 9 像素范围内。对于以 10 微米/秒的速度移动的成像示踪器，使用四倍的目标，建议时间间隔为 1 到 5 秒。将图像另存为 TIF 文件，根据帧编号命名文件，并将其存储在单独的文件夹中。对于这种基纳辛驱动的基于微管的活性流体，温度控制在10、20、30和40摄氏度。温度的波动在零点一至零摄氏度以内四个小时，显示了这种温度控制装置的稳定性和可靠性。跟踪器每两秒进行一次成像，顺序图像允许跟踪器轨迹。在20至36摄氏度的平均气温，似乎几乎时间独立在零至两个小时。在10摄氏度和40摄氏度时，由于微管脱聚化低于16摄氏度和基尼辛团团故障分别超过36摄氏度，平均速度迅速下降。当系统温度每30分钟交替20至30摄氏度时，活性流体的均速不仅相应地加速和减速，而且在10秒内对温度变化作出反应。当冷却低于 16 度或加热到 36 度以上时，有源流体开始出现故障。因此，在操作温度控制器时，请确保温度在 16 到 36 度之间。局部调节有源流体的能力允许引导流体功率，例如从 A 点到 B 点运送货物，或开发不需要物理阀的微流体装置。用于涂覆玻璃器皿的丙烯酰胺是一种神经毒素，可以通过皮肤吸收。佩戴适当的防护设备，如手套、实验室外套和安全护目镜，以最大限度地降低风险。

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Physics

Engineering

Unit 1

Fluid Mechanics

SCIENTISTS IN ACTION

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

控制的大小，形状和稳定性超分子聚合物在水

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

科研

工程学

Determining 3D Flow Fields via Multi-camera Light Field Imaging

通过多摄像头的光场成像的三维流场测定

In the field of fluid mechanics, the resolution of computational schemes has outpaced experimental methods and widened the gap between predicted and ...

High-resolution, High-speed, Three-dimensional Video Imaging with Digital Fringe Projection Techniques

Digital fringe projection (DFP) techniques provide dense 3D measurements of dynamically changing surfaces.&#160;Like the human eyes and brain, DFP uses ...

Experimental Measurement of Settling Velocity of Spherical Particles in Unconfined and Confined Surfactant-based Shear Thinning Viscoelastic Fluids

无约束和封闭表面活性剂中球形粒子沉降速度的实验测量 剪切变薄粘性流体

An experimental study is performed to measure the terminal settling velocities of spherical particles in surfactant based shear thinning viscoelastic ...

Measuring Material Microstructure Under Flow Using 1-2 Plane Flow-Small Angle Neutron Scattering

测量材料在微流使用1-2面流小角中子散射

A new small-angle neutron scattering (SANS) sample environment optimized for studying the microstructure of complex fluids under simple shear flow is ...

Fabrication of Uniform Nanoscale Cavities via Silicon Direct Wafer Bonding

通过硅直接晶圆粘接制造均匀纳米级腔

Measurements of the heat capacity and superfluid fraction of confined 4He have been performed near the lambda transition using lithographically patterned ...

Fast Imaging Technique to Study Drop Impact Dynamics of Non-Newtonian Fluids

快速成像技术来研究非牛顿流体的跌落冲击动力学

In the field of fluid mechanics, many dynamical processes not only occur over a very short time interval but also require high spatial resolution for ...

Writing and Low-Temperature Characterization of Oxide Nanostructures

写作和氧化物纳米结构的低温特性

Oxide nanoelectronics is a rapidly growing field which seeks to develop novel materials with multifunctional behavior at nanoscale dimensions.  Oxide ...

Visualizing Hyporheic Flow Through Bedforms Using Dye Experiments and Simulation

可视化潜流流通过底形用染料试验及仿真

Advective exchange between the pore space of sediments and the overlying water column, called hyporheic exchange in fluvial environments, drives solute ...

Characterization of Full Set Material Constants and Their Temperature Dependence for Piezoelectric Materials Using Resonant Ultrasound Spectroscopy

全套材料常数表征及其温度依赖性的压电材料使用共振超声波谱

During the operation of high power electromechanical devices, a temperature rise is unavoidable due to mechanical and electrical losses, causing the ...