Name: controlling flow speeds of microtubule-based 3d active fluids using temperature
Uploaded: 2019-11-26T14:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Controlling Flow Speeds of Microtubule-Based 3D Active Fluids Using Temperature at JoVE.com

Пласмид K401-BCCP-H6 был подарок от доктора Звонимира Догича. Это исследование было поддержано стартап-фондом доктора Кун-Та Ву в Вустерском политехническом институте. Мы благодарим доктора Звонимира Догича за протоколы по очистке и маркировке тубулина и синтезу активных жидкостей. Мы благодарны доктору Марку Ридилье за его опыт в области экспрессии и очищения белков. Мы благодарим доктора Уильяма Бенджамина Роджера за помощь в строительстве контролируемой температурой стадии. Мы признаем Brandeis MRSEC (NSF-MRSEC-1420382) для использования в Фонде биологических материалов (BMF). Мы признаем, Королевское общество химии для адаптации цифры из Бейт и др. на мягкая материя33.

1. Подготовка МТ
ПРЕДЕКТО: На этом этапе мы очищаем тубулины от ткани мозга крупного рогатого скота. Мозг крупного рогатого скота может вызвать вариант болезни Крейтцфельдта-Якоба (vCJD)35. Таким образом, отходы мозга и связанные с ними решения, бутылки и пипетки с...

Контроль активного вещества на месте открывает дверь для направленной самоорганизации активного вещества4,5,24,28,54. В этой статье мы представляем протокол для использования температуры для управле?...

Активная материя отличается от обычной пассивной материи из-за его способности преобразовывать химическую энергию в механическую работу. Материал, обладающий такой способностью, может состоять из живых или неживых существ, таких как бактерии, насекомые, коллоиды, зерна и цитоскелетные нити1,2,3,4,5,6,7,8,9,10. Эти материальные сущности взаимодействуют со своими соседями. В более широком масштабе они самоорганизуются либо в турбулентные вихри (активная турбулентность), либо материальные потоки11,12,13,14,15,16,17,18,19,20. Понимание самоорганизации активной материи привело к различным применениям в молекулярных челноках, оптических приборах и параллельных вычислениях21,22,23. Для того, чтобы довести приложения до следующего уровня, требуется контроль, выходящие за рамки самоорганизации. Например, Palacci et al. разработали гематит-инкапсулированный коллоид, самоходный только при воздействии управляемого вручную синего света, что привело к появлению живых кристаллов24. Морин и др. установили контроль прокатки коллоиды Квинке с помощью настраиваемого внешнего электрического поля, в результате чего коллоидные стекаются в ипподроме, как канал25. Эти предыдущие работы демонстрируют роль местного контроля в приложениях и продвигают базу знаний активной материи.
В этой статье мы сосредоточимся на управляемости 3D-активных жидкостей на основе кинезина, микротубулы (МТ). Эти жидкости состоят из трех основных компонентов: МТ, молекулярных двигателей кинезина и истощения. Истощение индуцирует силу истощения в связке МТ, которые позже преодолены моторными кластерами. Эти двигатели ходить по MTstoward плюс конец. Когда пара мостовых MTsis антипараллельный, соответствующие двигатели ходить в противоположных направлениях. Тем не менее, двигатели связаны в кластере и не в состоянии ходить друг от друга, поэтому они совместно скольжения друг от друга пары MTs (интерфиламета скольжения, рисунок 1A). Эти скользящие динамики накапливаются, вызывая пучки MTsto продлить до достижения их пряжки точки нестабильности и перерыв (расширяющиеся расслоения, Рисунок 1B)26. Сломанные пучки запечатываются силой истощения, которая впоследствии расширяется снова, и динамика повторяется. В процессе повторяющейся динамики движения расслоения перемешивают близлежащую жидкость, вызывая потоки, которые могут быть визуализированы допингом с микрон-шкалой трассеров(рисунок 1C). Sanchez et al. и Henkin et al. охарактеризовали средние скорости трассировок, обнаружив, что скорости были tunable путем изменения концентраций аденозинтрифосфата (АТФ), истощения, моторных кластеров, и MTs19,27. Однако такая настройка существовала только до активного синтеза жидкости. После синтеза, настройка была потеряна, и жидкости самоорганизованы по-своему. Для контроля активности активной жидкости после синтеза, Ross.et al. сообщил метод с использованием светоактивированной димеризации моторных белков, что позволяет жидкости активность налажена и выключается с помощью света28. В то время как контроль света удобен с точки зрения локальной активации жидкостей, метод требует реорганизации структур моторных белков, наряду с изменением оптических путей в микроскопе. Здесь мы предоставляем простой в использовании метод локального контроля потоков жидкости без изменения микроскопа, сохраняя при этом структуру двигателя нетронутой.
Наш метод локальной настройки активного потока жидкости основан на законе Arrhenius, потому что реакция кинезин-МТ, как сообщается, увеличивается с температурой29,30,31,32. Наши предыдущие исследования показали, что температурная зависимость от средней скорости активного потока жидкости следовала уравнению Arrhenius: v a exp(-Ea/RT),где A является предварительно экспоненциальным фактором, R является газовой постоянной, Eявляется энергия активации, а T - температура системы33. Таким образом, активность жидкости чувствительна к температурной среде, и температура системы должна быть последовательной, чтобы стабилизировать производительность двигателя, и, следовательно, скорость потока жидкости34. В этой статье мы демонстрируем использование температурной зависимости двигателя для непрерывной настройки скорости потока активных жидкостей путем регулировки температуры системы. Мы также демонстрируем подготовку образца активной жидкости, а затем монтаж образца на стадии микроскопа, температура которого контролируется с помощью компьютерного программного обеспечения. Повышение температуры с 16 градусов по Цельсию до 36 градусов по Цельсию ускоряет средние скорости потока от 4 до 8 мкм/с. Кроме того, настройка обратима: постоянное повышение и снижение температуры последовательно ускоряет и замедляет поток. Продемонстрированный метод применим к широкому кругу систем, где основные реакции подчиняются закону Arrhenius, таким как MT скольжения анализ29,30,31,32.

<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

Мы представляем метод использования температуры для настройки скорости потока кинезина, основанной на микротрубах трехмерных (3D) активных жидкостей. Этот метод позволяет для настройки скорости на месте без необходимости производства новых образцов для достижения различных желаемых скоростях. Кроме того, этот метод позволяет динамическое управление скоростью. Велоспорт температура приводит жидкости течь быстро и медленно, периодически. Эта управляемость основана на характеристике Arrheus реакции кинезин-микротрубуле, демонстрируя контролируемый средний диапазон скорости потока 4-8 мкм/с. Представленный метод откроет дверь к конструкции микрофлюидных устройств, где скорость потока в канале локально настраивается без необходимости клапана.

Подготовка кинезин-управляемых, Mt основе активных жидкостей требует как кинезин и MTs. МТ были полимеризованы из маркированных тубулинов (шаги 1,3 и 1,4), которые были очищены от бычьего мозга (шаг 1.1, Рисунок 2A),а затем переработки для повышения чистоты (шаг 1.2, <strong clas...

Watch this Scientific Journal Video about Controlling Flow Speeds of Microtubule-Based 3D Active Fluids Using Temperature at JoVE.com

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

Целью этого протокола является использование температуры для управления скоростью потока трехмерных активных жидкостей. Преимущество этого метода не только позволяет регулировать скорость потока на месте, но и позволяет динамический контроль, такие как периодические настройки скорости потока вверх и вниз.

Контроль скорости потока microtubule основе 3D активных жидкостей с использованием температуры

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

Активная материя используется в различных областях, таких как молекулярные тени. Чтобы вывести приложение на новый уровень, нам необходимо развить способность контролировать активную материю локально. Мы предоставляем простой в использовании метод, который не требует модификации активной жидкости.Также не нужно изменять оптический путь микроскопа для достижения локального контроля над активной жидкостью. Наш метод может быть применен к широкому кругу систем, где основные реакции подчиняются ошибочному закону, такому как микротрубобулярный скользящий анализ или ферментные системы. Установка включает в себя систему циркуляции воды.Если происходят утечки, вода может повредить микроскоп. Поэтому, прежде чем принять наш протокол, важно убедиться, что система утечка бесплатно. Наш протокол требует монтажа образца стекла на температурной стадии.В то время как рукопись описывает процедуру монтажа, в ней отсутствуют механические тонкости, такие как обеспечение образца на сцене. Демонстрация процедуры, будет Teagan Бейт, Эдвард Джарвис, и Меган Варни. Тиган и Эдвард аспиранты, а Меган является студентом лаборатории.Для приготовления активных жидкостей в трубке Эппендорфа смешайте 16 точечных семи микролитров по восемь миллиграммов на миллилитр микротрубочку с шестью точечными семью микролитровами из одной точки восемь микромоляных кинезинных моторных кластеров и одну точку один микролитр 500 миллимолярный DTT в высокосоленых M2B. Комплект микротрубочек, добавив 11 точки четыре микролитера семь процентов веса по весу полиэтиленгликоль. Затем активируйте кинезин-моторы, добавив два точечных восьми микролитров 50 миллимолярной АТФ.Поддерживайте концентрацию АТФ, добавляя два точечных восьми микролитера запасов пируваткиназы/лактата дегидрогеназы и 13 точечных трех микролитров 200 миллимолярный фосфенол пируват. Уменьшите эффект отбеливания фотографий, добавив 10 микролитров 20 миллимолейных тролок, один пункт один микролитр из трех точений пять миллиграммов на миллилитр каталазы, один пункт один микролитр 20 миллиграммов на миллилитр глюкозы оксидазы, и один пункт один микролитр 300 миллиграммов на миллилитр глюкозы. Отслеживайте движение жидкости, добавляя одну точку шесть микролитров нулевой точки ноль два пятипроцентного объема по объему частиц трассировщика.Добавьте высокосоленый M2B для достижения общего объема 100 микролитров. Далее, промыть полиакриламинид покрытием стеклянной слайд и крышка скольжения с DI воды. Высушите стаканы воздухом под давлением.Поместите очки на чистую, плоскую поверхность. Вырезать три миллиметра в ширину канала в восковой пленке. Общая ширина такая же ширина, как стеклянная крышка скольжения на 20 миллиметров.Вставьте воск между слайдом и крышкой скольжения, чтобы сформировать канал потока клеток для жидкости. Придерживайтесь стекла к восковой пленке, поместив стеклянный восковый комплекс на 80 градусов по Цельсию горячей пластины, чтобы расплавить воск. Во время плавления, нажмите крышку скольжения осторожно с наконечником пипетки равномерно придерживаться восковой пленки на стеклянные поверхности.После присадения охладите стеклянный комплекс до комнатной температуры. Быстрая загрузка подготовленных активных жидкостей в канал потока кончиком пипетки под углом от открытия канала и при контакте с поверхностью стеклянной горки. Печать канала ультрафиолетовым клеем.После создания установки контроля температуры поместите образец активной жидкости на поверхность сапфира, а сторона слайда соеязвется с поверхностью. Закрепить стеклянную горку бумажной лентой. Используя медную ленту, прикрепите ThermoSensor к поверхности крышки скольжения.Для установки установки на стадии микроскопа, с крышкой скольжения слайд лицом к целям, обеспечить установку с микроскопом этапе иглы зажимы. Включите контроллер температуры и насос аквариума. Следуйте руководству производителей, чтобы установить целевую температуру.Включить контроль температуры. И записывать данные о температуре ThermoSensor. Изображение образца с постоянным временным интервалом на флуоресцентной микроскопии, оснащенной кубом фильтра GFP для мониторинга частиц трассировщика Alexa 488 в активной смеси.Отрегулируйте интервал времени, чтобы смещение трассировщика между кадрами было в пределах девяти пикселей. Для трассировщиков изображений, движущихся со 10 микрометров в секунду с использованием четырех раз объективной, интервал времени рекомендуется от одной до пяти секунд. Сохраните изображения как файлы TIF, назовите файлы на основе номера кадра и храните их в отдельной папке.Для этого кинезина приводом микротрубочек на основе активных жидкостей, температура контролировалась на 10, 20, 30 и 40 градусов по Цельсию. Колебания температуры были в пределах нулевой точки от одного до нуля точки три градуса по Цельсию в течение четырех часов, демонстрируя стабильность и надежность этой установки контроля температуры. Трассировщики были изображены каждые две секунды, что позволяло последовательно отслеживать траектории трассировки.Средняя скорость, измеряемая при 20-36 градусах по Цельсию, оказалась почти независимой от нуля до двух часов. Там, где при 10 и 40 градусах по Цельсию средние скорости быстро разлагались, вызванные деполимеризацией микротрубочек ниже 16 градусов по Цельсию, и кинезинными кластерами, неисправными выше 36 градусов по Цельсию соответственно. Когда температура системы чередовалась между 20 и 30 градусами По Цельсию каждые 30 минут, средние скорости активных жидкостей не только ускорялись и замедлялись соответственно, но и реагировали на изменение температуры в течение 10 секунд.Активные жидкости начинают неисправности, когда охлаждается ниже 16 или нагревается выше 36 градусов. Поэтому при манипулировании контроллером температуры убедитесь, что температура составляет от 16 до 36 градусов. Способность настройки активной жидкости локально, позволяет направлять энергию жидкости, такие как доставка грузов из точки А в точку Б или разработка устройства микрофлюидности, которое не требует физического клапана.Акриламид используется для покрытия стеклянной посуды является нейротоксин, который может поглощать через кожу. Носите надлежащее защитное оборудование, такое как перчатки, лабораторные пальто и защитные очки, чтобы свести к минимуму риск.

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

Контроль размера, формы и стабильность супрамолекулярных полимеров в воде

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

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

Определение 3D Поля потока через Multi-камеры светового поля изображения

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

Высокое разрешение, высокая скорость, Трехмерная Видео Формирование изображений с цифровой Fringe методы проекции

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

Экспериментальное измерение скорости урегулирования сферических частиц в неограниченных и ограниченных Surfactant основе стрижки тоньше вискоэластических жидкостей

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

Измерение микроструктуры материала в потоке Использование 1-2 самолета проточные небольшой угол рассеяния нейтронов

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

Изготовление однородных наномасштабных полостей с помощью кремниевой прямой вафельной связи

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

Быстрый метод визуализации по изучению падения Impact Динамика неньютоновских жидкостей

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

Написание и низкотемпературной Характеристика оксидных наноструктур

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

Визуализация Hyporheic поток через пласты Использование Dye эксперименты и моделирование

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

Характеристика полный набор материальных констант и их зависимости от температуры для пьезоэлектрических материалов с помощью резонансной ультразвуковой спектроскопии

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