Name: biomimetic replication of root surface microstructure using alteration of soft lithography
Uploaded: 2020-08-05T14:00:00
Duration: 5 min 53 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Biomimetic Replication of Root Surface Microstructure using Alteration of Soft Lithography at JoVE.com

המחקר נתמך על ידי קרנות זרע מארגון המחקר החקלאי ל-MK.

1. גידול הצמחים והכנת השורש
<ol><li>אופציה 1: הכינו שורשים אדוורקית מגבעול.<ol>
<li>לקחת מגש השתרשות עבור צמחים צומחים.</li>
		<li>ממלאים את המגש באדמה.</li>
		<li>הוסיפו זרע אחד מזנים M82 עגבניות לכל תא במגש.</li>
		<li>כסו את הזרעים באדמה קטנה.</li>
		<li>המים מגש מלמטה עם טפטפת כמו המים ממלא את החלק התחתון של המגש ואת הקרקע סופג מים.</li>
		<li>הוסף 2 מ ל של דשן לכל 1 ליטר של מים עד לתחתית המגש פעם בשבוע.</li>
		<li>גדלים בחדר הגדל ב -25 ° c.</li>
		<li>השתמש בתנאי תאורה של 9 h אור (7:00-16:00) לסירוגין עם 15 שעות של חושך.</li>
		<li>לאחר 3 שבועות להסיר את הצמח מן הקרקע.</li>
		<li>חותכים את מערכת השורש מהמפעל בנקודת האינטראקציה עם הגבעול.</li>
		<li>שים את הצמח חסר שורשים. בגביע מלא במים</li>
		<li>לאחר מספר ימים, חותכים את השורשים האדוורקית היוצאים מן הגבעול ומשתמשים בהם לשכפול.</li>
	</ol>
</li>
	<li>אופציה 2: הכנת שורשי זרעים מונסת.<ol>
<li>מסנן בגודל של צלחת פטרי עם מים.</li>
		<li>שים כמה זרעים M82 (לא יותר מ 10) על הנייר, בתוך צלחת פטרי.</li>
		<li>מודקת את הצלחת ב -25 ° c.</li>
		<li>. מימה את העיתון כל יום</li>
		<li>לאחר שורשים מונבטים ארוכים מספיק (כ 5 ימים), להסיר את הזרעים ולהשתמש בשורשים עבור השכפול.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. הכנת העותק המשוכפל השלילי השורש מפוליאורטן
<ol><li>כדי ליצור פתרון עותק משוכפל שלילי, הוסף 9.49 גרם של משתנות dimethacrylate ל 20 מ ל בקבוקון.<ol>
<li>תוסיף 1.45 מ ל. של אתיל-מתיאקריל לבקבוקון</li>
		<li>לערבב בטמפרטורת החדר (RT) עד הפתרון נראה ברור והופך הומוגנית. הערה: כ-2 כ ח מספיק כדי להגיע לפתרון הומוגנית.</li>
		<li>הוסיפו 3 מ ל של הפלסטיות, דיאתיל פלות'אט, ומערבבים 1 h ב RT. הערה: דיאתיל פתלאט מmiscible במונומר אקרילי.</li>
		<li>להוסיף 300 μL של יוזם התמונה, 2-הידרוxy-2-methylpropiophenone, ומערבבים לילה ב RT. המשך לערבב עד כל בועות יוסרו. הערה: ניתן להשהות את הפרוטוקול כאן. הפתרון ניתן לשמור ב-RT.</li>
	</ol>
</li>
	<li>כדי ליצור העתק שלילי של השורש, לקחת שקופית זכוכית נקייה ויוצקים 1 מ ל של הפתרון המשוכפל השלילי על זה.<ol>
<li>מקום 2 \ u20123 שורשים על הפתרון. אל תאפשר לשורשים להיות מכוסים באופן מלא על ידי הפתרון.</li>
		<li>שמור את השקופית תחת 8 W אולטרה סגול (UV) מנורה עבור 8 \ u201210 min. אין לשמור על הפתרון תחת אור UV במשך זמן רב מדי. הערה: חשוב לא לשמור על הפתרון תחת אור UV במשך זמן רב מדי, מאחר שהוא הופך את הפוליאורטן לקשה מדי, כך שאין אפשרות להסיר את השורש.</li>
		<li>כבה את מנורת UV, להסיר את ההעתק מן השקופית זכוכית ולשים אותו בצלחת פטרי מלא אתנול, כדי להסיר מונומר הגיב.</li>
		<li>כדי להשיג את העותק המשוכפל השלילי, להסיר את השורש משוכפל לאט מאוד באמצעות מלקחיים.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. הכן את ההעתק החיובי הבסיסי מ-PDMS.
<ol><li>כדי ליצור את התערובת עבור העותק המשוכפל החיובי, במקום 10 גרם של דימתיל siloxane בספל נייר.<ol>
<li>הוסף 1 g של ריפוי סוכן ומערבבים ביסודיות.</li>
		<li>לשמור את התערובת desiccator תחת ואקום עבור 2 h כדי להסיר בועות אוויר.</li>
	</ol>
</li>
	<li>כדי ליצור את העותק המשוכפל החיובי, הציבו את העותק המשוכפל השלילי בצלחת פטרי.<ol>
<li>יוצקים את התערובת PDMS על גבי העותק המשוכפל השלילי.</li>
		<li>החלת ואקום עבור 2 h כדי להבטיח כיסוי של המיקרו מבנה.</li>
		<li>שמור את צלחת הפטרי ללילה בשעה RT.</li>
		<li>הפרד את העותק המשוכפל החיובי הנרפא מההעתק השלילי ביד.</li>
	</ol>
</li>
</ol>4. להכין את העתק חיובי השורש מן אתיל תאית.
<ol><li>כדי ליצור את הפתרון אתיל תאית, לשים 1.32 ml של דיאתיל pthalate כמו פלסטלינה בגביע 100 ml.<ol>
<li>הוסף 20 מ ל אתנול ומערבבים ב RT עבור 2 h.</li>
		<li>הוסף 3.3 g של אתיל תאית ומערבבים בן לילה.</li>
	</ol>
</li>
	<li>כדי ליצור את העותק המשוכפל החיובי, הציבו את העותק המשוכפל השלילי בצלחת פטרי.<ol>
<li>יוצקים את הפתרון אתיל תאית על גבי העותק המשוכפל השלילי.</li>
		<li>שמור את צלחת הפטרי בלילה. בשעה מתחת למכסה המנוע</li>
		<li>הסר את העותק המשוכפל החיובי משוכפל שלילי לאט מאוד על ידי מלקחיים.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol>
	<li>Bhushan, B., Jung, Y. C., Niemietz, A., Koch, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lotus-Like+Biomimetic+Hierarchical+Structures+Developed+by+the+Self-Assembly+of+Tubular+Plant+Waxes.">Lotus-Like Biomimetic Hierarchical Structures Developed by the Self-Assembly of Tubular Plant Waxes.</a> Langmuir. 25, 1659-1666 (2009).</li><li>Koch, K., Barthlott, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Superhydrophobic+and+superhydrophilic+plant+surfaces:+an+inspiration+for+biomimetic+materials.">Superhydrophobic and superhydrophilic plant surfaces: an inspiration for biomimetic materials.</a> Philosophical transactions. Series A, Mathematical, physical, and engineering sciences. 367, 1487-1509 (2009).</li><li>Schulte, A. J., Koch, K., Spaeth, M., Barthlott, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biomimetic+replicas:+Transfer+of+complex+architectures+with+different+optical+properties+from+plant+surfaces+onto+technical+materials.">Biomimetic replicas: Transfer of complex architectures with different optical properties from plant surfaces onto technical materials.</a> Acta Biomaterialia. 5, 1848-1854 (2009).</li><li>Koch, K., Schulte, A., Fischer, A., Gorb, S., Barthlott, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+fast,+precise+and+low-cost+replication+technique+for+nano-+and+high-aspect-ratio+structures+of+biological+and+artificial+surfacese.">A fast, precise and low-cost replication technique for nano- and high-aspect-ratio structures of biological and artificial surfacese.</a> Bioinspiration &amp; Biomimetics. 3, 046002 (2008).</li><li>Weyers, J. D. B., Johansen, L. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Accurate+Estimation+of+Stomatal+Aperture+From+Silicone+Rubber+Impressions.">Accurate Estimation of Stomatal Aperture From Silicone Rubber Impressions.</a> New Phytology. 101, 109-115 (1985).</li><li>Hilu, K. W., Randall, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Convenient+Method+for+Studying+Grass+Leaf+Epidermis.">Convenient Method for Studying Grass Leaf Epidermis.</a> Taxon. 33, 413-415 (1984).</li><li>Sampson, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Method+of+replicating+Dry+or+Moist+Surfaces+for+Examination+by+Light.">Method of replicating Dry or Moist Surfaces for Examination by Light.</a> Nature. 191, 932-933 (1961).</li><li>Weyers, J. B. D., Travis, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Selection+and+Preparation+of+Leaf+Epidermis+for+Experiments+on+Stomatal+Physiology.">Selection and Preparation of Leaf Epidermis for Experiments on Stomatal Physiology.</a> Journal of experimental botany. 32, 837-850 (1981).</li><li>Groot, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Use+of+Silicone+Rubber+Plastic+for+Replicating+Leaf+Surfaces.">The Use of Silicone Rubber Plastic for Replicating Leaf Surfaces.</a> Acta Botanica. Neerlandica. 18, 703-708 (1969).</li><li>Wu, S., Zhao, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Using+Clear+Nail+Polish+to+Make+Arabidopsis+Epidermal+Impressions+for+Measuring+the+Change+of+Stomatal+Aperture+Size+in+Immune+Response.">Using Clear Nail Polish to Make Arabidopsis Epidermal Impressions for Measuring the Change of Stomatal Aperture Size in Immune Response.</a> Plant Pattern Recognition Receptors. , 243-248 (2017).</li><li>Wu, W., Guijt, R., Silina, Y., Koch, M., Manz, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Plant+leaves+as+templates+for+soft+lithography.">Plant leaves as templates for soft lithography.</a> RSC Advances. 6, 22469-22475 (2016).</li><li>Barthlott, W., Mail, M., Bhushan, B., Koch, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Plant+Surfaces:+Structures+and+Functions+for+Biomimetic+Innovations.">Plant Surfaces: Structures and Functions for Biomimetic Innovations.</a> Nano-Micro Letters. 9, 23 (2017).</li><li>Zhang, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+of+biomimetically+patterned+surfaces+and+their+application+to+probing+plant-bacteria+interactions.">Fabrication of biomimetically patterned surfaces and their application to probing plant-bacteria interactions.</a> ACS Applied Materials and Interfaces. 6, 12467-12478 (2014).</li><li>Szyndler, M. W., Haynes, K. F., Potter, M. F., Corn, R. M., Loudon, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Entrapment+of+bed+bugs+by+leaf+trichomes+inspires+microfabrication+of+biomimetic+surfaces.">Entrapment of bed bugs by leaf trichomes inspires microfabrication of biomimetic surfaces.</a> Journal of the Royal Society Interface. 10, 20130174 (2013).</li><li>Doan, H. K., Leveau, J. H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Artificial+Surfaces+in+Phyllosphere+Microbiology.">Artificial Surfaces in Phyllosphere Microbiology.</a> Phytopathology. 105, 1036-1042 (2015).</li><li>Chung, K. K., et al. <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+engineered+surface+microtopography+on+biofilm+formation+of+Staphylococcus+aureus.">Impact of engineered surface microtopography on biofilm formation of Staphylococcus aureus.</a> Biointerphases. 2, 89-94 (2007).</li><li>Sirinutsomboon, B., Delwiche, M. J., Young, 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=Attachment+of+Escherichia+coli+on+plant+surface+structures+built+by+microfabrication.">Attachment of Escherichia coli on plant surface structures built by microfabrication.</a> Biosystems Engineering. 108, 244-252 (2011).</li><li>Bhattacharjee, A., Khan, M., Kleiman, M., Hochbaum, A. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+Growth+Surface+Topography+on+Bacterial+Signaling+in+Coculture+Biofilms.">Effects of Growth Surface Topography on Bacterial Signaling in Coculture Biofilms.</a> ACS Applied Materials and Interfaces. 9, 18531-18539 (2017).</li><li>Mancuso, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Measuring roots: an updated approach. , (2011).</li><li>Schneider, K., Wells, B., Dolan, L., Roberts, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structural+and+genetic+analysis+of+epidermal+cell+differentiation+in+Arabidopsis+primary+roots.">Structural and genetic analysis of epidermal cell differentiation in Arabidopsis primary roots.</a> Development. 1798, 1789-1798 (1997).</li><li>Dolan, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Clonal+relationships+and+cell+patterning+in+the+root+epidermis+of+Arabidopsis.">Clonal relationships and cell patterning in the root epidermis of Arabidopsis.</a> Development. 2474, 2465-2474 (1994).</li><li>Leitner, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+dynamic+model+of+nutrient+uptake+by+root+hairs.">A dynamic model of nutrient uptake by root hairs.</a> New Phytology. 185, 792-802 (2010).</li><li>Soffe, R., Bernach, M., Remus-emsermann, M. N. P., Nock, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Replicating+Arabidopsis+Model+Leaf+Surfaces+for+Phyllosphere+Microbiology.">Replicating Arabidopsis Model Leaf Surfaces for Phyllosphere Microbiology.</a> Scientific Reports. 9, 1-12 (2019).</li><li>Sorieul, M., Dickson, A., Hill, S. J., Pearson, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Plant+fibre:+Molecular+structure+and+biomechanical+properties,+of+a+complex+living+material,+influencing+its+deconstruction+towards+a+biobased+composite.">Plant fibre: Molecular structure and biomechanical properties, of a complex living material, influencing its deconstruction towards a biobased composite.</a> Materials. 9, 618 (2016).</li><li>Gibson, L. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+hierarchical+structure+and+mechanics+of+plant+materials.">The hierarchical structure and mechanics of plant materials.</a> Journal of the Royal Society Interface. 9, 2749-2766 (2012).</li><li>Poletto, M., Pistor, V., Zattera, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structural+characteristics+and+thermal+properties+of+native+cellulose.">Structural characteristics and thermal properties of native cellulose.</a> Cellulose-fundamental aspects. , 45-68 (2013).</li><li>Moon, R. J., Martini, A., Nairn, J. A., Simonsen, J., Youngblood, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cellulose+Nanomaterials+Review:+Structure,+Properties.">Cellulose Nanomaterials Review: Structure, Properties.</a> Chemical Society Reviews. 40, 3941-3994 (2011).</li><li>Johnston, I., McCluskey, D., Tan, C., Tracey, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanical+characterization+of+bulk+Sylgard+184+for+microfluidics+and+microengineering.">Mechanical characterization of bulk Sylgard 184 for microfluidics and microengineering.</a> Journal of Micromechanics and Microengineering. 24, 035017 (2014).</li><li>Yan-yan, W., Ying-wu, L., Bao-fang, L., Bo-geng, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Water-soluble+UV+curable+urethane+methyl+acrylate+coating:+preparation+and+properties.">Water-soluble UV curable urethane methyl acrylate coating: preparation and properties.</a> Journal of Zhejiang University-SCIENCE A. 5, 906-911 (2004).</li><li>Bao, L., Huang, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis+and+Properties+of+UV+Curable+Waterborne+Polyurethane+Acrylate+Based+on+Modified+Castor+Oil.">Synthesis and Properties of UV Curable Waterborne Polyurethane Acrylate Based on Modified Castor Oil.</a> The pharmaceutical and chemical journal. 4, 34-40 (2017).</li><li>Sharma, V., Orejon, D., Takata, Y., Krishnan, V., Harish, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gladiolus+dalenii+Based+Bioinspired+Structured+Surface+via+Soft+Lithography+and+Its+Application+in+Water+Vapor+Condensation+and+Fog+Harvesting.">Gladiolus dalenii Based Bioinspired Structured Surface via Soft Lithography and Its Application in Water Vapor Condensation and Fog Harvesting.</a> ACS Sustainable Chemistry &amp; Engineering. 6, 6981-6993 (2018).</li><li>Soffe, R., Altenhuber, N., Bernach, M., Remus-Emsermann, M. N. P., Nock, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+replica+leaf+surface+materials+for+phyllosphere+microbiology.">Comparison of replica leaf surface materials for phyllosphere microbiology.</a> PloS one. 14, 1-19 (2019).</li><li>Whitehead, D. C., Buchan, H., Hartlay, R. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Composition+and+decomposition+of+roots+of+ryegrass+and+red+clover.">Composition and decomposition of roots of ryegrass and red clover.</a> Soil Biology and Biochemistry. 11, 619-628 (1979).</li><li>Ververis, C., Georghiou, K., Christodoulakis, N., Santas, P., Santas, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fiber+dimensions,+lignin+and+cellulose+content+of+various+plant+material+and+their+suitability+for+paper+production.">Fiber dimensions, lignin and cellulose content of various plant material and their suitability for paper production.</a> Industrial crops and products. 19, 245-254 (2004).</li><li>Croser, C., Bengough, A. G., Pritchard, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effect+of+mechanical+impedance+on+root+growth+in+pea+(Pisum+sativum).+II.+Cell+expansion+and+wall+rheology+during+recovery.">The effect of mechanical impedance on root growth in pea (Pisum sativum). II. Cell expansion and wall rheology during recovery.</a> Physiologia Plantarum. 109, 150-159 (2000).</li><li>Lipiec, J., Horn, R., Pietrusiewicz, J., Siczek, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+soil+compaction+on+root+elongation+and+anatomy+of+different+cereal+plant+species.">Effects of soil compaction on root elongation and anatomy of different cereal plant species.</a> Soil and Tillage Research. 121, 74-81 (2012).</li><li>Potocka, I., Szymanowska-Pulka, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Morphological+responses+of+plant+roots+to+mechanical+stress.">Morphological responses of plant roots to mechanical stress.</a> Annals of botany. 122, 711-723 (2018).</li></ol>

. למחברים אין מה לגלות

אנו מציגים שיטה הרומן עבור השכפול של מבנה המיקרוקציה של משטח השורש. שיטה זו נשענת על שיטות קיימות של שכפול מבנה המשטח של העלה4. על מנת לפתח שיטה זו, היינו צריכים לכוונן את השיטה הקיימת לעלים. הבנו שהצעד הבעייתי בהעתקת שיטת שכפול העלים לשורשים כרוך בשלב הראשון של עיצוב השורש. זהו החלק הרגיש ביותר של השיטה כפי שהיא מערבת את הרקמה הביולוגית. כתוצאה מכך, רצינו לבחור פולימר כי ידרוש תנאים עדינים יחסית לריפוי ומכאן גרימת נזק מינימלי לרקמות הביולוגי. בחרנו בפוליאורטן משום שהוא יכול להיות מהיר במהירות (בתוך 10 דקות) תחת אור UV29. בנוסף, זה קשה מאוד פעם אחת הפילמור30 וקיווינו כי מאפיין זה יאפשר הסרה קלה יחסית של השורש מן העובש פוליאוריטן.
השיטה המוצגת היא גישה דו-step שבה התמונה השלילית (עותק משוכפל שלילי) נוצרת בשלב הראשון והשכפול נוצר בשלב השני, בהתבסס על העותק המשוכפל השלילי. זה מרחיב את מגוון החומרים שאנחנו יכולים לעבוד איתם. שכפול מבנה המשטח של העלה בוצע בעיקר ב-pdms או בחומרי אפוקסי11,31. עבודה מסוימת נעשתה עם חומרים אחרים, במיוחד חומרים התומכים גידול מיקרואורגניזם13,32. הסיבה לכך היא בשנים האחרונות שיטה זו שימש לחקר אינטראקציות מיקרואורגניזם במשטח בהקשר של מבנה פני השטח עלה. עם זאת, אין חומרים תאית כמו שימשו בשיטה זו בהקשר של עלים. אנו מציעים את השימוש בעותק משוכפל שלילי פוליאוריטן כתבנית ומגוון של חומרים עבור עותק משוכפל חיובי. במילים אחרות, ביצוע העתק חיובי, מתוך מגוון של חומרים, הוא קל יחסית פעם העתק שלילי טוב הוא עשה. אנו כרגע משתמשים נגזרות תאית, אבל הם בוחנים את האפשרויות של שימוש בחומרים רלוונטיים יותר למשטח השורש כגון פקטין ו ליגנין33,34 בשילוב עם נגזרות תאית.
השיטה גם מתרחבת על השיטה הקיימת של שכפול מבנה משטח העלה מאז העלה הוא משטח דו-ממדי בעוד משטח השורש הוא מעוקל ולכן הוא משטח 3D. השיטה שלנו אינה מאפשרת את השכפול של המשטח כולו מאז הטבעה של שורש שלם בתמיסה הפוליאורתן אינה מאפשרת את שחרורו. לכן יש לבחור צד אחד של השורש בעת שכפול מבנה המיקרו של משטח השורש. המשטח הסינתטי שנוצר מעוקל ומייצג בערך חצי מהמשטח, אך לא את כולו. ההנחה שלנו היא כי התכונות המבבניות של משטח השורש הם סימטריים בעיקר על הציר לאורך השורש. עם זאת, במחקרים שבהם סימטריה כזאת אינה מניחה, יש להקפיד לבחור את השורש הצדדי המתאים לשכפול.
אנו מציגים שתי אפשרויות שורשים לשמש כתבניות. הראשונה היא האפשרות של שורשים האדוניות גדל מן הגבעול והשני הוא אופציה של שורשים מונבטים על נייר. האפשרות הראשונה נועדה בעיקר לסייע לחוקרים לתרגל את השיטה כמו שורשים אלה הם חזקים יותר וקל יותר לעבוד עם. האפשרות השנייה מייצגת את ההבדלים הגנטיים שניתן למצוא בין שורשי זנים שונים, ללא קשר לתנאי הסביבה. משטחים אלה יכולים לשמש ככלי מחקר חשוב, עם זאת, יש לדעת כי הסביבה יכולה להיות השפעה חזקה על מבנה פני השטח השורש, במיוחד את הקרקע שבה השורשים גדלים35,36. בשל הלחץ המכני שנגרם על ידי הקרקע, כמה שינויים מורפולוגיים מחויבים לקרות, בנוסף לפצעים המצטברת על פני השטח כשורש חודר לקרקע37. הסרת שורשים מקרקע, כמו גם ניקוי אותם, מבלי לפגוע במבנה שלהם היא משימה קשה מאוד. מכאן, אנחנו לא אופטימי כמו היכולת להשתמש בשיטה זו כדי לחקות באופן אמין את מבנה השורש של פני השטח של שורשים גדל באדמה. עם זאת, עבור מחקר המתמקד הבדלים גנטיים או הבדלים סביבתיים שבו השינוי במבנה מיקרו הוא ברור באופן ניכר, שיטה זו יכולה לשמש ככלי כדי ללמוד את ההשפעה של מיקרומבנה המשטח השורש.
השיטה שלנו מייצרת מחקה משטח אדיש של המאפיינים המיקרוקונסטרוקטיבי של משטח השורש בלבד. למרות ששיטה זו מיועדת להפריד בין ההשפעות המבבניות באינטראקציות של סביבת השורש מכל ההשפעות האחרות, אין באפשרותך להתעלם מהתרכובות הכימיות באינטראקציות אלה. מיקרואורגניזמים מסוימים עשויים לא לשרוד או לתפקד על פני השטח ללא תוספת של תרכובות, במיוחד חומרים מזינים. השלב הבא בפיתוח פלטפורמה זו יהיה התוספת הנשלטת של תרכובות כימיות כדי ללמוד את ההשפעות שלהם על האינטראקציות השונות בשילוב עם המבנה.
שיטה זו פותחה כצעד ראשון בפיתוח של פלטפורמה סינתטית כדי ללמוד אינטראקציות שורש מיקרואורגניזם. כאן אנו לחקות את המיקרומבנה של משטח השורש ואת הפלטפורמה הראשונית הזאת ניתן להשתמש כדי ללמוד את ההשפעה של מיקרו מבנה פני השטח על התנהגות מיקרואורגניזם. עם זאת, פלטפורמה זו מוגבלת, שכן הוא חסר אלמנטים רבים אחרים מהמערכת הטבעית. פלטפורמה זו צריכה להיות מפותחת יותר עם שימוש בחומרים הנכונים כדי ליצור את פני השטח עם תוספת של אחרים, קריטי, כימיקלים למערכת. בפלטפורמה מתקדמת יותר, אנו יכולים גם לדמיין התפלגות מרחבית של הכימיקלים. עם זאת, מכיוון שכרגע אין שיטה אחרת לבידוד השפעות מבניות באינטראקציות השורש, אנו מקווים שחוקרים יוכלו להשתמש בפלטפורמה ראשונית זו כדי לשאול שאלות ספציפיות למבנה באינטראקציות אלה.

שכפול של משטח עלה המבנה הוא שיטה ידועה בתחום המחקר ביומטיקה1,2,3,4. שכפולים המוקדמים ביותר של מבנה המשטח של העלה בוצעו באמצעות מסמר וחומרים גומי מוחל על משטח העלה להדמיה טובה יותר של microstructure בנה, במיוחד סטואטה5,6,7,8,9,10. השיטה השתפרה לאחר מכן, ופולימרים מתקדמים שימשו לחיקוי מבנה המשטח של העלה באמצעות ליתוגרפיה רכה, במיוחד בהקשר של ביומטיקה של משטחי סופר הידרופובי2,3,4,11,12. בשנים האחרונות, שיטה זו הוכחה ככלי שימושי בחקר האינטראקציה בין משטח העלה לבין מיקרואורגניזמים המתגוררים על פני השטח בין אם הם בעלי כפתוגניים13,14 או מועיל, כחלק מהצומח הטבעי של העלה15. פישוט של המערכת הטבעית הוכח שימושי מאוד בחקר אינטראקציות מיקרואורגניזם בפני השטח גם כאשר מערכות סינתטי גרידא שימשו משטחים15,16,17,18.
בעוד שכפול של משטח עלה מבנה הוכח היה כלי שימושי עבור לימוד האינטראקציה המתרחשת על פני השטח של העלה עם מיקרואורגניזמים שונים, לא קיים כלי כזה עבור שורשי הצמח. שורשי הצומח קשים יותר ללמידה מאחר שהם נמצאים מתחת לקרקע וכל האינטראקציות מתרחשות בתוך האדמה. דומה עלים, מבנה משטח השורש עשוי לשחק תפקיד ב שורש מיקרואורגניזם אינטראקציות. עם זאת, כרגע אין שיטה לבודד את התפקיד הספציפי של מבנה מיקרופני השטח השורש באינטראקציות השורש המורכבות של מיקרואורגניזם. התכונה מיקרוקונסטרוקטיבית שורש השטח הנלמד ביותר הוא שערות השורש19,20,21. שערות השורש יש תפקיד חשוב בהגדלת שטח פני השטח ועל ידי המאפשר צריכת יעיל יותר של חומרים מזינים ומים22, אולם מעורבות שלהם כתכונה מבנית באינטראקציות שורש מיקרואורגניזם מעולם לא נבדקו.
פולימר הנפוץ ביותר עבור ליתוגרפיה רכה בעלים הוא פולידימתיל siloxane (PDMS). מאפייני pdms דומים לאלה של הקוטיקולה העלה15,23. עם זאת, ב שורשי הצמח, החומר הנפוץ ביותר הוא תאית24,25 אשר יש מאפיינים שונים מאלה של pdms26,27,28. שימוש ב-PDMS לבניית פלטפורמה סינתטית לחקר ההשפעות של מבנה הפני שטח באינטראקציות בסביבה השורש הוא, ולכן, פחות אידיאלי.
הפרוטוקול המוצג כאן מאפשר היווצרות של העתק השורש סינתטי מבנה המשטח מחומרים שונים. כמו השיטה לשכפול מבנה המשטח עלה זהו תהליך בן שני שלבים. הצעד הראשון משתמש ברקמה הביולוגית (השורש) כמקור ליציקה לתבנית פוליאוריטן (עותק שלילי). עובש פוליאוריטן, אשר מייצג את התמונה השלילית של המיקרו מבנה השורש, לאחר מכן ניתן להשתמש כבסיס כדי ליצור את השכפול החיובי של מבנה פני השטח השורש מתוך מגוון של חומרים, כולל PDMS, ונגזרות תאית. ניתן להשתמש בשכפול משטח שורש זה כפלטפורמה כדי להבין את תפקיד מבנה פני השטח באינטראקציות של מיקרואורגניזם בשורש.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>2-hydroxy-2-methylpropiophenone</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>405655</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Diethyl phthalate</td>
			<td>Across</td>
			<td>114520010</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Diurethane dimetharylate</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>436909</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethyl cellulose</td>
			<td>Across</td>
			<td>232705000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethyl methacrylate</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>234893</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Shaphir Solution</td>
			<td>GAT fertilizer</td>
			<td>6-2-4</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sylgard 184 kit</td>
			<td>Polymer-G</td>
			<td>510018400500</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

biomimetic replication of root surface microstructure using alteration of soft lithography

ביומיוטיקה הוא השימוש בכימיה ובמדעי החומרים לחיקוי מערכות ביולוגיות, במיוחד למבנים ביולוגיים, לאנושות טובה יותר. לאחרונה, משטחי ביואידיי מחקות את המיקרומבנה של משטח העלה, שימשו כדי ללמוד את ההשפעות של המיקרו מבנה העלה על אינטראקציות העלה-סביבה. עם זאת, לא קיים כלי כזה עבור שורשים. פיתחנו כלי המאפשר את החיקוי הסינתטי של המיקרו מבנה השורש לתוך משטח מלאכותי. הסתמנו על שיטת הליטוגרפיה הרך, הידועה בשכפול מבני משטח עלה, בתהליך של שני שלבים. הצעד הראשון הוא אחד מאתגר יותר כפי שהוא כרוך הרקמה הביולוגית. כאן, השתמשנו פולימר שונים וריפוי אסטרטגיה, הסתמכות על חזק, נוקשה, פוליאוריטן, נרפא על ידי UV עבור דפוס השורש. הדבר איפשר לנו להשיג תמונה שלילית אמינה של מבנה שורש פני השטח כולל תכונות עדינות, מאתגרת כגון שערות שורש. לאחר מכן השתמשנו בתמונה זו שלילית כתבנית כדי להשיג את שכפול מבנה המשטח השורש באמצעות היטב מבוסס polydimethyl תיל siloxane (PDMS), כמו גם נגזרת תאית, אתיל תאית, אשר מייצגת חיקוי קרוב יותר של השורש, אשר יכול גם להיות מושפל על ידי אנזימים צלוליטיס מופרש על ידי מיקרואורגניזמים. פלטפורמה זו הוקמה לאחרונה ניתן להשתמש כדי ללמוד את ההשפעות המיקרוקונסטרוקטיבית של פני השטח באינטראקציות שורש מיקרואורגניזם באופן דומה למה שהוצג בעבר עלים. בנוסף, המערכת מאפשרת לנו לעקוב אחר מיקומי המיקרואורגניזם, ביחס לתכונות המשטח, ובעתיד פעילותה, בצורה של הפרשה תאית.

כדי ליצור את שכפול מבנה המיקרו של משטח השורש, יש לבחור בסיס לדפוס. אנחנו מגדלים צמחי עגבניות באדמה, מה שהופך את השימוש בשורש הטבעי ממערכת השורש מאתגר מאוד. הסרת אדמה ממערכת השורש יכול להיות קשה ובנוסף, שורשי מערכת השורש הם שבירים והוא יכול לשבור את הניסיונות מבעד לדפוס. לפיכך, אנו ממליצים להשתמש תחילה בשורשים נוקשים יותר, כדי לבסס את הפרוטוקול במעבדה. היווצרות שורשים כאלה מתואר באיור 1A. מערכת השורש של הצמח מוסרת לאחר שהמפעל גדל במשך 3 שבועות, הצמח חסר שורשים ממוקם במים במשך כשבוע עד שורשים האדוקית להגיח מן הגבעול. ניתן להשתמש בשורשים אלה לשכפול במהלך מוסד הפרוטוקולים. לאחר הפרוטוקול הוקמה היטב, מבנה פני שטח שורש מציאותי יותר רצוי. כאן אנו מציעים הימנעות שורשים גדל באדמה כהסרה מלאה של הקרקע מאתגרת מאוד. במקום זאת אנו מציעים את השימוש של שורשי מונגטינג, אספקת מידע יקר על המבנה השורש של המשטח של צמח ספציפי גנטית. התפתחותם של שורשים כאלה מתוארת באיור 1B. הזרעים מונחים על נייר מסנן רטוב ומודחים ב -25 ° c. לאחר כ 5 ימים, שבמהלכו נייר הסינון נשמר לח, השורשים מונבטים מספיק זמן לשכפול. השורשים האלה שבירים יותר מאשר השורשים שהוצעו בעבר ודורשים טיפול עדין יותר.
הייצור של העותק המשוכפל של מבנה שורש פני השטח הוא תהליך של שני שלבים. בשלב הראשון השורש הטבעי הוא להיות יצוק עובש פוליאוריטן מבוסס (העותק השלילי). היתרון של שלב זה הוא כי כל החומרים של עובש פוליאוריטן הם להיות מוכנים השורש ממוקם על גבי הפתרון המוכן בסוף מאוד לחשיפה של 10 דקות UV. כתוצאה מכך, הרקמה הביולוגית אינה נחשפת לתנאים קשים במשך זמן רב מדי וניתן לטפל בעדינות בסוף התהליך. אם מעקב אחר כל שלבי הפרוטוקול, נוצרת העתק שלילי טוב. עותק משוכפל זה יציג את מבנה התא של משטח השורש, כמו גם חורים המייצגים את המיקום של שערות השורש (איור 2A). אם לא עוקבים אחר חלק מהשלבים הקריטיים בפרוטוקול, השגרה תיכשל. צעד אחד כזה הוא המיקום של השורש על הפתרון פוליאוריטן לפני הריפוי. השורש חייב להיות ממוקם בעדינות מאוד כדי למנוע את התחתית של אותו בתמיסה פוליאוריטן. שבירה כזאת, של כל חלק של השורש, יגרום מלכודת של השורש של פולימר קשה ללא יכולת להסיר אותו. אם מתרחש אירוע כזה, השורש יישאר בתוך העותק המשוכפל השלילי לאחר שהוא נרפא (איור 2B). צעד מכריע נוסף הוא לגבי זמן הריפוי של אור UV. זמן הריפוי המומלץ הוא 8 \ u201210 min. הולך בעבר 10 דקות תגרום עובש פוליאוריטן קשה מאוד, מה שהופך את זה בלתי אפשרי להסיר את השורש מבלי לשבור אותו בתוך עובש פוליאוריטן. השבר של השורש יכול לפעמים להיות גלוי לעין בלתי, לדוגמה, כאשר חתיכה גדולה מקולקלת (איור 2C, למעלה, מסומן בחצים סגולים). עם זאת, לפעמים פיסות השורש הקטנות נותרו בחומר שקשה לזהות בעין בלתי ומיקרוסקופ יש להשתמש (איור 2C, למטה, מסומן עם חצים סגולים). אנו ממליצים לבחון בקפידה את ההעתק השלילי של הפוליאורטן עם מיקרוסקופ לפני המשכו של הפרוטוקול כדי לוודא שלא קיים שורש שרידי.
ברגע שעותק משוכפל שלילי פוליאוריטן מוכן; ניתן להשתמש בחומרים רבים להכנת העותק המשוכפל החיובי. הכנת העותק המשוכפל החיובי, באמצעות העתק שלילי פוליאוריטן כתבנית, הוא ישר קדימה תלוי לחלוטין על איכות העותק המשוכפל שלילי פוליאוריטן. כדי ליצור את העותק המשוכפל החיובי השתמשנו בשני PDMS-כפי שהוא ידוע היטב בתחום של ליתוגרפיה רכה (איור 3A)-ו אתיל תאית כחומר מחקה טוב יותר את המאפיינים של משטח השורש אשר מורכב בעיקר של תאית (איור 3a). תמונת ה-SEM של עותק משוכפל PDMS מציגה את שערות השורש באופן ברור מאוד. , השערות נמצאות באזור התארכות. שם הן מתחילות לצוץ מכאן, אורך השערות השורש משתנה לאורך משטח השורש כפי שהם הופכים ארוכים יותר, כמו בשורש הטבעי (איור 3A). אתיל תאית מייצרת סרט קשה וגמיש פחות PDMS. מכאן, הסרת אותו מן העובש השלילי דורש טיפול נוסף. עם זאת, כמה שערות ומבנה המיקרו משטח גלויים מתחת למיקרוסקופ האור (איור 3B). השתמשנו שני חומרים אלה כדי ליצור את העותק המשוכפל החיובי, עם זאת, כל חומר שיכול ליצור סרט יהיה מועמד טוב עבור העתק חיובי, באמצעות העתק שלילי פוליאוריטן.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61437/61437fig01.jpg"> איור 1: שורשי צמחי העגבניה לשכפול. (A) צמח עגבנייה (M82) גדל ב -25 ° c עם 9 מעלות של אור ו 15 h החושך. לאחר 3 שבועות, המפעל מוסר מהקרקע ומערכת השורש נחתך. המפעל מושם במים עד ששורשים האדויים מגיחים מגבעול אחרי כשבוע. שורשים אלה אינם מראים את המבנה המדויק כשורשים ממערכת השורש, אך הם מייצגים מודל טוב. שורשים אלה הם פחות שבירים מאשר שורשי מערכת השורש ולכן הם העדיפו לעבוד עם בעת הקמת הטכניקה במעבדה. (ב) הזרעים (ב) עגבניות (M82) מכניסים נייר מסנן רטוב בצלחת פטרי ומודגרת ב -25 ° c. הנייר רטוב מדי יום והזרעים מונהים. השורשים גדלים ואחרי כ 5 ימים הם מספיק זמן כדי לשמש לשכפול. שורשים אלה הם עדין ויש להשתמש בהם לאחר השיטה היא מבוססת היטב. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61437/61437fig01large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61437/61437fig2v2.jpg"> איור 2: תמונות מיקרוסקופית של העתק שלילי פוליאוריטן. (A) SEM תמונה של העתק שלילי פוליאוריטן שנעשו על פי פרוטוקול לאחר כל השלבים. . מבנה התא נראה בבירור חיצים צהובים להצביע על חורים שנוצרו על ידי השערות בשורש. (ב) מיקרוסקופ אור תמונות של העתק שלילי פוליאוריטן עם שורש בתוכו כפי שהיה מכוסה לחלוטין עם הפתרון והסרת אותו היה בלתי אפשרי. הפוליאורטן השלילי נרפא. עם השורש שבפנים השורש גלוי על ידי עין ושימוש במיקרוסקופ אור. זה בלתי אפשרי להסיר את השורש מן העותק המשוכפל נרפא. (ג) תמונות מיקרוסקופית אור של העתק שלילי פוליאוריטן שנשמר תחת אור UV במשך זמן רב מדי. כתוצאה מכך, השורש לא יכול להיות מוסר במלואו מן הפולימר עם חלקיקים גדולים לעין (התמונה העליונה, מסומן עם חיצים סגולים) או שברים קטנים גלוי רק על ידי מיקרוסקופ (התמונה התחתונה, מסומן עם חיצים סגולים). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61437/61437fig2v2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61437/61437fig03.jpg"> איור 3: תמונות מיקרוסקופ של העתק חיובי. (A) SEM יקרוגפיה של עותק משוכפל חיובי עשוי pdms. ההרחבה מראה שערות שורש. (ב) מיקרוסקופ אור תמונות של עותק משוכפל חיובי עשוי אתיל תאית. שערות מוצגות בתמונות בצד ימין בזמן שמרקם המשטח גלוי בתמונה שמשמאל. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61437/61437fig03large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Biomimetic Replication of Root Surface Microstructure using Alteration of Soft Lithography at JoVE.com

Biomimetic Replication of Root Surface Microstructure using Alteration of Soft Lithography

ביואימטיקה שימש בעבר ככלי לחקר אינטראקציות העלה-מיקרואורגניזם. עם זאת, לא קיים כלי כזה עבור שורשים. כאן, אנו מפתחים פרוטוקול כדי ליצור משטחים סינתטיים מחקה מיקרומבנה שורש פני השטח לחקר אינטראקציות סביבה שורש.

שכפול של מבנה משטח שורש באמצעות שינוי של ליתוגרפיה רכה

Biomimetics is the use of chemistry and material sciences to mimic biological systems, specifically biological structures, to better humankind. Recently, ...

פרוטוקול זה מאפשר לפתח מערכת סינתטית המחקה את מיקרו-מבנה פני השורש. המערכת יכולה לשמש לחקר אינטראקציות סביבית השורש באופן בקרה עם דגש על מבנה פני השטח. זוהי טכניקה פשוטה שניתן לבצע בכל מעבדה לומדת אינטראקציות סביבה שורש.בנוסף, טכניקה זו מאפשרת היווצרות של פני השטח מחומרים שונים. הצעד הקשה ביותר הוא הסרת השורש הטבעי מהתבנית השלילית. שלב זה דורש טיפול עדין של השורש, כדי למנוע קריעת שערות השורש.הדגמה חזותית תשפר את יכולתו של הצופה לשכפל הליך זה. התחל על ידי הסרת הצמח מהאדמה לאחר שלושה שבועות של צמיחה. חותכים את מערכת השורש מהצמח בנקודת האינטראקציה עם הגבעול ומכניסים את הצמח חסר השורשים לתוך מקור עם מים.לאחר מספר ימים, חותכים את השורשים ההרפתקניים העולים מהגזע ומשתמשים בהם לשכפול. כדי להכין שורשים נבטים זרעים, להרטיב נייר מסנן בתוך צלחת פטרי עם מים ולשים כמה זרעי M82 על הנייר. הדגירה את המנה ב 25 מעלות צלזיוס לחות את הנייר כל יום.כחמישה ימים לאחר מכן, השורשים הנביטה יהיו ארוכים מספיק כדי להשתמש בהם לשכפול. הכן פתרון עותק משוכפל שלילי על ידי הוספת 9.49 גרם של דימתרילט diurethane ל 50 מיליליטר. מוסיפים 1.45 מיליליטר של אתיל מתאקרילאט לגביע ומאחסנים בטמפרטורת החדר עד שהפתרון הופך הומוגני ונראה ברור.מוסיפים שלושה מיליליטר של הפלסטיק ומערבבים את הפתרון לשעה נוספת. לאחר מכן מוסיפים 300 מיקרוליטרים של יוזם התמונות ומערבבים בן לילה או עד שכל הבועות מוסרות. כדי ליצור את העותק המשוכפל השלילי של השורש, קח שקופית זכוכית נקייה ושפוך מיליליטר אחד של פתרון העותק המשוכפל השלילי עליו.מניחים שניים עד שלושה שורשים על הפתרון, מוודאים שהשורשים אינם מכוסים במלואם. שמור את השקופית תחת מנורה אולטרה סגולה שמונה ואט במשך שמונה עד 10 דקות, ולאחר מכן לכבות את מנורת UV. הסר את העותק המשוכפל ממגלשת הזכוכית והניח אותו בצלחת פטרי מלאה באתנול כדי להסיר מונומר לא מוקט.השתמש במדפים כדי להסיר באיטיות ובעדינות את השורש מהעותק המשוכפל. כדי להכין את פתרון PDMS עבור העותק המשוכפל החיובי, מניחים 10 גרם של דימתיל סילוקסאן ב. מוסיפים גרם אחד של סוכן ריפוי ומערבבים היטב.מחממים את התערובת ב desiccator תחת ואקום במשך שעתיים כדי להסיר בועות אוויר. מניחים את העותק המשוכפל השלילי פוליאוריתן בצלחת פטרי ויוצקים את תערובת PDMS על גבי העותק המשוכפל השלילי. החל ואקום במשך שעתיים כדי להבטיח כיסוי של המיקרו-מבנה ולשמור את צלחת פטרי בטמפרטורת החדר לילה.ביום שלמחר, הפרד את העותק המשוכפל החיובי נרפא מהעותק המשוכפל השלילי באמצעות מדפים. כדי להכין את העותק המשוכפל החיובי מתאית אתיל, להוסיף 20 מיליליטר של אתנול ל 100 מיליליטר. לאחר מכן להוסיף 1.32 מיליליטר של plasticizer ו 3.3 גרם של תאית אתיל.ומערבבים את הפתרון בטמפרטורת החדר במשך שעתיים. ביום שלמחרת, יוצקים את פתרון תאית אתיל על גבי העתק שלילי בצלחת פטרי ולהשאיר את המנה מתחת למכסה המנוע לילה. לאחר מכן הסר באיטיות את העותק המשוכפל החיובי מהעותק המשוכפל השלילי עם מדפים.ניתן ליצור עותק משוכפל שלילי טוב אם הפרוטוקול פועל כראוי. העתק זה יראה את מבנה התא של פני השטח של השורש, כמו גם חורים המייצגים את המיקום של שערות השורש. אם השורש שקוע בתתבת הפוליאוריטן, הוא ייפול בפולימר הקשה וישאר בתוך העותק המשוכפל השלילי לאחר שנרפא.בעת ריפוי עם אור UV, העולה על זמן הריפוי המומלץ, יגרום עובש פוליאוריתן קשה מאוד, מה שהופך אותו בלתי אפשרי להסיר את השורש מבלי לשבור אותו. לפעמים חתיכות השורש הן כל כך קטנות כי מיקרוסקופיה נדרשת כדי לראות אותם. עותקים משוכפלים חיוביים נוצרו באמצעות PDMS ואתיל תאית.שערות השורש נמצאות באזור התארכות שבו הן מתחילות לצוץ. אורכיהם משתנים לאורך משטח השורש ככל שהם מתארכים, בדומה לשורש הטבעי. חלק מהשיערות על העתק תאית אתיל נראים אפילו מתחת למיקרוסקופ האור.בעת הצבת השורש מעל פתרון העותק המשוכפל השלילי, חשוב לבחור את הצד הימני ולהימנע מטביעת השורש בתוך הפתרון. טכניקה זו פותחה כדי לספק שדרה חדשה לחקר אינטראקציות סביבה משטח השורש. באופן ספציפי, הכוחות הפיזיים הנגרמים על ידי מיקרו מבנה ומאפיינים חומריים של פני השטח.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Demonstrating the Uses of the Novel Gravitational Force Spectrometer to Stretch and Measure Fibrous Proteins

הדגמת שימושים של ספקטרומטר הכבידה רומן כוח כדי למתוח מדוד חלבונים סיביים

The study of macromolecular structure has become critical to the elucidation of molecular mechanisms and function. There are several limited, but ...

Plasma Lithography Surface Patterning for Creation of Cell Networks

Surface פלזמה ליתוגרפיה דפוסים של יצירת רשתות Cell

Systematic manipulation of a cell microenvironment with micro- and nanoscale resolution is often required for deciphering various cellular and molecular ...

Time-lapse Fluorescence Imaging of Arabidopsis Root Growth with Rapid Manipulation of The Root Environment Using The RootChip

זמן לשגות דימות פלואורסצנטי של צמיחה רוט ארבידופסיס עם מניפולציה מהירה של הסביבה רוט שימוש RootChip

The root functions as the physical anchor of the plant and is the organ responsible for uptake of water and mineral nutrients such as nitrogen, ...

Capillary Force Lithography for Cardiac Tissue Engineering

נימי חיל יתוגרפיה להנדסת רקמות לב

Cardiovascular disease remains the leading cause of death worldwide1. Cardiac tissue engineering holds much promise to deliver groundbreaking medical ...

Surface Potential Measurement of Bacteria Using Kelvin Probe Force Microscopy

משטח מדידת פוטנציאל של חיידקים באמצעות קלווין Probe מיקרוסקופית כוח

Surface potential is a commonly overlooked physical characteristic that plays a dominant role in the adhesion of microorganisms to substrate surfaces. ...

Biomechanical Characterization of Human Soft Tissues Using Indentation and Tensile Testing

אפיון ביומכנית של רקמות רכות אדם באמצעות זחה ו מתיחת בדיקה

Regenerative medicine aims to engineer materials to replace or restore damaged or diseased organs. The mechanical properties of such materials should ...

Surface Functionalization of Hepatitis E Virus Nanoparticles Using Chemical Conjugation Methods

Functionalization פני השטח של חלקיקי וירוס הפטיטיס E בשיטות כימיות ההטיה

Virus-like particles (VLPs) have been used as nanocarriers to display foreign epitopes and/or deliver small molecules in the detection and treatment of ...

Stiffness Measurement of Soft Silicone Substrates for Mechanobiology Studies Using a Widefield Fluorescence Microscope

מידה נוקשות של סובסטרטים סיליקון רך Mechanobiology מחקרים באמצעות מיקרוסקופ זריחה Widefield

Soft tissues in the human body typically have stiffness in the kilopascal (kPa) range. Accordingly, silicone and hydrogel flexible substrates have been ...

Functional Surface-immobilization of Genes Using Multistep Strand Displacement Lithography

משטח פונקציונלי-הנייח של גנים באמצעות גדיל שקודמים הזחה ליתוגרפיה

Immobilization of genes on lithographically structured surfaces allows the study of compartmentalized gene expression processes in an open microfluidic ...

Bioinspired Soft Robot with Incorporated Microelectrodes

ביוהשראת רובוט רך עם מיקרואלקטרודות משולבות

Bioinspired soft robotic systems that mimic living organisms using engineered muscle tissue and biomaterials are revolutionizing the current biorobotics ...