Сочетание микрофлюидика и микрореологию определить реологических свойств мягкой материи во время неоднократных фазовых переходов

Фазовые переходы в мягкой материи можно изменить структуру леса, которая имеет последствия в переработки и окончательной стабильности материала^1,2,3. Характеристика мягких материалов во время динамического фазовых переходов предоставляет важную информацию о взаимосвязи между структурной эволюции и равновесная структура и реологические свойства. Например многие уход на дому продукты требуют изменения фазы во время использования потребителем. Кроме того в процессе производства, шагов обработки, включая разбавления и смешивания, может распространять сдвига, влияющих на реологические свойства и окончательной микроструктуры продукта. Понимание всей фазы изменения реологических свойств гарантирует, что продукт выполняет как конструировано. Кроме того если силы изменить начальную реология материала в процессе производства, фазовых переходов может принести непредвиденные и нежелательные результаты, изменения функции и эффективность. В точке критического гелеобразования, определяется как точки, где материал переход от решения связанных коллоиды или полимеров к охватывающих образец гель сети свойств материала резко изменить с незначительными изменениями в ассоциацию. Любые изменения в структуре в точке критического гель может повлиять на конечный продукт⁴. В ходе этих динамических переходов мягкие материалы имеют слабые механических свойств и измерений, которые используют классические экспериментальные методы можно в пределах измерения шума предел^5,6,7. С учетом этого, методы, такие как микрореологию, который чувствителен в диапазоне низких модули (10^-3 – 4 Па), используются для характеристики слабых зарождающегося гель во время динамической эволюции. Некоторые материалы чувствительны к изменениям в микроструктуры вследствие внешних сил, которое представляет собой проблему во время определения характеристик, как любой передачи материала или жидкости может повлиять на структуру и, в конечном счете, окончательный свойства материала. Чтобы избежать изменения микроструктуры материала, мы разработали microfluidic устройство, которое можно обменять природоохранных жидкость вокруг образца при сведении к минимуму сдвига. Путем обмена жидкости окружающей среды, изменения реологических свойств и микроструктуры измеряются при фазовых переходах с минимальным вкладом от сдвига. Устройство в сочетании с несколько частиц, отслеживание микрореологию (MPT) в технике называется мкг²реологии. Этот метод используется для количественного определения свойств материала во время последовательных фазовых геля в ответ на внешние движущей силой. Техника будет проиллюстрировано с помощью волокнистых коллоидных гель, гидрогенизированное касторовое масло (HCO)^9,10,11.

Подмости гель может претерпеть изменения в ассоциации и диссоциации вследствие их образец среды^12,13,,1415. Движущей силой для гелеобразования и деградации материал конкретными и должны быть адаптированы для каждого материала интерес. Реология мкг²может использоваться для характеризуют гель систем, которые реагировать на внешние стимулы, включая коллоидных и полимерные сети. Изменение рН, осмотическое давление или концентрации соли являются примерами движущих сил, которые могут вызвать изменения микроструктуры материала. К примеру HCO подвергается контролируемые фазовых переходов, создав градиент осмотического давления. Когда образец концентрированной HCO гель (4 wt % HCO) погружен в воду, ослабляют сил притяжения между коллоидных частиц, вызывающих деградацию. Кроме того когда разбавленный раствор HCO (0,125 wt % HCO) связывается с гидрофильной материала (упоминаемый как желеобразователь и состоит главным образом глицерин и ПАВ), привлекательной силы вернуться, вызывая гелеобразование. Этот гель системы будет использоваться для отображения операции устройства как инструмент для измерения последовательных фазовых переходов на одном образце^9,10. Охарактеризовать эти леса гель во время динамические переходы и деликатный гель зарождающиеся структуры на критическом этапе перехода, мы используем MPT характеризовать эти материалы с высоким пространственно временным разрешением.

Микрореологию используется для определения свойств геля и структуры, особенно в критических перехода массива мягких материалов, в том числе коллоидных и полимерных гелей^5,6,9,16. МРТ является пассивным микрореологических техника, которая использует видео микроскопии броуновского движения частиц флуоресцентного зонда, внедренные в образец записи. В пределах 1/10^й пикселей с использованием классических отслеживания алгоритмы^17,18точно намерены частиц позиции на протяжении всего видео. Ансамбль в среднем среднего квадрата смещения (MSD, (Δr²(t))) рассчитывается из этих траекторий частиц. Урс связано с свойств материала, например соблюдение ползучести, используя обобщенные Стоукс-Эйнштейна отношения^{17,19,20,21,22, 23}. Состояние материала определяется путем вычисления логарифмической наклон кривой MSD как функция времени задержки, α,

где t — время запаздывания и сравнивая его с критической отдыха экспоненты, n. n определяется с помощью время отверждения суперпозиции, документально технику, которая была изменена для анализа данных MPT Ларсен и Ферст⁶. Сравнения из n для α количественно определить состояние материала. При α > n материал является соль и когда α < n материал представляет собой гель. Предыдущая работа характеризуется HCO системы с помощью микрореологию для определения критических отдыха экспоненты⁹. Используя эту информацию, мы точно определить, когда материал перехода от геля соль во время эксперимента. Кроме того параметр негауссовских, α_нг, могут быть рассчитаны для определения степени структурной неоднородности системы,

где Δx(t) — одномерный частиц движение в направлении x . С помощью MPT, мы может характеризовать одного фазового перехода, однако, характеризующих материалов с MPT microfluidic устройства, мы способны манипулировать окружающей жидкости и собирать данные нескольких фазовых переходов на выборке одного гель.

Этот microfluidic устройство предназначено для изучения важнейших переходы образец единого гель, который претерпевает изменения фазы в ответ на изменения в окружающей жидкости. Устройство обменивается жидкости вокруг образца, когда это либо в состоянии геля или соль, заблокировав образца в место, чтобы побудить фазового перехода при сведении к минимуму сдвига. Растворитель бассейна расположен непосредственно над образца камеры, которые соединены шесть симметрично расположенными подводящих каналов. Эта симметрия позволяет для обмена жидкости из растворителя бассейна в камеру образец при создании равных давления вокруг образца, фиксировать его на месте. Там было несколько исследований, которые используют этот метод для одной частицы и треппинг ДНК, но эта работа шкалы громкости от одной молекулы для образцов, которые являются приблизительно 10 мкл^24,25,26. Этот уникальный дизайн также позволяет в реальном времени микрореологических характеристика во время фазовых переходов.

Реология²µ-это надежная техника, которая применима для многих систем мягкой материи. Метод, описанный в этом документе был разработан для коллоидных гели, но она может быть легко адаптирована для других материалов, таких как полимер или мицеллярный решения. С этой техникой, мы определить не только как фазовых переходов влияют на свойства материала равновесия, но шаги также как различные обработки может иметь долгосрочные эффекты на реологические эволюции материала и окончательный эшафот структуры и Свойства.