繰り返し相転移の間に柔らかい物質のレオロジー的性質を決定するためのマイクロ流体システムとレオロジーを組み合わせること

ソフトマターの相転移は、素材^1,2,3の処理と最終的な安定性への影響は、足場の構造を変更できます。ソフトマテリアルの動的相転移の間に特性評価は、構造変化と平衡構造とレオロジー特性の関係に関する重要な情報を提供します。たとえば、多くのホームケア製品消費者の使用時に相変化が必要です。また、製造中に、処理手順など希釈したり、ミキシングはせん断のレオロジー的性質と、製品の最終的な微細構造に影響を与えずに伝えることができます。製品が設計どおりに実行することにより、相変化中のレオロジー特性を理解すること。さらに、軍は、製造時に材料の開始のレオロジーを変更、相転移は本来の機能性の変更、予期しない、望ましくない結果をもたらすことができます。素材がサンプルにまたがるゲル ネットワークに関連付けられているコロイドや高分子の溶液から遷移ポイントとして定義されている重要なゲル化の時点で材料特性大幅に変更わずかな変化と協会に。臨界ゲルの時点で構造に変更を加えるは⁴最終製品に影響を与えます。これらの動的切り替え中に柔らかい材料がある弱い機械的性質と古典的な実験技術を使用して測定は測定ノイズの制限^5,6,7内することができます。低弾性範囲で敏感であるレオロジーなど、このテクニックを考慮して (10^-3 – 4 Pa)、ダイナミックな進化の中に弱い初期ゲルを特徴付けるために使用されます。いくつかの材料は、材料や流体の任意の転送することができます構造と、最終的には、最終的な材料特性に影響を与える特性の中に課題を外部勢力による微細構造の変化を受けやすい。材料の微細構造を変更することを避けるため、せん断を最小限に抑えながら、サンプルの周囲の環境流体を交換できるマイクロ流体デバイスを開発しました。流体環境を交換することによってせん断から最小限の貢献と相転移レオロジー特性と微細構造の変化を測定します。デバイスは、μ²レオロジーと呼ばれるレオロジー (MPT) の追跡複数の粒子と結合されます。このテクニックを使用して、外部の原動力への応答におけるゲルの連続相変化の間に材料特性を定量化します。技術は、繊維状のコロイドのゲル, 水添ヒマシ油 (HCO)^9,10,11を使って説明します。

ゲルの足場は、協会とそのサンプル環境^12,の^13,14,15による解離の変化を受けることができます。ゲル化と分解のための原動力は特定の素材し、関心のある各素材に合わせて調整する必要があります。μ²レオロジーは、コロイド ・高分子ネットワークを含む、外部刺激に応答ゲル系の特性評価に使用できます。PH、浸透圧または塩分濃度の変更の原動力材料の微細構造の変化を誘発することができますの例を示します。たとえば、HCO は浸透圧勾配を作成することにより制御された相転移を経る。集中 HCO ゲル サンプル (4 wt %hco) は、水に沈んで、コロイド粒子間の引力が弱く、劣化を引き起こしています。またとき HCO の希薄溶液 (0.125 wt %hco) は親水性材料 (ゲル化剤と呼ばれる、主にグリセリンと界面活性剤から成る) と連絡を取り、魅力的な強制的に戻り、ゲル化を引き起こしています。このジェル システムは、単一サンプル^9,10連続相転移を測定するためのツールとして、デバイスの動作を表示する使用されます。動的転移と臨界相転移における繊細な初期ゲル構造の中にこれらのゲルの足場を特徴付ける高時空間的解像度でこれらの材料を特徴付けるに MPT を使用します。

レオロジーは、ゲルの物性と構造、特に軟質材料、コロイド ・高分子ゲル^5,6,9,16を含む配列の重要な移行を決定するために使用されます。郵政省は、サンプルに埋め込まれた蛍光プローブ粒子のブラウン運動のレコードにビデオ顕微鏡を使用してパッシブ microrheological 手法です。動画中のパーティクルの位置正確に 1/10^thのピクセルを使用して古典的な追跡アルゴリズム^17,18内で決定されます。アンサンブル平均平均二乗変位 (MSD、(Δr²(t)))、これらの粒子の軌道から計算されます。MSD は、一般化されたストークス アインシュタイン関係^{17,19,20,21,22を使用して材料特性、クリープ ・ コンプライアンスなどに関連 23}。ラグ タイム、α の関数として、対数曲線の傾き、MSD を計算することによって物質の状態を決定します。

tはラグ タイム、および重要な緩和の指数部nと比較することです。nは、時間治療重ね合わせ、ラーセンとファースト⁶により郵政省データを分析するが変更されたよく文書化された手法を使用して決定されます。ちなみにn α は、物質の状態、定量的に決まります。とき α > n材料は、ソルと α < n材料はゲル。前作は、レオロジーを使用して重要な緩和指数⁹を決定する HCO システムを特徴としています。この情報を使用して、我々 は正確に判断材料が実験中にゾル、ゲルから遷移とき。さらに、非ガウス パラメーター α_NGシステムの構造不均一性の程度を判断する計算できます。

Δx(t) はx軸方向に一次元粒子運動です。郵政省を使用すると、単一フェーズの移行を特徴付けることができるが、郵政省マイクロ流体デバイス材料の特性、我々 は周囲の流体環境を操作し、単一のゲルのサンプルのいくつかの相転移のデータを収集することができます。

このマイクロ流体デバイスは周辺の流動環境の変化への応答の位相変化を受ける単一ゲル サンプルの重要な転移を調査するために設計されています。デバイスは、剪断を最小限に抑えながら相転移を誘発する場所のサンプルをロックすることでゲルやゾルの状態で、するときにサンプルを取り巻く体液を交換します。溶媒の盆地は、六つの対称的に間隔をあけられた入口チャネルによって接続される試料室の真上に。この対称性は、試料室に溶媒の盆地から液の交換、位置の固定、サンプルのまわりの等しい圧力を作成中単一粒子と DNA のトラップにこの手法を使用するいくつかの研究がされているが、この作品はスケール約 10 μ L^24,25,26サンプルを単一分子からボリューム アップ。このユニークなデザインは、相転移中にリアルタイム microrheological 評価もできます。

μ²レオロジーは、ソフトの問題の多くのシステムに適用可能な堅牢な手法です。本稿で説明する手法は、コロイドのゲル用に設計されましたが、高分子やミセルなど他の材料に簡単に適応できます。この手法により、我々 動作を決定するだけではなく相転移平衡物性が、また方法別の処理手順は、材料および最終的な足場構造のレオロジーの進化に及ぼす影響を永続的なを持つことができ、プロパティ。