Voorbereiding en 3D-tracking van Catalytic Zwemmen Devices

LET OP: Raadpleeg alle relevante veiligheidsinformatiebladen voor gebruik. Waterstofperoxide in dit protocol schadelijk en de ontwikkeling van zuurstofgas bij blootstelling aan platina vormt explosiegevaar. Gebruik de nodige controles op de veiligheid tijdens dit protocol met inbegrip van de technische controles tijdens het hanteren van peroxide-oplossingen (zuurkast) en persoonlijke beschermingsmiddelen (veiligheidsbril, handschoenen en een laboratoriumjas). 1. Het maken van Catalytic Janus Deeltjes Bereid glasplaatje substraat Reinig een ongebruikte standaard microscoopglaasje met behulp van sequentiële wassen voor een paar minuten elk in gedeïoniseerd (DI) water, glas decontaminatie-oplossing en DI water. Daarna wassen met een 70:30 v: v mengsel van ethanol: DI-water, en tenslotte föhnen in een schone lucht / stikstof stroom. Bestudeer het glaasje onder een microscoop om te controleren of het oppervlak schoon en vrij van bewijs van de deeltjes vervuiling. Herhaal stap 1.1.1 indien nodig. Bereid colloïdale suspensie voor depositie Pipetteer 10 ul waterige voorraadoplossing fluorescerende colloïde-oplossing (10% gew.) In 990 ui ethanol. Pas volumes zoals vereist afhankelijk van de voorraad oplossing gebruikte concentratie bij ongeveer 0,1% gew colloïdale suspensie komen. Vortex mix voor 10 sec. Spin coat colloïdale dispersie op glasplaatje substraat Voorzie een spin coater met de schone glasplaatje. Vul een pipetpunt met 100 gl van de verdunde colloïdale oplossing hierboven bereide. Programma spin coater om een ​​30 sec, 2000 rpm cyclus uit te voeren. Start spin coater, en wanneer op snelheid continu pipet de bereide oplossing op het midden van de draaiende glasplaatje. Verwijder glasplaatje uit de spin coater, terug te keren naar de optische microscoop en controleer of een gelijkmatige spreiding van voornamelijk niet-aanraken aparte colloïden heeft betrekking op de centrale regio of het glaasje. Vacuüm verdampen platina metaal op colloïdale ingericht glasplaatje Steek de colloïdale gecoat glas dia in een metalen verdamper. Zorg ervoor dat de colloïdale versierde kant wordt geconfronteerd met de verdamping bron. Installeer een platina metaal verdamping bron en stort 15 nm platina metaal. Opmerking: Na metaalafzetting, moeten de monsters onder een inerte atmosfeer opgeslagen. 2. "Zwemmen" Janus Deeltjes Resuspendeer Janus colloïden in een peroxide bevattende oplossing Snijd een 1 x 1 cm in het vierkant van de lens weefsel, en dempen het uiteinde met 10 ul van DI water. Houden met een pincet en wrijf langs het oppervlak van de platina beklede colloïdale ingericht glasplaatje (deze stap verwijdert fysiek colloïden van het substraat). Plaats de lens weefsel in 1,5 ml DI-water en met de hand schud gedurende 30 seconden in een afgesloten tuworden. Verwijder lens weefsel. Pipetteer 1 ml van de colloïde oplossing in een nieuwe container, gevuld met 1 ml 30% w / v H 2 O 2 voorraadoplossing. Meng de oplossing, en plaats in een ultrasoon bad bij kamertemperatuur gedurende 5 minuten, gevolgd door nog 25 minuten geroerde incubatieperiode. LET OP: Deze oplossing kan zuurstof evolueren; niet af te dichten. Droge 100 gl van de resterende waterige colloïdale oplossing op een scanning elektronenmicroscoop (SEM) SEM stub verificatie van de Janus colloïde structuur mogelijk. 14 Bereid analyse kuvet Een extra 1 ml DI water aan de geïncubeerde oplossing van peroxide en platina beklede colloïden te komen tot een geschikte brandstof sterkte (10%) om snelle aandrijving mogelijk. Opmerking: De incubatie fasen voorafgaand werden in hogere concentraties concentratie brandstof naar de platina katalysator oppervlak schoon uitgevoerd. Vul een low volume rechthoekige kwartsglas cuvet met de oplossing geïncubeerd. Losjes een push-in de dop. LET OP: Explosie gevaar – hebben een schroefdop niet gebruiken. 3. Microscopische Observation Zoek deeltje van belang Laad cuvet in een fluorescentiemicroscoop uitgerust met een geschikt objectief (bijvoorbeeld 20X) en prikkelen fluorofoor emissie onder toepassing van een geschikte combinatie van filters (excitatie 450-490 nm, emissie> 515 nm). Handmatig zoeken naar fluorescerende colloïden binnen de cuvette. Opmerking: Het aanpassen colloid dichtheid terwijl de peroxideconcentratie nodig zijn. Zo wordt verdunning aanbevolen om een ​​colloïdale dichtheid hoog en talrijke zuurstofbellen produceren stromen aanwezig zijn. Een colloïde volumeconcentratie van ongeveer 0,003% is een aanbevolen uitgangspunt. Optimaliseer optische instellingen voor 3D-tracking: onder geschikte omstandigheden verlichting, in richten colloïden zal zo scherp ronde objecten lijken. Aangezien aandrijving beweegt de colloïden in en uit het brandvlak een kenmerkende maat veranderende heldere ring rond de bol wordt geconstateerd, wordt toegepast om de X-coördinaat 3D-tracking mogelijk. Video opnemen Voordat u begint met video-opname, de focus van de microscoop, zodat het deeltje van de rente een concentrische ring, met het deeltje "onder" de focus positie. Laat de focus vliegtuig niet bewegen tijdens het filmen. Video's opnemen van de deeltjes van belang. Gebruik 30 sec video looptijden met frame rates van meer dan 30 Hz tot gedetailleerde traject wederopbouw mogelijk te maken. 3D traject reconstructie Kalibreer z-as Verzin een 2% gew. gellangom oplossing in water dat een suspensie van fluorescerende Janusdeeltjes bij 60 ° C, plaats in een cuvet gelijk aandat bovenstaande gebruikte, en laat ingesteld op een stijve transparante gegeleerde monster met een vaste statische colloïden te vormen. Focus op een enkele vaste colloïde met behulp van dezelfde verlichting bovenstaande voorwaarden geselecteerd, nu neemt u een reeks foto's als de z-focus wordt verhoogd door middel van bekende verplaatsingen ten opzichte van dit vlak. Bepaal de straal van de ring op elke bekende focuspositie 11. Opmerking: Dit is het meest efficiënt uitgevoerd met behulp van een beeldanalyse algoritme dat als een ladingsgewijze werkwijze kan worden toegepast op alle kalibratie stilstaande beelden en video's. Een typische benadering omvat het effenen van de afbeelding drempelwaarde om een ​​globale midden van de objecten te identificeren, lokaliseren en vervolgens het werkelijke x- en y-coördinaten van het centrum ring door de afstand tussen intensiteitspieken weerszijden van de ring. De gemiddelde radiale afstand tot de intensiteit van de pieken ring centrum kan dan worden gevonden. 11 Hierdoor kunnen zowel de straal van de heldere ringd de xy coördinaat te bepalen met een nauwkeurigheid sub-pixel. Door het lokaliseren van de x, y, z positie van een in gellangom 30 urn vastgesteld bij het brandvlak Janus gebied, in een tijdreeks van afbeeldingen, kunnen deeltjes bevinden met een afwijking van ± 25 nm langs elke as. De fout kan worden toegeschreven aan ruis in de beelden. De signaal-ruisverhouding en derhalve de nauwkeurigheid van de locatie algoritmen is afhankelijk van de intensiteit van de gedetecteerde fluorescentie licht. Wanneer een bol Janus ver van het brandpuntsvlak de intensiteit te zwak om nauwkeurig traceren zijn, bijvoorbeeld voor een 4,8 urn diameter colloïd een z-bereik van ongeveer 200 urn mogelijk. Een alternatieve niet-algoritmische methode is om eenvoudige handmatige meting van x, y middelpunt en de straal te gebruiken, maar dit zal de nauwkeurigheid verminderen. Teken de ijkcurve om straal tot z-positie betrekking hebben, en passen om een passende functie (bijvoorbeeld kubieke vergelijking) interpolatie mogelijk te maken. 11 <li> Calibrate x, y-as Neem een ​​stilstaand microscoop beeld van een ruimtelijke kalibratie raster optische frame met behulp van dezelfde microscoop voorwaarden gekozen 3.2. Meet de "in pixels" afmeting van een object met een bekende echte wereld grootte van het beeld van de ruimtelijke kalibratie raster en dit gebruiken om een ​​pixels te micron omrekeningsfactor vast te stellen voor de x, y beeldvlak. reconstrueren traject Bepaal de x- en y-coördinaten en straal voor elk frame van de video sequentie zoals beschreven in 3.3.1.3, gebruikt de functie in 3.3.1.4 tot radius zetten in z, en de kalibratiefactor in 3.3.2.2 tot x en y converteren pixelcoördinaten in microns. Deze procedure leidt tot een nauwkeurige x, y, z coördinaat van de voortstuwende deeltjes locatie als functie van de tijd. 11 Deze procedure kan handmatig worden uitgevoerd met behulp van een algoritme, of. Bepaal de afgeleide pigenschappen zoals de gemiddelde snelheid in de mate van waargenomen katalytische zwemmen kwantificeren.