Vorbereitung und 3D-Tracking von Catalytic Schwimmgeräte

ACHTUNG: Bitte konsultieren Sie alle relevanten Sicherheitsdatenblätter vor dem Gebrauch. Wasserstoffperoxid in diesem Protokoll verwendet schädlich ist, und die Entwicklung von Sauerstoffgas, wenn Platin ausgesetzt stellt eine Explosionsgefahr. Verwenden Sie alle erforderlichen Sicherheitskontrollen während dieses Protokoll einschließlich technische Kontrollen beim Umgang mit Peroxid-Lösungen (Abzug) und persönliche Schutzausrüstung (Schutzbrille, Handschuhe und Laborkittel). 1. Herstellung Catalytic Janus-Partikel Bereiten Sie Objektträger aus Glas – Substrat Reinigen Sie einen nicht verwendeten Standardobjektträger mit sequentieller Waschen für ein paar Minuten jeweils in entionisiertem (DI) Wasser, Glas Dekontaminationslösung und DI-Wasser. Dann waschen mit einem 70:30 V: V-Mischung aus Ethanol: DI-Wasser, und schließlich trocken blasen in einem sauberen Luft / Stickstoffstrom. Untersuchen Sie den Glasobjektträger unter dem Mikroskop die Oberfläche zu überprüfen, ist sauber und frei von Anzeichen für Partikelverunreinigung. Wiederholen Sie Schritt 1.1.1, falls erforderlich. Bereiten kolloidale Dispersion zur Abscheidung Pipette 10 ul einer wässrigen Stamm fluoreszierenden Kolloidlösung (10% Gew.) In 990 ul Ethanol. Einstellen von Lautstärke als Stammlösung Konzentration erforderlich, je nach verwendeten bei etwa 0,1% Gew kolloidale Suspension zu gelangen. Vortex-Mix für 10 Sek. Spin – Coating – kolloidale Dispersion auf Objektträger aus Glas – Substrat Anlegen eines Spin-Coater mit dem sauberen Glasobjektträger. Füllen einer Pipettenspitze mit 100 & mgr; l der verdünnten kolloidalen Lösung oben hergestellt. Programm Spinnbeschichters 30 sec, 2000 Umdrehungen pro Minute Zyklus auszuführen. Starten Schleuderbeschichter und bei bis pipettieren zu beschleunigen kontinuierlich die hergestellte Lösung auf die Mitte des Spinnglasträger. Entfernen Glasobjektträger aus dem Spin-Coater, kehren Sie zu dem optischen Mikroskop und stellen Sie sicher, dass eine gleichmäßige Verteilung von hauptsächlich nicht berührenden getrennten Kolloide deckt den mittleren Bereich of der Glasträger. Vakuum verdampfenden Platinmetall auf Kolloid dekoriert Glasträger Legen Sie die Kolloid beschichtete Glasobjektträger in einen Metallverdampfer. Stellen Sie sicher, das Kolloid Dekorseite der Verdampfungsquelle zugewandt ist. Installieren Sie eine Platinmetallverdampfungsquelle und deponieren 15 nm Platinmetall. Anmerkung: Nach der Metallabscheidung, Proben sollten in einer inerten Atmosphäre gelagert werden. 2. "Schwimmen" Janus-Partikel Re-suspendieren Janus Colloids in eine Peroxid – Lösung Schneiden Sie ein 1 x 1 cm im Quadrat von Linsengewebe und dämpfen das Ende mit 10 & mgr; l DI-Wasser. Halten mit einer Pinzette, und reiben sanft entlang der Oberfläche des Platin beschichteten Kolloid dekorierten Glasobjektträger (dieser Schritt physikalisch entfernt Kolloide von dem Substrat). Legen Sie die Linsengewebe in 1,5 ml DI-Wasser und manuell kräftig schütteln für 30 Sekunden in einem verschlossenen tuSein. Entfernen Linsengewebe. Pipette 1 ml des Kolloids enthaltenden Lösung in einen neuen Behälter, gefüllt mit 1 ml 30% w / v H 2 O 2 Stammlösung. Vorsichtig mischen die Lösungen, und legen Sie dann in einem Ultraschallbad bei Raumtemperatur für 5 Minuten, gefolgt von weiteren 25 min ungerührten Inkubationszeit. ACHTUNG: Diese Lösung Sauerstoff entwickeln kann; nicht verschließen. Trocken 100 & mgr; l der verbleibenden wässrigen kolloidalen Lösung auf einem Rasterelektronenmikroskop (SEM) Stub SEM Verifikation der Kolloidstruktur Janus ermöglichen. 14 Vorbereitung einer Analyse Küvetten Fügen Sie eine weitere 1 ml DI-Wasser zu der inkubierten Lösung Peroxid und mit Platin beschichteten Kolloide enthält, bei einer geeigneten Brennstoff Stärke zu gelangen (10%) schnell Vortrieb zu ermöglichen. Hinweis: Die vorherige Inkubation Stufen wurden in höherer Konzentration Kraftstoffkonzentrationen ausgeführt, um die Platinkatalysatoroberfläche zu reinigen. Füllen Sie ein low Volumen rechteckigen Quarzglaskuvette mit der inkubierten Lösung. Locker passen eine Push-in-Kappe. ACHTUNG: Explosionsgefahr – nicht ein Schraubverschluss. 3. Die mikroskopische Beobachtung Wir liegen Partikel von Interesse Last Küvette in einem Fluoreszenzmikroskop mit einem geeigneten Ziel ausgestattet (beispielsweise 20X) und Fluorophor Emission unter Verwendung einer geeigneten Kombination von Filtern (Anregung 450-490 nm, Emission> 515 nm) anzuregen. suchen Sie manuell für fluoreszierende Kolloide in der Küvette. Hinweis: Einstellen Kolloiddichte unter Beibehaltung der Peroxid-Konzentration erforderlich sein kann. Zum Beispiel wird eine Verdünnung empfohlen, wenn die Kolloiddichte hoch ist, und zahlreiche Sauerstoffblasen Ströme produzieren vorhanden sind. Ein Kolloid-Volumen-Konzentration von etwa 0,003% ist eine empfohlene Ausgangspunkt. Optimieren optische Einstellungen für 3D-Tracking: unter geeigneten Beleuchtungsbedingungen, iFokus n Kolloide als scharfe kreisförmige Objekte erscheinen. Jedoch als Antrieb der Kolloide in die und aus der Brennebene ein Unterscheidungsgröße ändern hellen Ring um die Kugel wird beobachtet, zentriert bewegt, wird dies verwendet, die z-Koordinate zu bestimmen, 3D-Tracking zu ermöglichen. Ein Video aufnehmen Video-Capture, fokussieren Sie das Mikroskop, so dass die Partikel von Interesse einen konzentrischen Ring erzeugt, mit dem Partikel "unter" der Fokusposition vor dem Start. Sie nicht die Fokusebene während der Videoaufnahme zu bewegen. Nehmen Sie Videos von Partikeln von Interesse. Verwenden Sie 30 Sekunden Video Dauern mit Bildraten von über 30 Hz detaillierte Bahn Rekonstruktion zu ermöglichen. 3D – Trajektorie Wiederaufbau Kalibrieren z-Achse Machen Sie eine 2% Gew oben. Gellangummi-Lösung in Wasser, um eine Suspension von fluoreszierenden Janus-Partikel bei 60 ° C, in einer äquivalenten Küvette enthält,dass oben, verwendet und ermöglichen die Einrichtung eines steifen transparenten gelierten Probe mit festen statischen Kolloide zu bilden. Konzentrieren Sie sich auf einen einzigen festen Kolloid unter Verwendung der gleichen Beleuchtungsbedingungen oben ausgewählt, notieren nun eine Reihe von Standbildern als z-Fokus wird durch bekannte Verschiebungen relativ zu dieser Ebene angehoben. Bestimmen Sie den Radius des Rings an jedem bekannten Fokusposition 11. Hinweis: Dies wird am effizientesten durchgeführt durch ein Bildanalysealgorithmus verwendet, der noch als Batch-Prozess auf alle Kalibrierung angewendet werden können Frames und Videos. Ein typischer Ansatz beinhaltet die Bildglättung, Schwellwertbildung eine ungefähre Lage der Objekte Zentrum, zu identifizieren und dann die tatsächlichen x- und y-Koordinaten des Ringzentrums Ortung durch den Abstand zwischen den Intensitätsspitzen auf beiden Seiten des Rings zu messen. Die mittlere radiale Abstand zu den Intensitätsspitzen von der Ringmitte kann dann gefunden werden. 11 Auf diese Weise können sowohl der Radius des hellen Rings eind die xy-Koordinate mit Subpixel-Genauigkeit bestimmt werden. Durch Anordnen des x, y, z-Position einer Kugel Janus fixiert in Gellangummi 30 & mgr; m von der Brennebene, in einer zeitlichen Abfolge von Bildern, Partikel mit einem Fehler von ± 25 nm entlang jeder Achse angeordnet sein. Der Fehler kann in den Bildern Rauschen zurückzuführen. Das Signal-Rausch-Verhältnis und daher die Genauigkeit der Ortungsalgorithmen hängt von der Intensität des detektierten Fluoreszenzlichts. Wenn ein Janus sphere weit von der Brennebene ist , wird ihre Intensität zu schwach , um sie genau zu verfolgen, beispielsweise für einen 4,8 & mgr; m Durchmesser eine z-Bereich von Kolloid etwa 200 & mgr; m möglich. Eine alternative nicht-algorithmischen Methode ist einfach manuelle Messung von x, y Mittelpunkt und Radius zu verwenden, jedoch wird diese Genauigkeit reduzieren. Eichkurve Radius z-Position zu beziehen, und passen auf eine entsprechende Funktion (zB kubische Gleichung) zu ermöglichen Interpolation. 11 <li> Kalibrieren x, y – Achse unter Verwendung der gleichen Mikroskop Bedingungen gewählt in 3.2 Nehmen Sie noch ein optisches Mikroskopbild eines räumlichen Kalibrierung graticule Rahmen. Messen Sie die "in Pixel" Dimension eines Objektes mit bekannten realen Welt Größe von dem Bild der räumlichen Kalibrierung graticule und verwenden diese ein Pixel Mikron Umrechnungsfaktor für die x, y Bildebene zu etablieren. rekonstruieren Trajektorie Bestimmen Sie die x- und y-Koordinaten und Radius für jeden Frame der Videosequenz wie in 3.3.1.3 beschrieben, verwenden Sie die in 3.3.1.4 gefunden Funktion Radius in z umwandeln und den Kalibrierungsfaktor in 3.3.2.2 gefunden zu konvertieren x und y Pixelkoordinaten in Mikron. Dieses Verfahren wird in einer genauen x, y, z ergeben sich für die propulsive Partikel Position als Funktion der Zeit zu koordinieren. 11 dieses Verfahren implementiert werden kann unter Verwendung eines Algorithmus, oder manuell erfolgen . Bestimmen Sie die abgeleitete properties wie mittlere Geschwindigkeit, das Ausmaß der beobachteten katalytischen Schwimmen zu quantifizieren.