この仕事のための資金は、プロクター & ギャンブル社とアメリカ化学会石油研究基金 (54462 DNI7) によって提供されました。この研究の部分的なサポートのため、アメリカの化学社会石油研究基金のドナー受信確認が行われます。著者は、役に立つ議論のため博士マルコ Caggioni を認めたいと思います。

1. マイクロ流体デバイスの作製
<ol><li>マイクロ スタンプ作製。 注: この手順は揮発性物質の使用を必要とする、化学発煙のフードで行う必要があります。<ol>
<li>スライド (75 × 50 mm)、チャンネル色ホワイトのガラスと同じ寸法で否定的なプリント デザインを使用して、背景色の黒 (参照してください図 1)。1200 dpi の解像度を持つ明確なアセテート シート (透明度) にこのデザインを印刷します。</li>
		<li>透明の暗い部分は、まだ光を許可している場合いくつかのネガをレイヤーし、両面テープを使用して付着します。</li>
		<li>高強度紫外線 (UV) 光源をオンにし、一定の出力 (約 30 分) にウォーム アップすること。 注: 高輝度光源を使用する場合は、UV 保護メガネを着用ください。</li>
		<li>アセトン、エタノール蒸留水と塗りつぶし 3 150 mL シャーレ。</li>
		<li>空の透明度を平らな面に近い高出力紫外光源が直接紫外線光に配置します。これはマイクロ スタンプを作製するベースを提供します。</li>
		<li>輪郭の四角形の角で、永久的なマーカーと場所 4 ガラス スペーサー (約 30 × 30 × 1 mm) を使用して空白の透明性のセンターでの 75 × 50 mm ガラス スライドのコーナーを概説します。</li>
		<li>UV 硬化性チオール: ene 樹脂スペーサーの中心部に約 5 mL を注ぎ、接着剤は完全に空気泡無しでスライド ガラスで覆われているように慎重にガラス スペーサーの上にスライド ガラス 1 mm x 50 x 75 を配置します。</li>
		<li>スライド ガラスの上に印刷された負の透明性を置き、上記のすべてのコンポーネントを移動する (下から上に: 空白の透明性、ガラス スペーサーと UV 接着剤、ガラス スライドと負の印刷された透明) 空の透明度を慎重にドラッグして下 UV 光源です。</li>
		<li>UV 光輝く樹脂と治療に否定的なことを許可します。チャネルの高さを変更するのには、硬化時間を調整できます。45 s 治療時間結果チャネル高さ 1 mm、私たちの光源を用いたします。</li>
		<li>紫外光源からコンポーネントを移動し、負の印刷された透明性とスライド ガラスを削除します。UV 接着剤で作製したチャンネルでスライド ガラスはマイクロ スタンプとして指す今。</li>
		<li>透明性とガラスのスペーサーを破棄します。</li>
		<li>エタノールお風呂に続いてアセトン浴でマイクロ スタンプを浸しなさい。この手順を 2 回繰り返します。アセトンは 10 以上のスタンプでアセトンを残していないので、UV 接着剤を低下させる s。</li>
		<li>スタンプを押しながら水でスタンプを水没や綿棒を使用して未反応のガレージの残りの部分を削除します。で直接拭かないで硬化部分と大まかなチャネルになる。
</li>
		<li>ペーパー タオルの上にスタンプを配置、完全硬化を確認して、少なくとも 30 分間紫外線源に戻ります。</li>
	</ol></li>
	<li>ポリジメチルシロキサン (PDMS) 成形
	<ol>
<li>クリア カップ注ぎ、PDMS ベースの 70 グラム、重量比 1:10 でベースに架橋剤を追加する架橋剤。これらは、比のオススメ メーカーです。ガラス製の容器を使用しないでください。
</li>
		<li>架橋剤を混合し、金属攪拌; との基本に徹底的に混合物は適切に混合したら溜まった空気を気泡による混濁する必要があります。</li>
		<li>混合 PDMS の真空オーブンとプルの真空に、PDMS を置きます。オフ真空ソリューション開始カップからオーバーフローし、オーバーフローが治まる後掃除を再開します。真空脱ガス過程を速めるだけとして、真空オーブンの全圧は特に問題ではないです。すべてのバブルは、混合物 (約 60 分) から避難しているまで商工会議所を残してください。</li>
		<li>空 150 mm 径プラスチック シャーレ、マイクロ スタンプの場所、ゆっくりと注ぎ、PDMS シャーレ、マイクロ スタンプを完全に覆います。泡、PDMS の改質を最小限に抑えるためのシャーレの表面近くに注ぐ。</li>
		<li>ペトリ皿をカバーし、一晩を治すための 55 ° C のオーブンで配置します。完全に硬化後は、ナイフを使用してパターンの PDMS を切り取ってスタンプから削除します。溶剤盆地 (プロトコル手順 1.6.3) と PDMS ストッパー (プロトコル手順 2.2.1.1) を構築するため余分な PDMS を保持します。</li>
		<li>0.5 mm 生検パンチを使用して、次の場所に穴を切り: 吸引チャンネル、六つの対称に配置されて 60 ° 離れて、試料室と試料室の中心の 1 つの端の近くで 1 つそれぞれの角に 1 つずつ。穴を対称的に配置は紙とサンプル室の下の場所のシートでパターンを印刷します。PDMS がクリアされているので簡単に穴が配置する必要がありますを見ることができます。</li>
	</ol></li>
	<li>マイクロ流体デバイスでガラスの壁を作成するためゾル-ゲル溶液の準備
	<ol>
<li>90% エタノール、pH 4 (0.0001 M) の 25 の mL の 25 の mL を追加し 100 mL の瓶に塩酸溶液、98% テトラエトキシシラン、25 mL と 98% メチルトリエトキシシランの 25 mL。今電子レンジで preconverted の流体と呼ぶ 100 mL の溶液を一晩 10 秒、その後 80 ° C の場所の発見の場所。</li>
	</ol></li>
	<li>デバイス アセンブリ
	<ol>
<li>パターンの両方の PDMS を配置と 75 × 50 × 0.10 mm プラズマにスライド ガラスのクリーナーと三方弁をオフの位置に設定します。</li>
		<li>真空ポンプをオンにし、商工会議所を避難させるために 1 分を許可します。</li>
		<li>コント ローラーの位置を流れとは商工会議所を 5 秒間平衡に三方弁を置きます。フロー コント ローラーの位置は、低圧チャンバーを保つために十分に低いプラズマ クリーナーを入力する空気の小流量をことができます。40 秒間、媒体に無線周波数 (RF) スイッチをオンにし、RF スイッチ、真空ポンプをオフにします。</li>
		<li>三方弁を開いた位置にチャンバーを大気の状態に戻るに配置します。パターンの PDMS、ガラスのスライドを削除します。</li>
		<li>互いに接触の 2 つの表面を置くことによってスライド ガラスに模様の PDMS を慎重に従います。</li>
		<li>縫い目パターンの PDMS と低強度紫外線の下で 5 分間治療に紫外線硬化型樹脂を適用します。</li>
	</ol></li>
	<li>マイクロ流路のガラス壁の作製。 注: この手順を完了するプラズマ処理の 30 分以内それはプラズマ処理中に発生した PDMS 表面変化に依存します。層の厚さは約 5-10 μ m になります。この手順は、揮発性物質の使用を必要とする、化学の発煙のフードで行う必要があります。<ol>
<li>ホット プレートを 100 ° C に設定して、18 ゲージ針と透明な熱可塑性の管のおよそ 30 cm の長さ、4 つの注射器 (3 30 mL と 1 つ 3 mL) を準備します。</li>
		<li>エタノール、クロロホルム、空気と 3 30 mL 注射器をそれぞれ入力します。(プロトコル手順 1.3.1。) から preconverted の体液でいっぱいに 1 つの 3 mL シリンジ</li>
		<li>それぞれの 1 つの角穴を除いて、パターンの PDMS の穴にステンレス製コネクタを使用して明確な熱可塑性の管を挿入します。この穴は、他のすべてはアウトレットになる一方、入口として使用されます。</li>
		<li>注射器、preconverted 液とマイクロ流体デバイスを記入、下ガラス ホット プレートの表面に触れているので 100 ° C のホット プレートにマイクロ流体デバイスを配置します。</li>
		<li>10 秒以上マイクロ流体デバイスを preconverted 液 3 mL を流れます。ガラスの壁の厚さは、preconverted の流体の流量を変更することによって調整されます。</li>
		<li>マイクロ流体デバイス、ホット プレートから取り外します。空気注射器 preconverted ソリューション注射器を交換し、任意の余分な preconverted の水分を押し出します。</li>
		<li>空気シリンジを置き換えてクロロホルム シリンジ、マイクロ流体デバイスをクロロホルム 15 mL をゆっくりと流れます。クロロホルム シリンジを置き換えますエタノール注射器とマイクロ流体デバイスをエタノール 30 mL をゆっくりと流れます。これらの手順は、各約 1 分を取る必要があります。</li>
		<li>乾燥するまで、マイクロ流体デバイスを介して空気注射器と流れ空気とエタノール注射器を交換してください。</li>
	</ol></li>
	<li>ガラスのサポートと溶媒の盆地のアプリケーション
	<ol>
<li>75 × 10 × 1 mm カット 75 × 25 × 1 からガラスのストリップ mm ガラスのスライド。</li>
		<li>紫外線硬化型樹脂をガラス板に適用します。PDMS 面をにして、ストリップにマイクロ流体デバイスを設置します。低強度紫外線光源の下で 5 分間を移動します。</li>
		<li>30 × 30 mm PDMS の正方形をカットします。10 mm 試料室をカバーするのに十分な大きさの穴を切り取り生検パンチを使用しています。</li>
		<li>クリーナー、プラズマに PDMS 正方形やマイクロ流体デバイスを配置し、三方弁をオフの位置に置くし、真空ポンプをオンに。</li>
		<li>商工会議所を避難させるために 1 分を許可します。フロー コント ローラー位置に三方弁を入れ、5 秒間平衡商工会議所を聞かせてください。</li>
		<li>40 秒の中に RF スイッチをオンにし、RF スイッチ、真空ポンプをオフにします。</li>
		<li>三方弁を開いた位置にチャンバーを大気の状態に戻るに配置します。</li>
		<li>プラズマ室から溶媒の盆地とマイクロ流体デバイスを削除し、表面に連絡して付着します。必ずサンプル室の上の溶媒の盆地を配置してください。</li>
	</ol></li>
</ol>2. μ2レオロジーの手順
<ol><li>
ソフトマター試料の調製
	<ol>
<li>洗浄プローブ粒子<ol>
<li>10:1 のプローブに水の比率で遠心管にピペットの水と 0.5 μ m プローブ。ピペットの混合を使用して徹底的にミックスし、10 分間遠心・ 4600 x g でスピンの遠心チューブを置き。 注: この作業で使用するプローブ ソリューションは 2.6% 固体/ボリュームの初期濃度の水で中断されたが受信され、サンプルで使用されているプローブの最終濃度は 0.1% 固体/ボリューム。</li>
			<li>微量遠心チューブと上澄みをピペットを取り外します。上清を純水に置き換えます。計 3 回の遠心分離を繰り返します。</li>
			<li>超音波発生装置で遠心チューブを置き、すべての集計を削除する 15 分の低超音波。</li>
		</ol>
</li>
		<li>合成プローブとソフトの問題。 注: この手順では、コロイドのゲルはソフトマターのサンプルとして使用されました。<ol>
<li>75 × 50 mm、スライド ガラスに 1 mL の試料を測定します。サンプルの中心にプローブ溶液 40 μ L をピペットします。</li>
			<li>ゆっくり完全に結合されるまで金属のヘラでサンプルを折る。微量遠心チューブに 2340 × g で遠心する 15 のサンプルをスクープの空気を削除する s。</li>
			<li>塗りつぶし 1 mL の注射器には 18 g 針とプローブ/HCO の混合物と明確な熱可塑性管が装備。</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
	<li>
流体交換による連続相転移
	<ol>
<li>マイクロ流体デバイスを充填<ol>
<li>PDMS ストッパーを作成するには、PDMS の 5 mm の正方形断面をカット プロトコル手順、1.2.5 から余分な PDMS を使用します。0.5 mm 径生検パンチを使用して穴を開ける途中で PDMS ストッパーに。ステンレス製コネクタを 0.5 mm 径の穴に挿入します。</li>
			<li>熱可塑性管を 3 つのコーナーの入口チャネルと吸引アウトレット チャネルに接続します。デバイスをデバイスに接続されている注射器を使用して水で完全に塗りつぶします。泡試料室またはマイクロ チャネルがないことを確認します。PDMS ストッパーと残りの角の穴をブロックします。</li>
			<li>部分的にステップ 2.2.1.2; から満ちる溶剤盆地入力されていない場合は、水で溶剤の盆地を埋めます。</li>
			<li>プロトコル手順 2.1.2.3 から注射器を使用して、中央のチャネルからサンプル/プローブ混合物の 10 μ L を注入約 2 μ L/秒で、試料室、PDMS のストッパーを使用して試料室にセンター チャンネルをブロックします。</li>
		</ol>
</li>
		<li>Microrheological データの収集<ol>
<li>トラッキング エラー、静的および動的なパーティクルを最小限に抑えるために最適化されたものにカメラの設定を有効にし、63 × 水浸対物レンズに切り替え、ピペットのレンズの上に水を一滴。</li>
			<li>顕微鏡ステージ上マイクロ流体デバイスを配置し、目的を上げるまでサンプルを当てています。</li>
			<li>相変化の全体の長さのために適切な時間間隔をプローブのブラウン運動の動画を引き継ぐ。ゲル、プローブの動きが完全に停止するまで動画の撮影を続けます。 注: 10 分毎のデータを収集します。分解実験を始めたら、プローブが完全に拡散するまでにデータが収集されます。</li>
		</ol>
</li>
		<li>(重力流、高密度流体と低密度流体の交換) の試料室に液を交換<ol>
<li>顕微鏡ステージからマイクロ流体デバイスを削除します。</li>
			<li>転送ピペットを使用して溶媒の流域から水を吸引し、溶媒の盆地に高い密度液 4 mL をピペットします。</li>
			<li>マイクロ流体デバイスを顕微鏡のステージに戻り、2.2.2.3 の手順を繰り返します</li>
		</ol>
</li>
		<li>(吸引流量, 低密度流体と高密度流体の交換) の試料室に液を交換<ol>
<li>顕微鏡ステージからマイクロ流体デバイス、吸引から PDMS ストッパーを取り外します。</li>
			<li>18 g 針と透明な熱可塑性チューブ吸引チャンネルを搭載した注射器を挿入し、シリンジ ポンプまで注射器をフックします。1 mL/分でプルするシリンジ ポンプを設定します。</li>
			<li>溶媒の盆地で余分なゲル化剤を削除し、すすぎ 3 回水溶剤の盆地を充填し、リンス液を吸引し。</li>
			<li>開始 1 分の溶媒の盆地に水を追加するときシリンジ ポンプと吸引。てはいけない溶媒洗面器が空、完全にこれは、サンプル室に空気を引っ張ってくると。
</li>
			<li>マイクロ流体デバイスからシリンジを外し、吸引に PDMS ストッパーに取って代わる。</li>
			<li>マイクロ流体デバイスを顕微鏡のステージに戻り、サンプルを取り続ける</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
	<li>まで必要なサイクル数が完了すると、十分な測定プローブ サイクル劣化/ゲル化中に一定の間隔でサンプルを服用し続けます。</li>
</ol>

<ol>
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A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Glass+coating+for+PDMS+microfluidic+channels+by+sol-gel+methods.">Glass coating for PDMS microfluidic channels by sol-gel methods.</a> Lab Chip. 8, 516-518 (2008).</li><li>Happel, J., Brenner, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Low Reynolds Number Hydrodynamics: with special applications to particulate media. , (1965).</li></ol>

この仕事のための開示はございません。

2 層マイクロ流体デバイス (図 1) は、以下のよくとり上げられるマイクロ加工技術29によって簡単に作ることが。ガラスのサポートは、振動に及ぼすプローブの動きを抑えるデバイスの下部に追加されます。ガラス スライドは対物レンズの作動距離を収容するために非常に薄い (0.10 mm) です。これにより、デバイスは、建物と高速カメラで測定し、サン...

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 1/10th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。
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/57429/57429eq1.jpg">
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 αNG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。
<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/57429/57429eq2.jpg">
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 L24,25,26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。

<table><tbody><tr><td>150 x 15 mm Petri Dish</td><td>Corning, Inc.</td><td>351058</td><td></td></tr><tr><td>75 x 50 x 0.15 mm glass slide</td><td>Fisher Scientific</td><td>Custom</td><td></td></tr><tr><td>75 x 50 x 1.0 mm glass slide</td><td>Fisher Scientific</td><td>12-550-C</td><td></td></tr><tr><td>75 x 25 x 1.0 mm glass Slide</td><td>Fisher Scientific</td><td>12-550-A3</td><td></td></tr><tr><td>22 x 22 Glass cover slips</td><td>Fisher Scientific</td><td>12-542-B</td><td></td></tr><tr><td>Acetone, 99.5%</td><td>VWR Analytical</td><td>67-64-1</td><td></td></tr><tr><td>Low intensity UV source</td><td>UVP</td><td>UVL-56</td><td></td></tr><tr><td>Chloroform, 99.9%</td><td>Fisher Chemical</td><td>C298-500</td><td></td></tr><tr><td>Cotton Swabs</td><td>Q-tips</td><td>83289205</td><td></td></tr><tr><td>Ethanol, 90%</td><td>Fisher Chemical</td><td>A962-4</td><td></td></tr><tr><td>Fluoresbrite&amp;reg; YG Carboxylate Microspheres 0.50&amp;micro;m</td><td>Polysciences, Inc.&amp;nbsp;</td><td>15700-10</td><td></td></tr><tr><td>High-Intensity UV Lamp</td><td>Spectroline Corp.</td><td>SB-100P</td><td></td></tr><tr><td>Hot plate</td><td>Corning, Inc.</td><td>PC-420</td><td></td></tr><tr><td>Hydrochloric Acid, 6N</td><td>Ricca Chemical Company</td><td>3750-32</td><td></td></tr><tr><td>Methyltriethyoxysilane, 98%</td><td>Acros Organics</td><td>174622500</td><td></td></tr><tr><td>Microcentrifuge</td><td>Eppendorf</td><td>5424</td><td></td></tr><tr><td>Plasma cleaner</td><td>Harrick Plasma, Inc.</td><td>PDC-32G</td><td></td></tr><tr><td>Polydimethylsiloxane (PDMS)</td><td>Robert McKwown Company</td><td>2065622</td><td></td></tr><tr><td>Sonicator</td><td>Branson, Emerson Electric</td><td>1800</td><td></td></tr><tr><td>Steel connectors, ID 0.023 inch</td><td>New England Small Tube Corp.</td><td>Custom</td><td></td></tr><tr><td>Tetraethoxysilane, 98%</td><td>Alfa Aesar</td><td>A14965</td><td></td></tr><tr><td>Thiol-ene Resin (UV curable)</td><td>Norland Products, Inc.&amp;nbsp;</td><td>NOA81</td><td></td></tr><tr><td>Transparency</td><td>Staples Inc.&amp;nbsp;</td><td>21828</td><td></td></tr><tr><td>Tygon tubing, ID 1/32 inch</td><td>McMaster-Carr</td><td>E-3603</td><td></td></tr><tr><td>Vacuum oven</td><td>Fisher Scientific</td><td>282A</td><td></td></tr><tr><td>Biopsy punch 8 mm</td><td>World Precision Instruments</td><td>504535</td><td></td></tr><tr><td>Bioposy punch 0.5 mm</td><td>World Precision Instruments</td><td>504528</td><td></td></tr><tr><td>Syringe, 30 mL</td><td>BD</td><td>309659</td><td></td></tr><tr><td>Syringe, 3 mL</td><td>BD</td><td>309651</td><td></td></tr><tr><td>Needle, 18 gauge</td><td>BD</td><td>305195</td><td></td></tr><tr><td>Microcentrifuge tube, 1.5 mL</td><td>Eppendorf</td><td>22-36-320-4</td><td></td></tr><tr><td>High-speed Camera</td><td>Vision Research</td><td>Miro M120&amp;nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Microscope</td><td>Carl Zeiss AG</td><td>Zeiss Observer, Z1</td><td></td></tr><tr><td>Syringe pump</td><td>New Era Pump Systems</td><td>NE-300</td><td></td></tr><tr><td>Hydrogenated castor oil</td><td>Procter &amp;amp; Gamble</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Af&amp;iacute;cio MP 6002 Printer</td><td>Ricoh Company, Ltd.</td><td>415877</td><td></td></tr></tbody></table>

combining microfluidics and microrheology to determine rheological properties of soft matter during repeated phase transitions

ソフトマターの微細構造は直接巨視的物性に影響を与えると前の段階の変更時にコロイドの転位を含む要因によって変更することができます、せん断を適用しました。これらの変更の範囲を決定するためのサンプルにせん断を抑えながら周囲流体と microrheological 特性の交換による相転移を有効に繰り返しマイクロ流体デバイスを開発しました。この手法は、μ2レオロジー、マイクロ流体システムとレオロジーの組み合わせです。マイクロ流体デバイス、2 層設計対称入口ストリーム流体交換中に場所にゲルのサンプルをトラップするサンプル室に入る。吸引は、サンプル室に流体をプルする試料室から遠くに適用できます。レオロジー (MPT) の追跡複数の粒子を用いた材料のレオロジー特性が特徴です。郵政省、蛍光プローブ粒子が材料に埋め込まれているされビデオ顕微鏡を用いたプローブのブラウン運動が記録されます。粒子の動きを追跡し、平均二乗変位 (MSD) が計算されます。MSD は、一般化されたストークス アインシュタイン関係を用いた巨視的物性に関連です。材料の相臨界緩和の指数を比較することにより識別される、時間治療の重ね合わせを使用して決定します。線維性コロイドのゲルの測定手法の有用性を示しています。このゲルは、せん断が適用される不可逆的変更できる繊細な構造を持ちます。μ2レオロジー データは、相転移が微構造変化の役割を果たしていないことを示す、各相転移後、材料繰り返し同じのレオロジー的性質にあるを示しています。せん断の役割を決定するには、サンプルは当社マイクロ流体デバイスへの注入前にせん断することができます。μ2レオロジーはソフトマターの相転移の繰り返された変更に応答中に単一サンプルの繊細な微細構造のレオロジー的性質の決定を有効にするのに広く適用可能な手法、周囲の環境条件。

2 層マイクロ流体デバイスは、マイクロ スタンプの柄は PDMS (図 1a、b) で構成されます。スタンプのデザインは、図 1のcに表示されます。不適切な実験装置は周囲の流体交換 (図 2) の間に受動的なレオロジーとマイクロ フローのエラーの両方を可能性があります。不適切な実?...

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Combining Microfluidics and Microrheology to Determine Rheological Properties of Soft Matter during Repeated Phase Transitions

複数の粒子がソフトの問題に対する反復相転移のレオロジー効果を研究するレオロジー測定を追跡を可能にするマイクロ流体デバイスの作製使いを紹介しています。

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

The microstructure of soft matter directly impacts macroscopic rheological properties and can be changed by factors including colloidal rearrangement ...

combining-microfluidics-microrheology-to-determine-rheological

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7.8K ビュー.  Lehigh University. 複数の粒子がソフトの問題に対する反復相転移のレオロジー効果を研究するレオロジー測定を追跡を可能にするマイクロ流体デバイスの作製使いを紹介しています。

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Measuring Material Microstructure Under Flow Using 1-2 Plane Flow-Small Angle Neutron Scattering

A new small-angle neutron scattering (SANS) sample environment optimized for studying the microstructure of complex fluids under simple shear flow is presented. The SANS shear cell consists of a concentric cylinder Couette geometry that is sealed and rotating about a horizontal axis so that the vorticity direction of the flow field is aligned with the neutron beam enabling scattering from the 1-2 plane of shear (velocity-velocity gradient, respectively). This approach is an advance over previous shear cell sample environments as there is a strong coupling between the bulk rheology and microstructural features in the 1-2 plane of shear. Flow-instabilities, such as shear banding, can also be studied by spatially resolved measurements. This is accomplished in this sample environment by using a narrow aperture for the neutron beam and scanning along the velocity gradient direction. Time resolved experiments, such as flow start-ups and large amplitude oscillatory shear flow are also possible by synchronization of the shear motion and time-resolved detection of scattered neutrons. Representative results using the methods outlined here demonstrate the useful nature of spatial resolution for measuring the microstructure of a wormlike micelle solution that exhibits shear banding, a phenomenon that can only be investigated by resolving the structure along the velocity gradient direction. Finally, potential improvements to the current design are discussed along with suggestions for supplementary experiments as motivation for future experiments on a broad range of complex fluids in a variety of shear motions.

A shear cell is developed for small-angle neutron scattering measurements in the velocity-velocity gradient plane of shear and is used to characterize complex fluids. Spatially resolved measurements in the velocity gradient direction are possible for studying shear-banding materials. Applications include investigations of colloidal dispersions, polymer solutions, and self-assembled structures.

1〜2平面フロー小角中性子散乱を用いた材料の微細構造の下で流量を測定

A new small-angle neutron scattering (SANS) sample environment optimized for studying the microstructure of complex fluids under simple shear flow is ...

工学

Synthesis of Poly(N-isopropylacrylamide) Janus Microhydrogels for Anisotropic Thermo-responsiveness and Organophilic/Hydrophilic Loading Capability

Janus microparticles are compartmentalized particles with differing molecular structures and/or functionality on each of their two sides. Because of this unique property, Janus microparticles have been recognized as a new class of materials, thereby attracting a great deal of attention from various research fields. The versatility of these microparticles has been exemplified through their uses as building blocks for self-assembly, electrically responsive actuators, emulsifiers for painting and cosmetics, and carriers for drug delivery. This study introduces a detailed protocol that explicitly describes a synthetic method for designing novel Janus microhydrogels composed of a single base material, poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAAm). Janus microdroplets are firstly generated via a hydrodynamic focusing microfluidic device (HFMD) based on the separation of a supersaturated aqueous NIPAAm monomer solution and subsequently polymerized through exposure to UV irradiation. The resulting Janus microhydrogels were found to be entirely composed of the same base material, featured an easily identifiable compartmentalized morphology, and exhibited anisotropic thermo-responsiveness and organophilic/hydrophilic loading capability. We believe that the proposed method introduces a novel hydrogel platform with the potential for advanced synthesis of multi-functional Janus microhydrogels.

Synthesis of PolyN-isopropylacrylamide Janus Microhydrogels for Anisotropic Thermo-responsiveness and Organophilic/Hydrophilic Loading Capability

We present a protocol to synthesize Janus microhydrogels composed entirely of the same base material, poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAAm), with a clearly compartmentalized structure base on the phase separation of a supersaturated NIPAAm monomer solution. The synthesized Janus microhydrogels show unique properties such as anisotropic thermo-responsiveness and organophilic/hydrophilic loading capability.

ポリの合成（<em&gt; N</em&gt; -isopropylacrylamide）異方性熱応答性および有機性/親水性ローディング機能のためのヤヌスMicrohydrogels

Janus microparticles are compartmentalized particles with differing molecular structures and/or functionality on each of their two sides. Because of this ...

化学

Microfluidic Mixers for Studying Protein Folding

The process by which a protein folds into its native conformation is highly relevant to biology and human health yet still poorly understood. One reason for this is that folding takes place over a wide range of timescales, from nanoseconds to seconds or longer, depending on the protein1. Conventional stopped-flow mixers have allowed measurement of folding kinetics starting at about 1 ms. We have recently developed a microfluidic mixer that dilutes denaturant ~100-fold in ~8 &mu;s2. Unlike a stopped-flow mixer, this mixer operates in the laminar flow regime in which turbulence does not occur. The absence of turbulence allows precise numeric simulation of all flows within the mixer with excellent agreement to experiment3-4.
Laminar flow is achieved for Reynolds numbers Re &le;100. For aqueous solutions, this requires micron scale geometries. We use a hard substrate, such as silicon or fused silica, to make channels 5-10 &mu;m wide and 10 &mu;m deep (See Figure 1). The smallest dimensions, at the entrance to the mixing region, are on the order of 1 &mu;m in size. The chip is sealed with a thin glass or fused silica coverslip for optical access. Typical total linear flow rates are ~1 m/s, yielding Re~10, but the protein consumption is only ~0.5 nL/s or 1.8 &mu;L/hr. Protein concentration depends on the detection method: For tryptophan fluorescence the typical concentration is 100 &mu;M (for 1 Trp/protein) and for FRET the typical concentration is ~100 nM.
The folding process is initiated by rapid dilution of denaturant from 6 M to 0.06 M guanidine hydrochloride. The protein in high denaturant flows down a central channel and is met on either side at the mixing region by buffer without denaturant moving ~100 times faster (see Figure 2). This geometry causes rapid constriction of the protein flow into a narrow jet ~100 nm wide. Diffusion of the light denaturant molecules is very rapid, while diffusion of the heavy protein molecules is much slower, diffusing less than 1 &mu;m in 1 ms. The difference in diffusion constant of the denaturant and the protein results in rapid dilution of the denaturant from the protein stream, reducing the effective concentration of the denaturant around the protein. The protein jet flows at a constant rate down the observation channel and fluorescence of the protein during folding can be observed using a scanning confocal microscope5.

In this work we explain the fabrication and use of a microfluidic mixer capable of mixing two solutions in ~8 &mu;s. We also demonstrate the use of these mixers with spectroscopic detection using UV fluorescence and fluorescence resonance energy transfer (FRET).

タンパク質の折り畳みを研究するためのマイクロ流体ミキサー

The process by which a protein folds into its native conformation is highly relevant to biology and human health yet still poorly understood. One reason ...

生物工学

Phase Diagram Characterization Using Magnetic Beads as Liquid Carriers

Magnetic beads with ~1.9 &#181;m average diameter were used to transport microliter volumes of liquids between contiguous liquid segments with a tube for the purpose of investigating phase change of those liquid segments. The magnetic beads were externally controlled using a magnet, allowing for the beads to bridge the air valve between the adjacent liquid segments. A hydrophobic coating was applied to the inner surface of the tube to enhance the separation between two liquid segments. The applied magnetic field formed an aggregate cluster of magnetic beads, capturing a certain liquid amount within the cluster that is referred to as carry-over volume. A fluorescent dye was added to one liquid segment, followed by a series of liquid transfers, which then changed the fluorescence intensity in the neighboring liquid segment. Based on the numerical analysis of the measured fluorescence intensity change, the carry-over volume per mass of magnetic beads has been found to be ~2 to 3 &#181;l/mg. This small amount of liquid allowed for the use of comparatively small liquid segments of a couple hundred microliters, enhancing the feasibility of the device for a lab-in-tube approach. This technique of applying small compositional variation in a liquid volume was applied to analyzing the binary phase diagram between water and the surfactant C12E5 (pentaethylene glycol monododecyl ether), leading to quicker analysis with smaller sample volumes than conventional methods.

Here, we present a protocol to investigate multi-component phase diagrams using externally controlled magnetic beads as liquid carriers in a lab-in-tube approach. This approach can aid in applications that seek to gather further information on phase change in complex liquid systems.

相図の特徴付け液体担体として磁気ビーズを使用しました

Magnetic beads with ~1.9 &#181;m average diameter were used to transport microliter volumes of liquids between contiguous liquid segments with a tube for ...

Dielectric RheoSANS &#8212; Simultaneous Interrogation of Impedance, Rheology and Small Angle Neutron Scattering of Complex Fluids

A procedure for the operation of a new dielectric RheoSANS instrument capable of simultaneous interrogation of the electrical, mechanical and microstructural properties of complex fluids is presented. The instrument consists of a Couette geometry contained within a modified forced convection oven mounted on a commercial rheometer. This instrument is available for use on the small angle neutron scattering (SANS) beamlines at the National Institute of Standards and Technology (NIST) Center for Neutron Research (NCNR). The Couette geometry is machined to be transparent to neutrons and provides for measurement of the electrical properties and microstructural properties of a sample confined between titanium cylinders while the sample undergoes arbitrary deformation. Synchronization of these measurements is enabled through the use of a customizable program that monitors and controls the execution of predetermined experimental protocols. Described here is a protocol to perform a flow sweep experiment where the shear rate is logarithmically stepped from a maximum value to a minimum value holding at each step for a specified period of time while frequency dependent dielectric measurements are made. Representative results are shown from a sample consisting of a gel composed of carbon black aggregates dispersed in propylene carbonate. As the gel undergoes steady shear, the carbon black network is mechanically deformed, which causes an initial decrease in conductivity associated with the breaking of bonds comprising the carbon black network. However, at higher shear rates, the conductivity recovers associated with the onset of shear thickening. Overall, these results demonstrate the utility of the simultaneous measurement of the rheo-electro-microstructural properties of these suspensions using the dielectric RheoSANS geometry.

Here, we present a procedure for the measurement of simultaneous impedance, rheology and neutron scattering from soft matter materials under shear flow.

誘電RheoSANS  - インピーダンス、レオロジー及び複雑流体の小角中性子散乱の同時尋問

A procedure for the operation of a new dielectric RheoSANS instrument capable of simultaneous interrogation of the electrical, mechanical and ...

Fabricating High-viscosity Droplets using Microfluidic Capillary Device with Phase-inversion Co-flow Structure

The generation of monodisperse droplets with high viscosity has always been a challenge in droplet microfluidics. Here, we demonstrate a phase-inversion co-flow device to generate uniform high-viscosity droplets in a low-viscosity fluid. The microfluidic capillary device has a common co-flow structure with its exit connecting to a wider tube. Elongated droplets of the low-viscosity fluid are first encapsulated by the high-viscosity fluid in the co-flow structure. As the elongated low-viscosity droplets flow through the exit, which is treated to be wetted by the low-viscosity fluid, phase inversion is then induced by the adhesion of the low viscosity droplets to the tip of the exit, which results in the subsequent inverse encapsulation of the high-viscosity fluid. The size of the resultant high-viscosity droplets can be adjusted by changing the flow rate ratio of the low-viscosity fluid to the high-viscosity fluid. We demonstrate several typical examples of the generation of high-viscosity droplets with a viscosity up to 11.9 Pas, such as glycerol, honey, starch, and polymer solution. The method provides a simple and straightforward approach to generate monodisperse high-viscosity droplets, which may be used in a variety of droplet-based applications, such as materials synthesis, drug delivery, cell assay, bioengineering, and food engineering.

A phase-inversion co-flow device is demonstrated to generate monodisperse high-viscosity droplets above 1 Pas, which is difficult to realize in droplet microfluidics.

位相反転共同フロー構造を有するマイクロ流体デバイスをキャピラリーを用いた加工の高粘度液滴

The generation of monodisperse droplets with high viscosity has always been a challenge in droplet microfluidics. Here, we demonstrate a phase-inversion ...

Controlled Microfluidic Environment for Dynamic Investigation of Red Blood Cell Aggregation

Blood, as a non-Newtonian biofluid, represents the focus of numerous studies in the hemorheology field. Blood constituents include red blood cells, white blood cells and platelets that are suspended in blood plasma. Due to the abundance of the RBCs (40% to 45% of the blood volume), their behavior dictates the rheological behavior of blood especially in the microcirculation. At very low shear rates, RBCs are seen to assemble and form entities called aggregates, which causes the non-Newtonian behavior of blood. It is important to understand the conditions of the aggregates formation to comprehend the blood rheology in microcirculation. The protocol described here details the experimental procedure to determine quantitatively the RBC aggregates in microcirculation under constant shear rate, based on image processing. For this purpose, RBC-suspensions are tested and analyzed in 120 x 60 &#181;m poly-dimethyl-siloxane (PDMS) microchannels. The RBC-suspensions are entrained using a second fluid in order to obtain a linear velocity profile within the blood layer and thus achieve a wide range of constant shear rates. The shear rate is determined using a micro Particle Image Velocimetry (&#181;PIV) system, while RBC aggregates are visualized using a high speed camera. The videos captured of the RBC aggregates are analyzed using image processing techniques in order to determine the aggregate sizes based on the images intensities.

The protocol described details an experimental procedure to quantify Red Blood Cell (RBC) aggregates under a controlled and constant shear rate, based on image processing techniques. The goal of this protocol is to relate RBC aggregate sizes to the corresponding shear rate in a controlled microfluidic environment.

赤血球凝集の動的な調査のための制御されたマイクロ流体環境

Blood, as a non-Newtonian biofluid, represents the focus of numerous studies in the hemorheology field. Blood constituents include red blood cells, white ...

Analyzing Mixing Inhomogeneity in a Microfluidic Device by Microscale Schlieren Technique

In this paper, we introduce the use of microscale schlieren technique to measure mixing inhomogeneity in a microfluidic device. The microscale schlieren system is constructed from a Hoffman modulation contrast microscope, which provides easy access to the rear focal plane of the objective lens, by removing the slit plate and replacing the modulator with a knife-edge. The working principle of microscale schlieren technique relies on detecting light deflection caused by variation of refractive index1-3. The deflected light either escapes or is obstructed by the knife-edge to produce a bright or a dark band, respectively. If the refractive index of the mixture varies linearly with its composition, the local change in light intensity in the image plane is proportional to the concentration gradient normal to the optical axis. The micro-schlieren image gives a two-dimensional projection of the disturbed light produced by three-dimensional inhomogeneity.
To accomplish quantitative analysis, we describe a calibration procedure that mixes two fluids in a T-microchannel. We carry out a numerical simulation to obtain the concentration gradient in the T-microchannel that correlates closely with the corresponding micro-schlieren image. By comparison, a relationship between the grayscale readouts of the micro-schlieren image and the concentration gradients presented in a microfluidic device is established. Using this relationship, we are able to analyze the mixing inhomogeneity from associate micro-schlieren image and demonstrate the capability of microscale schlieren technique with measurements in a microfluidic oscillator4. For optically transparent fluids, microscale schlieren technique is an attractive diagnostic tool to provide instantaneous full-field information that retains the three-dimensional features of the mixing process.

Herein, we describe a procedure that employs microscale schlieren technique to measure mixing inhomogeneity in a microfluidic device. Through calibration, distribution of concentration gradient can be derived from the micro-schlieren image.

マイクロスケールシュリーレン法によるマイクロ流体デバイス内の混合不均一性の分析

In this paper, we introduce the use of microscale schlieren technique to measure mixing inhomogeneity in a microfluidic device. The microscale schlieren ...

In Situ Mapping of the Mechanical Properties of Biofilms by Particle-tracking Microrheology

Bacterial cells are able to form surface-attached biofilm communities known as biofilms by encasing themselves in extracellular polymeric substances (EPS). The EPS serves as a physical and protective scaffold that houses the bacterial cells and consists of a variety of materials that includes proteins, exopolysaccharides and DNA. The composition of the EPS may change, which remodels the mechanic properties of the biofilm to further develop or support alternative biofilm structures, such as streamers, as a response to environmental cues. Despite this, there are little quantitative descriptions on how EPS components contribute to the mechanical properties and function of biofilms. Rheology, the study of the flow of matter, is of particular relevance to biofilms as many biofilms grow in flow conditions and are constantly exposed to shear stress. It also provides measurement and insight on the spreading of the biofilm on a surface. Here, particle-tracking microrheology is used to examine the viscoelasticity and effective crosslinking roles of different matrix components in various parts of the biofilm during development. This approach allows researchers to measure mechanic properties of biofilms at the micro-scale, which might provide useful information for controlling and engineering biofilms.

In Situ Mapping of the Mechanical Properties of Biofilms by Particle-tracking Microrheology

Particle-tracking microrheology investigates the viscoelasticity of materials. Here, the technique is used to determine the viscoelasticity, creep compliance and effective crosslinking roles of different matrix components of a bacterial biofilm. The matrix consists of polymeric substances secreted by the bacteria and its components determine biofilm structure and mechanical properties.

粒子追跡マイクロレオロジーによりバイオフィルムの機械的特性のその場でのマッピング

Bacterial cells are able to form surface-attached biofilm communities known as biofilms by encasing themselves in extracellular polymeric substances ...

High-Contrast and Fast Photorheological Switching of a Twist-Bend Nematic Liquid Crystal

Smart viscoelastic materials that respond to specific stimuli are one of the most attractive classes of materials important to future technologies, such as on-demand switchable adhesion technologies, actuators, molecular clutches, and nano-/microscopic mass transporters. Recently it was found that through a special solid-liquid transition, rheological properties can exhibit significant changes, thus providing suitable smart viscoelastic materials. However, designing materials with such a property is complex, and forward and backward switching times are usually long. Therefore, it is important to explore new working mechanisms to realize solid-liquid transitions, shorten the switching time, and enhance the contrast of rheological properties during switching. Here, a light-induced crystal-liquid phase transition is observed, which is characterized by means of polarizing light microscopy (POM), photorheometry, photo-differential scanning calorimetry (photo-DSC), and X-ray diffraction (XRD). The light-induced crystal-liquid phase transition presents key features such as (1) fast switching of crystal-liquid phases for both forward and backward reactions and (2) a high contrast ratio of viscoelasticity. In the characterization, POM is advantageous in offering information on the spatial distribution of LC molecule orientations, determining the type of liquid crystalline phases appearing in the material, and studying the orientation of LCs. Photorheometry allows measurement of a material&#8217;s rheological properties under light stimuli and can reveal the photorheological switching properties of materials. Photo-DSC is a technique to investigate thermodynamic information of materials in darkness and under light irradiation. Lastly, XRD allows studying of microscopic structures of materials. The goal of this article is to clearly present how to prepare and measure the discussed properties of a photorheological material.

This protocol demonstrates the preparation of a photorheological material that exhibits a solid phase, various liquid crystalline phases, and an isotropic liquid phase by increasing temperature. Presented here are methods for measuring the structure-viscoelasticity relationship of the material.

ツイストベンドネマティック液晶の高コントラストと高速フォトレオロジースイッチング

Smart viscoelastic materials that respond to specific stimuli are one of the most attractive classes of materials important to future technologies, such ...

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

要約

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