Wyniki wyszukiwania - BazTech

Ograniczanie wyników

2 IPPT Reports on Fundamental Technological Research

Znaleziono wyników: 2

Liczba wyników na stronie

Wyniki wyszukiwania

Sortuj według:

Ogranicz wyniki do:

Diffusion and migration of nano particles and filaments suspended in oscillating flow

Pawłowska S.

IPPT Reports on Fundamental Technological Research

2018

nr 2

1--106

The subject of this work is an experimental analysis of the dynamics of nanoobjects suspended in a liquid. The research will make it possible to appreciate the role played by hydrodynamic and ionic interactions on the transport properties of Brownian solid spherical objects, as well as strongly deformable nanofilaments and macromolecules. In the first stage of the work, an analysis of the Brownian fluctuations of spherical nanoparticles suspended in electrolytes was conducted. This report presents the results of the research carried out on the influence of the medium ionic strength and the wall on the size of the apparent (hydrodynamic) diameter of these spherical nanoobjects. The second stage of the research concerns the mobility of deformable nanoobjects with a structure similar to long macromolecules. These are nanofilaments made of a hydrogel material. The original coaxial electrospinning technique was developed to produce them. This technique allows for the fabrication of core-shell fibres, with a highly elastic hydrogel filamentous core. The mechanical properties of nanofilaments are evaluated by analysing their Brownian characteristics. The aim of this analysis is to determine the value of the persistent length of the object analysed, which is correlated with its bending Young's module. After assessing their full morphological characteristics and mechanical properties, the behaviour of hydrogel nanofilaments in the flow was analysed. An experimental system was used to analyse the dynamics of filament deformation and the migration of nanofilaments in the oscillating flow, simulating intercellular and inter-tissue flows in living organisms. The basic goal of the analysis of the dynamics of nanofilaments is the possibility to use them as models of elongated biological particles, such as proteins and DNA. The analysis of their movement and deformation in the flow will support the verification of existing theoretical models, and will expand our understanding of the physical phenomena which are responsible for the folding dynamics of long biomolecules. Another very important aim of this work is to offer the possibility of using such highly deformable, biocompatible objects in biomedical applications.

Przedmiotem pracy jest eksperymentalna analiza dynamiki nanoobiektów zawieszonych w cieczy. Badania pozwolą na ocenę roli oddziaływań hydrodynamicznych, chemicznych i fluktuacji brownowskich na dynamikę i parametry transportu w mikro i nanoskali dla obiektów sferycznych, silnie deformowalnych filamentów i makromolekuł. W pierwszym etapie pracy przeprowadzono analizę ruchów brownowskich sferycznych nanocząstek zawieszonych w elektrolitach. W pracy przedstawiono wyniki przeprowadzonych badań dotyczących wpływu siły jonowej medium oraz bliskości ścianki na wielkość średnicy hydrodynamicznej tychże sferycznych nanoobiektów (efektywnego oporu lepkiego). Drugi etap badań dotyczył mobilności deformowalnych nanoobiektów o strukturze analogicznej do długich makromolekuł. Są to wytworzone z materiału hydrożelowego nanofilamenty. Opracowano oryginalną metodę ich wytwarzania, wykorzystującą technikę elektroprzędzenia współosiowego. Nowością w prowadzonych badaniach jest zamknięcie hydrożelowego materiału w postaci filamentów, charakteryzujących się dodatkowo wysoką elastycznością. Po pełnej charakterystyce morfologicznej oraz właściwości mechanicznych, hydrożelowe nanofilamenty poddane zostały analizie ich zachowania w przepływie. Stworzony układ eksperymentalny, posłużył do analizy dynamiki deformacji oraz zjawiska migracji nanofilamentów w przepływie oscylacyjnym, symulującym przepływy międzykomórkowe i międzytkankowe w żywych organizmach. W pracy zbadane zostało zjawisko migracji w poprzek kanału. To zagadnienie jest istotne dla opisu transportu deformowalnych makromolekuł w kapilarach. Przeprowadzone badania dynamiki nanofilamentów stwarzają możliwość ich wykorzystania jako modeli wydłużonych cząstek biologicznych (białka, DNA), weryfikacji istniejących już modeli teoretycznych, oraz zrozumienia zjawisk fizycznych odpowiedzialnych za fałdowanie i dynamikę zginania biomolekuł. Kolejnym bardzo ważnym celem pracy jest możliwość wykorzystania takich silnie deformowalnych, biokompatybilnych obiektów w zastosowaniach biomedycznych.

Development of a hybrid Atomic Force microscope and Optical Tweezers apparatus

Zembrzycki K., Pawłowska S., Nakielski P., Pierini F.

IPPT Reports on Fundamental Technological Research

2016

nr 2

1--58

The role of mechanical properties is essential to understand molecular, biological materials and nanostructures dynamics and interaction processes. Atomic force microscopy (AFM), due to its sensitivity is the most commonly used method of direct force evaluation. Yet because of its technical limitations this single probe technique is unable to detect forces with femtonewton resolution. In this paper, we present the development of a combined atomic force microscopy and optical tweezers (AFM/OT) instrument. The system is based on a commercial AFM and confocal microscope. The addition of three lasers along with beam shaping and steering optics, on which the optical tweezer is based upon, provide us with the ability to manipulate small dielectric objects suspended in a fluid. Additionally, this same device allows for direct displacement and force measurement with very high resolution and accuracy in the same AFM scanning zone. We have also fitted a laser and a set of filters to observe fluorescent samples appropriately exited. We show that this is a great improvement of a standalone AFM force resolution and more so opens a way to conduct experiments using a hybrid double probe technique with high potential in nanomechanics, molecules manipulation and biological studies. This paper describes in detail the construction of all the modules such as the trapping laser optics, detection laser optics and the fluorescence module. Also, due to its importance on the performance of the equipment, the electronics part of the detection system is described. In the following chapters the whole adjustment and calibration is explained. The performance of the apparatus is fully characterized by studying the ability to trap dielectric objects and quantifying the detectable and applicable forces. The setting and sensitivity of the particle position detector and force sensor is shown. We additionally describe and compare different optical tweezer calibration methods. In the last part we show the ability of our instrument to conduct experiments using the proposed double-probe technique, in this case to study interaction forces between two particles.

Pomiary własności mechanicznych i sił w mikro i nanoskali mają bardzo ważne znaczenie w badaniach dynamiki i oddziaływań materiałów biologicznych i nanostruktur. Mikroskopia sił atomowych (ang. AFM), z uwagi na swoją czułość, jest najczęściej używaną techniką do bezpośredniego pomiaru sił. Jednak z powodu swoich ograniczeń nie jest w stanie mierzyć sił z rozdzielczością w zakresie femtonewtonów. Takie możliwości stwarza metoda optyczna oparta na tzw. szczypcach optycznych (ang. OT). Z drugiej strony z uwagi na fizyczne ograniczenia tej metody pomiary charakteryzujące oddziaływujące powierzchnie w niewielkich odległościach, nadal wymagają stosowania mikroskopii sił atomowych. W poniższej pracy opisujemy unikalną konstrukcję hybrydową bazującą na połączeniu obu technik w jednym systemie. Skonstruowany system (AFM/OT) oparty jest na autorskiej modyfikacji komercyjnego mikroskopu AFM (firmy NT-MDT) i jest możliwy do zastosowania zasadniczo w każdym innym dostępnym na rynku mikroskopie typu AFM. Modyfikacja polega zasadniczo na budowie dodatkowego systemu optycznego formującego wiązki trzech laserów, na których bazują szczypce optyczne. Umożliwia to manipulację małymi obiektami dielektrycznymi zawieszonymi w płynie i precyzyjną detekcję ich położenia. Dzięki takiej modyfikacji stworzony system AFM/OT pozwala na bezpośrednie pomiary przemieszczenia oraz siły z bardzo dużą rozdzielczością i dokładnością w obszarze działania sondy AFM. Dodatkowo system został wyposażony w laser i elementy optyczne pozwalające na pobudzanie i detekcję fluorescencji odpowiednio przygotowanych obiektów. Wykazujemy, że ten instrument istotnie poprawia zakres i rozdzielczość sił mierzonych za pomocą standardowego mikroskopu AFM, jak również otwiera drogę do przeprowadzania eksperymentów z użyciem hybrydowej techniki dwóch sond, mającej wysoki potencjał zastosowań w nanomechanice, badaniach biologicznych i nanomanipulacji. Niniejsza praca przedstawia szczegóły konstrukcyjne zbudowanych modułów szczypiec optycznych, jak i układ elektroniczny pozwalający na precyzyjne pomiary przemieszczeń obiektów uwięzionych przez szczypce optyczne. W kolejnych partiach pracy przedstawiona jest procedura dostrajania układu optycznego i metodyka kalibracji systemu pomiaru sił i przemieszczeń. Podstawowe parametry aparatury zostają w pełni scharakteryzowane poprzez zbadanie jej zdolności do manipulacji dielektrycznymi obiektami oraz do mierzeni wywieranych na nie sił. Dodatkowo przedstawiamy opis i porównanie różnych metod kalibracji szczypiec optycznych. W ostatniej części pracy przedstawiamy na przykładzie pomiaru oddziaływań bliskiego kontaktu dwóch cząstek koloidalnych potencjał naszego instrumentu dla przeprowadzania pomiarów z jednoczesnym użyciem techniki dwóch sond (AFM/OT).