Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Chemistry
Click here for the English version

Chemistry

तरल क्रिस्टलीय Elastomer के Microfluidic तैयारी

Published: May 20, 2018 doi: 10.3791/57715
Automatic Translation
*1, *1, 2, 1
1Department of Organic Chemistry, Johannes Gutenberg University, 2CNRS, ICS UPR 22, Université de Strasbourg
* These authors contributed equally

Summary

यह आलेख microfluidic प्रक्रिया और पैरामीटर तरल क्रिस्टलीय elastomers से actuating कणों को तैयार करने के लिए वर्णन करता है । इस प्रक्रिया की अनुमति देता है actuating कणों की तैयारी और उनके आकार और आकार की भिन्नता (चिपटा से दृढ़ता से देर से, कोर-शैल, और जानुस् morphologies) के रूप में अच्छी तरह के रूप में actuation की भयावहता.

Abstract

इस कागज microfluidic प्रक्रिया पर केंद्रित है (और इसके मापदंडों) तरल क्रिस्टलीय elastomers से actuating कणों को तैयार करने के लिए । तैयारी आमतौर पर ऊंचा तापमान पर कम दाढ़ जन तरल क्रिस्टल युक्त बूंदों के गठन में होते हैं । बाद में, इन कण अग्रदूतों केशिका के प्रवाह क्षेत्र में उंमुख और एक crosslinking बहुलकीकरण, जो अंतिम actuating कणों का उत्पादन द्वारा जम रहे हैं । इस प्रक्रिया का अनुकूलन actuating कणों और प्रक्रिया मापदंडों (तापमान और प्रवाह की दर) का उचित परिवर्तन प्राप्त करने के लिए आवश्यक है और आकार और आकार के रूपांतरों की अनुमति देता है (चिपटा से दृढ़ता से morphologies से संबंधित) के रूप में अच्छी तरह के रूप में actuation की भयावहता । इसके अलावा, यह संकुचन करने के लिए बढ़ाव से actuation के प्रकार भिन्न होना संभव है कि केशिका में प्रवाह के दौरान बूंदों को प्रेरित निदेशक प्रोफ़ाइल पर निर्भर करता है, जो फिर से microfluidic प्रक्रिया और उसके मापदंडों पर निर्भर करता है । इसके अलावा, और अधिक जटिल आकार के कणों, कोर-शैल संरचनाओं या जानुस् कणों की तरह, सेटअप का समायोजन करके तैयार किया जा सकता है । रासायनिक संरचना और तरल क्रिस्टलीय elastomer के crosslinking (solidification) के मोड की भिन्नता से, यह भी गर्मी या यूवी की तुलना विकिरण द्वारा ट्रिगर actuating कणों को तैयार करने के लिए संभव है.

Introduction

Microfluidic syntheses तरल क्रिस्टलीय elastomer के निर्माण के लिए एक प्रसिद्ध विधि बन गए हैं (लचे) पिछले कुछ वर्षों में प्रेरक1,2,3. यह दृष्टिकोण न केवल अच्छी तरह से actuating कणों की एक बड़ी संख्या के उत्पादन में सक्षम बनाता है, लेकिन यह भी आकार और morphologies जो अंय तरीकों से पहुंच नहीं कर रहे है के निर्माण की अनुमति देता है । चूंकि लचे प्रेरक माइक्रो-रोबोटिक्स में कृत्रिम मांसपेशियों के रूप में एक आवेदन के लिए उंमीदवारों का वादा कर रहे हैं, इस तरह के कणों को संश्लेषित करने के लिए नए तरीके इस भविष्य प्रौद्योगिकी के लिए बहुत महत्व के है4।

LCEs में, एक तरल क्रिस्टल (LC) के mesogens एक elastomeric नेटवर्क के बहुलक श्रृंखला के लिए संलग्न है5,6,7,8। बहुलक श्रृंखला के लिए mesogens के संबंध जिससे एक पक्ष के रूप में हो सकता है श्रृंखला, एक मुख्य श्रृंखला, या एक संयुक्त नियंत्रण रेखा-बहुलक9,10,11। crosslinking अंक के बीच की दूरी अभी तक के बीच में बहुलक श्रृंखला के एक मुक्त reउंमुखीकरण की अनुमति पर्याप्त होना चाहिए (वास्तव में, यह किसी भी elastomer, जो उंहें "thermosets" से अंतर के लिए सच है) । इस प्रकार, crosslinking स्थाई या मजबूत गैर आबंध बातचीत12,13,14के कारण प्रतिवर्ती हो सकता है । सामग्री के इस तरह दोनों के गुणों को जोड़ती है, एक तरल क्रिस्टल के अनिसोट्रोपिक व्यवहार एक elastomer के entropic लोच के साथ । अपने तरल क्रिस्टलीय चरण के तापमान रेंज में, बहुलक जंजीरों एक (कम या ज्यादा) को अपनाने तरल क्रिस्टलीय चरण है, जो nematic आदेश पैरामीटर द्वारा quantified है की anisotropy की वजह से बढ़ाया अनुरूपता । जब नमूना nematic से ऊपर लाया जाता है-आइसोट्रोपिक चरण संक्रमण तापमान, anisotropy गायब हो जाता है, और नेटवर्क ऊर्जावान इष्ट यादृच्छिक कुंडल अनुरूप करने के लिए आराम । यह एक macroscopic विकृति की ओर जाता है और इस तरह के actuation5,15। नमूना के हीटिंग के अलावा, इस चरण संक्रमण भी LCEs16,17,18,19में प्रकाश या विलायक प्रसार के रूप में अंय उत्तेजनाओं द्वारा प्रेरित किया जा सकता है ।

आदेश में एक मजबूत विकृति प्राप्त करने के लिए, यह आवश्यक है कि नमूना या तो एक monodomain रूपों या सुविधाओं में कम से crosslinking चरण20के दौरान एकल डोमेन के निर्देशकों की एक पसंदीदा अभिविंयास. लचे फिल्मों के उत्पादन के लिए, यह अक्सर एक बिजली या चुंबकीय क्षेत्र में डोमेन के उन्मुखीकरण के माध्यम से, एक पूर्व पॉलिमर नमूने की खींच द्वारा प्राप्त की है, फोटो-संरेखण परतों की सहायता से या 3 डी मुद्रण के माध्यम से21 ,22,23,24,25,26.

एक अलग दृष्टिकोण केशिका आधारित microfluidic छोटी बूंद जनरेटर के साथ लचे कणों की सतत तैयारी है । तरल क्रिस्टलीय मोनोमर बूंदों एक अत्यधिक चिपचिपा निरंतर चरण में फैलाया, जो बूंदों के आसपास बहती है और ' बूंदों की सतह पर एक कतरनी दर लागू होता है । इसलिए, मोनोमर छोटी बूंद के अंदर एक संचलन मनाया जाता है, जो तरल क्रिस्टलीय चरण27के एक समग्र संरेखण का कारण बनता है । इस प्रकार, कतरनी दर पर अभिनय के परिमाण की भयावहता दोनों छोटी बूंद के आकार और आकार पर एक मजबूत प्रभाव है, साथ ही तरल क्रिस्टलीय निदेशक क्षेत्र के उंमुखीकरण पर । ये अच्छी तरह उंमुख बूंदों तो microfluidic सेटअप में आगे बहाव बहुलक हो सकता है । इस प्रकार, अलग आकार के साथ प्रेरक की तैयारी (जैसे, कणों और फाइबर) और कोर-शेल और जानुस् कणों की तरह अधिक जटिल morphologies संभव है28,29,30,31. यह भी चिपटा कणों, जो उनके समरूपता धुरी के साथ विस्तार और उच्च देर से, फाइबर की तरह कणों, जो चरण संक्रमण पर हटना तैयार करने के लिए संभव है । दोनों प्रकार के कणों microfluidic सेटअप की एक ही तरह के साथ बनाया जा सकता है, बस कतरनी दर27अलग से । यहाँ, हम स्वयं निर्मित केशिका-आधारित microfluidic उपकरणों में विभिन्न morphologies के ऐसे लचे प्रेरकों का उत्पादन करने के लिए कैसे का प्रोटोकॉल प्रस्तुत करते हैं ।

लचे बूंदों में mesogen संरेखण और अलग आकार के साथ पॉलिमर की पहुंच के प्रभाव के अलावा, microfluidic दृष्टिकोण आगे लाभ है । एक गैर विलायक या निलंबन बहुलकीकरण३२ में वर्षण की तरह अंय कण निर्माण विधियों की तुलना में (जो एक व्यापक आकार-वितरण के साथ कणों की ओर जाता है), monodisperse कणों (कण आकार की भिंनता का गुणांक < 5%) microfluidics३३,३४का उपयोग कर संश्लेषित किया जा सकता है । इसके अलावा, यह एक प्रवाह द्वारा बूंदों के क्षेत्र समरूपता को तोड़ने के लिए आसान है । इस प्रकार, एक बेलनाकार समरूपता के साथ बड़े कणों सुलभ हैं, जो प्रेरक के लिए आवश्यक है । यह निलंबन बहुलकीकरण३२द्वारा किए गए LC-कणों से अलग है । इसके अलावा, कण आकार अच्छी तरह से कई micrometers से एक सीमा में माइक्रोन के सैकड़ों के लिए microfluidics द्वारा समायोज्य है, और additives आसानी से कणों में या उनकी सतह पर लाया जा सकता है । यही कारण है कि microfluidic कण तैयारी अक्सर दवा वितरण३५ या सौंदर्य प्रसाधनों के विनिर्माण३६जैसे विषयों में प्रयोग किया जाता है ।

इस लेख में प्रयुक्त microfluidic setups सेरा एट अल द्वारा पेश किया गया । ३३ , ३७ , ३८ . ये स्वयं निर्मित कर रहे है और उच्च प्रदर्शन तरल क्रोमैटोग्राफी (HPLC) polytetrafluorethylene (PTFE) ट्यूब और टी जंक्शनों से मिलकर बनता है, साथ ही साथ जुड़े सिलिका केशिकाओं कि एकल चरणों प्रदान करते हैं । इस प्रकार, सेटअप आसानी से संशोधित किया जा सकता है, और एक भागों बस के रूप में वे व्यावसायिक रूप से उपलब्ध है विमर्श किया जा सकता है । एक photoinitiator मोनोमर मिश्रण है, जो एक उपयुक्त प्रकाश स्रोत के उपयोग के लिए-the-मक्खी पर बूंदों की बहुलकीकरण प्रेरित करने के लिए सक्षम बनाता है के लिए जोड़ा जाता है, के बाद वे केशिका छोड़ दिया है । एक तरफ केशिकाओं से विकिरण सेटअप के एक कॉलेस्ट्रॉल को रोकने के लिए आवश्यक है । बहुलकीकरण के अंय प्रकार के बाद ही बहुलकीकरण शुरू छोटी बूंद की केशिका (जैसे, redox प्रक्रियाओं के आधार पर दीक्षा के साथ छोड़ दिया है)३९। हालांकि, फोटो प्रेरित crosslinking बहुलकीकरण और दूर से नियंत्रित करने की क्षमता की त्वरितता के कारण, photoinitiation सबसे लाभप्रद एक है ।

के बाद से है लचे मोनोमर मिश्रण कमरे के तापमान पर क्रिस्टलीय है, पूरे microfluidic सेटअप के एक सावधान तापमान नियंत्रण आवश्यक है । इसलिए, सेटअप जिसमें छोटी बूंद गठन होता है का हिस्सा एक पानी स्नान में रखा जाता है । यहां, बूंदें मिश्रण के आइसोट्रोपिक पिघल में उच्च तापमान पर बनते हैं । अभिविंयास के लिए, बूंदों तरल क्रिस्टलीय चरण में ठंडा किया जाना चाहिए । इसलिए, बहुलकीकरण ट्यूब एक गर्म प्लेट जो नियंत्रण रेखा के निचले तापमान रेंज के लिए सेट किया गया है पर रखा गया है-चरण (चित्र 1) ।

यहां, हम एक प्रवाह में लचे के निर्माण के लिए एक लचीला और सरल विधि का वर्णन । इस प्रोटोकॉल एक कुछ ही मिनटों में जानुस् और कोर-खोल कणों के रूप में के रूप में अच्छी तरह से एकल कणों के संश्लेषण के लिए microfluidic सेटअप बनाने के लिए आवश्यक कदम प्रदान करता है. अगला, हम वर्णन कैसे एक संश्लेषण चलाने के लिए और ठेठ परिणाम दिखाने के साथ ही actuating कणों के गुण. अंत में, हम इस विधि के लाभों पर चर्चा और क्यों हमें लगता है कि यह लचे के क्षेत्र में प्रगति लाने के लिए हो सकता है ।

Protocol

1. एकल Actuating लचे कणों का संश्लेषण

  1. डिवाइस बढ़ते
    नोट: सभी सामग्री microfluidic सेटअप के लिए इस्तेमाल किया HPLC आपूर्ति और व्यावसायिक रूप से उपलब्ध हैं ।
    1. एक गिलास पानी स्नान पकवान लैस [व्यास (डी): १९० mm, कनेक्शन: दो 29/24 जमीन ग्लास जोड़ों निकला हुआ किनारा-घुड़सवार] दो सेपता के साथ । सीख दोनों सेपता एक सूआ के साथ एक बाहरी व्यास (आयुध डिपो) के साथ एक ट्यूब फिट करने के लिए खोलने के छेद के माध्यम से 1/16 इंच ।
    2. एक PTFE ट्यूब के अंत करने के लिए 1/16 इंच आयुध ट्यूबिंग और इसी सामी के लिए एक फिटिंग संलग्न (ट्यूब १.१; आयुध डिपो: 1/16 इंच, भीतरी व्यास (आईडी): ०.१७ मिमी, लंबाई (एल): 5 सेमी) और एक polyimide-लेपित सिलिका केशिका (id: १०० µm, आयुध डिपो: १६५ µm, एल: 7 सेमी) के टिप (ca. 1 सेमी) छड़ी ।
    3. 1/16 इंच आयुध डिपो ट्यूबों, जो एक छोटे धातु की मेज पर मुहिम शुरू की है के लिए एक polyether ईथर कीटोंन (तिरछी नज़र) टी जंक्शन के विरोध हथियारों में से एक पर ट्यूब पेंच । अब, केशिका टी जंक्शन के बाहर कुछ centemeters बहर होना चाहिए ।
      नोट: PTFE ट्यूबों सबसे अच्छा एक ट्यूब कटर की सहायता से काट रहे हैं । केशिकाओं के लिए, एक सट पत्थर का उपयोग करने के लिए सबसे अच्छा है ।
    4. एक दूसरी PTFE ट्यूब के अंत करने के लिए एक उपयुक्त फिटिंग और सामी संलग्न (ट्यूब १.२; आयुध डिपो: 1/16 इंच, आईडी: ०.७५ मिमी), जो लंबे समय के लिए पानी के स्नान के बाहर एक सिरिंज पंप तक पहुंचने के लिए पर्याप्त है, और यह टी जंक्शन के पार्श्व बांह पर पेंच ।
    5. छड़ी एक तीसरी PTFE ट्यूब (ट्यूब १.३; आयुध डिपो: 1/16 इंच, आईडी: ०.१७ मिमी) सेपता में से एक के माध्यम से । ट्यूब १.३ लंबे समय के लिए पानी स्नान के अंदर १.१ ट्यूब के साथ एक दूसरे सिरिंज पंप कनेक्ट करने के लिए पर्याप्त होना चाहिए । १.१ और १.३ ट्यूबों के स्पेयर अंत करने के लिए 1/16 इंच आयुध ट्यूबिंग के लिए दो महिला luer ताले जोड़ें, क्रमशः ।
    6. एक चौथी PTFE ट्यूब तैयार (बहुलकीकरण ट्यूब १.४; आयुध डिपो: 1/16 इंच, आईडी: ०.७५ मिमी) एक फिटिंग प्लस सामी के साथ और यह दूसरी पट के माध्यम से चिपके रहते हैं । ट्यूब १.४ लंबे समय के लिए पानी स्नान छोड़ने के लिए पर्याप्त होना चाहिए और एक सटीक हीटिंग प्लेट पास । कनेक्ट ट्यूब टी जंक्शन के शेष हाथ करने के लिए अपनी फिटिंग के माध्यम से १.४ और ट्यूब के अंदर कांच केशिका के अंत जगह है ।
    7. एक गर्म एक थर्मामीटर से सुसज्जित थाली पर पानी स्नान रखो, सटीक हीटिंग प्लेट के शीर्ष पर ट्यूब १.४ तय करने के लिए चिपकने वाला टेप का उपयोग करें और १.४ ट्यूब के अंत करने के लिए एक 5 मिलीलीटर कांच की शीशी देते हैं । एक सतत चरण (सिलिकॉन तेल; चिपचिपापन: १.००० m2/s) से भरा सिरिंज के लिए ट्यूब १.२ के अंत से कनेक्ट करें, मोनोमर चरण के लिए हाइड्रोलिक तेल से भरा एक सिरिंज के लिए ट्यूब १.३ कनेक्ट (सिलिकॉन तेल; चिपचिपापन: १०० एम2s) और प्लग दोनों एक सिरिंज पंप में सीरिंज ।
      नोट: सीरिंज के लिए ट्यूबों को जोड़ने के क्रम में, कंटिया करने वाली महिला luer-3/32 इंच आईडी ट्यूबों के साथ प्रयोग के लिए लॉक connectors का उपयोग करने के लिए सबसे अच्छा कर रहे हैं.
    8. ध्यान के साथ एक stereomicroscope स्थापित करें केशिकाओं टिप पर सेट करने के लिए छोटी बूंद गठन के अवलोकन को सक्षम करने और एक यूवी प्रकाश स्रोत माउंट (उदा, एक ५०० W-बुध वाष्प दीपक) प्रकाश शंकु के साथ ट्यूब १.४ पर ध्यान केंद्रित ।
  2. मोनोमर मिश्रण की तैयारी
    1. मोनोमर मिश्रण को तैयार करने के लिए४०, जोड़ें २०० मिलीग्राम की (4-acryloyloxybutyl)-2, 5-di (4-butyloxybenzoyloxy) एक ५० एमएल नाशपाती के आकार का कुप्पी करने के लिए benzoate.
    2. जोड़ें ७.२ मिलीग्राम की 1, 6-hexanediol dimethacrylate (10 मॉल%) और ६.२ मिलीग्राम की एथिल (2, 4, 6-trimethylbenzoyl) phenylphosphinate (photoinitiator, 3 w%) dichloromethane के बारे में 1 मिलीलीटर में मिश्रण भंग ।
      नोट: कदम से शुरू 1.2.2., सभी कदम यूवी प्रकाश मुक्त शर्तों के तहत किया जाना चाहिए (जैसे, पीली रोशनी के तहत).
    3. ३१३ k पर निर्वात के अंतर्गत पूरी तरह से विलायक निकालें और एक तेल स्नान में ३८३ k पर अवशिष्ट ठोस पिघल ।
    4. 3/32 इंच आईडी टयूबिंग के साथ प्रयोग के लिए एक कंटिया करने वाली महिला-luer-ताला संबंधक के साथ एक सिरिंज तैयार करें और एक PTFE ट्यूब (ट्यूब १.५ संलग्न; आयुध डिपो: 1/8 इंच, आईडी: १.६५ मिमी) के माध्यम से एक कनेक्टिंग ट्यूब (आयुध डिपो: 1/16 इंच, आईडी: ०.७५ मिमी). ऊपर सिरिंज की सहायता से ट्यूब १.५ में मोनोमर मिश्रण ड्रा ।
      नोट: मोनोमर की मात्रा ७० मिलीग्राम से कम नहीं होनी चाहिए । अंयथा, यह बहुत मुश्किल हो जाता है ट्यूब १.५ में पर्याप्त मोनोमर मिश्रण आकर्षित । प्रोटोकॉल यहां ठहर सकता है । यदि हां, तो एक फ्रिज में ट्यूब की दुकान ।
  3. कणों की तैयारी
    1. मोनोमर मिश्रण युक्त ट्यूब १.५ के दोनों सिरों को 1/8 इंच आयुध ट्यूबिंग के लिए एक पुरुष luer ताला संलग्न । बाद में, ट्यूब के दोनों सिरों को कनेक्ट करें १.५ ट्यूबों के सिरों पर महिला luer ताले के साथ १.१ और १.३.
      नोट: ट्यूबों संश्लेषण करने से पहले सिरिंज पंप द्वारा प्रदान की तरल पदार्थ के साथ कुल्ला किया जाना चाहिए ।
    2. ३६३ k करने के लिए पानी स्नान के तापमान सेट और ३३८ k करने के लिए सटीक हीटिंग प्लेट के तापमान निर्धारित किया है ।
    3. सुनिश्चित करें कि केशिका की नोक बहुलकीकरण ट्यूब १.५ के केंद्र में है और दीवार को छूने नहीं है ।
      नोट: यहां दिया तापमान इस मोनोमर मिश्रण के लिए अनुकूलित कर रहे हैं । सामान्य में, पानी स्नान के तापमान मोनोमर मिश्रण पिघल करने के लिए पर्याप्त उच्च होना चाहिए और हीटिंग प्लेट के तापमान तरल क्रिस्टलीय चरण के तापमान रेंज में होना चाहिए ।
    4. मोनोमर मिश्रण के पिघलने के बाद, सतत चरण (qc) की प्रवाह दर को १.५ और २.० एमएल/ज के बीच मान पर सेट करें और qc/Qd (qd = के प्रवाह दर अनुपात का चयन हाइड्रोलिक तेल/मोनोमर चरण) के बीच 20 और २०० ।
      नोट: qc = १.७५ ml/h और qd = ०.३५ ml/h की प्रवाह दरों के लिए, २७० µm के डी के साथ well-actuating कणों, उदाहरण के लिए मनाया जाता है ।
    5. छोटी बूंद गठन के बाद शुरू होता है, जब तक बूंदें यूवी प्रकाश पर स्विचन से पहले सभी एक ही आकार के हैं रुको । वर्णित मोनोमर मिश्रण के लिए, स्थिति यूवी स्रोत बहुलकीकरण ट्यूब १.४ ऊपर 1 सेमी सटीक हीटिंग प्लेट के सही अंत में । ट्यूब १.४ के अंत में 5 मिलीलीटर कांच की शीशी में पॉलिमर के कणों के विभिन्न अंशों को एकत्र करें । जबकि यूवी प्रकाश के तहत बह, ' बूंदें रंग सफेद करने के लिए पारदर्शी से बदलना चाहिए ।
      चेतावनी: आंखों की रक्षा के लिए यूवी संरक्षण काले चश्मे पहनें ।
    6. एक ढाल रखो (जैसे, एक कागज बॉक्स) प्रकाश स्रोत और पानी के स्नान के बीच, ताकि केशिकाओं के किसी भी कॉलेस्ट्रॉल को रोकने के लिए ।
      नोट: एक कॉलेस्ट्रॉल बहुलकीकरण ट्यूब के मामले में, यह एक गर्मी बंदूक के साथ भरा हिस्सा गर्मी में मदद कर सकता है ।
    7. सभी मोनोमर भस्म हो जाने के बाद, ट्यूब १.३ में एसीटोन इंजेक्शन द्वारा सेटअप साफ ।

2. कोर-शैल लचे कणों का संश्लेषण

  1. डिवाइस के बढ़ते
    1. 1.1.1 कदम का पालन करें । लेकिन इसके बजाय १९० मिमी के एक डी के साथ एक पानी स्नान पकवान का उपयोग करें ।
    2. एक फिटिंग और एक fluorinated ईथीलीन propylene (FEP) टयूबिंग आस्तीन (आईडी: ३९५ µm, आयुध डिपो: 1/16 इंच, एल: १.५५ इंच), क्रमशः के दोनों सिरों को सामी संलग्न । पहले, एक फ्यूजन सिलिका केशिका छड़ी (आईडी: २८० µm, आयुध डिपो: ३६० µm, एल: 8 सेमी) आस्तीन के माध्यम से, इस तरह से है कि यह एक पक्ष से बाहर के बारे में 3 मिमी बहर में । तो एक पतली केशिका छड़ी (आईडी: १०० µm, आयुध डिपो: १६५ µm, एल: 11 सेमी) बड़ा एक के माध्यम से, इतना है कि यह कुछ मिलीमीटर अपने अब की ओर से बाहर बहर ।
    3. 1/16 इंच आयुध डिपो ट्यूबों के लिए एक तिरछी टी जंक्शन के विरोध हथियारों में से एक पर आस्तीन पेंच (टी जंक्शन 1) जो एक छोटी सी धातु की मेज पर रखा है, बड़ा केशिका टी जंक्शन में पहुंचने के छोटे अंत के साथ ।
    4. छड़ी एक PTFE ट्यूब (ट्यूब २.१; आयुध डिपो: 1/16 इंच, आईडी: ०.१७ मिमी) है कि लंबे समय के लिए टी के साथ एक सिरिंज पंप कनेक्ट करने के लिए पर्याप्त है-जंक्शन 1 पानी स्नान के सेपता में से एक के माध्यम से. पानी के स्नान के अंदर ट्यूब के अंत के लिए एक फिटिंग और सामी संलग्न, टी जंक्शन 1 के नि: शुल्क पार्श्व बांह से कनेक्ट, और २.१ ट्यूब के अंदर पतली केशिका छड़ी ।
    5. तैयार एक दूसरा PTFE ट्यूब (ट्यूब २.२; आयुध डिपो: 1/16 इंच, आईडी: ०.५ मिमी) एक फिटिंग और एक सामी के साथ और इसे टी के स्पेयर एआरएम-जंक्शन 1 से कनेक्ट । छड़ी एक और PTFE ट्यूब (ट्यूब २.३; आयुध डिपो: 1/16 इंच, आईडी: ०.५ मिमी) ट्यूब २.१ के बगल में पट में एक दूसरे छेद के माध्यम से । ट्यूब २.३ लंबे समय के लिए पर्याप्त ट्यूब २.२ के साथ एक और सिरिंज पंप कनेक्ट होना चाहिए ।
    6. क्रमशः २.२ और २.३ ट्यूबों के नि: शुल्क समाप्त होता है के लिए 1/16 इंच आयुध ट्यूबिंग के लिए दो महिला luer ताले जोड़ें ।
    7. आस्तीन के मुफ्त अंत एक दूसरी तिरछी नज़र टी जंक्शन (टी जंक्शन 2) जो भी छोटे धातु की मेज पर मुहिम शुरू की है विरोध हथियारों में से एक को जोड़ने । तैयार एक चौथा PTFE ट्यूब (ट्यूब २.४; आयुध डिपो: 1/16 इंच, आईडी: ०.७५ मिमी) एक फिटिंग प्लस सामी के साथ । ट्यूब २.४ लंबे समय के लिए पानी के स्नान के बाहर एक तिहाई सिरिंज पंप तक पहुंचने और यह टी जंक्शन 2 के पार्श्व बांह से कनेक्ट है ।
    8. एक पांचवां PTFE ट्यूब तैयार (बहुलकीकरण ट्यूब २.५; आयुध डिपो: 1/16 इंच, आईडी: ०.७५ मिमी) एक फिटिंग प्लस सामी के साथ और अंय पट के माध्यम से यह छड़ी । ट्यूब २.५ लंबे समय के लिए पानी स्नान छोड़ने के लिए पर्याप्त होना चाहिए और एक उच्च परिशुद्धता हीटिंग प्लेट पास । टी जंक्शन के शेष बांह के साथ ट्यूब २.५ की फिटिंग कनेक्ट । अब कांच केशिकाओं के नुस्खे ट्यूब २.५ के अंदर स्थित होना चाहिए ।
    9. एक गर्म एक थर्मामीटर से सुसज्जित थाली पर पानी स्नान रखो, एक सटीक हीटिंग प्लेट के शीर्ष पर ट्यूब २.५ तय करने के लिए चिपकने वाला टेप का उपयोग करें और ट्यूब के अंत करने के लिए एक 5 मिलीलीटर कांच की शीशी देते हैं । एक ग्लिसरॉल (इनर चरण) से भरा सिरिंज के लिए ट्यूब २.१ के अंत से कनेक्ट, एक मोनोमर चरण के लिए हाइड्रोलिक तेल से भरा सिरिंज के लिए २.३ ट्यूब कनेक्ट (सिलिकॉन तेल; चिपचिपापन: १०० m2/), एक सिरिंज से कनेक्ट ट्यूब २.४ सतत चरण से भरा ( सिलिकॉन तेल; चिपचिपापन: १.००० m2/) और सिरिंज पंप में सभी सीरिंज प्लग ।
    10. कदम 1.1.7., का पालन करें, लेकिन ट्यूब १.४ के बजाय २.५ ट्यूब पढ़ें ।
  2. मोनोमर मिश्रण की तैयारी
    1. १.२ के सभी चरणों का पालन करें ।
  3. कोर-शैल कणों की तैयारी
    1. मोनोमर मिश्रण युक्त ट्यूब के दोनों सिरों को 1/8 इंच आयुध डिपो ट्यूबों के लिए एक पुरुष luer ताला संलग्न, क्रमशः । बाद में, ट्यूब २.२ और २.३ के सिरों पर महिला luer ताले के साथ इस ट्यूब के दोनों सिरों को जोड़ने ।
    2. चरणों का पालन करें 1.3.2-1.3.4 ।
    3. एक स्टीरियो माइक्रोस्कोप के माध्यम से छोटी बूंद गठन का निरीक्षण.

3. जानुस् लचे कणों का संश्लेषण

  1. डिवाइस के बढ़ते
    1. 1.1.1 कदम का पालन करें ।
    2. एक फिटिंग और सामी एक FEP टयूबिंग आस्तीन के दोनों सिरों को संलग्न (आईडी: ३९५ µm, आयुध डिपो: 1/16 इंच, एल: १.५५ इंच), क्रमशः । स्टिक दो समानांतर गठबंधन सिलिका केशिकाओं (आईडी: १०० µm, आयुध डिपो: १६५ µm, एल1: 8 सेमी, एल2: 11 सेमी) आस्तीन के माध्यम से । छोटी केशिका की आस्तीन के एक पक्ष के बारे में 3 मिमी बहर । आस्तीन के दूसरी ओर, दोनों केशिकाओं एक ही लंबाई है ।
    3. सुपर-गोंद आस्तीन के एक छोर पर कुछ गोंद डाल द्वारा केशिकाओं और जब तक यह ठीक है रुको ।
    4. दो तिरछी नज़र टी जंक्शनों का विरोध हथियारों में से एक पर आस्तीन पंगा लेना, क्रमशः, और एक छोटे से धातु की मेज पर दोनों माउंट से कनेक्ट करें ।
    5. चरणों का पालन करें 2.1.4-2.1.7 ।
    6. तैयार एक पांचवां PTFE ट्यूब (ट्यूब ३.५; आयुध डिपो: 1/16 इंच, आईडी: ०.७५ मिमी, एल: 5 सेमी) एक फिटिंग प्लस सामी के साथ और यह टी जंक्शन 2 के शेष बांह के साथ कनेक्ट । कांच केशिकाओं के दोनों सुझावों ट्यूब ३.५ के अंदर स्थित हैं ।
    7. छड़ी एक और PTFE ट्यूब (ट्यूब ३.६; आयुध डिपो: 1/16 इंच, आईडी: ०.५ मिमी) अंय पट के माध्यम से । ट्यूब २.६ लंबे समय के लिए पानी स्नान छोड़ने के लिए पर्याप्त होना चाहिए और एक सटीक हीटिंग प्लेट पास । कनेक्ट ट्यूबों ३.५ और ३.६ के लिए फिटिंग सिस्टम के माध्यम से 1/16 इंच आयुध ट्यूबिंग ।
    8. एक गर्म एक थर्मामीटर से सुसज्जित थाली पर पानी स्नान रखो, एक सटीक हीटिंग प्लेट के शीर्ष पर ट्यूब ३.६ तय करने के लिए चिपकने वाला टेप का उपयोग करें और ट्यूब के अंत करने के लिए एक 5 मिलीलीटर कांच की शीशी देते हैं । एक जलीय मोनोमर मिश्रण (वायु के साथ भरा सिरिंज के लिए ३.१ ट्यूब के अंत से कनेक्ट करें । मोनोमर चरण), कनेक्ट ट्यूब ३.३ एक सिरिंज के लिए नियंत्रण रेखा के लिए हाइड्रोलिक तेल से भरा-मोनोमर चरण (सिलिकॉन तेल; चिपचिपापन: १०० m2/ सतत चरण के साथ (सिलिकॉन तेल; चिपचिपापन: १.००० m2/) और सिरिंज पंप में सभी सीरिंज प्लग ।
    9. कदम 1.1.8 का पालन करें, लेकिन ट्यूब १.४ के बजाय ३.६ ट्यूब पढ़ें ।
  2. तरल क्रिस्टलीय (नियंत्रण रेखा) मोनोमर मिश्रण की तैयारी
    1. १.२ के सभी चरणों का पालन करें ।
  3. जलीय मोनोमर मिश्रण की तैयारी
    1. आसुत जल में ४० wt% acrylamide का समाधान तैयार करें । समाधान के लिए crosslinking एजेंट n, n '-methylenebis (acrylamide) और 2 wt% के सर्जक 2-hydroxy-2-methylpropiophenone के 10 मोल% जोड़ें । (दोनों राशियां acrylamide के संबंध में हैं.)
      नोट: आदेश में जलीय मोनोमर मिश्रण की चिपचिपाहट बढ़ाने के लिए, polyacrylamide जोड़ा जा सकता है ।
    2. आर टी में 24 एच के लिए मिश्रण हिलाओ और यह एक 1 मिलीलीटर सिरिंज, उसके बाद में भरें ।
  4. जानुस् कणों की तैयारी
    1. नियंत्रण रेखा मोनोमर मिश्रण युक्त ट्यूब के दोनों सिरों के लिए 1/8 इंच आयुध डिपो ट्यूबों के लिए एक पुरुष luer ताला, क्रमशः संलग्न । बाद में, कनेक्ट ट्यूब के सिरों पर महिला luer ताले के साथ इस ट्यूब के दोनों सिरों ३.२ और ३.३ ।
    2. चरणों का पालन करें 1.3.2-1.3.4 ।
    3. एक स्टीरियो माइक्रोस्कोप के माध्यम से छोटी बूंद गठन का निरीक्षण.

4. कणों का विश्लेषण

  1. इमेजिंग सॉफ्टवेयर के साथ एक कंप्यूटर से जुड़े एक ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप के तहत एक गर्म मंच पर कणों रखो । ' कणों actuation का विश्लेषण करने के लिए, ऊपर और उनके चरण संक्रमण तापमान नीचे तापमान पर तस्वीरें ले लो, और उनके डी उपाय ।
    नोट: सिलिकॉन तेल की एक बूंद वस्तु स्लाइड पर चिपकने से कणों को रोकता है ।
  2. कणों समाशोधन तापमान का अनुमान लगाने के लिए, जिस पर कणों एक ध्रुवीकरण ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप (पोम) के तहत अपने birefringence खो तापमान का निर्धारण ।

Representative Results

इस प्रोटोकॉल में, हम एक microfluidic दृष्टिकोण के माध्यम से अलग morphologies के साथ लचे कणों के संश्लेषण प्रस्तुत करते हैं । एकल, कोर-शेल, और जानुस् कणों के निर्माण के लिए microfluidic setups चित्रा 129,३८,४१में दिखाए जाते हैं । सतत प्रवाह उत्पादन का एक लाभ दोनों के आकार और कणों के आकार पर बहुत अच्छा नियंत्रण है । चित्र 2 एक एकल छोटी बूंद सेटअप का लाभ दिखाता है: सभी एक ही आकार४१वाले कणों के साथ एक बहुत ही संकीर्ण आकार वितरण । इसके द्वारा, क्षेत्रों के आकार को आसानी से विभिंन चरणों के प्रवाह दरों के अनुपात को बदलकर समायोजित किया जा सकता है । प्रोटोकॉल के बाद, २०० और ४०० µm के बीच कण व्यास एक अच्छी तरह से नियंत्रित तरीके से प्रवाह दर अनुपात का चयन करके उत्पादन किया जा सकता है, के रूप में चित्रा 2बी1में दिखाया गया है । सर्वोत्तम परिणाम १.५ और २.० मिलीलीटर के बीच सतत चरण (qc) की प्रवाह दरों के लिए प्राप्त कर रहे हैं और qc/Qd (qd के प्रवाह दर अनुपात के लिए मोनोमर चरण का प्रवाह दर) 20 और २०० के बीच है । qc = १.७५ ml/h और qd = ०.३५ ml/h की प्रवाह दरों के लिए, उदाहरण के लिए, २७० µm के व्यास के साथ well-actuating कणों को देखा जाता है । यदि उच्च अनुपात Qc/Qd चयनित हैं, छोटी बूंद गठन कम नियंत्रित है और ' कण आकार वितरण बहुत व्यापक हो जाता है । कम अनुपात के लिए, कणों अब गोलाकार नहीं हैं । प्रवाह दर समायोजन के अलावा, बहुलकीकरण ट्यूब के लिए यूवी लैंप की दूरी के रूप में के रूप में अच्छी तरह से छोड़ दिया और सटीक गर्म थाली के सही अंत के बीच की स्थिति लचे कणों के actuation गुण बदल सकते हैं, जो होता है, उदाहरण के लिए, यदि बहुलकीकरण कैनेटीक्स मोनोमर मिश्रण रचनाएं या लागू बहुलकीकरण तापमान यहां वर्णित मूल्यों से अलग चुनने के कारण से बदल जाते हैं ।

चित्र 3 एक से पता चलता है एक actuating कण जो ७०% तक लंबी जब यह अपने चरण संक्रमण तापमान है, जो साबित करता है कि बहुलकीकरण से पहले तरल क्रिस्टलीय निदेशक के एक अभिविन्यास उत्प्रेरण की आवश्यकता को पूरा किया है ऊपर गरम है । अत्यधिक चिपचिपा सतत चरण और मोनोमर ' बूंदों की सतह के बीच कतरनी से mesogens परिणाम के इस संरेखण । अगर कम चिपचिपाहट के सिलिकॉन तेलों का इस्तेमाल किया जाए तो कण की actuation कम हो जाती है ।

इसके अलावा, microfluidic डिवाइस actuation पैटर्न के विभिन्न प्रकार पर नियंत्रण की अनुमति देता है, इस तरह के चरण संक्रमण के दौरान बढ़ाव या संकुचन के रूप में, बहुलकीकरण के दौरान बूंदों पर अभिनय कतरनी दर अलग से. यह बहुलकीकरण ट्यूब के विभिन्न भीतरी व्यास का उपयोग करके लगातार चरण के निरंतर प्रवाह दर पर आसानी से संसाधित किया जा सकता है । चित्र 3 एक से पता चलता है एक देर के आकार का कण है, जो अपने रोटेशन धुरी के साथ लंबी और एक व्यापक बहुलकीकरण ट्यूब (आईडी: ०.७५ मिमी) में कम कतरनी दरों पर संश्लेषित किया गया । तरल क्रिस्टलीय अणुओं (mesogens) इस मामले में एक गाढ़ा निदेशक क्षेत्र के साथ गठबंधन कर रहे हैं । दूसरी तरफ, रॉड कणों की तरह (के रूप में चित्रा 3खमें सचित्र) चरण संक्रमण और ' mesogens निदेशक क्षेत्र के एक द्विध्रुवी संरेखण के दौरान एक संकुचन सुविधा । इस कण में एक पतली बहुलकीकरण ट्यूब (आईडी: ०.५ मिमी) में उच्च कतरनी दरों पर उत्पादन किया गया था ।

प्रोटोकॉल microfluidic प्रक्रिया का एक और लाभ का वर्णन करता है । एकल कणों के अलावा, अधिक जटिल morphologies के नमूने भी संश्लेषित किया जा सकता है. चित्र 3 सी एक actuating कोर-शैल कण और चित्रा 3डी एक जानुस् कण जो दोनों भाग 2 और 3 प्रोटोकॉल29,30के बाद उत्पादन किया गया दिखाता है ।

प्रोटोकॉल के सभी कदम सही ढंग से किया जाता है, तो चित्रा 4 में दिखाए गए गुणों वाले कणों3,४१प्राप्त किया जाना चाहिए । चित्रा 4एमें, हीटिंग और शीतलक curves एक अलग प्रवाह दर पर संश्लेषित कणों के लिए साजिश रची है । कमरे के तापमान से कण हीटिंग से, तरल क्रिस्टलीय क्रम है-पहले थोड़ा के लिए कम, कण के एक छोटे विकृति में जिसके परिणामस्वरूप । हालांकि, चरण संक्रमण तापमान के करीब, सभी अभिविन्यास अचानक खो दिया है और कण सिर्फ यह हीटिंग द्वारा एक मजबूत बढ़ाव से पता चलता है कुछ डिग्री के लिए. कण के नीचे ठंडा करके, एक हिस्टैरिसीस मनाया जा सकता है, और मूल आकार प्राप्त किया है । यह प्रक्रिया कई actuation चक्र पर प्रतिवर्ती है, के रूप में चित्रा 4बीमें दिखाया गया है ।

Figure 1
चित्र 1 : Microfluidic setups. (क) सामांय सेटअप तीन सिरिंजों, जिसमें हाइड्रोलिक सिलिकॉन तेल (1), जलीय मोनोमर मिश्रण (3), और सतत चरण सिलिकॉन तेल (4) शामिल हैं । तरल क्रिस्टलीय मोनोमर मिश्रण (2) ३६३ K, जो आइसोट्रोपिक राज्य के लिए तरल क्रिस्टल तपता में पानी स्नान (5) में रखा गया है । है छोटी बूंद बहुलकीकरण गर्म थाली पर शुरू की है (6) ३३८ K पर तरल क्रिस्टल के nematic राज्य में यूवी विकिरण (7) । (एकल कण सेटअप सामांय सेटअप के बराबर है, लेकिन दूसरी केशिका, सिरिंज (3) और दूसरा टी जंक्शन का अभाव है) । (b) यह पैनल एक दूसरे की ओर से दो केशिकाओं वाले सेटअप को दिखाता है, जो जानुस् छोटी बूंद के गठन की अनुमति देता है । (ग) कोर-शैल सेटअप एक केशिका से बना है जो एक व्यापक दूसरी केशिका में दूरबीन है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 2
चित्रा 2: microfluidic एकल कण सेटअप में प्राप्त प्रतिनिधि कणों। (क) यह पैनल microfluidic सिंगल पार्टिकल सेटअप में तैयार monodisperse लचे कणों की एक माइक्रोस्कोपिक इमेज दिखाता है । स्केल बार = २०० µm. (b) यह पैनल तेल की प्रवाह दर (qc) को मोनोमर मिश्रण के प्रवाह दर (qd) के अनुपात के संबंध में कणों के व्यास की निर्भरता दिखाता है । प्राप्त कणों का आकार दोनों चरणों के वेग अनुपात पर ही निर्भर है और उनके निरपेक्ष मूल्यों पर नहीं. (यह आंकड़ा ओम, Fleischmann, Kraus, सेरा, और Zentel1 और ओम, सेरा, और Zentel४१से संशोधित किया गया है.) कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 3
चित्र 3 : nematic राज्य में चार अलग कण morphologies के ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी छवियों (३५३ k पर) और चरण संक्रमण के बाद आइसोट्रोपिक राज्य में (पर ४१३ k). इन पैनलों शो (एक) एक चिपटा के आकार लचे कण (गाढ़ा निदेशक क्षेत्र) के बढ़ाव, (ख) एक छड़ी के संकुचन की तरह आकार लचे-कण (द्विध्रुवी निदेशक क्षेत्र), (ग) एक चिपटा के आकार के कोर के बढ़ाव-खोल कण, और (घ) एक से अधिक देर के आकार का जानुस् कण का संकुचन (बायां भाग: लचे, दायां भाग: acrylamide hydrogel) । स्केल बार्स = १०० µm. इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें. 

Figure 4
चित्र 4 : प्रतिनिधि एकल कणों के Actuation गुण। (क) यह पैनल सतत चरण के लिए विभिन्न प्रवाह दरों पर एकल कण microfluidic सेटअप में तैयार किए जा रहे लचे कणों के ताप और शीतलन curves को दिखाता है. उच्चतम प्रवाह दर पर तैयार कणों दिखाने के सबसे मजबूत actuation (के बारे में ७०%) और दोनों curves फार्म एक हिस्टैरिसीस, क्रमशः । (b) यह लचे कणों के 10 actuation चक्र का एक भूखंड है जो चक्र संख्या पर उनके actuation की कोई कमी नहीं दिखा रहा है । इससे यह सिद्ध होता है कि कण crosslinked हैं, और actuation पूरी तरह प्रतिवर्ती है । नोट: यह ग्राफ एक मुख्य श्रृंखला लचे प्रणाली से बने एक कण के लिए तैयार है लेकिन इस लेख में इस्तेमाल लचे प्रणाली के लिए एक ही लग रहा था । (यह आंकड़ा ओम, सेरा, और Zentel४१से संशोधित किया गया है.) कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए । 

Discussion

हम लचे microactuators का उत्पादन करने के लिए एक microfluidic दृष्टिकोण के माध्यम से अलग morphologies के साथ कणों के निर्माण का वर्णन किया है । इस प्रयोजन के लिए, केशिका आधारित microfluidic setups बनाया गया था जो छोटी बूंद गठन परिभाषित तापमान पर photopolymerization द्वारा पीछा अनुमति देते हैं ।

यहां, एक सफल संश्लेषण की एक महत्वपूर्ण पहलू सेटअप के बढ़ते सही है । एकल भागों के बीच सभी कनेक्शन ठीक से तरल पदार्थ के किसी भी लीक को रोकने के लिए ठीक किया जाना चाहिए, और डिवाइस कॉलेस्ट्रॉल को रोकने के लिए हर संश्लेषण से पहले साफ होना चाहिए. यह भी महत्वपूर्ण है कि प्रयोग यूवी मुक्त शर्तों के तहत किया जाता है, के बाद से, अंयथा, मोनोमर मिश्रण के समय से पहले बहुलकीकरण और इस तरह फिर से सेटअप के कॉलेस्ट्रॉल परिणाम होगा ।

इस दिन के लिए, microfluidic दृष्टिकोण यहां वर्णित केवल actuating लचे कणों का उत्पादन करने में सक्षम तरीका है । इसके द्वारा, microfluidic प्रक्रिया एक ही समय में दो आवश्यकताओं को पूरा करती है । समान आकार की एक भीड़ के निर्माण के अलावा सूक्ष्म वस्तुओं, तरल क्रिस्टलीय निदेशक के एक अभिविंयास इन कणों में प्रेरित है । इसके अलावा, यह एक काफी सरल प्रक्रिया है के बाद से एक ही कदम में संश्लेषित किया जा सकता है की एक बड़ी संख्या । अंय तरीकों को लागू करने, mesogens के उंमुखीकरण आमतौर पर नमूने की खींच या फोटो संरेखण परतों के आवेदन की तरह एक अतिरिक्त कदम की आवश्यकता है । इसके अतिरिक्त, इन प्रक्रियाओं मैनुअल, जो कई प्रेरक के उत्पादन का मतलब है बहुत समय लेने वाली है । इसके अलावा, लचे आकृति विज्ञान है-ज्यादातर मामलों में-बहुलक फिल्मों तक ही सीमित है । microfluidic दृष्टिकोण की कमियां कण के आकार की सीमा है (व्यास के रूप में २०० और ४०० µm के बीच मूल्यों के लिए प्रतिबंधित है), जोखिम केशिका कॉलेस्ट्रॉल करने के लिए, और यूवी मुक्त शर्तों में कण की तैयारी के दौरान की आवश्यकता सेटअप ।

पर चिप सिस्टम अक्सर microfluidic कण कपड़े के लिए इस्तेमाल कर रहे है क्योंकि वे आसानी से उत्पादन किया जा सकता है और सिर्फ एक टुकड़ा से बना रहे हैं । इन setups, तथापि, न केवल प्रवाह के दौरान विभिंन तापमान के आवश्यक समायोजित करने की कमी है, लेकिन यह भी काफी लचीला आसानी से भरा या microreactor के टूटे भागों विनिमय नहीं कर रहे हैं । वे महत्वपूर्ण आवश्यकताओं को पूरा करने के रूप में इसलिए, केशिका आधारित setups हम का उपयोग लचे के संश्लेषण के लिए और अधिक उपयुक्त हैं ।

actuating जानुस् के हमारे प्रस्तुत परिणामों से अलग-कणों और कोर-शैल micropumps, और अधिक जटिल actuating नए गुणों की विशेषता कणों भविष्य में संश्लेषित किया जा सकता है और नरम गति अनुप्रयोगों के लिए नई संभावनाओं को खोलने. बहु-उत्तरदायी कणों के लिए जानुस् कणों के आगे संशोधन पहले से ही प्रगति में है । इसलिए, हम actuating लचे के अलावा एक दूसरे तापमान उत्तरदायी बहुलक की शुरूआत के लिए लक्ष्य कर रहे हैं । नए कण डिजाइन के लिए आगे की संभावनाएं भी तरल क्रिस्टलीय डाइज-मोनोमर, जो प्रकाश में परिणाम लचे के actuation-कणों17,18के उपयोग से पैदा कर सकते हैं । उस मामले में, हम दोनों एक तापमान उत्तरदायी के रूप में अच्छी तरह से एक तस्वीर actuating हिस्सा युक्त जानुस् कणों के बारे में सोच सकते हैं । प्रकाश चालित कोर-शैल कणों या पाइप की तरह संरचनाओं के संश्लेषण एक और संभव कण डिजाइन प्रदान करता है, जो फोटो उत्तरदायी micropumps के लिए नेतृत्व करेंगे. सिद्धांत microfluidic प्रक्रियाओं जो हम ऊपर प्रस्तुत नए प्रेरक की एक किस्म की अनुमति चाहिए के संशोधन ।

Disclosures

लेखकों का खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

Acknowledgments

लेखक इस काम (Ze 230/24-1) के वित्तपोषण के लिए जर्मन विज्ञान फाउंडेशन धंयवाद ।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
NanoTight fitting for 1/16'' OD tubings Postnova_IDEX F-333N
NanoTight ferrule for 1/16'' OD tubings Postnova_IDEX F-142N
PEEK Tee for 1/16” OD Tubing Postnova_IDEX P-728 T-junction
Female Fitting for 1/16” OD Tubing Postnova_IDEX P-835 female luer-lock
Male Fitting for 1/8” OD Tubing Postnova_IDEX P-831 male luer-lock
Female Luer Connectors for use with 3/32” ID tubings Postnova_IDEX P-858 for the syrringe's tip
NanoTight FEP tubing sleeve ID: 395 µm OD: 1/16'' Postnova_IDEX F-185
Fused Silica Capillary Tubing ID: 100 µm OD: 165 µm Postnova Z-FSS-100165 glass capillary
Fused Silica Capillary Tubing ID: 280 µm OD: 360 µm Postnova Z-FSS-280360 glass capillary
‘‘Pump 33’’ DDS Harvard Apparatus 70-3333 syringe pump
Precision hot plate Harry Gestigkeit GmbH PZ 28-2
Stereomicroscope stemi 2000-C Carl Zeiss Microscopy GmbH 455106-9010-000
Mercury vapor lamp Oriel LSH302 LOT Intensity: 500 W
Teflon Kapillare, 1/16'' x 0,75mm WICOM WIC 33104 teflon tube
Teflon Kapillare, 1/16'' x 0,50mm WICOM WIC 33102 teflon tube
Teflon Kapillare, 1/16'' x 0,17mm WICOM WIC 33101 teflon tube
Silicion oil 1.000 cSt Sigma Aldrich 378399
Silicion oil 100 cSt Sigma Aldrich 378364
1,6-hexanediol dimethacrylate Sigma Aldrich 246816 Crosslinker
Lucirin TPO Sigma Aldrich 415952 Initiator
Polarized optical microscope BX51 Olympus For analysis
Hotstage TMS 94 Linkam For analysis
Imaging software Cell^D Olympus For analysis

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Ohm, C., Fleischmann, E. K., Kraus, I., Serra, C., Zentel, R. Control of the properties of micrometer-sized actuators from liquid crystalline elastomers prepared in a microfluidic setup. Advanced Functional Materials. 20 (24), 4314-4322 (2010).
  2. Urbanski, M., et al. Liquid crystals in micron-scale droplets, shells and fibers. Journal of Physics: Condensed Matter. 29 (13), 133003 (2017).
  3. Hessberger, T., Braun, L., Zentel, R. Microfluidic synthesis of actuating microparticles from a thiol-ene based main-chain liquid crystalline elastomer. Polymers (Basel). 8 (12), (2016).
  4. Palagi, S., et al. Structured light enables biomimetic swimming and versatile locomotion of photoresponsive soft microrobots. Nature Materials. , (February) 1-8 (2016).
  5. Ohm, C., Brehmer, M., Zentel, R. Liquid crystalline elastomers as actuators and sensors. Advanced Materials. 22, 3366-3387 (2010).
  6. White, T. J., Broer, D. J. Programmable and adaptive mechanics with liquid crystal polymer networks and elastomers. Nature Materials. 14 (11), 1087-1098 (2015).
  7. Liu, D., Broer, D. J. Liquid crystal polymer networks: preparation, properties, and applications of films with patterned molecular alignment. Langmuir. 30 (45), 13499-13509 (2014).
  8. Ube, T., Ikeda, T. Photomobile polymer materials with crosslinked liquid-crystalline structures: molecular design, fabrication, and functions. Angewandte Chemie International Edition in English. 53 (39), 10290-10299 (2014).
  9. Zentel, R., Schmidt, G. F., Meyer, J., Benalia, M. X-ray investigations of linear and cross-linked liquid-crystalline main chain and combined polymers. Liquid Crystals. 2 (5), 651-664 (1987).
  10. Kapitza, H., Zentel, R. Combined liquid-crystalline polymers with chiral phases, 2 Lateral substituents. Macromolecular Chemistry and Physics. 189, 1793 (1988).
  11. Li, M. -H., Keller, P. Artificial muscles based on liquid crystal elastomers. Philosophical Transactions of the Royal Society A. Mathematical, Physical, and Engineering Sciences. 364 (1847), 2763-2777 (2006).
  12. Wiesemann, A., Zentel, R., Pakula, T. Redox-active liquid-crystalline ionomers: 1. Synthesis and rheology. Polymer (Guildford). 33 (24), 5315-5320 (1992).
  13. Pei, Z., Yang, Y., Chen, Q., Terentjev, E. M., Wei, Y., Ji, Y. Mouldable liquid-crystalline elastomer actuators with exchangeable covalent bonds. Nature Materials. 13 (1), 36-41 (2014).
  14. Wang, Z., Tian, H., He, Q., Cai, S. Reprogrammable, reprocessible, and self-healable liquid crystal elastomer with exchangeable disulfide bonds. ACS Applied Materials & Interfaces. 9 (38), 33119-33128 (2017).
  15. Chambers, M., Finkelmann, H., Remškar, M., Sánchez-Ferrer, A., Zalar, B., Žumer, S. Liquid crystal elastomer-nanoparticle systems for actuation. Journal of Materials Chemistry. 19 (11), 1524-1531 (2009).
  16. Braun, L. B., Linder, T., Hessberger, T., Zentel, R. Influence of a crosslinker containing an azo group on the actuation properties of a photoactuating LCE system. Polymers.(Basel). 8 (12), 435 (2016).
  17. Braun, L. B., Hessberger, T., Zentel, R. Microfluidic synthesis of micrometer-sized photoresponsive actuators based on liquid crystalline elastomers. Journal of Materials Chemistry C. 4, 8670-8678 (2016).
  18. Ikeda, T., Mamiya, J. I., Yu, Y. Photomechanics of liquid-crystalline elastomers and other polymers. Angewandte Chemie International Edition. 46, 506-528 (2007).
  19. Zeng, H., Wani, O. M., Wasylczyk, P., Kaczmarek, R., Priimagi, A. Self-regulating iris based on light-actuated liquid crystal elastomer. Advanced Materials. 29 (30), 1-7 (2017).
  20. Küpfer, J., Finkelrnann, H. Nematic liquid single crystal elastomers. Macromolecular Rapid Communications. 12, 717-726 (1991).
  21. Bergmann, G. H. F., Finkelmann, H., Percec, V., Zhao, M. Y. Liquid-crystalline main-chain elastomers. Macromolecular Rapid Communications. 18 (5), 353-360 (1997).
  22. Li, M. H., Keller, P., Yang, J., Albouy, P. A. An artificial muscle with lamellar structure based on a nematic triblock copolymer. Advanced Materials. 16 (21), 1922-1925 (2004).
  23. Brehmer, M., Zentel, R., Wagenblast, G., Siemensmeyer, K. Ferroelectric liquid-crystalline elastomers. Macromolecular Chemistry and Physics. 195 (6), 1891-1904 (1994).
  24. Beyer, P., Terentjev, E. M., Zentel, R. Monodomain liquid crystal main chain elastomers by photocrosslinking. Macromolecular Rapid Communications. 28 (14), 1485-1490 (2007).
  25. Ditter, D., et al. MEMS analogous micro-patterning of thermotropic nematic liquid crystalline elastomer films using a fluorinated photoresist and a hard mask process. Journal of Materials Chemistry C. 5, 12635-12644 (2017).
  26. Lopez-Valdeolivas, M., Liu, D., Broer, D. J., Sánchez-Somolinos, C. 4D printed actuators with soft-robotic functions. Macromolecular Rapid Communications. 1700710, 3-9 (2017).
  27. Ohm, C., Kapernaum, N., Nonnenmacher, D., Giesselmann, F., Serra, C., Zentel, R. Microfluidic synthesis of highly shape-anisotropic particles from liquid crystalline elastomers with defined director field configurations. Journal of the American Chemical Society. 133 (14), 5305-5311 (2011).
  28. Ohm, C., et al. Preparation of actuating fibres of oriented main-chain liquid crystalline elastomers by a wetspinning process. Soft Matter. 7, 3730 (2011).
  29. Hessberger, T., et al. Co-flow microfluidic synthesis of liquid crystalline actuating Janus particles. Journal of Materials Chemistry C. 4, 8778-8786 (2016).
  30. Fleischmann, E. -K., Liang, H. -L., Kapernaum, N., Giesselmann, F., Lagerwall, J., Zentel, R. One-piece micropumps from liquid crystalline core-shell particles. Nature Communications. 3, 1178 (2012).
  31. Khan, I. U., et al. Microfluidic conceived drug loaded Janus particles in side-by-side capillaries device. International Journal of Pharmaceutics. 473 (1-2), 239-249 (2014).
  32. Vennes, M., Martin, S., Gisler, T., Zentel, R. Anisotropic particles from LC polymers for optical manipulation. Macromolecules. 39 (24), 8326-8333 (2006).
  33. Serra, C. a, et al. Engineering polymer microparticles by droplet microfluidics. Journal of Flow Chemistry. 3 (3), 66-75 (2013).
  34. Seo, M., Nie, Z., Xu, S., Lewis, P. C., Kumacheva, E. Microfluidics: from dynamic lattices to periodic arrays of polymer disks. Langmuir. 21 (11), 4773-4775 (2005).
  35. Kim, K., Pack, D. Microspheres for drug delivery. BioMEMS and Biomedical Nanotechnology. 2, 19-50 (2006).
  36. Kim, J. -W., et al. Titanium dioxide/poly(methyl methacrylate) composite microspheres prepared by in situ suspension polymerization and their ability to protect against UV rays. Colloid and Polymer Science. 280 (6), 584-588 (2002).
  37. Serra, C., Berton, N., Bouquey, M., Prat, L., Hadziioannou, G. A predictive approach of the influence of the operating parameters on the size of polymer particles synthesized in a simplified microfluidic system. Langmuir. 23 (14), 7745-7750 (2007).
  38. Chang, Z., Serra, C. a, Bouquey, M., Prat, L., Hadziioannou, G. Co-axial capillaries microfluidic device for synthesizing size- and morphology-controlled polymer core-polymer shell particles. Lab on a Chip. 9, 3007-3011 (2009).
  39. Braun, L. B., Hessberger, T., Serra, C. A., Zentel, R. UV-free microfluidic particle fabrication at low temperature using ARGET-ATRP as the initiator system. Macromolecular Reaction Engineering. 10 (6), 611-617 (2016).
  40. Thomsen, D. L., et al. Liquid crystal elastomers with mechanical properties of a muscle. Macromolecules. 34, 5868-5875 (2001).
  41. Ohm, C., Serra, C., Zentel, R. A continuous flow synthesis of micrometer-sized actuators from liquid crystalline elastomers. Advanced Materials. 21 (47), 4859-4862 (2009).

Tags

रसायन विज्ञान अंक १३५ Microfluidic कण जानुस् कण कोर-शैल कण microsphere प्रेरक कृत्रिम मांसपेशी तरल क्रिस्टलीय elastomer उत्तेजनाओं-उत्तरदायी photopolymerization सतत-प्रवाह संश्लेषण
तरल क्रिस्टलीय Elastomer के Microfluidic तैयारी
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Hessberger, T., Braun, L. B., Serra, … More

Hessberger, T., Braun, L. B., Serra, C. A., Zentel, R. Microfluidic Preparation of Liquid Crystalline Elastomer Actuators. J. Vis. Exp. (135), e57715, doi:10.3791/57715 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter