إعداد Monodomain الكريستال السائل اللدائن والكريستال السائل المرنة Nanocomposites

الهدف العام من هذا الإجراء هو إعداد اللدائن البلورية السائلة ومركبات النانو المحاذاة والمستجيبة للشكل. لذا فإن اللدائن البلورية السائلة هي مواد مستجيبة للمحفزات تغير شكلها استجابة للمنبهات في البيئة. ويمكن استخدامها في مجموعة متنوعة من التطبيقات ، مثل هندسة الأنسجة ، حيث نعلم أن الخلايا تستجيب للضغوط والإجهاد في البيئة.

في هذا الإجراء الذي سنوضحه، نعتمد على مواد منخفضة التكلفة. الطريقة التي نعرضها موثوقة ويمكن تنفيذها في أي مختبر دون الحاجة إلى معدات باهظة الثمن أو متخصصة. يمكن تطبيق هذه المواد على تطوير صفائح خلايا القلب ، حيث نعلم أن الضغوط والإجهاد يمكن أن تؤثر على تمايز خلايا عضلة القلب ونضجها ووظيفتها.

العرض المرئي لهذا الإجراء أمرا مهما لأن العملية قد يكون من الصعب تعلمها والعينات حساسة بشكل خاص عندما نقوم بتعليقها وتحميلها وربطها. لذلك ، سيعرض الإجراء هوجين كيم وبوهان تشو وهويينغ تشن ، طلاب من مختبرنا ومختبر جيف جايكوت. ابدأ بدمج 166.23 ملليغرام من الميزوجين التفاعلي و 40 ملليغرام من السيلوكسان و 12.8 ملليغرام من الرابط المتقاطع مع 0.6 ملليلتر من التولوين اللامائي في قارورة صغيرة مشحونة بقضيب التحليق.

قلب المحلول على حرارة 35 درجة مئوية لمدة 25 دقيقة حتى تذوب الكواشف تماما. في قارورة منفصلة ، قم بإعداد محلول بوزن واحد بالمائة من محفز البلاتين في ثنائي كلورو ميثان. ثم أضف 30 ميكرولترا من محلول المحفز إلى المحلول المعد مسبقا وحرك الخليط بشريط التقليب.

بعد ذلك ، صب المحلول في قالب بولي تترافلورو إيثيلين مستطيل الصنع. غطي القالب بشكل غير محكم بشريحة زجاجية وضعيه في فرن على حرارة 60 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة. رج القالب بشكل دوري لإزالة الفقاعات خلال أول 15 دقيقة.

أخرج القالب من الفرن وقم بتبريده بسرعة بالنيتروجين السائل عن طريق صب النيتروجين السائل في وعاء صغير والاتصال بقاع قالب PTFE بالنيتروجين السائل لمدة 2 ثانية. بمجرد أن يبرد الخليط ، ضع ورقة PTFE واستخدم ملعقة معدنية لإزالة المطاط الصناعي بعناية من القالب ووضعه فوق الورقة. بعد ذلك ، استخدم شفرة حلاقة لتقليم حواف المطاط الصناعي البلوري السائل وتقطيعه بطوله إلى ثلاث قطع متساوية الحجم.

كل قطعة على قضيب أفقي وأمسك المطاط الصناعي في مكانه باستخدام شريط لاصق. أضف مشبك ورق واحدا في كل مرة إلى نهاية اللدائن بزيادات قدرها 10 دقائق. اسمح لهم بالتعليق لمدة سبعة أيام في درجة حرارة الغرفة ولاحظ أي تغييرات في الطول أو التوحيد.

تخلص من أي عينة تتمزق أو تنكسر. لتحضير مركب نانوي من المطاط الصناعي البلوري السائل المستجيب للكهرباء ، أضف 4.38 ملليغرام من الجسيمات النانوية السوداء الكربونية إلى محلول التفاعل الذي يحتوي على الميزوجين التفاعلي والرابط المتقاطع والسيلوكسان. أثناء خطوة التعليق من التصنيع، استخدم ما مجموعه خمسة مشابك ورق بدلا من 10 لتحميل العينة.

أضف جزيئات نانوية إضافية من أسود الكربون إلى سطح المطاط الصناعي البلوري السائل. قم بإعداد محلول وزن 1٪ لكل حجم من الجسيمات النانوية السوداء الكربونية في التولوين. قم بتقطيع المحلول لمدة 20 دقيقة لتفريق جزيئات الكربون النانوية ثم صب التشتت في طبق بتري.

ثم اغمر اللدائن البلورية السائلة في تشتت الجسيمات النانوية لمدة ست ساعات. بمجرد إزالتها من المحلول ، استخدم الماصة لسحب المحلول الزائد من طبق بتري واترك المطاط الصناعي يجف في الهواء. نظف جزيئات الكربون الزائدة برفق على السطح باستخدام شريط لاصق أو قطعة قطن.

لتحضير اللدائن البلورية السائلة القائمة على الإيبوكسي القابلة للانعكاس ، امزج 246.15 ملليغرام من أربعة ثنائي الجليسيديل ديلوكسي ثنائي الفينيل ، و 101 ملليغرام من حمض السيباسيك ، و 71.6 ملليغرام من حمض سداسي الكانيديويك و 76 ملليغرام من الكربوكسي ديسيل المنتهي PDMS في قالب PTFE المستطيل. سخني العينات عن طريق وضعها على لوح تسخين عند 180 درجة مئوية. ثم أضف 11.48 ملليغرام من المحفز واستخدم ملاقط معدنية مسخنة مسبقا إلى 180 درجة مئوية لتقليب الخليط.

استمر في تقليب الخليط بشكل دوري لإزالة الفقاعات الناتجة عن التفاعل. استمر في تفاعل الخليط لمدة 20 دقيقة تقريبا. بمجرد التبلور ، قم بإزالة قارب PTFE من لوح التسخين واترك الخليط يبرد إلى درجة حرارة الغرفة.

ثم استخدم شفرة حلاقة لفصل المطاط الصناعي عن قالب PTFE. بعد ذلك ، ضع لوحين من PTFE في مكبس بوليمر على حرارة 180 درجة مئوية. ضع المطاط الصناعي بين صفائح PTFE وضغط العينة بسمك 0.3 إلى 0.5 ملم.

استمر في تسخين المطاط الصناعي عند 180 درجة مئوية لمدة أربع ساعات. بعد أربع ساعات ، قم بإزالة العينة وقم بتبريدها إلى درجة حرارة الغرفة. ثم قم بتقطيع العينة إلى قطع مستطيلة ، طولها 2.5 سم وعرضها 0.5 سم.

العينة في أحد طرفيها باستخدام شريط بوليميد داخل فرن التدفئة. قم بإرفاق 12 مشبك ورق بوزن إجمالي يبلغ 8.88 جرام بالطرف الحر للعينة. ثم اضبط درجة حرارة الفرن على 165 درجة مئوية وقم بتسخين العينات طوال الليل.

أخرج المطاط الصناعي من الفرن ولاحظ التغيير في الطول. بعد ذلك ، قم بتسخين العينة إلى 80 درجة مئوية على لوح تسخين لإزالة الإجهاد المتبقي ، ثم تبرد مرة أخرى إلى درجة حرارة الغرفة. قم بقياس الإجهاد القابل للانعكاس عن طريق وضع العينات على لوح تسخين وتسخين اللوحة مرة أخرى حتى 120 درجة مئوية.

قم بتصوير العينة في درجة حرارة الغرفة بعد التسخين إلى 120 درجة مئوية وبعد التبريد مرة أخرى إلى درجة حرارة الغرفة. استخدم الصور لقياس طول العينة في كل خطوة. للقياسات الميكانيكية الحرارية ، استخدم شفرة حلاقة لقطع العينات يدويا بأبعاد سنتيمترين × 0.3 سم وربطها بعناية ، واحدة تلو الأخرى ، بين مشابك التوتر.

استخدم قوة قدرها مللي نيوتن على العينة لإزالة أي ركود أولا. بعد ذلك ، قم بموازنة العينات حراريا عند 30 درجة مئوية ، متبوعة بدورات التسخين والتبريد. تسخين العينة عند خمس درجات مئوية في الدقيقة من 30 درجة مئوية إلى 120 درجة مئوية.

سجل التغييرات في طول وعرض العينة أثناء تغير درجة الحرارة. عالج سطحا واحدا من المركبات النانوية المطاطية البلورية السائلة تحت بلازما الأكسجين لمدة 30 ثانية. بعد ذلك ، قم بتدوير 300 ميكرولتر من وزن 1٪ لكل محلول حجمي من البوليسترين في التولوين عند 3 ، 300 دورة في الدقيقة لمدة دقيقة واحدة فوق سطح تنظيف البلازما.

جفف المطاط الصناعي تحت الفراغ لمدة 12 ساعة لإزالة التولوين. ثم عالج السطح المطلي بالبوليسترين للمركب النانوي LCE باستخدام بلازما الأكسجين لمدة 30 ثانية. تعقيم المركبات النانوية المطاطية المعالجة بالبلازما في 70٪ إيثانول لمدة 30 دقيقة.

ثم اغسلها بمحلول ملحي مخزن بالفوسفات. انقل المركبات النانوية المطاطية المغسولة إلى طبق بتري جاف مع جانب مطلي بالبوليسترين متجها لأعلى. بعد ذلك ، أضف خمسة ملليلتر من محلول الكولاجين من النوع الأول إلى الطبق وقم بتغطية سطح العينات بالكامل عن طريق غمرها في محلول الكولاجين.

ثم قم بتغطية العينات واحتضانها عند 37 درجة مئوية و 5٪ ثاني أكسيد الكربون لمدة 30 دقيقة على الأقل. صفيحة معزولة الخلايا العضلية القلبية البطينية للفئران حديثي الولادة فوق الركائز بكثافة 100 ، 000 إلى 600 ، 000 خلية لكل سنتيمتر مربع. استزراع الخلايا كما هو موضح في بروتوكول النص المصاحب.

بمجرد أن تلتصق الخلايا بإحكام ، انقل المركبات النانوية المطاطية السائلة المصنفة إلى وعاء مطبوع ثلاثي الأبعاد مخصص. بعد ذلك ، أدخل قطعة بلاستيكية مستطيلة من خلال الشقوق الموجودة في الوعاء ثلاثي الأبعاد لتثبيت المطاط الصناعي البلوري السائل في مكانه عند أحد الطرفين أو كليهما. ضع العينة عبر قضبان الكربون وثبتها على أحد طرفيها لضمان اتصال كهربائي جيد.

تأكد من أن الوعاء مملوء بوسائط صيانة زراعة الخلايا ومجهز بقضبان كربون موصلة متوازية متصلة بمصدر كهربائي. تحفيز اللدائن الكريستالية السائلة كهربائيا مع إمكانات كهربائية 40 فولت مكيف الهواء ، والتي لها خمس ثوان في وقت إيقاف التشغيل لمدة 24 ساعة. تنقبض اللدائن البلورية السائلة وتتأطيل بشكل عكسي عند تسخينها من درجة حرارة الغرفة إلى أعلى من درجة حرارة الانتقال النيماتيكية إلى الخواصية ، حوالي 80 درجة مئوية.

يوفر التحليل الميكانيكي الديناميكي مقياسا كميا لتغير شكل المطاط الصناعي البلوري السائل كدالة لدرجة الحرارة. تم تسخين العينة الموصوفة بالرسم البياني الموضح هنا وتبريدها من خلال أربع دورات. بمجرد تسخينها ، تعرض العينات حوالي 35٪ تقصيرا في الاتجاه الذي تم تعليقه أثناء التصنيع.

تتوسع العينة أيضا من 25 إلى 30٪ في الاتجاه العمودي. تتعاقد المركبات النانوية المطاطية البلورية السائلة على تطبيق جهد كهربائي. عند تعرضها ل 40 فولت مكيف الهواء ، تقصر المركبات النانوية المطاطية السائلة البلورية السائلة حوالي 22 1/2٪ في الاتجاه الذي تم تعليقها فيه أثناء التصنيع.

هنا ، تعرضت العينات لدورة إيقاف التشغيل كل 15 ثانية. لذلك بمجرد إتقان الإجراء ، يمكن إكماله في غضون ساعتين وسيكتمل التوليف بأكمله بعد أسبوع واحد بعد تعليق العينة. أثناء محاولة هذا الإجراء ، من المهم أن تتذكر تعليق LC بالكمية الصحيحة من الوزن.

خلاف ذلك ، لا يجوز لك محاذاة العينة بشكل صحيح أو كسرها أثناء التصنيع. باتباع هذا الإجراء ، يمكنك إضافة أنواع أخرى من الإضافات إلى LCE مثل الأنابيب النانوية الكربونية لفهم استجابة المحفزات التي قد تكون لديها. نأمل أن يمهد هذا البحث الطريق لعلماء الأحياء والمهندسين الحيويين لتشكيل ركائز سريعة الاستجابة للتحقيق في تأثير الإجهاد والإجهاد على نمو الخلايا ومحاذاة الخلايا وسلوك الخلية.

لذلك بعد مشاهدة هذا الفيديو ، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية صنع اللدائن البلورية السائلة المستجيبة والمتجاوبة ومركبات النانو المطاطية الكريستالية السائلة.