Name: 拉伸和疏水图案长聚二甲基硅氧烷硅丝丝 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-01-07T14:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 56 s
Description: 学习利用重力拉伸和管式炉加热技术制备聚二甲基硅氧烷长丝的方法，并通过电晕放电实现表面疏水图案化。该技术可应用于编织、增材制造及折叠体模型研究。

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作者衷心感谢 W. Cook、S. J. S. Rubin、J. Zehner、C. Barraugh、C. Fukushima、M. Mulligan、M. Keckley 和 A. Bosshardt 提供的宝贵见解与协助，以及来自 Rose Hills 基金会和 Johnson 暑期学生研究资助项目的经费支持。&#160; 作者同时感谢化学高级实验课程（2017 年秋季）的学生们在利用黏度变化监测硅氧烷聚合反应方面的前期工作。

1. PDMS 纤维
<ol>
	<li>炉膛与挤出组件
	<ol>
		<li>将内径为1.59 mm的耐高温硅胶管连接至通过计量阀的压缩空气供应系统（参见 图1）。将管子的另一端连接至一个挤出适配器，该适配器由包裹在一个半径为1.08 mm开口外的套管组成，可使气流沿丝材周围稳定向下流动（例如， 一个定制加工的黄铜套管，气流速约为1.4 L/min；参见 补充图1 （详见规格说明）。 
		注意：最好在通风较少的环境中制备纤维，并在附近配备灭火器。</li>
		<li>覆盖在圆柱形陶瓷管式炉下方的表面例如，内径17 mm，长度107.7 mm）并用铝箔包裹，以收集多余的PDMS。</li>
		<li>将挤出适配器安装在垂直管式炉上方，使开口对准炉膛中心，并调平炉体，以确保丝材顺利通过。</li>
		<li>将挤出机连接到挤出适配器 通过 高温硅橡胶半透明管</li>
		<li>使用可变变压器调节温度，将炉子加热至内温达到约 250 °C（用红外测温仪测量）。</li>
		<li>将炉子从挤出适配器下方移开，以防止挤出适配器在纤维制备前被加热。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>部分预固化 PDMS
	<ol>
		<li>将一次性样品管在带温度控制的黏度计中预热至 65.0 °C。选用合适的黏度计和转子，使其能够测量 200–10000 mPa·s 范围内的黏度。</li>
		<li>将18.0 g PDMS基质与1.8 g固化剂在称量皿中充分混合，随后将混合物置于室温（RT）真空干燥器中抽真空15分钟，或直至无气泡残留。定期释放干燥器内的真空，以消除靠近表面的气泡。 
		注意：以下时间假设使用本文指定的PDMS基料和固化剂 材料表.</li>
		<li>将17.7 g该混合物倒入台面上预热的样品管中（部分会因粘附于称量舟而损失）。将样品管重新插入粘度计中。</li>
		<li>以每分钟1次的频率进行黏度测量，同时保持黏度计缓慢旋转（5 rpm）。</li>
		<li>当黏度达到 4000 mPa·s 时，用镊子取出样品管，并立即倒入室温下的挤出机中。在停止加热后约 4.5 分钟开始、持续约 4 分钟的时间窗口内进行纤维制备。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>挤出PDMS形成纤维
	<ol>
		<li>在延迟时间内，使用红外测温仪确保炉温为 250 °C。</li>
		<li>从粘度计上取下样品管约4分钟后，戴上耐热手套，将炉体移回挤出适配器下方，并使挤出适配器的内针与管式炉对齐。</li>
		<li>定期旋转挤出机上的螺丝，使PDMS持续均匀地通过炉膛滴下。 
		注意：如果形成液滴而非纤维，请等待30秒以继续进行室温固化，然后重试。持续旋转会导致PDMS过快通过炉膛。通常，可通过关闭炉子并使用非导电棒清除炉内积聚的PDMS来处理轻微的火焰闪燃现象。 
		警告：若聚二甲基硅氧烷（PDMS）滴落到炉壁或炉顶，可能引发闪燃。</li>
		<li>当PDMS流开始变细时，将挤出机再旋转半圈。使用给定的挤出机，每次试验大约旋转16圈。</li>
		<li>每次扭转后，将纤维丝收集到炉子下方的木棒上，并将其平铺在木架上，继续固化约12小时。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. 使用计算机控制的电晕放电对PDMS纤维表面进行图案化
<ol>
	<li>Arduino控制的丝材定位与电晕放电控制系统：根据接线图组装开源Arduino微处理器控制的步进电机，该电机用于在电晕放电装置下方牵引丝材 补充材料将补充材料中的自定义 Arduino 代码软件上传至系统。</li>
	<li>利用该设备对纤维表面进行图案化处理
	<ol>
		<li>将所需的图案输入代码中的“Pattern”数组，并上传至 Arduino 通过 USB</li>
		<li>用1%十二烷基硫酸钠清洗固化后的丝材，再用大量纯水冲洗。用空气干燥丝材。</li>
		<li>将细丝置于带有切口的电绝缘板上（例如，激光切割亚克力，参见 补充图3A）以使纤维悬浮在空气中。使用双面胶带将纤维的两端固定在平板上。</li>
		<li>将载玻片置于通风的电晕放电箱内，夹在亚克力导轨之间，并确保其水平。在亚克力下方放置一块固定的金属板，使灯丝与金属板边缘对齐。</li>
		<li>放置电晕放电电极（例如， 弹簧电极尖端）置于灯丝上方约3毫米处，并将电晕放电器插入由Arduino控制的电源插座。</li>
		<li>将一根非导电线连接到亚克力板的圆形切口上。将线的另一端粘附到由 Arduino 控制的步进电机上（参见 补充图3BC).</li>
		<li>按下 Arduino 电路中的按钮，以开始使用已编程代码进行图案化。电晕放电由输出电压为 10–40 kV、频率为 4.5 MHz 的低电流电场产生，可改变 PDMS 表面性质，使其变为亲水性。 
		警告：虽然电流较低，但该设备在空气中会产生臭氧和紫外线辐射。建议在通风橱内操作，并置于带通风的丙烯酸防护罩后方使用。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol><li>Bossi, M. L., Daraio, M. E., Aramendı́a, P. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Luminescence+quenching+of+Ru+%28II%29+complexes+in+polydimethylsiloxane+sensors+for+oxygen%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Photochemistry+and+Photobiology+A%3A+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Luminescence quenching of Ru (II) complexes in polydimethylsiloxane sensors for oxygen.</a> Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry. 120 (1), 15-21 (1999).</li>
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</ol>

作者无任何利益冲突需要披露。

该方法的基础是调控固化 PDMS 的材料特性，使其适合进行重力牵引。通过重力将液滴拉伸成稳定细丝的过程由三个无量纲参数决定16。这些参数分别反映了液滴的惯性相对于重力（弗劳德数）、表面张力（韦伯数）和黏度（雷诺数）的关系。在本方法中，将 PDMS 交联至实验上可观察到稳定延伸的关键步骤，最显著地改变了其雷诺数，使其降低超过一个数量级，从 0.83 减小至 0.07。相比之下，其他无量纲参数中变化最大的是韦伯数，也仅增加了一倍。这表明黏度可作为追踪 PDMS 可纺性的灵敏指标。
相较于我们早期的纤维制备方法，一项关键改进在于利用该实验过程中黏度变化的特征来确定实际可操作的时间窗口。为了确定该技术的局限性，我们按照方案预先对一批 PDMS 进行部分固化，随后将其从加热环境中移除，并在室温下持续监测其在继续交联过程中的黏度变化。所得的黏度变化曲线（图4）表明，若在 PDMS 进入可纺性窗口之前将其从 65 °C 的加热黏度计中移出，其可纺时间窗口将显著延长。本方案要求在 PDMS 进入可纺性窗口前将其移出热源，随后让样品在冷却至室温的过程中继续交联约 4.5 分钟。此后，实验人员约有 4 分钟的时间可对其进行牵拉，超过此时间后，由于持续的交联反应，PDMS 将不再具备可牵拉性。
该方法可轻松制备出直径在数百微米量级的纤维 &#181;直径为数百微米，长度可达0.5 m。纤维长度受限于挤出装置与管式炉下方可用空间。对该技术的一个合理改进是将其安装于更长的烟囱中，以制备更长的纤维。另一个尚未探索的改进方案是采用机械牵伸纤维，而非依赖重力下落，这可能获得更细的纤维。
对纤维进行疏水性图案化的一个关键步骤是在环境条件下暴露于电晕放电。这一过程引入了一定的不确定性，因为放电的形态和强度会受到环境条件及局部导电性的影响。可通过在纤维下方放置接地导体以及调节电晕装置的电压（10–40 kV）来优化放电效果。电晕表面改性的机制可能是通过电子能量转移导致PDMS侧链及主链断裂。为打破这些化学键，所需电子能量低于产生介质阻挡放电所需的平均能量。17因此，能够包覆纤维的可观测放电很可能产生表面改性，且易于进行验证测试。 通过 水滴接触角测量
该方法可相对简便地制备聚二甲基硅氧烷（PDMS）硅胶纤维，并实现后续复杂的疏水性图案化。初步目标是构建一种模型折叠分子体系，其中可设计疏水图案以产生可观察的纤维折叠路径及折叠结构。该测试平台可能为折叠路径的工程化设计提供普适性设计原则。这些纤维还可作为疏水性或化学反应性织物的组成部分，具有潜在的材料应用价值。 通过 溶剂溶胀，或在透气性PDMS中悬浮的反应性化合物的使用。

聚二甲基硅氧烷（PDMS）硅胶是一种广泛应用的材料，在制造和科研领域具有多种用途。它具有耐热、耐水、电绝缘、疏水、透气、食品级安全、生物相容性好以及柔韧性优异且泊松比接近理想值的特点。此外，PDMS 可在固化前或固化后轻松作为多种功能分子的载体1,2。其表面可通过紫外臭氧（UVO）、氧气等离子体或电晕放电处理，快速改变其疏水性，并实现短期自粘附3,4,5。尤其在微流控领域，PDMS 已得到广泛应用6。
PDMS纤维在制备高比表面积的硅胶织物和硅胶纤维传感器方面具有重要应用价值7，以及基于硅胶的增材制造材料（3D打印）。在我们的实验室中，我们使用疏水性图案化的PDMS纤维作为研究折叠行为的平台。研究团队在水相环境中研究该纤维的构象统计特性 通过 一种先前报道过的非热声激发与成像系统8.
从PDMS制备高长径比的纤维 通过 传统成型铸造具有挑战性。丝状结构的表面积与体积比较大，这使得其从模具中脱模变得复杂。9研究人员已成功利用载体聚合物包覆PDMS，实现连续电纺成纳米级纤维10,11,12，尽管所得到的纤维并非纯PDMS。
主要的制造方法是通过孔洞从储液池中拉出粘性液体，以生产由其他材料制成的宏观纤维。通常，这种粘性液体为热塑性塑料或玻璃，在高温下于储液池中呈流动态，当其通过烟囱状结构被拉出时冷却，形成（通常为非晶态）固态纤维。该过程有时称为熔融纺丝，但不适用于聚二甲基硅氧烷（PDMS），因为PDMS在熔融状态下不具备长程流动性。已有研究表明，硅氧烷与α-甲基苯乙烯的嵌段共聚物能够用于制备纤维 通过 熔融纺丝，但同样，所得的纤维并非纯PDMS13.
我们在此概述的方法类似于熔融纺丝，只是储液池与导管的相对温度发生了互换。聚二甲基硅氧烷（PDMS）在室温下的储液池中呈液态，因其尚未完成交联。随着硅油与固化剂发生交联反应，PDMS的黏度随之变化，该过程可通过加热加速。在将PDMS放入储液池之前，我们先将其加热至达到适合形成长重力滴落的黏度，随后在滴落之后完成固化。 通过 烟囱中的热管炉。该方法在某种程度上类似于“干法纺丝”，即聚合物溶解在挥发性溶剂中，在牵伸过程中溶剂蒸发。
据我们所知，目前唯一报道的制备纯PDMS长丝的方法是我们在先前发表的研究中所述的方法8 该方法在原始方法的基础上实现了显著改进，旨在尽量减少操作过程中的经验性因素。尤其值得注意的是，通过在预固化阶段测量黏度并精确控制冷却时间，我们能够确定一个实验上可实现的纤维可纺性窗口。此外，我们还引入了一种在纤维表面实现可重复、局部化改性的方法。 通过 一种由Arduino控制的电晕图案化系统，可实现沿纤维的纵向疏水性图案化。

<table><tbody><tr><td>双组分PDMS硅胶</td><td>Dow Corning Sylgard 184</td><td>4019862</td><td></td></tr><tr><td>Thermosel</td><td>Brookfield</td><td>HT-110 115, HT-115A DP</td><td></td></tr><tr><td>黏度计</td><td>Brookfield</td><td>RVT115</td><td></td></tr><tr><td>一次性样品室</td><td>Brookfield</td><td>HT-2DB-100</td><td></td></tr><tr><td>一次性转子</td><td>Brookfield</td><td>SC4-27D-100, SC4-DSY</td><td></td></tr><tr><td>挤出机</td><td>Makin's</td><td>35055</td><td></td></tr><tr><td>耐高温硅胶管</td><td>McMaster-Carr</td><td>51135K16</td><td></td></tr><tr><td>圆柱形管式加热器（陶瓷）</td><td></td><td></td><td>我们使用的是定制型号：内径17.0 mm，外径38.7 mm，长度107.7 mm，电阻150 Ohm。可选厂商包括Watlow和Omega。关键设计考虑：较小的内径需要更精确的炉丝对准；较长的管体也可满足需求。</td></tr><tr><td>加热器用可变变压器</td><td>Variac</td><td>3PN1010</td><td></td></tr><tr><td>计量阀</td><td>Swagelok</td><td>SS-2MA1</td><td></td></tr><tr><td>电晕放电装置</td><td>Electro-Technic</td><td>BD20A</td><td></td></tr><tr><td>Arduino套件</td><td>Elegoo</td><td>EL-KIT-003</td><td></td></tr><tr><td>尼龙钓鱼线</td><td>EoongSng</td><td>B075DYVC3F</td><td></td></tr><tr><td>意大利面干燥架</td><td>Norpro</td><td>B00004UE7U</td><td></td></tr><tr><td>红外测温仪</td><td>Nubee</td><td>81175535214</td><td></td></tr><tr><td>平板扫描仪</td><td>Canon</td><td>CanoScan 9000F MKII</td><td></td></tr></tbody></table>

拉制与疏水性图案化长聚二甲基硅氧烷硅胶细丝

Drawing and Hydrophobicity-patterning Long Polydimethylsiloxane Silicone Filaments

聚二甲基硅氧烷（PDMS）硅橡胶是一种用途广泛的聚合物，但难以直接制成细长的纤维。传统的纺丝方法无法适用，因为PDMS在熔融状态下不具备长程流动性。我们提出一种改进的方法，通过在PDMS从流体交联转变为弹性体的过程中实施分步控温的温度梯度，实现纤维的制备。通过监测其在温热状态下的黏度，我们估算出一个时间窗口，在此期间其材料特性适合被拉制成细长纤维。纤维随后通过高温管式炉，使其充分固化后收集。所得纤维直径约为数百微米，长度可达数十厘米，甚至可制备更长更细的纤维。这些纤维保留了块体PDMS的多种材料特性，包括可切换的疏水性。我们采用自动化的电晕放电图案化方法展示了这一特性。这种可图案化的PDMS硅橡胶纤维在硅橡胶编织物、透气型传感器组件以及微尺度折叠分子模型等方面具有应用前景。

该方法（图1）成功制备出直径约为 200 µm、长度在 10 cm 量级且可变的纤维（图2）。通过提高拉丝装置的高度可制备更长的纤维，每次实验所得纤维的平均直径可在 50–300 µm 范围内调节。所获纤维具有良好的柔韧性和机械强度，其弹性模量与块体 PDMS8 相当。在本实验方案中，PDMS 预固化后至拉丝操作之间的可操作时间足够长，便于材料的转移（图3）。
疏水性图案化 通过 电晕放电可以被验证 通过 液滴接触角。由于丝状物呈圆柱形，接触角分析较为复杂；液滴可形成对称的桶形或不对称的壳形14. 对于我们的纤维，使用 1 µL 水滴，这两种形状分别对应经电晕处理的亲水性表面和未经处理的疏水性PDMS（图4).
<img alt="聚合物挤出过程，PDMS 在 65°C 预固化，黏度计，250°C 炉膛装置，示意图。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58826/58826fig1.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="图 1"> 
图 1：纤维制备方法示意图。脱气后的交联 PDMS 在 65 °C 加热，直至其黏度达到 4000 mPa·s。随后将其冷却并转移至挤出机，由挤出机将材料推过带有向下气流包覆的开口，再通过管式炉，最终收集为纤维。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58826/58826fig1large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<img alt="以微米为单位的片段宽度分布直方图；包含标尺以提供比例参考。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58826/58826fig2.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Figure 2"> 
图2：基于本方法演示所得的丝状体宽度直方图。数据来自6根总长度约为80 cm的丝状体，按每厘米长度测量宽度。丝状体通过平板扫描仪扫描，并由定制的Octave脚本进行分析15。插图：一段延伸的丝状体与标尺并列的代表性图像。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58826/58826fig2large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<img alt="黏度随时间变化的曲线图，显示加热阶段和冷却对流体黏度分析的影响。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58826/58826fig3.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="图3"> 
图3：PDMS黏度 随时间变化。 抽真空后的PDMS基础剂与固化剂在不同温度条件下随时间变化的黏度测量结果（转速为5 RPM）。连续加热（灰色菱形）在65 °C下进行，显示黏度迅速上升。黑色数据点表示在65 °C下加热至黏度达到4000 mPa·s（按上述方法）前的测量值。红色数据点表示同一样品冷却至25 °C后的黏度。数据中的间隙表示使用冰水冷却流变仪至25 °C期间的时段。青色窗口表示按上述方法进行纤维丝生产的时段。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58826/58826fig3large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的高清版本。</a>
<img alt="张力下纤维上的液滴接触角；包含角度测量和显微图像分析。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58826/58826fig4.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="图 4"> 
图 4：疏水性图案化的纤维丝。（A）采用上述由 Arduino 控制的电晕处理法，在纤维丝上每 2 cm 形成交替的疏水性图案，并通过 1 µL 水滴进行可视化观察。（B）液滴根据纤维局部的疏水性呈现壳状（左）或桶状（右）构型14。壳状液滴的接触角可直接估算，而桶状液滴的等效平面接触角则通过拟合解析解确定8。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58826/58826fig4large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的放大版本。</a>
<img alt="详细说明实验装置分析中黄铜套管和针头尺寸与结构的示意图。" src="/files/ftp_upload/58826/58826figS1.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Supplemental Figure 1"> 
补充图1：带气流套管的挤出适配器尺寸。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58826/58826figS1large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<img alt="用于电机控制的 Arduino 控制步进电机电路图，包含电源设置。" src="/files/ftp_upload/58826/58826figS2.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="补充图2"> 
补充图2：Corona 图案发生器的接线图。电晕放电装置连接至继电器控制的电源。灯丝安装在一个托盘上，该托盘通过转轴以非导电导线与步进电机相连（补充图3）。图案文件上传至左下角的 Arduino 微处理器。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58826/58826figS2large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<img alt="静力平衡示意图；包含测量数据、符号 D；力学分析图示。" src="/files/ftp_upload/58826/58826figS3.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="补充图3"> 
补充图3：丝状图案制备装置的部件示意图 （A）带有开口的托盘，用于悬挂丝状物。（B）用于连接步进电机与托盘的非导电导线的轴 通过 0.8 cm 的孔。（C）纺锤体的底面视图，显示与步进电机轴连接的适配器。所有部件均采用激光切割的 3.2 mm 亚克力材料制成，必要时用胶水粘合。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58826/58826figS3large.jpg" target="_blank">请点击此处以查看此图的放大版本。</a>
<img alt="使用Arduino电路的激光钻孔装置；光子材料加工实验。" src="/files/ftp_upload/58826/58826figS4.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="补充图4"> 
补充图4：丝状结构制备装置的图像。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58826/58826figS4large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>

在此，我们介绍一种通过炉内重力牵引法制备聚二甲基硅氧烷（PDMS）硅胶长丝的方案。该长丝直径约为数百微米，长度可达数十厘米，并具有疏水性图案化特性。 通过 一种由Arduino控制的电晕放电系统。

聚二甲基硅氧烷（PDMS）硅橡胶是一种多功能聚合物，难以直接制成细长纤维。传统纺丝方法失败的原因在于……

聚二甲基硅氧烷是一种多功能材料，但迄今为止一直无法将其制成细长的纤维。尽管硅胶纤维在编织或增材制造中可能具有应用价值，但我们尤其关注其作为可折叠分子模型的应用。通过将正在固化的硅胶拉过管式炉，可实现纤维的规模化生产。我们还展示了一种使用计算机控制的电晕放电器来修饰硅胶细丝表面的方法。该步骤中的时间控制至关重要，因为聚合物在持续固化。请在附近放置计时器，并提前做好下一步的准备。如果没有直观的演示，制作纤维的过程将难以准确重现。该过程包含多个对时间敏感的步骤，需要您根据不断变化的条件进行调整。首先，将内径为1/8英寸的耐高温硅胶管通过一个计量阀连接至压缩空气。将管路的另一端连接至一个带有直径为2.15毫米孔径的黄铜挤出接头。然后，将圆柱形陶瓷管式炉垂直固定在通风橱内，距通风橱底部约两英尺高处。在炉体下方铺上铝箔，以收集挤出过程中多余的PDMS。将挤出适配器安装在管式炉上方，使开口对准炉膛中心。确保管式炉无倾斜，以免挤出的丝材接触炉体。接下来，将带有圆形切口的模具连接至挤出机，并使用扎带将耐高温硅胶管连接到挤出机喷嘴上。将管子的另一端连接到挤出适配器上。将红外测温仪对准炉体，然后加热炉体，直至内部温度达到约250摄氏度。随后，将炉体从挤出适配器下方移开，以防止在开始丝材制备前适配器过热。接下来，将一次性样品管放入黏度计中，预热至65摄氏度，黏度计的测量范围应为200至10千毫帕·秒。检查天平，将转子转速设为5转/分钟，测量频率设为每分钟一次。在样品管加热的同时，在称量皿中混合18克PDMS基础剂与1.8克固化剂。将PDMS混合物置于室温下的真空干燥器中脱气15分钟，或直至混合物中无气泡残留。定期对干燥器进行放气，以消除接近表面的气泡。然后从粘度计中取出预热的样品管。将脱气后的PDMS混合物倒入其中，然后将试管重新放入粘度计。立即开始测量程序。当PDMS的动态粘度达到四千毫帕·秒时，记录时间，然后使用镊子将样品管从粘度计中取出。立即将PDMS混合物倒入室温挤出机中。确认炉温为250摄氏度，并等待PDMS离开粘度计约四分钟后，将炉子移至挤出接头下方，使接头的内针与管式炉对齐。将挤出机螺杆旋转半圈，并开始将丝材缠绕到木棒上。每隔三到五秒，再次将挤出机旋转半圈，以保持PDMS的稳定流出。拉丝的黏度窗口非常狭窄。如果黏度过低，则等待30秒后再次尝试。PDMS将在室温下继续交联。将拉出的纤维置于木制支架上以固化。完成操作后，将纤维在室温下固化12小时。开始图案化过程时，在通风橱中安装好图案化装置，并将所需图案发送至微处理器。接着，用1%十二烷基硫酸钠清洗一条已固化的PDMS纤维。用超纯水彻底冲洗，并用压缩空气去除表面可见的水滴，然后将丝材在室温空气中彻底晾干。接着，将非导电的钓鱼线系在非导电丝材托盘的圆形切口上。将干燥的PDMS细丝平放在托盘中央的切口上方，并用双面胶带固定。将托盘放入通风的电晕放电箱中，并确保其水平。在细丝托盘下方放置一块金属板，使细丝与金属板边缘对齐。将电晕放电电极安装在灯丝上方约三毫米处，并将电晕放电器连接至微控制器。将非导电细线的自由端固定在步进电机所安装的轴上，确保细线处于绷紧状态。运行微控制器程序，以在灯丝上形成亲水性区域图案。通过该方法制备的PDMS纤维直径约为200微米，长度可达0.5米。在PDMS粘度尚未升高至适合拉丝的程度之前将其从加热环境中取出，并在室温下交联四分半钟，可将纤维可纺时间窗口延长至约四分钟。通过液滴接触角测量验证了电晕图案化的成功。水在经过电晕处理的亲水性PDMS上形成对称的桶形液滴，而在未经处理的疏水性PDMS上形成不对称的壳形液滴。该实验的关键在于通过时间和温度调控PDMS的黏度。随着交联反应的进行，黏度随时间增加，而在较高温度下固化速度加快。通过部分固化聚合物并将其拉过管式炉的方法，可适用于其他热固化聚合物。这些纤维具有足够的柔韧性以适应多种构象，且其疏水区域在水中能有效粘附在一起。我们正在研究纤维的疏水性分布模式如何影响其折叠路径。PDMS 可能滴落到炉子上并产生小火焰。小心地将挤出机与炉子对齐，并用木棒迅速清除炉子中的任何碎屑。

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拉伸和疏水图案长聚二甲基硅氧烷硅丝丝

当两种相邻的流体通过带有沟槽的微流控通道时，可被引导形成包裹预聚物核心的鞘层，从而 决定微纤维的形状和横截面。光引发聚合反应（如硫醇点击化学反应）非常适合将核心流体快速固化为具有预定尺寸和形状的微纤维。...

预设计尺寸与形状的聚合物及生物杂化纤维的微流控制备

我们介绍一种利用简单工艺制备可自由组装和操作的自支撑微图案化水凝胶片的方法。利用这些模块化水凝胶片，可构建具有可控细胞微环境的简单宏观尺度三维细胞培养系统。...

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本文描述了基于聚合物低聚物通过腙键交联制备可降解温敏性水凝胶的方案，适用于宏观、微观和纳米尺度，其中纳米尺度可用于制备凝胶纳米颗粒和纳米纤维。...

通过反应性挤出、微流控、自组装和电纺丝在多个长度尺度上制备可降解温敏性水凝胶

化学梯度和氧气梯度的控制对于细胞培养至关重要。本文报道了一种聚二甲基硅氧烷-聚碳酸酯（PDMS-PC）微流控装置，能够稳定地生成用于细胞迁移研究的化学梯度与氧气梯度组合，且可在无需复杂仪器的生物实验室中实际应用。...

用于在垂直化学和氧气梯度下研究细胞迁移的聚二甲基硅氧烷-聚碳酸酯微流控装置

本报告介绍了一种简单且易于操作的技术，利用低压真空将细胞和底物填充至微流控通道中，用于生物学研究。...

一种用于蛋白质和细胞图案化的多功能方法

报道了用于在表面图案化沉积叠氮内酯嵌段共聚物纳米级厚度刷状层或微米级厚度交联薄膜的制备方法。讨论了每种方法的关键实验步骤、代表性结果及其局限性。这些方法可用于构建具有定制物理结构和可调表面反应性的功能化界面。...

利用含唑啉酮功能化嵌段共聚物的刷状与交联薄膜制备反应性表面

我们介绍一种通过将微小颗粒粘附到表面，从而在硅胶表面施加永久性标记和图案的方法。这些标记可以是可识别的图案，也可以是用于数字图像相关的随机散斑图案。...

在弹性体表面施加持久、牢固的精细颗粒模板图案

本方案通过引入硅油作为聚二甲基硅氧烷（PDMS）双铸法中PDMS层间的非粘附性屏障，改进了脱模过程。与等离子体处理或化学表面修饰方法不同，该方法无需使用专用或昂贵设备，因此是一种更易实现且成本更低的替代方案。...

通过硅油处理改进聚二甲基硅氧烷（PDMS）双铸法用于密集微结构复制

本方案介绍了一种通过在硅烷涂层的纳米多孔表面上进行连续的数字图案化和接枝反应，光诱导制备滑润三维结构的方法。该方法可实现滑润区域的空间可控形成，从而实现图案化的液体排斥性，并对界面滑润性进行定量分析，在流体操控和表面工程领域具有应用价值。...

基于硅烷涂层纳米多孔结构的光诱导图案化与接枝制备润滑表面

太赫兹频率下的超材料具有独特的应用前景，但其大规模制备面临挑战。我们改进了微结构聚合物光学纤维的制备工艺，可低成本地实现超材料的制备，有望达到工业规模。我们制备出含有铟金属丝的聚甲基丙烯酸甲酯纤维，其中铟丝直径约为10 μm，间距约为100...

使用光纤拉丝法制备超材料

学习利用重力拉伸和管式炉加热技术制备聚二甲基硅氧烷长丝的方法，并通过电晕放电实现表面疏水图案化。该技术可应用于编织、增材制造及折叠体模型研究。

拉制与疏水性图案化长聚二甲基硅氧烷硅胶细丝

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