Synthese von Poly ( N Isopropylacrylamid) Janus Microhydrogels für anisotroper Thermo-Ansprechempfindlichkeit und organophiler / Hydrophilie Belastbarkeit

Zusammenfassung

Wir präsentieren ein Protokoll zur Synthese von Janus-Mikrohydrogelen, die vollständig aus dem gleichen Basismaterial, Poly(N-isopropylacrylamid) (PNIPAAm), bestehen, mit einer klar kompartimentierten Struktur, die auf der Phasentrennung einer übersättigten NIPAAm-Monomerlösung basiert. Die synthetisierten Janus-Mikrohydrogele weisen einzigartige Eigenschaften wie anisotrope Thermoreaktionsfähigkeit und organophile/hydrophile Belastbarkeit auf.

Zusammenfassung

Janus-Mikropartikel sind kompartimentierte Partikel mit unterschiedlichen molekularen Strukturen und/oder Funktionen auf jeder ihrer beiden Seiten. Aufgrund dieser einzigartigen Eigenschaft wurden Janus-Mikropartikel als neue Materialklasse anerkannt und erregten damit große Aufmerksamkeit in verschiedenen Forschungsbereichen. Die Vielseitigkeit dieser Mikropartikel wurde durch ihre Verwendung als Bausteine für die Selbstorganisation, elektrisch ansprechende Aktuatoren, Emulgatoren für Malerei und Kosmetik sowie als Träger für die Verabreichung von Medikamenten veranschaulicht. In dieser Studie wird ein detailliertes Protokoll vorgestellt, das explizit eine synthetische Methode zum Design neuartiger Janus-Mikrohydrogele beschreibt, die aus einem einzigen Basismaterial, Poly(N-isopropylacrylamid) (PNIPAAm), bestehen. Janus-Mikrotröpfchen werden zunächst über ein hydrodynamisch fokussierendes mikrofluidisches Gerät (HFMD) erzeugt, das auf der Trennung einer übersättigten wässrigen NIPAAm-Monomerlösung basiert, und anschließend durch UV-Bestrahlung polymerisiert. Es wurde festgestellt, dass die resultierenden Janus-Mikrohydrogele vollständig aus demselben Basismaterial bestehen, eine leicht erkennbare kompartimentierte Morphologie aufwiesen und eine anisotrope thermoaktive Reaktionsfähigkeit und organophile/hydrophile Belastungsfähigkeit aufwiesen. Wir glauben, dass die vorgeschlagene Methode eine neuartige Hydrogelplattform mit dem Potenzial für eine fortschrittliche Synthese von multifunktionalen Janus-Mikrohydrogelen einführt.

Einleitung

Hydrogele sind ein Netzwerk von hydrophilen Polymerketten. ¹ Eine zunehmende Forschung auf dem Gebiet der Hydrogele hat zu bedeutenden Fortschritten geführt und ihre Ähnlichkeit mit biologischen Geweben aufgedeckt. Die Eigenschaften von Hydrogelen ermöglichen die Aufnahme großer Wassermengen unter Beibehaltung ihrer Struktur. Umweltgerechte Hydrogele wurden auch aufgrund ihrer Fähigkeit, als Reaktion auf äußere Reize reversibel zu quellen oder zu schrumpfen, ausgiebig untersucht. ² Mehrere Auslöser, darunter Temperatur, ^{3-5 pH, 6,7} Licht, ^8,9 elektrische Felder,10,11 und spezifische Moleküle wie ^{Glukose12,13<....}

Protokoll

1. Die Herstellung einer Masterform für die hydrodynamische Fokussierung Mikrofluidik-Gerät (HFMD) durch Lithografie

1. Entwerfen Sie eine Photomaske für die HFMD (Abbildung 1a) unter Verwendung von computergestützten Konstruktion (CAD) Software gemäß dem Protokoll des Herstellers.
2. Spülen eine 4 'Siliciumwafer mit Aceton, Isopropylalkohol (IPA) und deionisiertes (DI) Wasser zu organischem und anorganischem Staub von dem Wafer zu entfernen.
3. Reinigen der Siliciumscheibe mit O ₂ -Plasma bei 100 W Leistung für 5 min , um die Bindungsfestigkeit zwischen dem Wafer und SU-8 zu erhöhen.
4. Spin-coat 4 ml des nega....

Ergebnisse

Figur 3a zeigt eine schematische Darstellung des Versuchsaufbaus verwendet Janus microhydrogels über die HFMD zu synthetisieren. Die N-reiche und N-arme Phasen wurden präzise in die HFMD als Kernflüssigkeiten eingespritzt 1 und 2 und dann zusammengefügt und zerlegt in Janus Mikrotröpfchen an der Öffnung durch die Mantelflüssigkeit Mineralöl wegen der kapillaren Instabilität Rayleigh. Folglich besteht Janus Mikrotröpfchen von N-reiche und N-arme Phasen wurden erf.......

Diskussion

Zwei nicht mischbare Basismaterialien werden in der Regel verwendet, um die Janus microhydrogels zu synthetisieren. Bis vor kurzem bestehend Janus microhydrogels aus dem gleichen Grundmaterial wurden selten beobachtet , und die berichteten Janus microhydrogels keine klare interne Morphologie aufgrund der Störung durch die Mischbarkeit der Komponenten - Materialien verursacht. ^{35, 36} In diesem Protokoll zeigen wir ein Verfahren Janus microhydrogels bestehen vollständig aus dem einzigen Grundmaterial, PNIPAAm, .......

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien

Name	Unternehmen	Katalognummer	Kommentare
Siliziumwafer	LG Siltron	4", Testqualität	Wafer für die Herstellung von Masterformen
Aceton	Samchun Pure Chemical	A0097	Reinigung von Siliziumwafern
Isopropylalkohol (IPA)	Daejung Chemicals & Metalle	5035-4404	Reinigung von Siliziumwafern
Wasseraufbereitungssystem	Merck Millipore	EMD Millipore RIOs Essential 5	Vorbereitung von deionisiertem Wasser
O2 Plasmamaschine	Femto Science	VITA-A	Reinigung von Siliziumwafern
SU-8 2150 Negativ-Fotolack	MicroChem	Y111077 0500L1GL	Fotolack für die Herstellung von Urformen
Heizplatte	Misung Scientific	HP330D, HP150D	Backen SU-8
SU-8 Entwickler	Microchem	Y020100 4000L1PE	Entwicklung des SU-8
Mask Aligner-Systems für Photolithograpy	Shinu Mst Co.	CA-6M	Photolithographie
Sylgard 184 Silikonelastomer-Kit	Dow Corning	1064891	PDMS Guss
Labor Corona Treater	Elektrotechnische Produkte Inc.	Modell BD-20AC	PDMS-Luftplasmabehandlung
N-isopropylacrylamid (NIPAAm)	Sigma-Aldrich	415324-50G	Monomer
N,N'-Methylenbisacrylamid (MBAAm)	Sigma-Aldrich	146072-100G	Vernetzer von NIPAAm
4-(2-hydroxyethoxy)phenyl-(2-hydroxy-2-propyl)keton, Irgacure 2959	BASF	55047962	Photoinitiator von NIPAAm
ABIL EM 90	Evonik Branchen	Tensid für Öl
Vortex-Mischer	Scientific Industries Inc.	Vortex-Genie 2	Mischschlauch
	Saint-Gobain	I.D. 1/32", O.D. 3/32", Wall 1/32"	Verbindungsschlauch zwischen Spritzen und HFMD
UV-Lichtquelle	Hamamatsu	Spotlichtquelle LC8	Polymerisation von NIPAAm auf PNIPAAm
Spritzen, NORM-JECT (3 ml)	Henke-Sass Wolf GmbH	22767	Materialverladung
Spritzenpumpe	KD Scientific	KDS Modell 200	Perfusion von Materialien
Tegitol Typ NP-10	Sigma-Aldrich	NP10-500ML	Tensid für Wasser
Öl rot O	Sigma-Aldrich	O0625-25G	Farbstoff für N-reiche Phase
Öl blau N	Sigma-Aldrich	391557-5G	Farbstoff für N-reiche Phase
Gelber Lebensmittelfarbstoff	Edentown F& B	NA	Farbstoff für die N-arme Phase
Grüner Lebensmittelfarbstoff	Edentown F& B	NA	Farbstoff für N-arme Phase
Stromversorgung	Agilent	E3649A	Stromquelle für thermoelektrisches Modul
Thermoelektrisches Modul	Peltier	FALC1-12710T125	Temperaturregelung
Zentrifugenmaschine	Labogene	1248R	Absetzen von Mikrohydrogelen
24-Well-Platte	SPL Life Sciences	32024	Reservoir für die Beobachtung
Optisches Mikroskop	Nikon	ECLIPSE 80i	Optische Beobachtung
Bildanalysesoftware	IMT i-Solution Inc.	iSolutions DT	Messung des Radius