Herstellung von Monodomäne Liquid Crystal Elastomere und Liquid Crystal Elastomer Nanokomposite

Zusammenfassung

Wir demonstrieren die Herstellung von Flüssigkristallelastomeren (LCEs) auf Siloxan- und Epoxidbasis und LCE-Nanokompositen. Die LCEs werden in Bezug auf reversible Dehnung, Flüssigkristallordnung und Steifigkeit charakterisiert. Als mögliche Anwendung demonstrieren wir ihre Verwendung als formempfindliche Substrate in einem kundenspezifischen Gerät für aktive Zellkulturen.

Zusammenfassung

LCEs sind Form ansprechenden Materialien mit völlig reversibel Formänderung und mögliche Anwendungen in der Medizin, Tissue Engineering, künstliche Muskeln, und so weich Roboter. Hier zeigen wir die Herstellung von Form ansprechende Flüssigkristall-Elastomere (LCEs) und LCE Nanokomposite sowie Charakterisierung ihrer Form-Reaktionsfähigkeit, mechanische Eigenschaften und Mikrostruktur. Zwei Arten von LCEs - Polysiloxan basierenden und auf Epoxybasis - synthetisiert werden, ausgerichtet sind, und charakterisiert. Auf Polysiloxanbasis LCEs werden über zwei Vernetzungsschritten hergestellt, die zweite unter einer angelegten Last, was zu einer Monodomäne LCEs. Polysiloxan LCE Nanokomposite werden durch Zugabe von leitfähigem Ruß Nanopartikel, die beide über die Masse des LCE und mit dem LCE Oberfläche vorbereitet. Epoxid-Basis LCEs werden durch eine reversible Veresterung hergestellt. Epoxybasis LCEs werden durch die Anwendung einer uniaxialen Belastung bei erhöhten (160 ° C) ausgerichtet temperatures. Ausgerichtet LCEs und LCE Nanokomposite werden in Bezug auf reversible Dehnung, mechanische Steifigkeit aus, und Flüssigkristall-Bestellung eine Kombination aus Bildgebung, zweidimensionalen Röntgenbeugungsmessungen, Differentialscanningkalorimetrie und dynamische mechanische Analyse. LCEs und LCE Nanokomposite können mit Wärme und / oder elektrische Potential stimuliert werden, um steuerbar Stämme in Zellkulturmedien zu erzeugen, und wir zeigen die Anwendung als Form LCEs reagierende Substrate für Zellkultur eine maßgeschneiderte Vorrichtung verwendet.

Einleitung

Materialien, die ^1-9 wünschenswert sind schnell, reversibel und programmierbare Formänderungen für eine Reihe von neuen Anwendungen aufweisen kann. Form-responsive Stents können ⁷ mit der Wundheilung und Behandlung unterstützen. Künstliche Roboter können in der Explorations- oder bei der Durchführung von Aufgaben in Umgebungen unterstützen, die für den Menschen schädlich ¹⁰ oder unsicher sind. Form-responsive Elastomere wünschenswert sind für den Einsatz in aktiven Zellkultur, in der Zellen, die in einer aktiven Umgebung befinden. ^11-14 Weitere Anwendungen sind Verpackungen, Abtastung und Drug-Delivery.

Protokoll

1. Synthese von Aligned Polysiloxan LCEs

1. Kombinieren 166.23 mg von reaktiven Mesogen (4-methoxyphenyl 4- (3-butenyloxy) benzoat), 40 mg Poly (Hydrogenmethylsiloxan-) und 12,8 mg an Vernetzer (1,4-Di (10-undecenyloxybenzene) ³⁰ mit 0,6 ml wasserfreiem Toluol in einem kleinen Fläschchen (ca. 13 mm Durchmesser und 100 mm Länge) mit einem Rührstab beschickt. Man rührt die Lösung bei 35 ° C für 25 min zu lösen.
2. In einem separaten Fläschchen, bereiten eine Lösung von 1 Gew% Dichlor (1,5-cyclooctadien) platin (II) Katalysator in Dichlormethan. In 30 ul Katalysatorlösung auf die Reagenzien aus Schritt 1.1 über eine Pipette, rühren, um zu misch....

Ergebnisse

Monodomäne LCEs sind Form ansprechenden durch Kopplung von Netz Konformation mit Flüssigkristall-Bestellung. Heizung LCEs führt zu einer Abnahme in der Flüssigkristall-Ordnungsparameter, eine Kontraktion des Polymernetzwerk entlang der primären Orientierungsrichtung zu erzeugen. Dies wird einfach durch Plazieren eines LCE auf einer Heizplatte sichtbar gemacht, wie in 1A und 1B gezeigt. In Erwärmung entlang der Länge der Probe von RT, die LCE Verträge auf.......

Diskussion

Um monodomänenförmige LCEs herzustellen, müssen die LCEs während der Vernetzung einachsig belastet werden. In der Praxis ist dies eine Herausforderung, da das LCE belastet wird, wenn es nur teilweise vernetzt ist, und daher mechanisch nicht robust ist und leicht brechen oder reißen kann. Mit der oben beschriebenen Vorgehensweise (Schritte 1.1 - 1.4) können Monodomänen-LCEs konsistent erzeugt werden. Ein kritischer Schritt ist die Entnahme des LCE aus der PTFE-Form, um sie zum richtigen Zeitpunkt zu beladen. Wenn das LCE.......

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien

Name	Unternehmen	Katalognummer	Kommentare
4-Methoxyphenyl 4-(3-butenyloxy)benzoat	TCI America	M2106	Reaktives Mesogen
Poly(methylhydrosiloxan)	Gelest	HMS-993	Reaktives Polysiloxan
1,4-di(10-undecenyloxybenzol)	N/A	N/A Siehe	: Ali, S. A., Al-Muallem, H. A., Rahman, S. U. & Saeed, M. T. Bis-Isoxazolidine: Eine neue Klasse von Korrosionsinhibitoren von Baustahl in sauren Medien. Wissenschaft der Korrosion. 50 (11), 3070– 3077, doi:10.1016/j.corsci.2008.08.011 (2008)
(Dichlor(1,5-cyclooctadien)-platin(II)	Sigma Aldrich	244937 Pt-Katalysator
PTFE-Form	N/A	N/A	hergestellt in der Rice-Maschinenwerkstatt
Ruß-Nanopartikel	Cabot	VULCAN®   XC72R	wird bei der Synthese von LCE-Nanokompositen
Polystyrol	Sigma Aldrich	331651	linearem Polystyrol verwendet
4,4'-diglycidyloxybiphenyl	N/A	N/A	siehe:  Giamberjni, M., Amendola, E. & Carfagna, C. Flüssigkristalline Epoxid-Duroplaste. Molekulare Kristalle und Flüssigkristalle Wissenschaft und Technologie. Abschnitt A. Molekulare Kristalle und Flüssigkristalle. 266 (1), 9– 22, doi:10.1080/10587259508033628 (1995).
Sebacinsäure	Sigma Aldrich	283258	C8-Bindungsgruppe für die Epoxy-LCE-Synthese
Hexadecandisäure	Sigma Aldrich	177504	C16-Bindungsgruppe für die Epoxy-LCE-Synthese
Carboxydecyl-terminiertes Polydimethylsiloxan		Gelest DMS-B12	Siloxan-Bindungsgruppe für die Epoxid-LCE-Synthese
1,5,7-Triazabicyclo[4.4.0] dec-5-en	Sigma Aldrich	345571	Katalysator für reversible LCEs-Kohlenstoffstäbe
	Ladd Research	30250	wird in Zellkulturexperimenten verwendet
Silikonklebstoff in medizinischer Qualität	Silbione	MED ADH 4100 RTV	wird verwendet, um Kohlenstoffstäbe auf das Gefäß zu kleben