Preparación de microfluídica de elastómero cristalino líquido actuadores

El objetivo general de esta síntesis microfluídica es establecer un reactor microfluídico de coflujo basado en capilares que permita la producción reproducible de un gran número de micropartículas de elastómero cristalino líquido con excelentes propiedades de accionamiento térmico. Este método puede ayudar a responder preguntas clave en el campo de la producción de microactuadores LCE, como por ejemplo cómo procesar monómeros cristalinos líquidos en micropartículas de accionamiento térmico a través de reactores microfluídicos. La principal ventaja de esta técnica es que se puede acceder a una rápida producción de partículas, así como a diferentes formas, tamaños y patrones de actuación de las partículas, mediante el ajuste fino de la configuración microfluídica básica.

Primero, equipe un plato de baño de agua de vidrio con dos septos. Luego, perfore los tabiques con un punzón para crear un orificio para colocar un tubo con un diámetro exterior de 1/16 de pulgada. Luego, conecte un accesorio y una férula correspondiente para el tubo de diámetro exterior de 1/16 pulgadas al extremo de un tubo de PTFE.

A continuación, introduzca la punta de un capilar de sílice recubierto de poliamida. A continuación, atornille el tubo de PTFE a uno de los brazos opuestos de una unión en T de poliéter éter cetona para el tubo de 1/16 pulgadas de diámetro exterior montado en una pequeña mesa de metal. A continuación, conecte un accesorio y la férula correspondiente al extremo de un segundo tubo de PTFE.

A continuación, atornille el tubo al brazo lateral de la unión en T. A continuación, inserte el tercer tubo de PTFE a través de uno de los tabiques. Corte el tercer tubo de PTFE para llegar a una segunda bomba de jeringa fuera del baño de agua y el extremo del tubo 1.1 dentro del baño de agua.

Luego, conecte dos cerraduras Luer hembra para el tubo de 1/16 pulgadas de diámetro exterior. A continuación, inserte el tubo a través del segundo tabique. A continuación, ensamble el cuarto tubo de PTFE con un accesorio y una férula.

Después de ensamblar el tubo de PTFE, conecte el tubo 1.4 al brazo restante de la unión en T deslizándolo con cuidado sobre el capilar. A continuación, transfiera el baño de agua a una placa caliente. A continuación, fije el tubo 1.4 en la parte superior de la placa calefactora de precisión con cinta adhesiva.

Coloque también un frasco de vidrio de 5 ml en el extremo del tubo. Ahora, conecte el extremo de los tubos 1.2 y 1.3 a jeringas llenas de aceite hidráulico y de fase continua, ambas operadas por bombas de jeringa. A continuación, instale el microscopio estereoscópico y monte una fuente de luz UV.

Añadir 200 mg de acrilato cristalino líquido y dos reactivos más en un matraz. A continuación, disuelva la mezcla en 1 ml de dicholorometano. A continuación, utilice el vacío a 40 grados centígrados para eliminar completamente el disolvente y derretir el sólido restante a 110 grados centígrados en un baño de aceite.

A continuación, prepare una jeringa con un conector de lengüeta a hembra Luer Lock para tubos de 3/32 pulgadas de diámetro interior. Conecte la jeringa y el quinto tubo de PTFE a través de un tubo de conexión. Use la jeringa para recoger la mezcla de monómeros en el tubo.

Use dos cerraduras Luer macho para un tubo de 1/8 de pulgada de diámetro exterior y fije ambas cerraduras a los extremos del tubo 1.5 que contiene la mezcla de monómeros. Más tarde, fije ambos extremos del tubo 1.5 con los bloqueos Luer hembra al extremo de los tubos 1.1 y 1.3. Luego, llene el baño de agua y ajuste su temperatura a 90 grados centígrados y la temperatura de la placa calefactora de precisión a 65 grados centígrados.

Una vez que la mezcla de monómeros se haya derretido, ajuste el caudal de la fase continua a un valor entre 1,5 y 2,0 mililitros por hora. Y el caudal de la fase monómera a un valor razonable. Luego, centre el capilar dentro del tubo y encienda la luz ultravioleta cuando comiencen a formarse gotas de tamaño similar.

Recoja las fracciones de las partículas polimerizadas en el vial de vidrio de 5 ml adjunto al extremo del tubo 1.4. Busque un cambio en el color y la formación de las partículas bajo la luz ultravioleta. Luego, para montar la configuración Janus, equipe un plato de baño de agua de vidrio de 190 milímetros de diámetro con dos septos.

Perfore los tabiques con un punzón para crear un agujero para colocar un tubo con un diámetro exterior de 1/16 de pulgada. A continuación, inserte dos capilares de sílice fundida revestidos de paralelo en el manguito del tubo. Usa Super Glue para sellar la funda.

Deje que el capilar corto se extienda unos tres milímetros fuera de un lado de la manga. Luego, conecte un accesorio y una férula a ambos extremos del manguito del tubo. Luego, atornille el manguito a uno de los brazos opuestos de cada unión en T para conectar las dos uniones en T.

Monte ambas uniones en T en una pequeña mesa de metal. Introduzca un tubo de PTFE a través del tabique del baño de agua. Equípalo con un accesorio y una férula y conéctalo al brazo opuesto capilar y sobrante de la unión en T uno.

Conecte otro tubo con una férula y un accesorio conectado a un extremo al brazo lateral liberado de la unión en T uno. Junto al tubo 2.1, conecte otro tubo de PTFE a través del segundo orificio en el tabique. A continuación, agregue dos cerraduras Luer hembra para tubos de diámetro exterior de 1/16 de pulgada a los extremos libres de los tubos 2.2 y 2.3 dentro del baño de agua.

Conecte un cuarto tubo de PTFE con un accesorio y una férula al brazo lateral de la unión en T dos. Deslice con cuidado el tubo 2.5 equipado con un accesorio y una férula en ambos lados sobre los capilares y conéctelo con el brazo restante de la unión en T dos. Luego, inserte el sexto tubo de PTFE a través del otro tabique y conecte un accesorio y una férula al extremo dentro del baño de agua.

Conecte el quinto y el sexto tubo de PTFE mediante un adaptador. A continuación, enrosque el tubo que contiene la mezcla de monómeros entre los extremos de los tubos 2.2 y 2.3. A continuación, coloque el baño de agua en una placa caliente con un termómetro.

Tapón el tubo 2.1 en la jeringa que contiene la fase acuosa, el tubo 2.3 en el que contiene el aceite hidráulico y el tubo 2.4 en la fase continua. A continuación, fije el sexto tubo con cinta adhesiva encima de una placa calefactora de precisión. A continuación, coloque un vial de vidrio de 5 ml en el extremo del tubo.

A continuación, centre los capilares dentro del tubo y monte una fuente de luz ultravioleta sobre el tubo de polimerización 2.6 en la placa calefactora de precisión. Para la configuración de la carcasa del núcleo, primero conecte un accesorio y luego una férula a ambos extremos de la tubería de etileno propileno florinado. Luego, pegue un capilar de sílice fundida a través del manguito de tal manera que sobresalga unos tres milímetros de un lado.

Use otro capilar más delgado e insértelo a través del capilar más grande de modo que el más delgado sobresalga unos milímetros de su lado más largo. Los estudios muestran que las partículas con un diámetro entre 200 y 400 micrómetros se producen a un caudal de 1,50 a 2,00 ml por hora en la fase continua, mientras que la relación entre el caudal de la fase continua y la fase monómera oscila entre 20 y 200. Estas imágenes de microscopía óptica muestran la morfología de la partícula en la que una partícula en forma de prolato alarga su eje de rotación cuando se sintetiza en un tubo de polimerización más amplio.

Estas partículas en forma de varilla se sintetizan debido a la elongación a velocidades más altas durante la polimerización en un tubo más delgado con un diámetro interno de 0,5 milímetros. Esta partícula se contrae a lo largo de su eje de rotación durante la transición de fase. Aquí, se representa la elongación y contracción de las partículas de Janus en forma de caparazón y varilla que actúan.

Al trazar las propiedades de accionamiento de las partículas LCE individuales, las curvas de calentamiento y enfriamiento de las partículas muestran que la actuación más fuerte de las partículas es en el caudal más alto, donde ambas curvas forman una histesis. Curiosamente, no hay disminución en el accionamiento de las partículas incluso después de 10 ciclos de accionamiento. Una vez dominada, esta configuración microfluídica se puede preparar en una hora y la síntesis de partículas tarda de una a dos horas, si se realiza correctamente.

Después de su desarrollo, este enfoque abre nuevas posibilidades para los investigadores en el campo del procesamiento de elastómeros cristalinos líquidos para permitir la fabricación de micropartículas de diversas formas con diferentes patrones de actuación. Al intentar este procedimiento, es importante recordar trabajar en condiciones libres de rayos UV y utilizar componentes microfluídicos limpios para evitar obstrucciones durante la producción de partículas microfluídicas. Después de ver este video, debe tener una buena comprensión de cómo procesar mezclas de monómeros cristalinos líquidos en un reactor microfluídico de base capilar, que tiene diferentes zonas de temperatura para abordar los diferentes estados cristalinos líquidos.