Transition orientale dans un cristal liquide déclenché par la croissance thermodynamique des feuilles de mouillage interfaciales
15 mai 2017
Ici, nous présentons un protocole pour déclencher une transition d'orientation d'un cristal liquide en réponse à la température. Des méthodologies sont décrites pour préparer un échantillon afin d'observer la transition et l'évolution de transition détaillée.
L’objectif global de cette procédure est de déclencher une transition d’orientation d’un cristal liquide en réponse à la température. Et pour caractériser la transition. Cette méthode peut aider à répondre à des questions clés dans le domaine des cristaux liquides, telles que les comportements d’ancrage de surface thermodynamiques.
Et l’avantage de ce protocole est que la transition d’orientation peut être clairement visualisée de cette manière continue. Et si les propriétés physiques concernées peuvent être systématiquement sondées. Pour commencer cette procédure, préparez un millilitre de solution de perfluoropolymère en dissolvant le perfluoropolymère souhaité dans un solvant commercial dans un rapport de un à deux pour assurer des films uniformes de 0,5 à 1 micromètre d’épaisseur pour le revêtement par centrifugation.
Ensuite, lavez les substrats de verre par sonication à 42 kilohertz dans un détergent alcalin. Ensuite, rincez à plusieurs reprises chaque substrat avec de l’eau distillée. Après avoir rincé et séché les supports, soumettez-les à un nettoyant UV à l’ozone pendant 10 minutes.
Ensuite, versez 20 microlitres de la solution de perfluoropolymère sur chaque substrat de verre nettoyé. Essorez immédiatement l’enrobage de la solution à 3 500 tr/min et à température ambiante pendant 70 secondes. Ensuite, faites cuire le film à 80 degrés Celsius pendant 60 minutes pour éliminer le solvant, et à 200 degrés Celsius pendant 60 minutes pour le durcissement.
Appliquez une résine photodurcissable pré-mélangée avec des particules de verre de taille micrométrique sur l’un des substrats de verre pelliculés. Ensuite, placez un deuxième substrat de verre recouvert d’un film sur le premier substrat et utilisez une lampe LED d’une longueur d’onde de 365 nanomètres pour coller les deux substrats ensemble. Ensuite, introduisez 0,2 à 10 microlitres de CCN47 dans chacune des cellules LC préparées à l’aide d’une spatule sous la force capillaire à une température supérieure à la température de transition de phase nématique isotrope.
Maintenant, observez les cellules LC sous microscopie optique polarisante avec quatre lentilles d’objectif 100X en conjonction avec une platine chaude pour contrôler la température de l’échantillon avec une précision de plus ou moins 0,1 Kelvin. À l’aide d’un appareil photo couleur numérique, enregistrez les textures sur plus de cinq images, à intervalles réguliers par Kelvin, à la fois lors du refroidissement et du chauffage dans la plage de 291 à 343 Kelvin. Pour la spectroscopie diélectrique, préparez une cellule LC avec des électrodes ITO en soudant du fil de plomb à chaque substrat.
Pour mesurer la capacité des cellules LC, câblez les cellules aux bornes d’un analyseur de phase de gain d’impédance commercial. Ensuite, mesurez la dépendance temporelle de la capacité des cellules LC toutes les cinq minutes avec l’analyseur. Pour l’analyse HR-DSC, placez les cellules LC dans un HR-DSC fait maison pour être examinés.
Effectuez des mesures avec des taux de balayage de 0,05 à 0,10 Kelvin par minute pour améliorer le pouvoir de résolution de la température minimale. L’évolution de la texture réalisée par les mesures de microscopie optique polarisante et de spectroscopie diélectrique pendant la transition d’orientation de l’état d’orientation planaire à l’état d’orientation vertical pendant le refroidissement et le chauffage est représentée ici. Lors du refroidissement, l’orientation plane est juste en dessous de la température de transition nématique isotrope.
Avec l’apparition de deux et quatre pinceaux Schlieren textures. Par recuit ou refroidissement supplémentaire, le champ de vision devient complètement sombre, suggérant l’achèvement de la transition d’orientation. Les données HR-DSC représentant le flux de chaleur à travers l’échantillon en fonction de la température et du temps sont présentées ici.
La variation du flux de chaleur avec les données temporelles a été utilisée pour analyser l’exposant Avrami après la transition d’orientation. Incidents de pâturage : motifs de diffraction des rayons X dans la géométrie des gouttelettes et dans la géométrie des cellules C2 LC à diverses températures. Démonstration de commande à courte portée de feuilles de mouillage a-smectiques.
Avec des structures de couches formées près de la surface. Même dans la gamme de température des états d’orientation planaires, les feuilles de mouillage a quasi-smectiques persistent, indiquant que la condition d’orientation de la surface est frustrée. La plage d’hystérésis est cohérente avec la plage d’hystérésis confirmée par la microscopie optique polarisante et la spectroscopie diélectrique, ce qui suggère que la transition d’orientation est déclenchée par la croissance quasi-smectique d’une feuille de mouillage a.
Ainsi, une fois maîtrisée, l’observation de la transition d’orientation peut se faire en quatre heures si les procédures de préparation sont correctement effectuées. Suite à cette procédure, d’autres méthodes telles que la microscopie confocale fluorescente et l’analyse optique non linéaire peuvent être effectuées afin de répondre à des questions supplémentaires, comme la distribution spéciale des orientations du directeur à cristaux liquides. Après son développement, cette technique a ouvert la voie aux chercheurs dans le domaine de la science des surfaces des cristaux liquides pour explorer les liens entre les structures microscopiques près des surfaces et les structures et propriétés microscopiques.
Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la préparation d’un échantillon pour observer la transition d’orientation et comment caractériser les propriétés physiques importantes.
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Aperçu
Ce protocole décrit une méthode permettant de déclencher une transition d'orientation d'un cristal liquide en réponse à des variations de température. La transition peut être clairement visualisée, ce qui permet une exploration systématique des propriétés physiques impliquées.
Composantes clés de l'étude
Domaine scientifique
- Crystaux liquides
- Thermodynamique
- Science des matériaux
Contexte
- Les cristaux liquides présentent des propriétés uniques qui varient avec la température.
- La compréhension des transitions orientationnelles est essentielle pour les applications dans les technologies d'affichage.
- Les comportements d'ancrage superficiel thermodynamiques sont fondamentaux pour caractériser ces transitions.
- Cette méthode permet une observation continue du processus de transition.
Objectif de l'étude
- Déclencher et caractériser la transition orientationnelle des cristaux liquides.
- Explorer les comportements thermodynamiques liés à l'ancrage de surface.
- Fournir une visualisation claire du processus de transition.
Méthodes utilisées
- Préparation d'une solution de polyfluoropolymère.
- Dissolution du polyfluoropolymère dans un solvant commercial selon un rapport spécifique.
- Création de films uniformes par dépôt centrifugé.
- Observation de la transition dans des conditions de température contrôlées.
Résultats principaux
- La transition orientationnelle peut être efficacement déclenchée par des changements de température.
- La visualisation claire de la transition permet une analyse détaillée.
- Il est possible de sonder systématiquement les propriétés physiques.
- Des informations sur les comportements thermodynamiques sont obtenues grâce à cette méthode.
Conclusions
- Ce protocole fournit une méthode fiable pour l'étude des transitions des cristaux liquides.
- Il améliore la compréhension des comportements d'ancrage thermodynamique à la surface.
- L'approche est bénéfique pour les recherches futures sur les applications des cristaux liquides.
Questions fréquemment posées
Pertinence professionnelle pour l'industrie
Cette méthode permet une caractérisation systématique des comportements d'ancrage thermodynamique à la surface dans les systèmes de cristaux liquides, ce qui est pertinent pour comprendre les phénomènes interfaciaux influençant les propriétés volumiques des matériaux. La capacité à visualiser et à quantifier les transitions d'orientation soutient une approche mécanistique de réduction des risques dans le développement des technologies d'affichage, en reliant l'organisation moléculaire localisée à la surface aux réponses optiques macroscopiques. Ces connaissances facilitent la modélisation prédictive du comportement des matériaux sous contrainte thermique, éclairant ainsi les décisions de conception dans les applications optoélectroniques et les capteurs.
Applications stratégiques en recherche et développement en biopharmaceutique
Début de la découverte et validation de la cible
- Valeur scientifique : Fournit un cadre pour étudier comment l'ordonnancement moléculaire induit par une surface influence le comportement en phase massive, en soutenant la vérification d'hypothèses dans les systèmes de matière molle.
- Valeur opérationnelle : Permet l'observation reproductible de transitions du premier ordre par microscopie optique polarisante et spectroscopie diélectrique, facilitant l'évaluation cohérente de l'engagement ciblé.
Développement de criblages et de tests
- Valeur scientifique : Fournit des données thermodynamiques quantitatives grâce à la DSC haute résolution, permettant une mesure précise des énergétiques de transition pour la normalisation des dosages.
- Valeur opérationnelle : Associe plusieurs techniques complémentaires (POM, DS, GI-XRD) afin de croiser et valider les réponses en surface et en volume, renforçant la fiabilité du dosage et réduisant les faux positifs.
Recherche translationnelle et préclinique
- Valeur scientifique : Clarifie la manière dont la croissance de la feuille d'humidification à l'interface entraîne une réorientation en volume, offrant une base mécanistique pour prédire la continuité des réponses du niveau moléculaire à celui des tissus.
- Valeur opérationnelle : Démontre les caractéristiques d'hystérésis et de réversibilité essentielles à l'évaluation de la stabilité des matériaux dans des conditions environnementales cycliques, pertinentes pour les systèmes implantables ou portables à long terme.
Intégration du pipeline et du flux de travail
Le protocole place la caractérisation sensible à la surface au début du flux de travail de découverte, permettant aux équipes de corréler l'organisation interfaciale à l'échelle nanométrique avec le rendement fonctionnel avant de passer aux étapes d'optimisation du composé candidat.
- Découverte en biologie : Soutient la vérification d'hypothèses sur la manière dont les modifications de surface modifient l'orientation du directeur des cristaux liquides, contribuant ainsi à la validation ciblée dans les systèmes de matériaux biomimétiques.
- Écrantage : Permet d'évaluer la sensibilité thermique et la stabilité orientationnelle, essentiels pour l'analyse de biocapteurs ou d'actionneurs à base de cristaux liquides.
- Analytique : Produit des données quantitatives telles que la température de transition, la largeur de l'hystérésis et l'exposant d'Avrami, permettant une comparaison objective entre différentes variantes de matériaux.
- Recherche translationnelle : Relie l'ordonnancement moléculaire spécifique à la surface (par GI-XRD) aux propriétés optiques en volume, permettant des lectures similaires à des biomarqueurs dans des systèmes de matériaux sensibles.
- Réutilisation en milieu professionnel : Met en place une plateforme réutilisable pour l'évaluation des transitions de phase déclenchées thermiquement dans la matière molle, applicable à diverses formulations de cristaux liquides et architectures de dispositifs.
Impact opérationnel et organisationnel
- Valeur scientifique : Réduit l'ambiguïté mécanistique en reliant directement la croissance de la nappe mouillante en surface à la transition orientationnelle en volume, renforçant ainsi la confiance dans les relations structure-propriété.
- Valeur opérationnelle : Normalise la préparation des échantillons et la caractérisation multi-modale, améliorant la reproductibilité entre laboratoires et accélérant le transfert technologique.
- Valeur stratégique : Éclaire les décisions d'aller/arrêt en fournissant dès les premières étapes une évaluation de la robustesse thermique de l'alignement des cristaux liquides, réduisant ainsi les risques dans le développement ultérieur d'écrans ou de capteurs.
- Impact sur le portefeuille : Permet une priorisation ajustée au risque des formulations de cristaux liquides en se basant sur le comportement quantifié des transitions interfaciales et sur les profils d'hystérésis thermique.
Considérations relatives à la mise en œuvre
- Nécessite une expertise dans la manipulation des cristaux liquides, le dépôt de couches minces et la microscopie sur plateau chauffant.
- Dépend de l'accès à une microscopie optique polarisante équipée d'un plateau chauffant, d'un spectromètre diélectrique, d'une DSC haute résolution et d'une diffraction des rayons X en incidence rasante.
- Exige une normalisation des procédures de nettoyage et de revêtement des substrats afin d'assurer une énergie de surface et une dynamique de mouillabilité reproductibles.
- Implique des adaptations à prendre en compte lors du passage d'un verre revêtu de perfluoropolymère à d'autres matériaux de substrat ou mélanges de cristaux liquides.
- Limité par la nécessité d'un contrôle précis de la température (±0,1 K) pour résoudre les hystérésis de transition étroites, ce qui peut restreindre l'adaptation à des analyses à haut débit.
F.A.Q. sur la bio-pharmacie
Chapters in this video
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Title
5:18
Conclusion
3:41
Results: Orientational Transition of a Liquid Crystal in Response to Temperature
0:37
Preparation of the Liquid Crystal Alignment Layer of a Perfluoropolymer onto Glass Subtrates
1:44
Preparation of LC Cells and Sample Characterization
