Préparation de la microfluidique d’élastomère cristalline liquide actionneurs

L’objectif global de cette synthèse microfluidique est de mettre en place un réacteur microfluidique à co-flux capillaire qui permet la production reproductible d’un grand nombre de microparticules d’élastomères à cristaux liquides dotées d’excellentes propriétés d’actionnement thermique. Cette méthode peut aider à répondre à des questions clés dans le domaine de la production de microactionneurs LCE, telles que la façon de transformer des monomères cristallins liquides en microparticules à actionnement thermique via des réacteurs microfluidiques. Le principal avantage de cette technique est qu’une production rapide de particules ainsi que différentes formes, tailles et modèles d’actionnement des particules sont accessibles en affinant la configuration microfluidique de base.

Tout d’abord, équipez un plat de bain-marie en verre de deux septa. Ensuite, percez avec des septa avec un poinçon pour créer un trou pour positionner un tube d’un diamètre extérieur de 1/16 de pouce. Ensuite, fixez un raccord et une virole correspondante pour le tube de 1/16 de pouce de diamètre extérieur à l’extrémité d’un tube en PTFE.

Ensuite, enfoncez-y l’extrémité d’un capillaire en silice enrobé de polyamide. Ensuite, vissez le tube PTFE à l’un des bras opposés d’une jonction en T polyéther éther cétone pour le tube de diamètre extérieur de 1/16 de pouce monté sur une petite table métallique. Ensuite, fixez un raccord et la virole correspondante à l’extrémité d’un deuxième tube en PTFE.

Ensuite, vissez le tube sur le bras latéral de la jonction en T. Ensuite, insérez le troisième tube en PTFE dans l’un des septa. Coupez le troisième tube en PTFE pour atteindre un deuxième pousse-seringue à l’extérieur du bain-marie et l’extrémité du tube 1.1 à l’intérieur du bain-marie.

Ensuite, fixez deux verrous Luer femelles pour le tube de 1/16 de pouce de diamètre extérieur. Ensuite, insérez le tube dans le deuxième septum. Ensuite, assemblez le quatrième tube en PTFE à l’aide d’un raccord et d’une virole.

Après avoir assemblé le tube en PTFE, connectez le tube 1.4 au bras restant de la jonction en T en le faisant glisser soigneusement sur le capillaire. Ensuite, transférez le bain-marie sur une plaque chauffante. Ensuite, fixez le tube 1.4 sur la plaque chauffante de précision à l’aide de ruban adhésif.

Fixez également un flacon en verre de 5 ml à l’extrémité du tube. Maintenant, connectez l’extrémité des tubes 1.2 et 1.3 à des seringues remplies de phase continue et d’huile hydraulique, toutes deux actionnées par des pousse-seringues. Ensuite, installez le stéréomicroscope et montez une source de lumière UV.

Ajouter 200 mg d’acrylate cristallin liquide et deux autres réactifs dans une fiole. Ensuite, dissolvez le mélange dans 1 ml de dicholorométhane. Ensuite, utilisez le vide à 40 degrés Celsius pour éliminer complètement le solvant et faire fondre le solide restant à 110 degrés Celsius dans un bain d’huile.

Ensuite, préparez une seringue avec un raccord Luer femelle cannelé pour un tube de 3/32 pouces de diamètre intérieur. Fixez la seringue et le cinquième tube en PTFE à travers un tube de connexion. À l’aide de la seringue, recueillir le mélange de monomères dans le tube.

Utilisez deux verrous Luer mâles pour un tube de 1/8 de pouce de diamètre extérieur et fixez les deux verrous aux extrémités du tube 1,5 contenant le mélange de monomères. Plus tard, fixez les deux extrémités du tube 1.5 avec les verrous Luer femelles à l’extrémité des tubes 1.1 et 1.3. Ensuite, remplissez le bain-marie et réglez sa température à 90 degrés Celsius et la température de la plaque chauffante de précision à 65 degrés Celsius.

Une fois le mélange de monomères fondu, réglez le débit de la phase continue sur une valeur comprise entre 1,5 et 2,0 millilitres par heure. Et le débit de la phase monomère à une valeur raisonnable. Ensuite, centrez le capillaire à l’intérieur du tube et allumez la lumière UV lorsque des gouttelettes de taille similaire commencent à se former.

Recueillir les fractions des particules polymérisées dans le flacon en verre de 5 ml fixé à l’extrémité du tube 1.4. Recherchez un changement de couleur et la formation des particules sous la lumière UV. Ensuite, afin de monter la configuration Janus, équipez une coupelle de bain-marie en verre de 190 millimètres de diamètre avec deux septa.

Percez les septa avec un poinçon pour créer un trou afin de positionner un tube d’un diamètre extérieur de 1/16 de pouce. Ensuite, insérez deux capillaires en silice fondue doublés de parallela dans le manchon du tube. Utilisez de la Super Glue pour sceller le manchon.

Laissez le capillaire court s’étendre d’environ trois millimètres d’un côté du manchon. Ensuite, fixez un raccord et une virole aux deux extrémités du manchon de tube. Ensuite, vissez le manchon à l’un des bras opposés de chaque jonction en T pour relier les deux jonctions en T.

Montez les deux jonctions en T sur une petite table métallique. Collez un tube de PTFE dans le septum du bain-marie. Équipez-le d’un raccord et d’une virole et connectez-le au capillaire et au bras opposé restant de la jonction en T un.

Connectez un autre tube avec une virole et un raccord fixés à une extrémité au bras latéral libéré de la jonction en T un. À côté du tube 2.1, fixez un autre tube en PTFE à travers le deuxième trou du septum. Ensuite, ajoutez deux verrous Luer femelles pour un tube de 1/16 de pouce de diamètre extérieur aux extrémités libres des tubes 2,2 et 2,3 à l’intérieur du bain-marie.

Connectez un quatrième tube en PTFE avec un raccord et une virole au bras latéral de la jonction en T deux. Faites glisser avec précaution le tube 2.5 équipé d’un raccord et d’une virole des deux côtés sur les capillaires et reliez-le avec le bras restant de la jonction en T deux. Ensuite, insérez le sixième tube en PTFE dans l’autre septum et fixez un raccord et une virole à l’extrémité à l’intérieur du bain-marie.

Connectez les cinquième et sixième tubes en PTFE à l’aide d’un adaptateur. Ensuite, vissez le tube contenant le mélange de monomères entre les extrémités des tubes 2.2 et 2.3. Ensuite, installez le bain-marie sur une plaque chauffante à l’aide d’un thermomètre.

Branchez le tube 2.1 dans la seringue contenant la phase aqueuse, le tube 2.3 dans celui contenant l’huile hydraulique, et le tube 2.4 dans la phase continue. Fixez ensuite le sixième tube avec du ruban adhésif sur une plaque chauffante de précision. Ensuite, fixez un flacon en verre de 5 ml à l’extrémité du tube.

Ensuite, centrez les capillaires à l’intérieur du tube et montez une source de lumière UV sur le tube de polymérisation 2.6 sur la plaque chauffante de précision. Pour la configuration de la coque centrale, fixez d’abord un raccord, puis une virole aux deux extrémités du tube en éthylène-propylène floriné. Ensuite, collez un capillaire de silice fondue à travers le manchon de manière à ce qu’il dépasse d’environ trois millimètres d’un côté.

Utilisez un autre capillaire plus mince et insérez-le dans le capillaire le plus grand de sorte que le plus mince dépasse de quelques millimètres de son côté le plus long. Des études montrent que des particules d’un diamètre compris entre 200 et 400 micromètres sont produites à un débit de 1,50 à 2,00 mL par heure de la phase continue alors que le rapport de débit de la phase continue à la phase monomère varie entre 20 et 200. Ces images de microscopie optique montrent la morphologie des particules où une particule de forme prolate allonge son axe de rotation lorsqu’elle est synthétisée dans un tube de polymérisation plus large.

Ces particules en forme de bâtonnets sont synthétisées en raison de l’allongement à des vitesses plus élevées lors de la polymérisation dans un tube plus mince d’un diamètre intérieur de 0,5 millimètre. Cette particule se contracte le long de son axe de rotation lors de la transition de phase. Ici, l’allongement et la contraction de l’actionnement de la coquille du noyau et des particules Janus en forme de bâtonnet sont représentés.

En traçant les propriétés d’actionnement des particules LCE simples, les courbes de chauffage et de refroidissement des particules montrent que l’actionnement le plus fort des particules se situe au débit le plus élevé où les deux courbes forment une hystarèse. Il est intéressant de noter qu’il n’y a pas de diminution de l’actionnement des particules, même sur 10 cycles d’actionnement. Une fois maîtrisé, ce dispositif microfluidique peut être préparé en une heure et la synthèse des particules prend une à deux heures, si elle est réalisée correctement.

Après son développement, cette approche ouvre de nouvelles possibilités aux chercheurs dans le domaine du traitement des élastomères à cristaux liquides pour permettre la fabrication de microparticules de formes variées présentant différents modèles d’actionnement. Lors de la tentative de cette procédure, il est important de ne pas oublier de travailler dans des conditions sans UV et d’utiliser des composants microfluidiques propres afin d’éviter le colmatage lors de la production de particules microfluidiques. Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la façon de traiter les mélanges de monomères à cristaux liquides dans un réacteur microfluidique à base capillaire, ayant différentes zones de température pour traiter les différents états cristallins liquides.