Name: Préparation de la microfluidique d’élastomère cristalline liquide actionneurs (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-05-20T13:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 4 s
Description: Apprenez la synthèse microfluidique d'élastomères cristallins liquides pour produire des microparticules aux propriétés d'actionnement thermique contrôlables. Cette méthode permet de créer diverses morphologies pour la robotique molle.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

playerTrialDesktop

Les auteurs remercient la Fondation allemande de Science pour le financement de ces travaux (Ze 230/24-1).

1. synthèse des particules LCE actionnement simple
<ol><li>
Montage de l’appareil Remarque : Tous les matériaux utilisés pour la configuration de la microfluidique sont HPLC approvisionnement et disponible dans le commerce.<ol>
<li>Équiper un plat en verre eau bain [diamètre (D) : 190 mm, connexions : bride joints rodés deux 29/24] avec deux septa. Aborder les deux cloisons avec une alène fermer un tube avec un diamètre extérieur (OD) de 1/16 de pouce dans le trou d’ouverture.</li>
		<li>Fixez un raccord pour tuyau de 1/16 de pouce OD et l’embout correspondant à l’extrémité d’un tube PTFE (tube 1.1 ; OD : 1/16 po, diamètre intérieur (ID) : 0,17 mm, longueur (L) : 5 cm) et coller la pointe (env. 1 cm) d’une capillaire de silice revêtus de polyimide (ID : 100 µm, OD : 165 µm, L: 7 cm) dedans.</li>
		<li>Vissez le tube sur un adverse bras d’une polyéther éther cétone (PEEK) carrefour en t de 1/16 de pouce OD tubes, qui est monté sur une petite table en métal. Maintenant, le capillaire doit dépasser quelques centimètre de la jonction en t. NOTE : Les tubes PTFE sont mieux couper à l’aide d’un coupe-tube. Pour les capillaires, une pierre de clivage est préférable d’utiliser.</li>
		<li>Fixez un raccord approprié et une bague à l’extrémité d’un deuxième tube PTFE (tube 1.2 ; OD : 1/16 de pouce, ID : 0,75 mm), qui est assez long pour atteindre un pousse-seringue en dehors de l’eau du bain et vissez-le sur le bras latéral de la jonction en t.</li>
		<li>Coller un troisième tube PTFE (tube 1.3 ; OD : 1/16 de pouce, ID : 0,17 mm) par le biais de l’un des septums. Tube 1.3 doit être suffisamment long pour relier une deuxième pompe de seringue avec tube 1.1 à l’intérieur de l’eau du bain. Ajoutez deux écluses de raccord luer femelle pour tube d’OD 1/16 de pouce à la fin de rechange des tubes 1.1 et 1.3, respectivement.</li>
		<li>Préparer un quatrième PTFE (tube de polymérisation 1.4 ; OD : 1/16 de pouce, ID : 0,75 mm) avec un raccord plus virole et collez-la à travers le septum deuxième. Tube 1.4 doit être suffisamment long pour laisser l’eau du bain et de passer une précision plaque chauffante. Raccord tube 1.4 via son bras restant du carrefour et placer l’extrémité du verre capillaire à l’intérieur du tube.</li>
		<li>Mettre au bain-marie sur une plaque chauffante équipée d’un thermomètre, utiliser le ruban adhésif pour fixer le tube 1.4 sur le dessus de la précision, plaque chauffante et fixer un flacon en verre de 5 mL à l’extrémité du tube 1,4. Connectez l’extrémité du tube 1.2 à une seringue remplie de la phase continue (huile de silicone, viscosité : 1.000 m2/s), raccorder le tube 1.3 à une seringue remplie de l’huile hydraulique pour la phase de monomère (huile de silicone, viscosité : 100 m2/s) et brancher les deux seringues dans un pousse-seringue. Remarque : Afin de raccorder les tubes pour les seringues, connecteurs de barb-à-femelle-luer-lock pour une utilisation avec des tubes de 3/32 de pouce ID sont les meilleurs à utiliser.</li>
		<li>Installer un stéréomicroscope avec l’accent mis sur l’extrémité du capillaire pour permettre l’observation de la formation de gouttelettes et de monter une source de lumière UV (e.g., une lampe à vapeur de 500 W-mercure) avec le cône de lumière concentré sur tube 1,4.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Préparation du mélange monomère
	<ol>
<li>Pour préparer le mélange de monomère40, ajouter 200 mg de (4-acryloyloxybutyl) - 2, 5 - di(4-butyloxybenzoyloxy) benzoate d’une fiole de 50 mL en forme de poire.</li>
		<li>Ajouter 7,2 mg de 1, 6-hexanediol diméthacrylate (10 mol%) et 6,2 mg de ethyl(2,4,6-trimethylbenzoyl) phenylphosphinate (photo-initiateur, 3 w %) dans le ballon. Dissoudre le mélange dans environ 1 mL de dichlorométhane. NOTE : À partir de l’étape 1.2.2., toutes les étapes devraient être effectuées dans des conditions sans lumière UV (par exemple, sous la lumière jaune).</li>
		<li>Enlever le solvant complètement sous vide à 313 K et faire fondre le solide résiduel à 383 K dans un bain d’huile.</li>
		<li>Préparer une seringue avec un connecteur de barb-à-femelle-luer-lock pour une utilisation avec des tubes de 3/32 de pouce ID et fixez un tube PTFE (tube 1,5 ; OD : 1/8 pouce, ID : 1,65 mm) via un raccordement tube (OD : 1/16 de pouce, ID : 0,75 mm). Dresser le mélange monomère dans le tube de 1.5 à l’aide de la seringue. Remarque : La quantité de monomère ne doit pas être inférieure à 70 mg. sinon, il devient très difficile de tirer suffisamment mélange monomère dans tube 1.5. Le protocole peut être suspendu ici. Dans l’affirmative, ranger le tube dans un réfrigérateur.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Préparation des particules
	<ol>
<li>Attacher un verrou luer mâle pour tuyau de 1/8 de pouce OD aux deux extrémités du tube 1.5 contenant le mélange monomère. Ensuite, reliez les deux extrémités du tube 1.5 avec les serrures luer femelle sur les extrémités des tubes 1.1 et 1.3. NOTE : Les tubes doivent être rincés avec les liquides fournis par les pompes à seringue avant la synthèse.</li>
		<li>Température de l’eau du bain 363 K et valeur de la précision de température de la plaque à 338 K.</li>
		<li>Veillez à ce que le bout du capillaire est situé dans le centre du tube polymérisation 1,5 et ne touche pas le mur. NOTE : Les températures indiquées ici sont optimisées pour ce mélange monomère. En général, la température de l’eau du bain doit être assez élevée pour faire fondre le mélange monomère et la température de la plaque chauffante devrait être à des températures allant de la phase cristalline liquide.</li>
		<li>Après le mélange monomère est fondu, régler le débit de la phase continue (Qc) à une valeur comprise entre 1,5 et 2,0 mL/h et choisir le flux des rapports de vitesse de Qc/qd (Qd = la vitesse d’écoulement de la phase huile hydraulique/monomère) entre 20 et 200. Remarque : Pour un débit de Qc = 1,75 mL/h et Qd = 0,35 mL/h, des particules bien actionnement avec un D de 270 µm sont observées, par exemple.</li>
		<li>Après le début de la formation de gouttelettes, attendez que les gouttelettes sont tous la même taille avant d’allumer la lumière UV. Pour le mélange monomère décrit, positionner la source UV 1 cm au-dessus du tube de polymérisation 1.4 à l’extrémité droite de la précision plaque chauffante. Recueillir les différentes fractions de particules polymérisés dans le flacon de verre de 5 mL à l’extrémité du tube 1,4. Tout en circulant sous la lumière UV, couleur des gouttelettes devrait changer de transparent au blanc. ATTENTION : Porter des lunettes de protection anti-UV pour protéger les yeux.</li>
		<li>Mettre un bouclier (par exemple, une boîte de papier) entre la source lumineuse et le bain d’eau, afin d’éviter toute obturation du capillaire. Remarque : Dans le cas d’un tube de polymérisation colmatage, il pourrait aider à chauffer la partie bouchée avec un pistolet à air chaud.</li>
		<li>Après que tout le monomère est consommé, nettoyer l’installation en injectant de l’acétone dans tube 1.3.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. synthèse des particules de noyau-enveloppe LCE
<ol><li>
Montage de l’appareil
	<ol>
<li>Suivez l’étape 1.1.1. mais utilisez un plat de bain de l’eau avec un D de 190 mm.</li>
		<li>Fixez un raccord et une bague aux deux extrémités d’un manchon de tube fluoré éthylène propylène (FEP) (ID : 395 µm, OD : 1/16 de pouce, L: 1,55 pouce), respectivement. Tout d’abord, coller un capillaire en silice fondue (ID : 280 µm, OD : 360 µm, L: 8 cm) par l’intermédiaire de la douille, de telle sorte qu’il dépasse d’environ 3 mm sur un côté. Puis coller un capillaire plus mince (ID : 100 µm, OD : 165 µm, L: 11 cm) à travers le cotylédon, alors qu’il dépasse de quelques millimètres de son côté le plus long.</li>
		<li>Visser le manchon sur une des branches opposées d’une intersection PEEK pour tubes de 1/16 de pouce OD (carrefour en t 1) qui est monté sur une petite table en métal, avec le bout court du capillaire plus grand dans l’intersection.</li>
		<li>Coller un tube PTFE (tube 2.1 ; OD : 1/16 de pouce, ID : 0,17 mm) qui est assez long pour relier un pousse-seringue avec carrefour en t 1 par l’une des cloisons de la baignoire d’eau. Fixez un raccord et une bague à l’extrémité du tube à l’intérieur de l’eau du bain, branchez-le sur le bras latéral libre de carrefour en t 1 et coller le capillaire plus mince à l’intérieur du tube 2.1.</li>
		<li>Préparer un deuxième tube PTFE (tube 2.2 ; OD : 1/16 de pouce, ID : 0,5 mm) avec un raccord et une bague de serrage et branchez-le sur le bras de rechange de carrefour en t 1. Coller un autre tube PTFE (tube 2.3 ; OD : 1/16 de pouce, ID : 0,5 mm) à travers un deuxième trou dans le septum à côté de tube 2.1. Tube 2.3 doit être suffisamment long pour se connecter à un autre pousse-seringue avec tube 2.2.</li>
		<li>Ajouter deux écluses de raccord luer femelle pour tube de 1/16 de pouce OD aux extrémités libres des tubes 2.2 et 2.3 à l’intérieur de la baignoire d’eau, respectivement.</li>
		<li>Raccordez l’extrémité libre de la manche à une des branches opposées du deuxième croisement PEEK (carrefour en t 2) qui est également monté sur la petite table en métal. Préparer un quatrième tube PTFE (tube 2.4 ; OD : 1/16 de pouce, ID : 0,75 mm) avec un raccord plus la virole. Tube 2.4 est assez long pour atteindre une troisième pompe à seringue en dehors de l’eau du bain et branchez-le sur le bras latéral de 2 t-Junction.</li>
		<li>Préparer un cinquième PTFE (tube de polymérisation 2.5 ; OD : 1/16 de pouce, ID : 0,75 mm) avec un raccord plus virole et collez-la à travers le septum d’autre. Tube 2.5 doit être suffisamment long pour laisser l’eau du bain et de passer une haute précision, plaque chauffante. Connecter le raccord du tube 2.5 avec le bras restant de carrefour. Maintenant conseils des capillaires en verre doivent être placés à l’intérieur du tube 2.5.</li>
		<li>Mettre au bain-marie sur une plaque chauffante équipée d’un thermomètre, utilisez un ruban adhésif pour fixer le tube 2.5 sur le dessus une précision plaque chauffante et attacher un flacon en verre de 5 mL à la fin du tube. Connectez l’extrémité du tube 2.1 à une seringue remplie de glycérol (phase interne), raccorder le tube 2.3 à une seringue remplie de l’huile hydraulique pour la phase de monomère (huile de silicone, viscosité : 100 m2/s), raccorder le tube 2.4 à une seringue remplie de la phase continue ( huile de silicone ; viscosité : 1.000 m2/s) et branchez toutes les seringues dans les pompes à seringue.</li>
		<li>Suivez l’étape 1.1.7., mais lu tube 2,5 au lieu du tube 1,4.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Préparation du mélange monomère
	<ol>
<li>Suivez toutes les étapes de 1,2.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Préparation des particules coeur-écorce
	<ol>
<li>Attacher un verrou luer mâle pour tubes de 1/8 de pouce OD aux deux extrémités du tube contenant le mélange monomère, respectivement. Ensuite, reliez les deux extrémités de ce tube avec les serrures luer femelle sur les extrémités des tubes 2.2 et 2.3.</li>
		<li>Suivez les étapes 1.3.2-1.3.4.</li>
		<li>Observer la formation de gouttelettes le via un microscope stéréo.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. synthèse des particules LCE Janus
<ol><li>
Montage de l’appareil
	<ol>
<li>Suivez l’étape 1.1.1.</li>
		<li>Fixez un raccord et une bague aux deux extrémités d’un manchon de tuyau FEP (ID : 395 µm, OD : 1/16 de pouce, L: 1,55 pouce), respectivement. Coller deux alignés parallèlement en silice fondue capillaires (ID : 100 µm, OD : 165 µm, L1: 8 cm, L2: 11 cm) par l’intermédiaire de la douille. Le capillaire court dépasse environ 3 mm d’un côté de la manche. De l’autre côté de la manche, les deux capillaires ont la même longueur.</li>
		<li>Super colle les capillaires en mettant certains coller sur une extrémité de la gaine et attendent jusqu'à ce qu’il est guéri.</li>
		<li>Connecter deux jonctions en t PEEK en vissant le manchon sur un des bras adverses, respectivement et monter sur une petite table en métal.</li>
		<li>Suivez les étapes 2.1.4-2.1.7.</li>
		<li>Préparer un cinquième PTFE (tube de 3.5 ; OD : 1/16 de pouce, ID : 0,75 mm, l : 5 cm) avec un raccord plus virole et raccorder avec le bras restant de carrefour en t 2. Les deux conseils des capillaires en verre sont trouvent à l’intérieur du tube de 3.5.</li>
		<li>Coller un autre tube PTFE (tube 3.6 ; OD : 1/16 de pouce, ID : 0,5 mm) à travers le septum d’autre. Tube 2.6 doit être suffisamment long pour laisser l’eau du bain et de passer une précision plaque chauffante. Connecter les tubes 3.5 et 3.6 via mise en place des systèmes pour les tuyaux de 1/16 de pouce OD.</li>
		<li>Mettre au bain-marie sur une plaque chauffante équipée d’un thermomètre, utilisez un ruban adhésif pour fixer le tube 3.6 sur le dessus une précision plaque chauffante et attacher un flacon en verre de 5 mL à la fin du tube. Connectez l’extrémité du tube 3.1 à une seringue remplie d’un mélange aqueux monomère (phase de monomère AQ.), raccorder le tube 3.3 à une seringue remplie de l’huile hydraulique pour la phase de LC-monomère (huile de silicone, viscosité : 100 m2/s), raccorder le tube 3.4 à une seringue remplie avec la phase continue (huile de silicone, viscosité : 1.000 m2/s) et branchez toutes les seringues dans les pompes à seringue.</li>
		<li>Suivez l’étape 1.1.8, mais lu tube 3.6 au lieu de tube 1,4.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Préparation du mélange monomère (LC) cristalline liquide
	<ol>
<li>Suivez toutes les étapes de 1,2.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Préparation du mélange monomère aqueux
	<ol>
<li>Préparer une solution de wt 40 % d’acrylamide dans l’eau distillée. Ajouter 10 % de mol de l’agent de réticulation N, N'-methylenebis(acrylamide) et 2 % en poids de l’initiateur 2-hydroxy-2-methylpropiophenone à la solution. (Les deux montants sont à l’égard de l’acrylamide). Remarque : Afin d’accroître la viscosité du mélange monomère aqueux, polyacrylamide peut être ajouté.</li>
		<li>Remuer le mélange pendant 24 h à RT et le remplir dans une seringue de 1 mL, par la suite.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Préparation des particules Janus
	<ol>
<li>Attacher un verrou luer mâle pour tubes de 1/8 de pouce OD aux deux extrémités du tube contenant le mélange monomère de LC, respectivement. Ensuite, reliez les deux extrémités de ce tube avec les serrures luer femelle sur les extrémités des tubes 3.2 et 3.3.</li>
		<li>Suivez les étapes 1.3.2-1.3.4.</li>
		<li>Observer la formation de gouttelettes le via un microscope stéréo.</li>
	</ol>
</li>
</ol>4. analyse des particules
<ol><li>Mettre les particules sur une scène chaude au microscope optique connecté à un ordinateur avec des logiciels d’imagerie. Pour analyser l’actionnement des particules, prendre des photos à des températures au-dessus et en dessous de leur température de transition de phase et de mesurer leur D. Remarque : Une goutte d’huile de silicone empêche les particules de coller sur le porte-objet.</li>
	<li>Pour estimer la température de compensation des particules, déterminer la température à laquelle les particules perdent leur biréfringence sous un microscope optique polarisée (POM).</li>
</ol>

<ol><li>Ohm, C., Fleischmann, E. K., Kraus, I., Serra, C., Zentel, R. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201001178/abstract">Control of the properties of micrometer-sized actuators from liquid crystalline elastomers prepared in a microfluidic setup.</a> Advanced Functional Materials. 20 (24), 4314-4322 (2010).</li>
<li>Urbanski, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Liquid+crystals+in+micron-scale+droplets%2C+shells+and+fibers%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Physics%3A+Condensed+Matter%22%5BJournal%5D)">Liquid crystals in micron-scale droplets, shells and fibers.</a> Journal of Physics: Condensed Matter. 29 (13), 133003(2017).</li>
<li>Hessberger, T., Braun, L., Zentel, R. <a target="_blank" href="http://www.mdpi.com/2073-4360/8/12/410">Microfluidic synthesis of actuating microparticles from a thiol-ene based main-chain liquid crystalline elastomer.</a> Polymers (Basel). 8 (12), (2016).</li>
<li>Palagi, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Structured+light+enables+biomimetic+swimming+and+versatile+locomotion+of+photoresponsive+soft+microrobots%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Materials%22%5BJournal%5D)">Structured light enables biomimetic swimming and versatile locomotion of photoresponsive soft microrobots.</a> Nature Materials. , (February) 1-8 (2016).</li>
<li>Ohm, C., Brehmer, M., Zentel, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Liquid+crystalline+elastomers+as+actuators+and+sensors%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">Liquid crystalline elastomers as actuators and sensors.</a> Advanced Materials. 22, 3366-3387 (2010).</li>
<li>White, T. J., Broer, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Programmable+and+adaptive+mechanics+with+liquid+crystal+polymer+networks+and+elastomers%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Materials%22%5BJournal%5D)">Programmable and adaptive mechanics with liquid crystal polymer networks and elastomers.</a> Nature Materials. 14 (11), 1087-1098 (2015).</li>
<li>Liu, D., Broer, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Liquid+crystal+polymer+networks%3A+preparation%2C+properties%2C+and+applications+of+films+with+patterned+molecular+alignment%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Liquid crystal polymer networks: preparation, properties, and applications of films with patterned molecular alignment.</a> Langmuir. 30 (45), 13499-13509 (2014).</li>
<li>Ube, T., Ikeda, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photomobile+polymer+materials+with+crosslinked+liquid-crystalline+structures%3A+molecular+design%2C+fabrication%2C+and+functions%5BTitle%5D)+AND+%22Angewandte+Chemie+International+Edition+in+English%22%5BJournal%5D)">Photomobile polymer materials with crosslinked liquid-crystalline structures: molecular design, fabrication, and functions.</a> Angewandte Chemie International Edition in English. 53 (39), 10290-10299 (2014).</li>
<li>Zentel, R., Schmidt, G. F., Meyer, J., Benalia, M. <a target="_blank" href="https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/02678298708086324">X-ray investigations of linear and cross-linked liquid-crystalline main chain and combined polymers.</a> Liquid Crystals. 2 (5), 651-664 (1987).</li>
<li>Kapitza, H., Zentel, R. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/macp.1988.021890805/abstract">Combined liquid-crystalline polymers with chiral phases, 2 Lateral substituents.</a> Macromolecular Chemistry and Physics. 189, 1793(1988).</li>
<li>Li, M. -H., Keller, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Artificial+muscles+based+on+liquid+crystal+elastomers%5BTitle%5D)+AND+%22Philosophical+Transactions+of+the+Royal+Society+A.+Mathematical%2C+Physical%2C+and+Engineering+Sciences%22%5BJournal%5D)">Artificial muscles based on liquid crystal elastomers.</a> Philosophical Transactions of the Royal Society A. Mathematical, Physical, and Engineering Sciences. 364 (1847), 2763-2777 (2006).</li>
<li>Wiesemann, A., Zentel, R., Pakula, T. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/003238619290818H">Redox-active liquid-crystalline ionomers: 1. Synthesis and rheology.</a> Polymer (Guildford). 33 (24), 5315-5320 (1992).</li>
<li>Pei, Z., Yang, Y., Chen, Q., Terentjev, E. M., Wei, Y., Ji, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mouldable+liquid-crystalline+elastomer+actuators+with+exchangeable+covalent+bonds%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Materials%22%5BJournal%5D)">Mouldable liquid-crystalline elastomer actuators with exchangeable covalent bonds.</a> Nature Materials. 13 (1), 36-41 (2014).</li>
<li>Wang, Z., Tian, H., He, Q., Cai, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reprogrammable%2C+reprocessible%2C+and+self-healable+liquid+crystal+elastomer+with+exchangeable+disulfide+bonds%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Applied+Materials+%26+Interfaces%22%5BJournal%5D)">Reprogrammable, reprocessible, and self-healable liquid crystal elastomer with exchangeable disulfide bonds.</a> ACS Applied Materials & Interfaces. 9 (38), 33119-33128 (2017).</li>
<li>Chambers, M., Finkelmann, H., Remškar, M., Sánchez-Ferrer, A., Zalar, B., Žumer, S. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2009/jm/b812423j/unauth#!divAbstract">Liquid crystal elastomer-nanoparticle systems for actuation.</a> Journal of Materials Chemistry. 19 (11), 1524-1531 (2009).</li>
<li>Braun, L. B., Linder, T., Hessberger, T., Zentel, R. <a target="_blank" href="https://pdfs.semanticscholar.org/1a9f/54b8c695011ce5a328bb6049504d07b9c28c.pdf">Influence of a crosslinker containing an azo group on the actuation properties of a photoactuating LCE system.</a> Polymers.(Basel). 8 (12), 435(2016).</li>
<li>Braun, L. B., Hessberger, T., Zentel, R. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2015/tc/c6tc02587k">Microfluidic synthesis of micrometer-sized photoresponsive actuators based on liquid crystalline elastomers.</a> Journal of Materials Chemistry C. 4, 8670-8678 (2016).</li>
<li>Ikeda, T., Mamiya, J. I., Yu, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photomechanics+of+liquid-crystalline+elastomers+and+other+polymers%5BTitle%5D)+AND+%22Angewandte+Chemie+International+Edition%22%5BJournal%5D)">Photomechanics of liquid-crystalline elastomers and other polymers.</a> Angewandte Chemie International Edition. 46, 506-528 (2007).</li>
<li>Zeng, H., Wani, O. M., Wasylczyk, P., Kaczmarek, R., Priimagi, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Self-regulating+iris+based+on+light-actuated+liquid+crystal+elastomer%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">Self-regulating iris based on light-actuated liquid crystal elastomer.</a> Advanced Materials. 29 (30), 1-7 (2017).</li>
<li>Küpfer, J., Finkelrnann, H. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/marc.1991.030121211/abstract">Nematic liquid single crystal elastomers.</a> Macromolecular Rapid Communications. 12, 717-726 (1991).</li>
<li>Bergmann, G. H. F., Finkelmann, H., Percec, V., Zhao, M. Y. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/marc.1997.030180501/abstract">Liquid-crystalline main-chain elastomers.</a> Macromolecular Rapid Communications. 18 (5), 353-360 (1997).</li>
<li>Li, M. H., Keller, P., Yang, J., Albouy, P. A. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.200400658/abstract">An artificial muscle with lamellar structure based on a nematic triblock copolymer.</a> Advanced Materials. 16 (21), 1922-1925 (2004).</li>
<li>Brehmer, M., Zentel, R., Wagenblast, G., Siemensmeyer, K. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/macp.1994.021950601/full">Ferroelectric liquid-crystalline elastomers.</a> Macromolecular Chemistry and Physics. 195 (6), 1891-1904 (1994).</li>
<li>Beyer, P., Terentjev, E. M., Zentel, R. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/marc.200700210/abstract">Monodomain liquid crystal main chain elastomers by photocrosslinking.</a> Macromolecular Rapid Communications. 28 (14), 1485-1490 (2007).</li>
<li>Ditter, D., et al. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2017/tc/c7tc03958a#!divAbstract">MEMS analogous micro-patterning of thermotropic nematic liquid crystalline elastomer films using a fluorinated photoresist and a hard mask process.</a> Journal of Materials Chemistry C. 5, 12635-12644 (2017).</li>
<li>Lopez-Valdeolivas, M., Liu, D., Broer, D. J., Sánchez-Somolinos, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((4D+printed+actuators+with+soft-robotic+functions%5BTitle%5D)+AND+%22Macromolecular+Rapid+Communications%22%5BJournal%5D)">4D printed actuators with soft-robotic functions.</a> Macromolecular Rapid Communications. 1700710, 3-9 (2017).</li>
<li>Ohm, C., Kapernaum, N., Nonnenmacher, D., Giesselmann, F., Serra, C., Zentel, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microfluidic+synthesis+of+highly+shape-anisotropic+particles+from+liquid+crystalline+elastomers+with+defined+director+field+configurations%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">Microfluidic synthesis of highly shape-anisotropic particles from liquid crystalline elastomers with defined director field configurations.</a> Journal of the American Chemical Society. 133 (14), 5305-5311 (2011).</li>
<li>Ohm, C., et al. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2011/sm/c1sm05111c/unauth#!divAbstract">Preparation of actuating fibres of oriented main-chain liquid crystalline elastomers by a wetspinning process.</a> Soft Matter. 7, 3730(2011).</li>
<li>Hessberger, T., et al. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2016/tc/c6tc03378d#!divAbstract">Co-flow microfluidic synthesis of liquid crystalline actuating Janus particles.</a> Journal of Materials Chemistry C. 4, 8778-8786 (2016).</li>
<li>Fleischmann, E. -K., Liang, H. -L., Kapernaum, N., Giesselmann, F., Lagerwall, J., Zentel, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((One-piece+micropumps+from+liquid+crystalline+core-shell+particles%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">One-piece micropumps from liquid crystalline core-shell particles.</a> Nature Communications. 3, 1178(2012).</li>
<li>Khan, I. U., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microfluidic+conceived+drug+loaded+Janus+particles+in+side-by-side+capillaries+device%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Pharmaceutics%22%5BJournal%5D)">Microfluidic conceived drug loaded Janus particles in side-by-side capillaries device.</a> International Journal of Pharmaceutics. 473 (1-2), 239-249 (2014).</li>
<li>Vennes, M., Martin, S., Gisler, T., Zentel, R. <a target="_blank" href="https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ma0613279">Anisotropic particles from LC polymers for optical manipulation.</a> Macromolecules. 39 (24), 8326-8333 (2006).</li>
<li>Serra, C. a, et al. <a target="_blank" href="http://akademiai.com/doi/pdf/10.1556/JFC-D-13-00014">Engineering polymer microparticles by droplet microfluidics.</a> Journal of Flow Chemistry. 3 (3), 66-75 (2013).</li>
<li>Seo, M., Nie, Z., Xu, S., Lewis, P. C., Kumacheva, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microfluidics%3A+from+dynamic+lattices+to+periodic+arrays+of+polymer+disks%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Microfluidics: from dynamic lattices to periodic arrays of polymer disks.</a> Langmuir. 21 (11), 4773-4775 (2005).</li>
<li>Kim, K., Pack, D. <a target="_blank" href="https://pdfs.semanticscholar.org/f478/03c9d19711aafa30ce864c82ac669bb20df4.pdf">Microspheres for drug delivery.</a> BioMEMS and Biomedical Nanotechnology. 2, 19-50 (2006).</li>
<li>Kim, J. -W., et al. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007/s00396-002-0655-6">Titanium dioxide/poly(methyl methacrylate) composite microspheres prepared by in situ suspension polymerization and their ability to protect against UV rays.</a> Colloid and Polymer Science. 280 (6), 584-588 (2002).</li>
<li>Serra, C., Berton, N., Bouquey, M., Prat, L., Hadziioannou, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+predictive+approach+of+the+influence+of+the+operating+parameters+on+the+size+of+polymer+particles+synthesized+in+a+simplified+microfluidic+system%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">A predictive approach of the influence of the operating parameters on the size of polymer particles synthesized in a simplified microfluidic system.</a> Langmuir. 23 (14), 7745-7750 (2007).</li>
<li>Chang, Z., Serra, C. a, Bouquey, M., Prat, L., Hadziioannou, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Co-axial+capillaries+microfluidic+device+for+synthesizing+size-+and+morphology-controlled+polymer+core-polymer+shell+particles%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Co-axial capillaries microfluidic device for synthesizing size- and morphology-controlled polymer core-polymer shell particles.</a> Lab on a Chip. 9, 3007-3011 (2009).</li>
<li>Braun, L. B., Hessberger, T., Serra, C. A., Zentel, R. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/mren.201600015/abstract">UV-free microfluidic particle fabrication at low temperature using ARGET-ATRP as the initiator system.</a> Macromolecular Reaction Engineering. 10 (6), 611-617 (2016).</li>
<li>Thomsen, D. L., et al. <a target="_blank" href="https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ma001639q">Liquid crystal elastomers with mechanical properties of a muscle.</a> Macromolecules. 34, 5868-5875 (2001).</li>
<li>Ohm, C., Serra, C., Zentel, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+continuous+flow+synthesis+of+micrometer-sized+actuators+from+liquid+crystalline+elastomers%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">A continuous flow synthesis of micrometer-sized actuators from liquid crystalline elastomers.</a> Advanced Materials. 21 (47), 4859-4862 (2009).</li>
</ol>

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Nous avons décrit la fabrication de particules avec différentes morphologies via une approche microfluidiques pour produire effet LCE. À cette fin, des configurations de base capillaire microfluidiques ont été construites qui permettent la formation de gouttelettes suivie par photopolymérisation à des températures déterminées.
Ici, un aspect essentiel d’une synthèse réussie est le montage correct de l’installation. Toutes les connexions entre les parties doivent être fixées correctement afin d’éviter toute fuite de liquides, et l’appareil doit être propres avant chaque synthèse pour éviter tout colmatage. Il est également essentiel que l’expérience est réalisée dans des conditions sans UV, depuis, dans le cas contraire, la polymérisation prématurée du mélange monomère et donc nouveau colmatage de l’installation serait le résultat.
À ce jour, l’approche de la microfluidique décrite ici est la seule méthode capable de produire des particules LCE actionnement. Par la présente, le processus de la microfluidique répond à deux exigences en même temps. Outre la fabrication d’une multitude de même tailles micro-objets, une orientation du directeur cristalline liquide est induite dans ces particules. En outre, c’est une procédure assez simple, puisqu’un grand nombre d’actionneurs peut être synthétisé en une seule étape. Application d’autres méthodes, l’orientation de la mésogène nécessite habituellement une étape supplémentaire comme l’étirement de l’échantillon ou l’application de couches de photo-alignement. En outre, ces processus sont manuelles, ce qui signifie que la production de nombreux actionneurs prend beaucoup de temps. En outre, la morphologie LCE est-en plus cas limitée aux films de polymère. Inconvénients de l’approche de la microfluidique sont la limitation de la particule de taille (comme le diamètre est limité à des valeurs comprises entre 200 et 400 µm), la vulnérabilité à obstruction le capillaire et la nécessité de conditions sans UV pendant la préparation de particules dans le programme d’installation.
Systèmes sur puce sont souvent utilisés pour les fabrications de particules microfluidique puisqu’ils peuvent facilement être produits et sont faites d’un seul morceau. Ces configurations, toutefois, non seulement n’ont pas le réglage de températures différentes dans la nécessaire au cours de la circulation mais aussi ne sont pas suffisamment souples pour échanger facilement des pièces bouchés ou cassés de la microréacteur. Par conséquent, les configurations de base capillaire que nous utilisons sont plus adaptées pour la synthèse d’actionneurs LCE, qu’ils remplissent les exigences essentielles.
En dehors de nos résultats présentés actionner Janus-particules et noyau-enveloppe micropumps, plus complexe actionnant des particules dotées de nouvelles propriétés pourraient être synthétisées dans l’avenir et ouvrent de nouvelles possibilités pour les applications de déclencheur souple. L’autre modification des particules de Janus aux particules multi réactifs est déjà en cours. Par conséquent, nous visons à l’introduction d’un deuxième polymère réactif température outre l’actionnement LCE. D’autres possibilités pour les nouvelles conceptions de particules peuvent également résulter de l’utilisation de liquides cristallines azo-monomères, qui se traduit par l’actionnement axée sur la lumière du LCE-particules17,18. Dans ce cas, nous pouvons penser des particules de Janus contenant une température conforme tant qu’une partie actionnant des photo. La synthèse de particules de noyau-enveloppe axée sur la lumière ou des structures ressemblant à des tubes propose une autre conception de particules possible, ce qui conduirait à micropumps photo-sensible. La modification des procédures microfluidique principe que nous avons présentée ci-dessus devrait permettre une variété de nouveaux actionneurs.

Microfluidique synthèses sont devenues une méthode bien connue pour la fabrication de vérins élastomère cristalline liquide (LCE) dans le dernier quelques années1,2,3. Cette approche non seulement permet la production d’un grand nombre de particules bien manoeuvre mais permet également la fabrication de formes et de morphologies qui ne sont pas accessibles par d’autres méthodes. Actionneurs LCE étant des candidats prometteurs pour une application comme muscles artificiels en micro-robotique, nouvelles méthodes pour synthétiser ces particules sont d’une grande importance pour cette technologie d’avenir4.
Dans LCEs, le mésogène d’un cristal liquide (LC) est connectés à un réseau en élastomère5,6,7,8, les chaînes de polymère. Le lien entre les mésogènes à la chaîne de polymère peut ainsi se produire sous la forme d’une chaîne latérale, une principal-chaîne ou un combiné LC-polymère9,10,11. La distance entre les points de réticulation doit être suffisamment loin pour permettre une réorientation libre de la chaîne polymère dans l’intervalle (en fait, c’est vrai pour tout élastomère, ce qui les différencie des « thermodurcissables »). Ainsi, la réticulation peut être permanente ou réversible en raison de fortes interactions non-covalentes12,13,14. Ce genre de matériel combine les propriétés des deux, le comportement anisotrope d’un cristal liquide avec l’élasticité entropique de l’élastomère. À des températures allant de la phase cristalline liquide, les chaînes de polymère adoptent une conformation étirée (plus ou moins) causée par l’anisotropie de la phase cristalline liquide, qui est quantifiée par le paramètre order nématique. Lorsque l’échantillon est mis au-dessus de la température de transition de phase nématique-à-isotrope, l’anisotropie disparaît, et le réseau se détend à la conformation de pelote aléatoire énergiquement favorisée. Cela conduit à une déformation macroscopique et donc déclenchement5,15. Outre le chauffage de l’échantillon, cette transition de phase peut également être induite par autres stimuli tels que la diffusion lumineuse ou solvant dans la LCEs16,17,18,19.
Afin d’obtenir une forte déformation, il est nécessaire que l’échantillon soit, le fait de fonctionnalités ou une monodomaine au moins une orientation préférentielle des administrateurs du domaine unique au cours de l’étape de réticulation20. Pour la production de films LCE, cette opération est souvent réalisée par l’étirement d’un échantillon préalable polymérisé, via l’orientation des domaines dans un champ électrique ou magnétique, à l’aide de couches de photo-alignement ou par impression 3D21 ,22,23,24,25,26.
Une approche différente est la préparation continue de particules LCE avec générateurs de gouttelettes microfluidique axée sur le capillaire. Des gouttelettes de liquide monomère cristallin sont dispersées dans une phase continue très visqueuse, qui s’écoule autour des gouttelettes et applique un taux de cisaillement sur la surface des gouttelettes. Par conséquent, une circulation à l’intérieur de la goutte de monomère est observée, ce qui entraîne un alignement global de la phase cristalline liquide27. Ainsi, l’ampleur des taux de cisaillement agissant sur les gouttelettes a une forte influence sur la taille et forme de la goutte, ainsi que sur l’orientation du champ directeur cristalline liquide. Ces gouttelettes bien orientées peuvent ensuite être polymérisés plus en aval dans le paramétrage de la microfluidique. Ainsi, la préparation des actionneurs avec des formes variées (p. ex., particules et fibres) et morphologies plus complexes comme le noyau-enveloppe et particules de Janus sont possible28,29,30,31. Il est même possible de préparer des particules aplatie aux pôles, qui s’étendent le long de leur axe de symétrie et les particules très allongés, fibre-like qui se rétrécissement à la transition de phase. Les deux types de particules peuvent être faits avec le même genre de configuration de la microfluidique, simplement en faisant varier le taux de cisaillement27. Nous présentons ici le protocole de la façon de produire de tels actionneurs LCE des différentes morphologies dans auto-construit microfluidiques axée sur le capillaire.
Outre l’effet de l’alignement mésogène dans les gouttelettes LCE et l’accessibilité des polymères avec des formes variées, des approches microfluidique ont d’autres avantages. Par rapport aux autres méthodes de fabrication de particules comme les précipitations dans un non solvant ou suspension polymérisation32 (qui mène à des particules avec une large distribution de la taille), particules monodisperses (le coefficient de variation de la taille des particules est < 5 %) peuvent être synthétisés à l’aide de dispositifs microfluidiques33,,34. En outre, il est facile de briser la symétrie de la sphère des gouttelettes par un flux. Ainsi, les grosses particules avec une symétrie cylindrique sont accessibles, ce qui est nécessaire pour les actionneurs. Ceci est différent de LC-particules constituées de suspension polymérisation32. De plus, la taille des particules est bien réglable par microfluidics dans une gamme de plusieurs micromètres à plusieurs centaines de microns et additifs peuvent facilement être apportés dans les particules ou à leur surface. C’est pourquoi la préparation de particules microfluidique est souvent utilisée dans des sujets comme la drogue livraison35 ou la fabrication de cosmétiques,36.
Les configurations de microfluidique utilisées dans cet article ont été introduites par Serra et al. 33 , 37 , 38 . Ceux-ci sont fabriqués des et sont constitués de tubes de polytétrafluoréthylène (PTFE) de chromatographie liquide à haute performance (HPLC) et jonctions en t, ainsi que des capillaires de silice fondue qui fournissent les phases unique. Ainsi, le programme d’installation peut facilement être modifié, et pièces uniques tout simplement peuvent être échangés car ils sont disponibles dans le commerce. Un photo-initiateur est ajouté pour les mélanges de monomères, qui permet l’utilisation d’une source de lumière appropriée pour induire la polymérisation de la gouttelettes sur la volée, après avoir quitté le capillaire. Irradiation en dehors des capillaires est nécessaire pour éviter un colmatage de l’installation. Autres types de polymérisation ne commencent la polymérisation après que la goutte a quitté le capillaire (p. ex., avec initiateurs basée sur les processus d’oxydo-réduction)39. Toutefois, en raison de la rapidité de la polymérisation de réticulation photo-induites et la possibilité d’être contrôlé à distance, photoinitiation est la plus avantageuse.
Mélange de monomère de la LCE étant cristalline à température ambiante, un contrôle de température minutieuse de la configuration entière microfluidique est nécessaire. Par conséquent, la partie de l’installation où a lieu la formation de gouttelettes est placée dans un bain d’eau. Ici, les gouttelettes sont forment à des températures élevées dans la fonte isotrope du mélange. Pour l’orientation, les gouttelettes doivent être refroidis dans la phase cristalline liquide. Par conséquent, le tube de polymérisation est placé sur une plaque chauffante qui est sur la plage de température inférieure du LC-phase (Figure 1).
Nous décrivons ici une méthode simple et flexible pour la fabrication de vérins LCE dans un flux. Ce protocole fournit les étapes nécessaires à la construction de l’installation de microfluidique pour la synthèse de particules simples ainsi que Janus et noyau-enveloppe en quelques minutes. Ensuite, nous décrivons comment exécuter une synthèse et de montrer le résultat typique ainsi que les propriétés des particules actionnement. Finalement, nous discutons des avantages de cette méthode et pourquoi nous pensons qu’il pourrait faire des progrès dans le domaine des actionneurs LCE.

<table><tbody><tr><td>Raccord NanoTight pour tubes 1/16'' OD</td><td>Postnova_IDEX</td> virole <td>F-333N</td><td></td></tr><tr><td>pour tubes 1/16'' OD</td><td>Postnova_IDEX</td> té en PEEK <td>F-142N</td><td></td></tr><tr><td>pour 1/16" Tube OD</td><td>Postnova_IDEX</td><td>P-728</td> Raccord femelle à <td>jonction en T</td></tr><tr><td>pour 1/16" Tube OD</td><td>Postnova_IDEX</td><td>P-835</td><td>femelle luer-lock</td></tr><tr><td>Raccord mâle pour 1/8" Tube OD</td><td>Postnova_IDEX</td><td>P-831</td><td>mâle luer-lock</td></tr><tr><td>Connecteurs Luer femelles pour une utilisation avec 3/32" Tubes ID</td><td>Postnova_IDEX</td><td>P-858</td><td>pour l’embout du syrringe</td></tr><tr><td>Manchon de tube NanoTight FEP ID : 395 &micro ; m OD : 1/16 ''</td><td>Postnova_IDEX</td><td>F-185</td><td></td></tr><tr><td>Tube capillaire en silice fondue ID : 100 &micro ; m OD : 165 & micro ; m</td><td>Postnova</td><td>Z-FSS-100165</td> verre <td>capillaire</td></tr><tr><td>Tube capillaire en silice fondue ID : 280 &micro ; m OD : 360 et micro ; m</td><td>Postnova</td><td>Z-FSS-280360</td><td>capillaire</td></tr> <tr><td>en verre' &lsquo; Pompe 33' &rsquo; DDS</td><td>Harvard Apparatus</td><td>70-3333</td><td>Pompe à seringue</td></tr><tr><td>Plaque chauffante de précision</td><td>Harry Gestigkeit GmbH</td><td>PZ 28-2</td><td></td></tr><tr><td>Stereomicroscope stemi 2000-C</td><td>Carl Zeiss Microscopy GmbH</td><td>455106-9010-000</td><td></td></tr><tr><td>Lampe à vapeur de mercure Oriel LSH302</td><td>LOT</td><td></td><td>Intensité : 500 W</td></tr><tr><td>Téflon Kapillare, 1/16'' x 0,75mm</td><td>WICOM</td><td>WIC 33104</td><td>tube téflon</td></tr><tr><td>Téflon Kapillare, 1/16'' x 0,50mm</td><td>WICOM</td><td>WIC 33102</td><td>tube téflon</td></tr><tr><td>Kapillare, 1/16'' x 0,17mm</td><td>WICOM</td><td>WIC 33101</td><td>tube téflon</td></tr><tr><td>Huile de silicion 1.000 cSt</td><td>Sigma Aldrich</td><td>378399</td><td></td></tr><tr><td>Huile de silicion 100 cSt</td><td>Sigma Aldrich</td><td>378364</td><td></td></tr><tr><td>1,6-hexanediol diméthacrylate</td><td>Sigma Aldrich</td><td>246816</td><td>Réticulant</td></tr><tr><td>Lucirin TPO</td><td>Sigma Aldrich</td><td>415952</td><td>Initiateur</td></tr><tr><td>Microscope optique polarisé BX51</td><td>Olympus</td><td></td><td>Pour</td></tr><tr><td>l’analyse Hotstage TMS 94</td><td>Linkam</td><td></td><td>Pour l’analyse</td></tr><tr><td>Logiciel d’imagerie Cell^D</td><td>Olympus</td><td></td><td>Pour l’analyse</td></tr></tbody></table>

préparation de la microfluidique d’élastomère cristalline liquide actionneurs

Microfluidic Preparation of Liquid Crystalline Elastomer Actuators

Ce document met l’accent sur le processus de microfluidique (et ses paramètres) pour préparer des particules actionnement des élastomères cristallines liquides. La préparation consiste habituellement à la formation de gouttelettes contenant de faible masse molaire cristaux de liquides à des températures élevées. Par la suite, ces précurseurs de particules sont orientés dans le champ d’écoulement du capillaire et solidifiés par une polymérisation de réticulation, qui produit des particules de manoeuvre finales. L’optimisation du processus est nécessaire pour obtenir les particules de commande et la variation appropriée des paramètres du procédé (température et débit taux) et permet des variations de la taille et la forme (à partir d’oblat de morphologies fortement prolate) ainsi que la ampleur d’actionnement. En outre, il est possible de faire varier le type d’actionnement de l’élongation à la contraction en fonction du profil de directeur induite par les gouttelettes au cours de l’écoulement dans le capillaire, qui dépend encore une fois sur le processus de la microfluidique et ses paramètres. En outre, les particules de formes plus complexes, comme des structures de noyau-enveloppe ou particules de Janus, peuvent être préparés en ajustant le programme d’installation. Par la variation de la structure chimique et le mode de réticulation (solidification) de l’élastomère liquide cristalline, il est également possible de préparer des particules actionnement déclenchées par la chaleur ou l’irradiation UV-visible.

Dans ce protocole, nous présentons la synthèse de particules LCE avec différentes morphologies via une approche de la microfluidique. Les configurations de microfluidique pour la fabrication du single, core-shell et particules de Janus sont illustré à la Figure 129,38,41. Un des avantages de la production en flux continu sont le très bon contrôle sur la taille et la forme des particules. Figure 2 un illustre l’avantage de la configuration de gouttelettes unique : une granulométrie très étroite avec toutes les particules ayant la même forme41. Par la présente, la taille des sphères peut facilement être ajustée en modifiant le rapport des débits des différentes phases. Conformément au protocole, diamètres de particules entre 200 et 400 µm peut être produite de façon bien contrôlée en choisissant le flux des rapports de vitesse, tel qu’illustré à la Figure 2b1. Les meilleurs résultats sont obtenus pour des débits de la phase continue (Qc) entre 1,5 et 2,0 mL/h et pour les rapports de taux de débit de QC/qd (Qd = la vitesse d’écoulement de la phase de monomère) entre 20 et 200. Pour les débits de Qc = 1,75 mL/h et Qd = 0,35 mL/h, bien actionnement particules ayant un diamètre de 270 µm sont observées, par exemple. Si plus haut ratio Qc/qd sont sélectionnés, la formation de gouttelettes est moins contrôlé et distribution granulométrique des particules devient beaucoup plus large. Pour des rapports plus faibles, les particules ne sont pas sphériques plus. Outre les ajustements de taux de flux, la distance de la lampe UV pour la polymérisation tube ainsi que la position entre la gauche et l’extrême droite de la plaque de cuisson de précision peut modifier les propriétés de mise en action des particules LCE, ce qui se passe, par exemple, si la cinétique de la polymérisation changer en raison de choix de compositions de mélange monomère ou appliqué à des températures de polymérisation diffère de celle décrite ici.
Figure 3 une montre une particule d’actionnement qui s’allonge jusqu'à 70 % quand il est chauffé au-dessus de sa température de transition de phase, ce qui prouve que la condition d’induire une orientation du directeur cristalline liquide avant polymérisation est remplie. Cet alignement des mésogènes résultats de cisaillement entre la phase continue très visqueuse et surface des gouttelettes monomère. Si l'on utilise des huiles de silicone de plus faible viscosité, actionnement de la particule est réduite.
En outre, le dispositif microfluidique permet le contrôle des différents types de modèles d’actionnement, telles que l’allongement ou la contraction pendant la phase de transition, en faisant varier la vitesse de cisaillement agissant sur les gouttelettes au cours de la polymérisation. Cela peut être traité facilement à débit constant de la phase continue à l’aide de différents diamètres intérieurs de tube de la polymérisation. Figure 3 une montre un oeuf en forme de particule, qui s’allonge le long de son axe de rotation et a été synthétisé à des taux inférieurs de cisaillement dans un tube plus large de polymérisation (ID : 0,75 mm). Les molécules cristallines liquides (mésogènes) sont alignées le long d’un champ directeur concentriques dans ce cas. De l’autre côté, tige-comme des particules (comme illustré dans la Figure 3b) disposent d’une contraction pendant la phase de transition et un alignement bipolaire du champ directeur de des mésogènes. Cette particule a été produite à des taux plus élevés de cisaillement dans un mince tube de polymérisation (ID : 0,5 mm).
Le protocole décrit un autre avantage de ce procédé de microfluidique. Sans compter que des particules simples, les échantillons des morphologies plus complexes peuvent aussi être synthétisés. Figure 3 c montre un actionnement particule de noyau-enveloppe et Figure 3d une particule de Janus, qui tous deux ont été produites après la partie 2 et 3 du protocole29,30.
Si toutes les étapes du protocole sont faits correctement, les particules ayant des propriétés indiquées dans la Figure 4 devraient être obtenues3,41. Dans la Figure 4a, le chauffage et le refroidissement des courbes sont tracées pour unique particules synthétisées à des débits différents. En chauffant les particules de la température ambiante, l’ordre cristallin liquide est - dans un premier temps - réduit pour un peu, ce qui entraîne une petite déformation de la particule. Toutefois, près de la température de transition de phase, toute orientation est soudainement perdue et la particule montre un fort allongement juste en le chauffant à quelques degrés. En refroidissant la particule, une hystérésis peut être observée, et la forme d’origine est obtenue. Ce processus est réversible au fil de nombreux cycles de déclenchement, comme illustré à la Figure 4b.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57715/57715fig1.jpg"> Figure 1 : Configurations microfluidiques. (a) le général configuration comprend trois seringues, qui contiennent de l’huile de silicone hydraulique (1), le mélange aqueux monomère (3) et l’huile de silicone de phase continue (4). Le mélange de liquide monomère cristallin (2) est placé dans l’eau du bain (5) à 363 K, qui se réchauffe le cristal liquide à l’État isotrope. La polymérisation de la gouttelette est initiée sur la plaque de cuisson (6) à 338 K dans l’État nématique du cristal liquide par irradiation UV (7). (La configuration d’une seule particule correspond à la configuration générale, mais manque le deuxième capillaire, la seringue (3) et au deuxième carrefour en t). (b) ce panneau montre une configuration contenant deux capillaires côte à côte à l’autre, ce qui permet la formation de gouttelettes de Janus. installation (c), la coque du noyau est composée d’un capillaire qui est télescopée dans un capillaire de deuxième plus large. <a href="/files/ftp_upload/57715/57715fig1large.jpg" target="_blank">S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57715/57715fig2.jpg"> Figure 2: particules représentatives obtenues dans la configuration d’une seule particule de microfluidique. (a) ce panneau montre une image de microscopie de monodispersés particules LCE préparés dans la configuration d’une seule particule de microfluidique. Echelle = 200 µm. (b) ce panneau montre la dépendance du diamètre des particules en ce qui concerne le rapport entre la vitesse d’écoulement de l’huile (Qc) au débit du mélange monomère (Qd). La taille des particules obtenues dépend uniquement sur le rapport de la vitesse des deux phases et non sur leurs valeurs absolues. (Ce chiffre a été modifié d’Ohm, Fleischmann, Kraus, Serra et Zentel1 et Ohm, Serra et Zentel41.) <a href="/files/ftp_upload/57715/57715fig2large.jpg" target="_blank">S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57715/57715fig3.jpg"> Figure 3 : Images de microscopie optique des quatre morphologies différentes particules dans les nématiques d’État (à 353 K) et après la transition de phase dans l’isotrope d’État (à 413 K). Ces panneaux montrent (un) l’allongement d’une forme aplatie particule LCE (champ directeur concentriques), (b), la contraction d’un bâtonnet en forme LCE-particule (champ directeur bipolaire), (c), l’allongement d’un noyau-enveloppe en forme aplatie particule et (d), la contraction d’un Janus en forme allongée (partie gauche : LCE, partie droite : acrylamide hydrogel). Barreaux de l’échelle = 100 µm. <a href="/files/ftp_upload/57715/57715fig3large.jpg" target="_blank">s’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.</a> 
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57715/57715fig4.jpg"> Figure 4 : Propriétés d’actionnement des particules unique représentant. (a) ce panneau montre le chauffage et le refroidissement des courbes de particules LCE préparés pour la phase continue dans la configuration de microfluidique de particule à des débits différents. Les particules préparés au plus haut débit montrent l’activation plus forte (environ 70 %) et les deux courbes forment une hystérésis, respectivement. (b) il s’agit d’une parcelle de 10 cycles de déclenchement de particules LCE ne montrant aucune diminution de leur actionnement par le nombre de cycles. Cela prouve que les particules sont réticulés et l’actionnement est complètement réversible. Note : Ce graphique a été dessiné pour une particule fabriquée à partir d’un système LCE principal-chaîne mais a la même apparence pour le système LCE utilisé dans cet article. (Ce chiffre a été modifié de Ohm, Serra et Zentel41.) <a href="/files/ftp_upload/57715/57715fig4large.jpg" target="_blank">S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.</a>

Cet article décrit le processus de microfluidique et les paramètres pour préparer des particules actionnement des élastomères cristallines liquides. Ce processus permet la préparation d’actionner des particules et la variation de leur taille et forme (à partir de base-coquille aplatie aux pôles à fortement allongé et morphologies Janus) ainsi que l’ampleur de la manoeuvre.

Préparation de la microfluidique d’élastomère cristalline liquide actionneurs

This paper focuses on the microfluidic process (and its parameters) to prepare actuating particles from liquid crystalline elastomers. The preparation ...

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.

microfluidic-preparation-of-liquid-crystalline-elastomer-actuators

Research

Recherche

JoVE Journal

Chemistry

Chimie

Nous démontrons protocoles pour la fabrication et l'automatisation des élastomères polydiméthylsiloxane (PDMS) des tableaux basés sur microvanne qui n'ont pas besoin d'énergie supplémentaire de fermer et de fonctionnalité de photolithographie définie volumes précis. Un parallèle subnanoliter-volume du mélangeur et d'un système de perfusion intégré microfluidique sont présentés.

Puces microfluidiques contrôlée avec les tableaux microvanne élastomère

Ce manuscrit montre le processus de fabrication pour la fabrication d’actionneurs souples en élastomère diélectrique à base de membranes en silicone. Les trois étapes clés de la production sont présentées en détail : moulage de lames de fines membranes en silicone ; tampographie d’électrodes conformes ; et l’assemblage de tous les composants.

Processus de fabrication des élastomères diélectriques Actionneurs à base de silicone

La génération d’émulsions doubles microfluidiques implique généralement des dispositifs avec une mouillabilité à motifs ou des composants en verre fabriqués sur mesure. Nous décrivons ici la fabrication et le test d’un générateur d’émulsion double entièrement polydiméthylsiloxane (PDMS) qui ne nécessite pas de traitement de surface ou de processus de fabrication compliqués, et qui est capable de produire des émulsions doubles jusqu’à 14 μm.

Double Emulsion génération utilisant un flux focus périphérique (PDMS) Co-axial

Une nouvelle méthodologie est présentée à synthétiser et élastomères programme de la chaîne principale cristallins liquides à l'aide disponibles dans le commerce monomères de départ. Une large gamme de propriétés thermomécaniques a été adaptée en ajustant la quantité d'agent de reticulation, tandis que le rendement était d'actionnement dépend de la quantité de déformation appliquée durant la programmation.

Synthèse de la chaîne principale programmable élastomères à cristaux liquides à l&#39;aide d&#39;un thiol-acrylate de réaction en deux étapes

Nous démontrons la préparation d’élastomères à cristaux liquides (LCE) à base de siloxane et d’époxy et de nanocomposites LCE. Les CLE sont caractérisés en ce qui concerne la déformation réversible, l’ordre des cristaux liquides et la rigidité. En tant qu’application potentielle, nous démontrons leur utilisation en tant que substrats sensibles à la forme dans un dispositif personnalisé pour la culture cellulaire active.

Préparation de monodomaine à cristaux liquides élastomères et élastomères cristaux liquides nanocomposites

Ici, nous fabriquons des micro/nanostructures polymères 3D dans lesquelles la forme et l’alignement moléculaire peuvent être modifiés avec une précision à l’échelle nanométrique par l’utilisation de l’écriture laser directe. La déformation induite par la lumière de plusieurs types de microstructures d’élastomères à cristaux liquides peut être contrôlée à l’échelle microscopique.

Free-forme légère Actionneurs - Fabrication et contrôle des Actuation dans l&#39;échelle microscopique

Dans la présente, nous décrivons la fabrication et le fonctionnement d’un système microfluidique à double couche composé de polydiméthylsiloxane (PDMS). Nous démontrons le potentiel de ce dispositif pour piéger, diriger la voie de coordination d’un matériau moléculaire cristallin et contrôler les réactions chimiques sur les structures piégées sur puce.

Cages pneumatiques microfluidiques: Une nouvelle approche pour In-chip Cristal Piégeage, Manipulation et traitement chimique contrôlée

Cet article décrit un processus de fabrication rapide et simple de matériaux composites ioniques électromécaniquement actifs pour les actionneurs dans les applications biomédicales, biomimétiques et robotiques douces. Les principales étapes de fabrication, leur importance pour les propriétés finales des actionneurs et certaines des principales techniques de caractérisation sont décrites en détail.

Fabrication d’actionneurs mous électromécaniquement électromécaniques à base de carbone

Les tests de gouttelettes eau-dans-huile sont utiles pour la chimie analytique, l’évolution enzymatique et l’analyse unicellulaire, mais nécessitent généralement une microfluidique pour former les gouttelettes. Ici, nous décrivons l’émulsification à gabarit de particules, une approche sans microfluidique pour effectuer des tests de gouttelettes.

L’émulsification par gabarit de particules permet des tests de gouttelettes sans microfluidique

Ce protocole décrit un ensemble de méthodes de synthèse des blocs de construction de microgel pour les échafaudages de particules microporeuses recuites, qui peuvent être utilisés pour une variété d’applications de médecine régénérative.

Synthèse microfluidique de blocs de construction de microgel pour échafaudage de particules microporeuses recuites

Le présent protocole décrit une plateforme microfluidique pour étudier le développement de biofilms dans des milieux poreux quasi-2D en combinant l’imagerie microscopique à haute résolution avec des mesures simultanées de différence de pression. La plateforme quantifie l’influence de la taille des pores et des débits de fluide dans les milieux poreux sur le biocolmatage.

Une plateforme microfluidique pour étudier le biocolmatage en milieu poreux

Apprenez la synthèse microfluidique d'élastomères cristallins liquides pour produire des microparticules aux propriétés d'actionnement thermique contrôlables. Cette méthode permet de créer diverses morphologies pour la robotique molle.

Préparation de la microfluidique d’élastomère cristalline liquide actionneurs

Explorer plus de vidéos