הכנת Monodomain Liquid Crystal אלסטומרים גביש נוזלי Nanocomposites אלסטומר

המטרה הכוללת של הליך זה היא להכין אלסטומרים וננו-קומפוזיטים גבישיים נוזליים מיושרים ומגיבים לצורה. אז אלסטומרים של גביש נוזלי הם חומרים מגיבים לגירויים שמשנים צורה בתגובה לגירויים בסביבה. והם יכולים לשמש במגוון יישומים, כגון הנדסת רקמות, שבהם אנו יודעים שתאים מגיבים ללחצים ולמתחים בסביבה.

בהליך זה שאנו הולכים להדגים, אנו מסתמכים על חומרים בעלות נמוכה. השיטה שאנו מדגימים אמינה וניתנת ליישום בכל מעבדה ללא צורך בציוד יקר או מיוחד. ניתן ליישם חומרים אלה להתפתחות יריעות תאי לב, שם אנו יודעים כי מתחים ומתחים יכולים להשפיע על ההתמיינות וההתבגרות והתפקוד של תאי שריר הלב.

הדגמה חזותית של הליך זה חשובה מכיוון שהתהליך יכול להיות קשה ללמידה והדגימות עדינות במיוחד כאשר אנו תולים, טוענים ומקשרים אותו. לכן, ידגימו את ההליך הוג'ין קים, בוהאן ג'ו והויינג צ'ן, סטודנטים מהמעבדה שלנו וממעבדת ג'ף ג'ייקוט. התחל בשילוב של 166.23 מיליגרם של מזוגן תגובתי, 40 מיליגרם של סילוקסן ו-12.8 מיליגרם של קרוסלינקר עם 0.6 מיליליטר טולואן נטול מים בבקבוקון קטן טעון במוט ערבוב.

מערבבים את התמיסה בחום של 35 מעלות צלזיוס למשך 25 דקות עד שהריאגנטים יתמוססו לחלוטין. בבקבוקון נפרד, הכינו תמיסה של אחוז משקל אחד של זרז פלטינה בדיכלורומתאן. לאחר מכן, הוסיפו 30 מיקרוליטר מתמיסת הזרז לתמיסה שהוכנה בעבר וערבבו את התערובת עם מוט הערבוב.

לאחר מכן, שפכו את התמיסה לתבנית מלבנית בהתאמה אישית. מכסים את התבנית באופן רופף בשקופית זכוכית ומכניסים לתנור בחום של 60 מעלות צלזיוס למשך 30 דקות. נענע את התבנית מעת לעת כדי להסיר בועות במהלך 15 הדקות הראשונות.

מוציאים את התבנית מהתנור ומצננים אותה במהירות עם חנקן נוזלי על ידי שפיכת חנקן נוזלי למיכל קטן ומגע עם תחתית תבנית ה-PTFE עם החנקן הנוזלי למשך 2 שניות. לאחר שהתערובת התקררה, הניחו יריעת PTFE והשתמשו במרית מתכת כדי להסיר בזהירות את האלסטומר מהתבנית ולהניח אותו על גבי הסדין. לאחר מכן, השתמש בסכין גילוח כדי לקצץ את שולי אלסטומר הגביש הנוזלי ולחתוך אותו לאורכו לשלוש חתיכות שוות בגודלן.

תלו כל חתיכה למוט אופקי והחזיקו את האלסטומר במקומו באמצעות סרט. הוסף מהדק נייר אחד בכל פעם לקצה האלסטומרים במרווחים של 10 דקות. אפשר להם לתלות במשך שבעה ימים בטמפרטורת החדר ושים לב לכל שינוי באורך או באחידות.

יש להשליך כל דגימה שנקרעת או נשברת. כדי להכין ננו-קומפוזיט אלסטומר גביש נוזלי מגיב חשמלית, הוסף 4.38 מיליגרם של ננו-חלקיקי פחמן שחור לתמיסת התגובה המכילה את המזוגן הריאקטיבי, ה-crosslinker והסילוקסן. במהלך שלב התלייה של הייצור, השתמש בסך הכל בחמישה מהדקי נייר במקום 10 כדי לטעון את הדגימה.

הוסף ננו-חלקיקי פחמן שחור נוספים למשטח אלסטומר הגביש הנוזלי. הכן תמיסה של 1% משקל לנפח של ננו-חלקיקי פחמן שחור בטולואן. סוניקציה של התמיסה למשך 20 דקות כדי לפזר ננו-חלקיקי פחמן ולאחר מכן שפכו את הפיזור לצלחת פטרי.

לאחר מכן טבלו את אלסטומרים הגבישים הנוזליים בפיזור הננו-חלקיקים למשך שש שעות. לאחר הוצאתו מהתמיסה, השתמש בפיפטה כדי למשוך עודפי תמיסה מצלחת הפטרי ולאפשר לאלסטומר להתייבש באוויר. נקו בעדינות חלקיקי פחמן עודפים על פני השטח בעזרת סרט או צמר גפן.

להכנת אלסטומרים גבישים נוזליים הפיכים על בסיס אפוקסי, מערבבים 246.15 מיליגרם של ארבעה ארבעה דיגליצידיל דילוקסי ביפניל ראשוניים, 101 מיליגרם חומצה סבצית, 71.6 מיליגרם חומצה הקסדקנדיואית ו-76 מיליגרם PDMS עם סיום קרבוקסידציל בתבנית PTFE מלבנית. מחממים את הדגימות על ידי הנחתן על פלטה חמה בטמפרטורה של 180 מעלות צלזיוס. לאחר מכן, הוסיפו 11.48 מיליגרם של זרז והשתמשו בפינצטה מתכתית שחוממה מראש ל-180 מעלות צלזיוס כדי לערבב את התערובת.

המשיכו לערבב את התערובת מעת לעת כדי להסיר בועות שנוצרו מהתגובה. המשיכו להגיב על התערובת במשך כ-20 דקות. לאחר הג'ל, הסר את סירת ה-PTFE מפלטה החמה ואפשר לתערובת להתקרר לטמפרטורת החדר.

לאחר מכן, השתמש בסכין גילוח כדי להפריד את האלסטומר מתבנית ה-PTFE. לאחר מכן, הניחו שני יריעות PTFE במכבש פולימרי בטמפרטורה של 180 מעלות צלזיוס. הנח את האלסטומר בין יריעות ה-PTFE ודחוס את הדגימה לעובי של 0.3 עד 0.5 מילימטרים.

המשיכו לחמם את האלסטומר בחום של 180 מעלות צלזיוס למשך ארבע שעות. לאחר ארבע שעות, הסר את הדגימה וקרר אותה לטמפרטורת החדר. לאחר מכן, חותכים את הדגימה לחתיכות מלבניות באורך 2.5 סנטימטרים ורוחב 0.5 סנטימטרים.

תלו את הדגימה בקצה אחד באמצעות סרט פולימיד בתוך תנור חימום. חבר 12 מהדקי נייר במשקל כולל של 8.88 גרם לקצה החופשי של הדגימה. לאחר מכן הגדר את טמפרטורת התנור ל -165 מעלות צלזיוס וחמם את הדגימות למשך הלילה.

מוציאים את האלסטומר מהתנור ושימו לב לשינוי באורך. לאחר מכן, מחממים את הדגימה ל-80 מעלות צלזיוס על פלטה חמה כדי להסיר מתח שיורי, ואז מצננים חזרה לטמפרטורת החדר. מדוד מתח הפיך על ידי הנחת הדגימות על פלטה וחימום הצלחת בחזרה עד 120 מעלות צלזיוס.

דמיין את הדגימה בטמפרטורת החדר לאחר חימום ל-120 מעלות צלזיוס ולאחר קירור חזרה לטמפרטורת החדר. השתמש בתמונות כדי למדוד את אורך הדגימה בכל שלב. למדידות תרמו-מכניות, השתמש בסכין גילוח כדי לחתוך ידנית דגימות למידות של שני סנטימטרים על 0.3 סנטימטרים ולהדק אותן בזהירות, אחת בכל פעם, בין מהדקי המתח.

הפעל כוח של מילי-ניוטון אחד על הדגימה על מנת להסיר תחילה כל רפיון. לאחר מכן, יש לאזן תרמית דגימות ב-30 מעלות צלזיוס, ולאחר מכן מחזורי חימום וקירור. מחממים את הדגימה בחמש מעלות צלזיוס לדקה מ-30 מעלות צלזיוס עד 120 מעלות צלזיוס.

רשום את השינויים באורך וברוחב המדגם במהלך שינוי הטמפרטורה. טפל במשטח אחד של ננו-קומפוזיטים אלסטומר גביש נוזלי מתחת לפלזמת חמצן למשך 30 שניות. לאחר מכן, ספין יצק 300 מיקרוליטר של תמיסה של 1% משקל לנפח של פוליסטירן בטולואן ב-3, 300 סל"ד למשך דקה אחת על גבי המשטח הנקי בפלזמה.

יבש את האלסטומר בוואקום למשך 12 שעות כדי להסיר טולואן. ולאחר מכן לטפל במשטח המצופה פוליסטירן של הננו-קומפוזיט LCE באמצעות פלזמת חמצן למשך 30 שניות. עקר את ננו-קומפוזיטים אלסטומרים שטופלו בפלזמה ב-70% אתנול למשך 30 דקות.

ואז לשטוף אותם במי מלח עם פוספט. העבירו את ננו-קומפוזיטים אלסטומרים שטופים לצלחת פטרי יבשה עם צד מצופה פוליסטירן כלפי מעלה. לאחר מכן, הוסיפו חמישה מיליליטר של תמיסת קולגן מסוג 1 לתבשיל וצפו את כל שטח הדגימות על ידי טבילתם בתמיסת הקולגן.

לאחר מכן, כסו את הדגימות ודגרו אותן ב-37 מעלות צלזיוס ו-5% פחמן דו חמצני למשך 30 דקות לפחות. צלחת בודדה קרדיומיוציטים חדריים של חולדות יילודים על גבי המצעים בצפיפות של 100,000 עד 600,000 תאים לסנטימטר מרובע. תרבית התאים כמתואר בפרוטוקול הטקסט הנלווה.

לאחר שהתאים התחברו היטב, העבירו את ננו-קומפוזיטי אלסטומר גביש נוזלי זרוע לכלי מודפס בתלת מימד מותאם אישית. לאחר מכן, הכנס חתיכת פלסטיק מלבנית דרך החריצים בכלי התלת מימד כדי להחזיק את אלסטומר הגביש הנוזלי במקומו בקצה אחד או בשני הקצוות. הנח את הדגימה על מוטות הפחמן וקבע אותה בקצה אחד כדי להבטיח מגע חשמלי טוב.

ודא שהכלי מלא באמצעי תחזוקה של תרבית תאים ומצויד במוטות פחמן מוליכים מקבילים המחוברים למקור חשמלי. מגרה חשמלית אלסטומרים גביש נוזלי עם פוטנציאל חשמלי של 40 וולט מיזוג אוויר, שיש לו זמן כיבוי של חמש שניות למשך 24 שעות בסך הכל. אלסטומרים של גביש נוזלי מתכווצים ומתארכים באופן הפיך כאשר הם מחוממים מטמפרטורת החדר מעל טמפרטורת המעבר הנמטית לאיזוטרופית, בערך 80 מעלות צלזיוס.

ניתוח מכני דינמי מספק מדד כמותי לשינוי צורת אלסטומר הגביש הנוזלי כפונקציה של טמפרטורה. הדגימה המתוארת בגרף המוצג כאן חוממה והתקררה במשך ארבעה מחזורים. לאחר החימום, הדגימות מציגות קיצור של כ-35% בכיוון שבו נתלו במהלך הייצור.

המדגם מתרחב גם ב-25 עד 30% בכיוון הניצב. ננו-קומפוזיטים של אלסטומר גביש נוזלי מתכווצים על יישום פוטנציאל חשמלי. כאשר הם נחשפים ל-40 וולט A/C, ננו-קומפוזיטים של אלסטומר גביש נוזלי מתקצרים בכ-22 1/2% בכיוון שבו נתלו במהלך הייצור.

כאן, הדגימות נחשפו למחזור הפעלה כל 15 שניות. אז ברגע ששולטים בהליך, ניתן להשלים אותו תוך שעתיים והסינתזה כולה תושלם לאחר שבוע לאחר תליית הדגימה. בעת ניסיון הליך זה, חשוב שתזכור לתלות את ה-LC בכמות המשקל הנכונה.

אחרת, ייתכן שלא תיישר את הדגימה כראוי או תשבור אותה במהלך הייצור. בעקבות הליך זה, אתה יכול להוסיף סוגים אחרים של תוספים ל-LCE כמו ננו-צינורות פחמן כדי להבין איזו תגובת גירוי עשויה להיות לו. אנו מקווים שמחקר זה יסלול את הדרך לביולוגים וביו-מהנדסים לעצב מצעים מגיבים כדי לחקור את השפעת הלחץ והמתח על צמיחת התאים, יישור התאים והתנהגות התאים.

אז לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להבין היטב כיצד ליצור אלסטומרים גבישיים נוזליים מיושרים ומגיבים לצורה וננו-קומפוזיטים של אלסטומר גביש נוזלי.