Articolo metodologico

Sintesi microfluidica a base di strutture organiche COF (COF): uno strumento per la produzione continua di fibre COF e stampa diretta su una superficie

DOI:

10.3791/56020

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10 luglio 2017

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1Institute of Chemical and Bioengineering, Department of Chemistry and Applied Bioscience, ETH Zurich, 2Departamento de Química Inorgánica, Universidad Autónoma de Madrid, 3Departamento de Química Inorgánica, Universidad de Granada, 4Institut de Ciència de Materials de Barcelona (ICMAB-CSIC), 5School of Chemistry, University of Nottingham, 6Condensed Matter Physics Center (IFMAC), Universidad Autónoma de Madrid, 7Instituto Madrileño de Estudios Avanzados en Nanociencia (IMDEA Nanociencia)

In questo articolo

Sommario

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Presentiamo un nuovo metodo basato su microfluidici per la sintesi di strutture organiche covalenti (COFs). Abbiamo dimostrato come questo approccio possa essere utilizzato per produrre fibre continue di COF, nonché strutture di COF 2D o 3D sulle superfici.

Abstract

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I frammenti organici covalenti (COFs) sono una classe di materiali covalenti porosi che vengono spesso sintetizzati come polveri cristalline non trasformabili. Il primo COF è stato segnalato nel 2005 con molto sforzo incentrato sulla creazione di nuovi percorsi sintetici per la sua preparazione. Fino ad oggi, la maggior parte dei metodi sintetici disponibili per la sintesi del COF si basa sulla miscelazione di massa in condizioni solvotermiche. Pertanto, esiste un crescente interesse nello sviluppo di protocolli sistematici per la sintesi di COF che consentono un controllo raffinato sulle condizioni di reazione e migliora la lavorabilità del COF sulle superfici, che è essenziale per il loro utilizzo nelle applicazioni pratiche. In questo caso, presentiamo un nuovo metodo basato su microfluidici per la sintesi di COF in cui la reazione tra due blocchi costitutivi costituenti, 1,3,5-benzenetricarbaldehide (BTCA) e 1,3,5-tris (4-aminofenil) benzene (TAPB) Avviene in condizioni di diffusione controllata ea temperatura ambiente. Utilizzando un tale approccio produce spugna, gridaFibre talline di un materiale COF, qui di seguito denominato MF-COF. Le proprietà meccaniche di MF-COF e la dinamica dell'approccio consentono la produzione continua di fibre MF-COF e la loro stampa diretta sulle superfici. Il metodo generale apre nuove applicazioni potenziali che richiedono una stampa avanzata di strutture 2D o 3D COF su superfici flessibili o rigide.

Introduzione

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I frammenti organici covalenti (COFs) sono una classe ben consolidata di materiale poroso e cristallino in cui i blocchi organici sono fermamente tenuti insieme da legami covalenti 1 , 2 , 3 , 4 , 5 . I COF sono tipicamente assemblati secondo principi di chimica supramolecolare, in cui i blocchi di costruzione molecolari costituenti vengono reagiti selettivamente per definire un gruppo poroso finale e predeterminato. Un tale approccio consente la sintesi di materiali con struttura controllata e ordinata ( ....

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Protocollo

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1. Fabbricazione della muffa

  1. Eseguire la fabbricazione fotolitografica di uno stampo di silicio da 4 pollici come descritto in dettaglio in precedenza 19 ; Lo stampo principale utilizzato in questo studio è stato fabbricato utilizzando lo stesso protocollo.
    NOTA: I dispositivi microfluidici sono tipicamente fabbricati attraverso un processo a più fasi. Il primo passo è la progettazione del canale microfluidico usando un software di disegno convenzionale. Quindi, i fotomi da pellicola ad alta risoluzione contenenti la rete microfluidica vengono prodotti con una precisione di circa 5 μm. Successivamente, i master molds sono fab....

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Risultati

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Il dispositivo microfluidico utilizzato nelle nostre indagini è fabbricato usando la tradizionale modellazione di replica PDMS 20 e incorpora quattro canali di ingresso microfluidici che si fondono in un microchannel principale. Il dispositivo microfluidico finale è costituito da uno strato strutturato PDMS e da una copertura in vetro utilizzata per chiudere i microchannel impressa, come mostrato nella figura 1B .

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Discussione

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Il metodo sintetico basato su microfluidici riportato qui fornisce un approccio nuovo e semplice per la stampa diretta dei materiali COF sulle superfici. La sintesi viene eseguita usando un dispositivo microfluidico monostrato, costituito da un chip microfluidico PDMS legato ad una copertura in vetro. La fabbricazione del dispositivo microfluidico può essere ottenuta tramite la fusione convenzionale di PDMS contro uno stampo di silicio principale e successivamente legando il PDMS con i microchannel imprintati contro una.......

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Dichiarazioni

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Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Ringraziamenti

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Gli autori riconoscono la Fondazione nazionale svizzera della scienza (SNF) per il sostegno finanziario attraverso il progetto n. 200021_160174.

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Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
Maschere di pellicola ad alta risoluzioneMicrolitho, Regno Unito-Caratteristiche fino a 5um
Wafer di silicioSilicon Materials Inc., GermaniaWafer di silicio da 4" Superficieanteriore: lucidata, superficie posteriore: acidato
Elastomero siliconico KIT (PDMS)Dow Corning, USASylgard 184-Clorotrimetilsilano
Sigma-Aldrich, Svizzera386529≥ 97%, ATTENZIONE: Maneggiarlo solo sotto la cappa aspirante.
Perforatore per biopsiaMiltex GmBH, Germania33-31A-P/251,5 mm
Vetrino coprioggettiMenzel-Glaser, GermaniaBB024040SC24 mm & tempi; 40 mm, #5
Strumento generatore di plasmaDienerZepto BFrequenza: 40 kHz e potenza del generatore di plasma: 0-30 W
Tubo in PTFEPKM SA, SvizzeraAWG-TFS-XXXAWG 20TFS, rotolo di 100 m
neMESYS Pompe a siringaCetoni GmbH, GermaniaBassa pressione (290N)-
Tazza monousoSemadeni, Svizzera8323PS, 200 ml
Spatola di plasticaSemadeni, Svizzera3340L × L : 135 mm x 14 mm
Bisturi monousoB. Braun, Svizzera233-5320Nr. 20
siringhe monousoVWR, Svizzera613-39515 ml, Acido acetico Discardit II
Sigma-Aldrich, Svizzera695092-500>=99,7%, ATTENZIONE: Maneggiarlo solo sotto la cappa aspirante.
1,3,5-benzentricarbaldeideAldrich-Fine Chemicals75349197%
1,3,5-Tris(4-amminofenil)benzeneTokyo Chemical IndustryT2728-5G>93.0%

Riferimenti

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  1. Cote, A. P., et al. Porous, crystalline, covalent organic frameworks. Science. 310, 1166-1170 (2005).
  2. Ding, S. Y., Wang, W. Covalent organic frameworks (COFs): from design to applications. Chem Soc Rev. 42, 548-568 (2013).
  3. Huang, N., Wang, P., Jiang, D.....

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Microfluidic SynthesisCovalent Organic FrameworksCOF FibersDirect PrintingContinuous ProductionRoom TemperatureSyringe PumpPDMS ChipScanning Electron MicroscopySurface Patterning

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