Name: Sintesi microfluidica a base di strutture organiche COF (COF): uno strumento per la produzione continua di fibre COF e stampa diretta su una superficie (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-07-10T11:30:00.000+00:00
Duration: 8 min 42 s
Description: Scopri la sintesi microfluidica di strutture COF per produrre fibre continue e stampare strutture 2D e 3D su superfici. Questo metodo avanzato migliora la lavorabilità dei materiali cristallini.

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

1. Fabbricazione della muffa <ol><li> 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 fabbricati su un wafer di silicio da 4 &quot;attraverso tecniche standard di fotolitografia. SU-8, un fotoresist negativo, viene impiegato per la fabbricazione degli stampi principali nelle indagini attuali. L&#39;altezza delle strutture SU-8 è definita come 50 μm nei nostri dispositivi. Infine, i dispositivi microfluidici sono fabbricati direttamente colando un polimero trasparente, normalmente polydimetAlfisilossano (PDMS), contro lo stampo principale. </li></ol> 2. Fabbricazione di dispositivi microfluidici monostrato NOTA: Il protocollo richiede un forno a 70 ° C. La temperatura del forno deve essere stabilizzata a 70 ° C prima di avviare il protocollo di fabbricazione. Temperature inferiori possono portare a dispositivi poco legati e non funzionali. <ol><li> Posizionare lo stampo masterizzato in un essiccatore, dotato di una pompa a vuoto. Quindi versare 100 μl di clorotrimetilsilano in un flaconcino di vetro e inserirlo all&#39;interno dell&#39;essiccatore. NOTA: ATTENZIONE! Il clotrimetilsilano è una sostanza corrosiva, pericolosa e tossica. Di conseguenza, tutti i passaggi di movimentazione devono essere eseguiti sotto una cappa aspirante ben ventilata e devono essere indossati occhiali protettivi, guanti e cappotto di laboratorio. </li><li> Chiudere l&#39;esiccatore e mettere sotto vuoto (in questo esperimento, 51 mbar). Attendere almeno 1 h per garantire la deposizione di clorotrimetile vaporizzatoSilano sulla superficie dello stampo principale. Dopo 1 ora aprire delicatamente la valvola d&#39;aria dell&#39;essiccatore per equilibrarla alla pressione atmosferica e aprirla. NOTA: ATTENZIONE! Non appena l&#39;essiccatore viene aperto, il vapore di clorotrimetilsilano esaurisce; Non respirare direttamente sopra l&#39;essiccatore e svolgere sempre quanto sopra in una cappa aspirata ventilata. </li><li> Rimuovere con cura la muffa masterizzata silanizzata e chiudere l&#39;essiccatore. Conservare lo stampo principale in una scatola chiusa (o all&#39;interno di una cappa a flusso laminare) per evitare la deposizione di particelle sulla sua superficie. NOTA: Tutte le fasi di esecuzione devono essere eseguite sotto una cappa a flusso laminare che funziona con una velocità uniforme dell&#39;aria. </li><li> Preparare una miscela di pre-polimero PDMS e agente polimerizzante (10: 0,9 in peso) in una tazza monouso e mescolare energicamente con una spatola di plastica. Come guida, utilizzare 20 g di elastomero e 1,8 g di agente di tintura per realizzare quattro dispositivi microfluidici PDMS di circa 5 mm di spessore. </li><li> Posizionare la tazza contenente il PD ben mescolatoMS in un essiccatore sotto vuoto a degas e rimuovere le bolle d&#39;aria. Una volta che il PDMS è degassato, aprire l&#39;essiccatore e rimuovere la tazza. NOTA: in questo esperimento, ci vogliono circa 30 minuti a 51 mbar. </li><li> Posizionare delicatamente quattro quadrati quadrati ( ad esempio , telai PTFE) con dimensioni interne di 24 mm x 24 mm sullo stampo principale in modo che ognuno forma un muro attorno ad una singola struttura modellata sullo stampo principale. </li><li> Versare il PDMS degassato nelle cornici e sulla parte superiore dello stampo master fino a quando non sarà pieno. Posizionare lo stampo principale con i telai quadrati riempiti in un forno a 70 ° C per 2 ore. </li><li> Dopo 2 h, rimuovere lo stampo principale dal forno e lasciare l&#39;impianto per raffreddarsi a temperatura ambiente. </li><li> Scollegare manualmente le lastre strutturate PDMS (o PDMS chip) e le cornici quadrate separandole accuratamente dal master dello stampo e scorrendo le casse PDMS fuori dai quadrati quadrati. </li><li> Praticare fori di ingresso e di uscita usando un puncher a biopsia da 1,5 mmPosizionare le posizioni nel disegno, ad esempio , alla fine dei canali microfluidici. Tagliare i pezzi extra di PDMS e rimuovere eventuali detriti dalla superficie dei chip PDMS strutturati utilizzando nastro adesivo. </li><li> Posizionare i chip PDMS (con i canali aperti rivolti verso l&#39;alto) e le copertine di vetro nella camera di un generatore di plasma e chiudere la camera. </li><li> Mettere il generatore di plasma sotto vuoto (1,4 mbar qui); Spegnere il generatore di plasma per 1 min. </li><li> Dopo 1 minuto, spegnere il generatore di plasma, ventilare la camera e togliere i chip PDMS trattati e le copertine di vetro. Bondare i chip PDMS (dal lato con canali strutturati) e le copertine di vetro insieme per chiudere i canali; A questo punto i dispositivi microfluidici monostrato sono fabbricati. </li><li> Infine, mettere i dispositivi microfluidici legati in un forno a 70 ° C per almeno 4 ore per migliorare il legame tra il PDMS e il vetro, sostanzialmente. </li></ol> 3. PreparatoIone delle soluzioni microfluidiche e dei precursori <ol><li> Preparare una soluzione 0,040 M di BTCA in acido acetico. NOTA: ATTENZIONE! L&#39;acido acetico è un composto pericoloso, corrosivo e infiammabile e il suo vapore è estremamente irritante per gli occhi e il sistema respiratorio. Di conseguenza, i passaggi di movimentazione devono essere eseguiti in una cappa di fumo. Inoltre, l&#39;utilizzatore deve indossare un cappotto di protezione protettivo, occhiali e guanti. </li><li> Preparare una soluzione da 0,040 M di TAPB in acido acetico. NOTA: Il dispositivo microfluidico utilizzato negli esperimenti correnti ha quattro canali di ingresso ( figura 1B e figura 2 ). </li><li> Caricare le soluzioni BTCA e TAPB in due diverse siringhe (5 ml di siringhe caricate con 3 mL di soluzione qui), posizionare e fissare le siringhe su una pompa della siringa e collegarle ai due prelievi medi del chip microfluidico fabbricato (un reagente per ingresso) utilizzando Tubo PTFE (diametro interno 0,8 mm). </li><li> Caricare altre due siringhe con puroL&#39;acido acetico (qui 5 ml di siringhe completamente caricate), posizionare e fissare le siringhe sulla pompa della siringa e collegarle ai due bocchetti laterali del microfluidico utilizzando lo stesso tipo di tubo in PTFE. </li><li> Collegare un tubo PTFE sufficientemente lungo (nell&#39;esperimento corrente, ~ 15 cm) all&#39;uscita del microfluidico. Utilizzare una pompa a siringa controllata dal computer per motivare i flussi di fluido come descritto nei passaggi successivi. </li></ol> 4. Sintesi continua di fibre MF-COF <ol><li> Utilizzando la pompa della siringa vengono introdotti due flussi di guaina di acido acetico ciascuno ad una portata di 100 μL / min; I flussi di guaina sono situati sul lato esterno dei flussi del reagente ( Figura 2 ). </li><li> Attendere 1 min ed iniettare i due reagenti (TAPB e BTCA) attraverso i due prelievi medi (un reagente per ingresso) ognuno ad una portata di 50 μL / min. Attendere 1 min fino a stabilire i flussi stabili. </li><li> Osservare la formazione di microstruttura fibrosa giallaUres precedentemente caratterizzate da spettroscopia a infrarossi a trasformazione Fourier (FT-IR) MF-COF, analisi elementare e stato solido 13 C CP-MAS-NMR 6 ; In queste condizioni la formazione di MF-COF non è continua. </li><li> Aumentare la portata di TAPB e BTCA a 200 μL / min e mantenere i due flussi di guaina di acido acetico a 100 μL / min. Adesso aspetta 1 min fino a stabilizzarsi il flusso. Osservare la formazione di una sospensione altamente concentrata di fibre gialle MF-COF, che in ultima analisi conduce al blocco dell&#39;uscita. </li><li> Poiché il chip e il tubo di uscita sono ora non funzionali, utilizzare un nuovo chip e prepararlo per l&#39;esperimento secondo i passaggi 3.3-3.6. </li><li> Introdurre due flussi di guaina di acido acetico ciascuno a una portata di 100 μL / min e attendere per 1 min. Impostare i flussi di TAPB e BTCA ciascuno a 100 μL / min e osservare la formazione di una fibra continua MF-COF gialla. </li><li> Mettere l&#39;uscita del tubo in un piatto di Petri contenente acetatoAcido. Ad esempio, posizionare 10 ml di acido acetico in un piatto di vetro Petri rotondo (diametro 60 mm). Una volta che la fibra sintetizzata esce dal tubo posto all&#39;uscita del dispositivo microfluidico, spostare il tubo su una superficie per facilitare l&#39;uscita della fibra continua MF-COF. </li></ol> 5. Stampa diretta di strutture 2D e 3D MF-COF NOTA: poiché la fibra sintetizzata non può essere completamente omogenea, è necessario regolare la velocità di deposizione per garantire la stampa continua. <ol><li> Preparare il set-up microfluidico come descritto nella sezione 3 e iniettare tutte e quattro le soluzioni ciascuna ad una portata di 100 μL / min. </li><li> Attendere 1 min fino a stabilizzare i flussi e la fibra MF-COF sintetizzata uscire dal tubo posto all&#39;uscita del dispositivo microfluidico. Preparare un substrato pulito accanto all&#39;uscita del tubo situato all&#39;uscita del dispositivo microfluidico per la stampa diretta di fibre MF-COF. NOTA: nelle nostre indagini, 24 mmSono stati impiegati coperchi di vetro da x 76 mm per tutti gli esperimenti di stampa. </li><li> Tenere il tubo collegato alla presa del dispositivo microfluidico in modo che la sua estremità sia qualche millimetro sopra la copertura in vetro. Spostare lentamente il tubo sopra la copertura in vetro per facilitare l&#39;uscita della fibra MF-COF e evitare l&#39;aggregazione. </li><li> Una volta stabiliti i flussi, sollevare lentamente il tubo situato all&#39;uscita del dispositivo microfluidico approssimativamente 2-3 cm dalla copertura in vetro per osservare una fibra MF-COF indipendente e stabile. </li><li> Per continuare la stampa, portare l&#39;uscita del tubo verso la copertura in vetro e spostare manualmente il tubo sulla superficie per disegnare la struttura 2D o 3D MF-COF desiderata. </li></ol>

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<li>Ruigomez, A. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct+On-Surface+Patterning+of+a+Crystalline+Laminar+Covalent+Organic+Framework+Synthesized+at+Room+Temperature%5BTitle%5D)+AND+%22Chem+Eur+J%22%5BJournal%5D)">Direct On-Surface Patterning of a Crystalline Laminar Covalent Organic Framework Synthesized at Room Temperature.</a> Chem Eur J. 21, 10666-10670 (2015).</li>
<li>Segura, J. L., Mancheno, M. J., Zamora, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Covalent+organic+frameworks+based+on+Schiff-base+chemistry%3A+synthesis%2C+properties+and+potential+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Chem+Soc+Rev%22%5BJournal%5D)">Covalent organic frameworks based on Schiff-base chemistry: synthesis, properties and potential applications.</a> Chem Soc Rev. 45, 5635-5671 (2016).</li>
<li>Abrishamkar, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microfluidic+Pneumatic+Cages%3A+A+Novel+Approach+for+In-chip+Crystal+Trapping%2C+Manipulation+and+Controlled+Chemical+Treatment%5BTitle%5D)+AND+%22J+Vis+Exp%22%5BJournal%5D)">Microfluidic Pneumatic Cages: A Novel Approach for In-chip Crystal Trapping, Manipulation and Controlled Chemical Treatment.</a> J Vis Exp. (113), e54193(2016).</li>
<li>Duffy, D. C., McDonald, J. C., Schueller, O. J. A., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rapid+prototyping+of+microfluidic+systems+in+poly%28dimethylsiloxane%29%5BTitle%5D)+AND+%22Anal+Chem%22%5BJournal%5D)">Rapid prototyping of microfluidic systems in poly(dimethylsiloxane).</a> Anal Chem. 70, 4974-4984 (1998).</li>
<li>Rubio-Martinez, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Freezing+the+Nonclassical+Crystal+Growth+of+a+Coordination+Polymer+Using+Controlled+Dynamic+Gradients%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Mater%22%5BJournal%5D)">Freezing the Nonclassical Crystal Growth of a Coordination Polymer Using Controlled Dynamic Gradients.</a> Adv Mater. 28, 8150-8155 (2016).</li>
<li>Liu, H., et al. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2015/SC/c5sc00314h">A Catalytic Chiral Gel Microfluidic Reactor Assembled via Dynamic Covalent Chemistry.</a> Chem Sci. 6, 2292-2296 (2015).</li>
<li>Puigmarti-Luis, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stepwise+Template+Growth+of+Functional+Nanowires+from+an+Amino+Acid-Supported+Framework+in+a+Microfluidic+Chip%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Stepwise Template Growth of Functional Nanowires from an Amino Acid-Supported Framework in a Microfluidic Chip.</a> ACS Nano. 8 (1), 818-826 (2014).</li>
</ol>

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

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...

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 ( ad esempio , con dimensioni del poro definite) e composizione 3 , 6 , 7 , 8 . Rispetto ad altri materiali porosi, i COF sono unici perché sono costituiti da elementi leggeri (C, H, B, N e O) e hanno poro sintonizzabile<html> 1 , 5 . Ispirate a queste caratteristiche uniche ed intrinseche, i COF sono stati valutati per potenziali applicazioni nelle separazioni chimiche 9 , immagazzinamento 10 e catalisi 11 , sensori 12 , optoelettronica 13 , tecnologie dell&#39;energia pulita 14 e dispositivi di energia elettrochimica 15 . Ad oggi la maggior parte dei metodi utilizzati per la preparazione dei materiali COF sono basati su reazioni di autocondensazione solvotermica e di co-condensazione, dove le alte temperature e pressioni sono lo standard. Sebbene i COF siano termicamente robusti, spesso soffrono di una limitata lavorabilità, vale a dire che i COF sono solitamente insolubili e polveri cristalline inattive e questo limita significativamente il loro utilizzo in una vasta gamma di applicazioni potenziali e praticheSs = &quot;xref&quot;&gt; 2 , 6 , 8 , 16 , 17 . Nonostante i notevoli progressi compiuti nella sintesi del COF, una sfida importante nel settore è sviluppare un metodo che consente la preparazione di COF in condizioni di reazione adeguate ( ad es . Temperatura e pressione) che possono quindi facilitare la loro lavorabilità sulle superfici. Recentemente, gli studi hanno dimostrato che la chimica di Shiff-base può essere usata per sintetizzare un COF a base di imina a temperatura ambiente. Il COF prodotto, denominato RT-COF-1, forma a causa della reazione rapida ed efficiente tra 1,3,5-tris (4-aminofenil) benzene (TAPB) e 1,3,5-benzenetricarbaldehide (BTCA) 17 1A ). L&#39;efficacia di questo metodo sintetico è stata dimostrata dalla stampa diretta di modelli di micron e submicron di RT-COF-1 su entrambe le superfici rigide e flessibili utilizzando litografia oTecniche di stampa a getto d&#39;inchiostro. Più recentemente, e facendo uso di microfluidici, abbiamo dimostrato un approccio efficace per la continua sintesi di fibre dello stesso COF di imina in seguito denominato MF-COF 6 . A differenza di altri approcci sintetici riportati per la generazione di COF 18 , questo metodo sintetico basato su microfluidici ha permesso di sintetizzare rapidamente le fibre MF-COF a temperature e pressioni ambientali entro pochi secondi. Inoltre, e grazie alla stabilità meccanica delle fibre MF-COF sintetizzate, abbiamo dimostrato come tale metodo basato su microfluidici possa consentire la stampa diretta di strutture 2D e 3D sulle superfici. Qui dimostriamo che questo metodo può essere utilizzato per disegnare le strutture COF su varie superfici che presentano differenti proprietà chimiche e fisiche. Crediamo che questo nuovo metodo apre nuovi percorsi per la configurazione ben controllata e la stampa diretta di COF in diversi orientamenti e su varie superfici.

<table><tbody><tr><td>Maschere di pellicola ad alta risoluzione</td><td>Microlitho, Regno Unito</td> <td>-</td> <td>Caratteristiche fino a 5um</td></tr><tr><td>Wafer di silicio</td><td>Silicon Materials Inc., Germania</td><td>Wafer di silicio da 4" Superficie</td><td>anteriore: lucidata, superficie posteriore: acidato</td></tr><tr><td>Elastomero siliconico KIT (PDMS)</td><td>Dow Corning, USA</td><td>Sylgard 184-Clorotrimetilsilano</td><td></td></tr> <tr><td></td><td>Sigma-Aldrich, Svizzera</td><td>386529</td><td>&ge; 97%, ATTENZIONE: Maneggiarlo solo sotto la cappa aspirante.</td></tr><tr><td>Perforatore per biopsia</td><td>Miltex GmBH, Germania</td><td>33-31A-P/25</td><td>1,5 mm</td></tr><tr><td>Vetrino coprioggetti</td><td>Menzel-Glaser, Germania</td><td>BB024040SC</td><td>24 mm & tempi; 40 mm, #5</td></tr><tr><td>Strumento generatore di plasma</td><td>Diener</td><td>Zepto B</td><td>Frequenza: 40 kHz e potenza del generatore di plasma: 0-30 W</td></tr><tr><td>Tubo in PTFE</td><td>PKM SA, Svizzera</td><td>AWG-TFS-XXX</td><td>AWG 20TFS, rotolo di 100 m</td></tr><tr><td>neMESYS Pompe a siringa</td><td>Cetoni GmbH, Germania</td><td>Bassa pressione (290N)</td><td>-</td></tr><tr><td>Tazza monouso</td><td>Semadeni, Svizzera</td><td>8323</td><td>PS, 200 ml</td></tr><tr><td>Spatola di plastica</td><td>Semadeni, Svizzera</td><td>3340</td><td>L &times; L : 135 mm x 14 mm</td></tr><tr><td>Bisturi monouso</td><td>B. Braun, Svizzera</td><td>233-5320</td><td>Nr. 20</td></tr><tr><td>siringhe monouso</td><td>VWR, Svizzera</td><td>613-3951</td><td>5 ml, Acido acetico Discardit II</td></tr><tr><td></td><td>Sigma-Aldrich, Svizzera</td><td>695092-500</td><td>>=99,7%, ATTENZIONE: Maneggiarlo solo sotto la cappa aspirante.</td></tr><tr><td>1,3,5-benzentricarbaldeide</td><td>Aldrich-Fine Chemicals</td><td>753491</td><td>97%</td></tr><tr><td>1,3,5-Tris(4-amminofenil)benzene</td><td>Tokyo Chemical Industry</td><td>T2728-5G</td><td>>93.0%</td></tr></tbody></table>

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

Microfluidic-based Synthesis of Covalent Organic Frameworks (COFs): A Tool for Continuous Production of COF Fibers and Direct Printing on a Surface

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&#39;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.

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 . <p class="jove_c...

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.

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

Covalent Organic Frameworks (COFs) are a class of porous covalent materials which are frequently synthesized as unprocessable crystalline powders. The ...

L'obiettivo generale di questo approccio è dimostrare come una piattaforma basata sulla microfluidica possa essere utilizzata per produrre fibre continue di framework organici covalenti che possono essere stampate su superfici per creare strutture 2D e 3D. Nonostante i notevoli progressi nella sintesi di framework covalenti e organici, lo sviluppo di un metodo in grado di facilitare la lavorabilità di questi materiali rimane una sfida, rendendo questo approccio particolarmente promettente. Questo metodo contribuisce efficacemente al campo dei materiali cristallini introducendo un approccio sintetico innovativo per la produzione di fibre continue di framework organici covalenti, migliorandone così la lavorabilità.Per iniziare la fabbricazione del dispositivo, in una cappa chimica, posizionare uno stampo master in silicio realizzato a partire da una wafer di silicio da quattro pollici in un essiccatore sotto vuoto. Versare 100 microlitri di cloruro di trimetilsilile in una provetta di vetro e inserire la provetta nell'essiccatore sotto vuoto. Chiudere l'essiccatore e sottoporlo a vuoto.Lasciare depositare il vapore di cloruro di trimetilsilile sulla superficie del modello master per un'ora. Quindi, sfiatare lentamente il desiccante. Rimuovere il modello master silanizzato e chiudere il desiccante.Conservare il stampo silanizzato in un contenitore chiuso o all'interno di una cappa a flusso laminare. Successivamente, in un bicchiere monouso, utilizzare una spatola di plastica per mescolare l'elastomero PDMS e l'agente indurente in un rapporto ponderale di 10:0,9. Sottoporre la miscela a degasaggio in un essiccatore sotto vuoto per 30 minuti.Quindi, posizionare con attenzione quattro telai in PTFE sullo stampo master, in modo che ciascun telaio racchiuda un singolo motivo sullo stampo. Versare la miscela di PTMS nei telai e sopra lo stampo fino a riempirli completamente. Polimerizzare il PDMS in un forno a 70 gradi celsius per due ore, quindi rimuovere lo stampo dal forno e lasciare raffreddare le chip di PDMS a temperatura ambiente all'interno della cappa a flusso laminare.Una volta raffreddato, separare con cura i telai dallo stampo manualmente. Far scivolare delicatamente i chip in PDMS dal telaio. Utilizzare una punta da biopsia da 1,5 millimetri per forare i fori di ingresso e di uscita alle estremità dei canali microfluidici nei chip.Rimuovere l'eccesso di PDMS dai chip e pulire le superfici del chip e del vetrino con nastro adesivo. Posizionare i chip puliti in un generatore al plasma con i canali aperti rivolti verso l'alto, insieme a quattro vetrini di vetro. Evacuare la camera del campione ed eseguire il generatore per un minuto.Quindi, sfiatare la camera ed estrarre le chip e i coverslip trattati al plasma. Incollare ogni chip a un coverslip trattato con i canali aperti rivolti verso il basso, premendo delicatamente la chip sul coverslip. Posizionare le chip microfluidiche risultanti in un forno a 70 gradi Celsius per almeno quattro ore per rafforzare il legame tra il PDMS e il vetro.Per iniziare la preparazione della sintesi, aspirare tre millilitri di BTCA 40 millimolari in acido acetico in una siringa da cinque millilitri. Aspirare tre millilitri di TAPB 40 millimolari in acido acetico in un'altra siringa da cinque millilitri. Utilizzare un tubo in PTFE con un diametro interno di 0,8 millimetri e collegare i tubi da un lato alle siringhe.Montare entrambe le siringhe su una pompa per siringhe. Successivamente, riempire due siringhe da cinque millilitri con acido acetico, utilizzare un tubo in PTFE con un diametro interno di 0,8 millimetri e collegare i tubi da un lato alle siringhe. Fissare saldamente queste siringhe alle pompe per siringhe.Quindi, procurarsi un chip microfluidico a quattro canali in singolo strato. Collegare l'altro estremo del tubo in PTFE agli ingressi del dispositivo microfluidico e collegare le siringhe agli ingressi dei canali esterni. Collegare il tratto di tubo in PTFE lungo 15 centimetri all'uscita del chip.Fissare l'estremità del tubo in una piastra di Petri da 60 millimetri contenente 10 millilitri di acido acetico. Posizionare un vetrino di vetro accanto alla piastra di Petri. Impostare ogni pompa a siringa su una portata di 100 microlitri al minuto e avviare le pompe.Attendere un minuto per permettere la stabilizzazione dei flussi, monitorando contemporaneamente la formazione della fibra MF-COF nel chip. Modificare le portate dell'acido acetico e verificare i tubi di uscita. Se i flussi di rivestimento dell'acido acetico sono troppo elevati rispetto ai flussi di BTCA e TAPB, la sospensione della microstruttura della fibra MF-COF sarà troppo diluita per formare una fibra continua.Se i flussi della guaina di acido acetico sono troppo bassi rispetto ai flussi del reagente, l'elevata concentrazione di fibre MF-COF ostruirà il tubo di uscita. Impostare ciascuna siringa su un flusso di 100 microlitri al minuto e attendere un minuto per consentire la stabilizzazione dei flussi. Una volta stabilizzati i flussi e quando la fibra continua di MF-COF raggiunge l'estremità del tubo di uscita, tenere l'estremità del tubo a pochi millimetri sopra la superficie.Spostare lentamente il tubo per disegnare una struttura di MF-COF. Le adeguate proprietà meccaniche derivano dall'organizzazione microscopica di MF-COF, consentendo l'uso di fibre di MF-COF per la creazione conformale di strutture 2D e 3D su saraphasis. Sollevare lentamente il tubo da due a tre centimetri dalla superficie per produrre una fibra di MF-COF libera e stabile.Abbassare lentamente il tubo per continuare a disegnare una struttura 2D o 3D direttamente sul coprioggetto. Le fibre di MF-COF sono state sintetizzate a partire da TAPB e BTCA, utilizzando un dispositivo microfluidico a quattro canali. La microscopia elettronica a scansione ha mostrato che le fibre erano costituite da micro e nano fibre interconnesse, disposte in strutture porose tridimensionali simili a spugne, che conferiscono le proprietà meccaniche necessarie per stampare strutture 2D e 3D.Le strutture MF-COF 2D sono state stampate su superfici di vetro disegnando forme mentre la fibra veniva generata in modo continuo. La precisione relativa del processo di stampa è stata ulteriormente evidenziata in esperimenti di scrittura su vetro. Le fibre non si sono fuse tra loro quando sono state disposte una sopra l'altra, permettendo la stampa di strutture 3D.Oltre al vetro, le strutture MF-COF sono state stampate su carta da filtro, cartone, foglio di alluminio e polistirene. Durante il tentativo di esecuzione di questa procedura, ricordare di eseguire tutti i passaggi per la fabbricazione del dispositivo microfluidico all'interno della cappa a flusso laminare e tutti i passaggi di sintesi che prevedono la manipolazione di acido acetico sotto cappa chimica. Dopo il suo sviluppo, questa tecnica apre la strada ai ricercatori nel campo dei materiali cristallini per esplorare nuove applicazioni tecnologiche che richiedono un avanzato patterning di strutture 2D e 3D realizzate con fibre cristalline e varie seraphasis.Dopo aver visionato questo video, si dovrebbe avere una buona comprensione di come sintetizzare la fibra continua di strutture organiche covalenti utilizzando una piattaforma microfluidica e di come stampare la fibra prodotta e la seraphasis per ottenere strutture bidimensionali e tridimensionali.

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

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