Preparazione di microfluidica di liquido cristallino elastomero attuatori

L'obiettivo generale di questa sintesi microfluidica è quello di creare un reattore microfluidico a co-flusso basato su capillari che consenta la produzione riproducibile di un gran numero di microparticelle di elastomero cristallino liquido con eccellenti proprietà di azionamento termico. Questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave nel campo della produzione di microattuatori LCE, come ad esempio come trasformare i monomeri cristallini liquidi in microparticelle ad attuazione termica tramite reattori microfluidici. Il vantaggio principale di questa tecnica è che una rapida produzione di particelle e diverse forme, dimensioni e modelli di attuazione delle particelle sono accessibili mettendo a punto la configurazione microfluidica di base.

Per prima cosa, equipaggia un piatto da bagnomaria in vetro con due setti. Quindi, forare con i setti con un punteruolo per creare un foro per posizionare un tubo con un diametro esterno di 1/16 di pollice. Quindi, collegare un raccordo e una ghiera corrispondente per il tubo del diametro esterno di 1/16 di pollice all'estremità di un tubo in PTFE.

Quindi, infilaci dentro la punta di un capillare di silice rivestito in poliammide. Quindi, avvitare il tubo in PTFE a uno dei bracci opposti di una giunzione a T in polietere etere chetone per il tubo del diametro esterno di 1/16 di pollice montato su un tavolino di metallo. Quindi, collegare un raccordo e la boccola corrispondente all'estremità di un secondo tubo in PTFE.

Quindi, avvitare il tubo al braccio laterale del giunto a T. Quindi, inserire il terzo tubo in PTFE attraverso uno dei setti. Tagliare il terzo tubo in PTFE per raggiungere una seconda pompa a siringa all'esterno del bagno d'acqua e l'estremità del tubo 1.1 all'interno del bagnomaria.

Quindi, collegare due luer femmina per il tubo del diametro esterno di 1/16 di pollice. Quindi, inserire il tubo attraverso il secondo setto. Quindi, assemblare il quarto tubo in PTFE con un raccordo e una ghiera.

Dopo aver assemblato il tubo in PTFE, collegare il tubo 1.4 al braccio rimanente del giunto a T facendolo scorrere con cautela sul capillare. Quindi, trasferire il bagnomaria su una piastra calda. Quindi, fissare il tubo 1.4 sopra la piastra riscaldante di precisione utilizzando del nastro adesivo.

Collegare anche un flaconcino di vetro da 5 ml all'estremità del tubo. A questo punto, collegare l'estremità dei tubi 1.2 e 1.3 alle siringhe riempite di fase continua e all'olio idraulico, entrambi azionati da pompe a siringa. Quindi, installa lo stereomicroscopio e monta una sorgente di luce UV.

Aggiungere 200 mg di acrilato cristallino liquido e altri due reagenti in un pallone. Quindi, sciogliere la miscela in 1 ml di dicolorometano. Successivamente, utilizzare il vuoto a 40 gradi Celsius per rimuovere completamente il solvente e sciogliere il solido rimanente a 110 gradi Celsius in un bagno d'olio.

Quindi, preparare una siringa con una punta per un connettore Luer lock femmina per tubi di diametro interno da 3/32 pollici. Collegare la siringa e il quinto tubo in PTFE attraverso un tubo di collegamento. Utilizzare la siringa per raccogliere la miscela di monomeri nel tubo.

Utilizzare due luer lock maschio per un tubo di diametro esterno da 1/8 di pollice e collegare entrambi i lucchetti alle estremità del tubo 1.5 contenente la miscela di monomero. Successivamente, collegare entrambe le estremità del tubo 1.5 con i luer lock femmina all'estremità dei tubi 1.1 e 1.3. Quindi, riempi il bagnomaria e imposta la sua temperatura a 90 gradi Celsius e la temperatura della piastra riscaldante di precisione a 65 gradi Celsius.

Una volta sciolta la miscela monomerica, impostare la portata della fase continua su un valore compreso tra 1,5 e 2,0 millilitri all'ora. E la portata della fase monomerica a un valore ragionevole. Quindi, centrare il capillare all'interno del tubo e accendere la luce UV quando iniziano a formarsi goccioline di dimensioni simili.

Raccogliere le frazioni delle particelle polimerizzate nel flaconcino di vetro da 5 ml fissato all'estremità della provetta 1.4. Cerca un cambiamento nel colore e nella formazione delle particelle sotto la luce UV. Quindi, per montare la configurazione Janus, equipaggiare una pirofila in vetro da bagnomaria di 190 millimetri di diametro con due setti.

Forare i setti con un punteruolo per creare un foro per posizionare un tubo con un diametro esterno di 1/16 di pollice. Quindi, inserire due capillari di silice fusa allineati in parallelo nel manicotto del tubo. Usa la super colla per sigillare la manica.

Lascia che il capillare corto si estenda di circa tre millimetri da un lato del manicotto. Quindi, collegare un raccordo e una ghiera a entrambe le estremità del manicotto del tubo. Quindi, avvitare il manicotto a uno dei bracci opposti di ciascun giunto a T per collegare i due giunti a T.

Montare entrambe le giunzioni a T su un tavolino di metallo. Infilare un tubo in PTFE attraverso il setto a bagnomaria. Dotarlo di un raccordo e di una ghiera e collegarlo al capillare e al braccio opposto rimanente della giunzione a T uno.

Collegare un altro tubo con una ghiera e un raccordo attaccati a un'estremità al braccio laterale liberato della giunzione a T uno. Accanto al tubo 2.1, collegare un altro tubo in PTFE attraverso il secondo foro nel setto. Quindi, aggiungere due luer lock femmina per tubi di diametro esterno da 1/16 di pollice alle estremità libere dei tubi 2.2 e 2.3 all'interno del bagnomaria.

Collegare un quarto tubo in PTFE con un raccordo e una ghiera al braccio laterale della giunzione a T due. Far scorrere con cautela il tubo 2.5 dotato di un raccordo e di una ghiera su entrambi i lati sopra i capillari e collegarlo con il braccio rimanente della giunzione a T due. Quindi, inserire il sesto tubo in PTFE attraverso l'altro setto e collegare un raccordo e una ghiera all'estremità all'interno del bagnomaria.

Collegare il quinto e il sesto tubo in PTFE utilizzando un adattatore. Successivamente, avvitare il tubo contenente la miscela monomerica tra le estremità dei tubi 2.2 e 2.3. Quindi, prepara il bagnomaria su una piastra calda con un termometro.

Collegare il tubo 2.1 alla siringa contenente la fase acquosa, il tubo 2.3 a quella contenente l'olio idraulico e il tubo 2.4 alla fase continua. Quindi fissare il sesto tubo con del nastro adesivo sopra una piastra riscaldante di precisione. Quindi, collegare un flaconcino di vetro da 5 ml all'estremità della provetta.

Quindi, centrare i capillari all'interno del tubo e montare una sorgente di luce UV sul tubo di polimerizzazione 2.6 sulla piastra riscaldante di precisione. Per la configurazione del guscio centrale, collegare prima un raccordo e poi una ghiera a entrambe le estremità del tubo in etilene propilene florinato. Quindi, infilare un capillare di silice fusa attraverso il manicotto in modo tale che sporga di circa tre millimetri da un lato.

Utilizzare un altro capillare più sottile e inserirlo attraverso il capillare più grande in modo che quello più sottile sporga di alcuni millimetri dal suo lato più lungo. Gli studi dimostrano che le particelle con un diametro compreso tra 200 e 400 micrometri vengono prodotte a una velocità di flusso compresa tra 1,50 e 2,00 ml all'ora della fase continua, mentre il rapporto di portata tra la fase continua e la fase monomerica varia tra 20 e 200. Queste immagini al microscopio ottico mostrano la morfologia delle particelle in cui una particella a forma di prolato allunga il suo asse di rotazione quando viene sintetizzata in un tubo di polimerizzazione più ampio.

Queste particelle a forma di bastoncino vengono sintetizzate a causa dell'allungamento a velocità più elevate durante la polimerizzazione in un tubo più sottile con un diametro interno di 0,5 millimetri. Questa particella si contrae lungo il suo asse di rotazione durante la transizione di fase. Qui sono rappresentati l'allungamento e la contrazione delle particelle di Giano a forma di conchiglia centrale e di bastoncino.

Tracciando le proprietà di attuazione delle singole particelle LCE, le curve di riscaldamento e raffreddamento delle particelle mostrano che l'attuazione più forte delle particelle è alla massima velocità di flusso dove entrambe le curve formano un'istaesi. È interessante notare che non vi è alcuna diminuzione dell'attuazione delle particelle anche nell'arco di 10 cicli di attuazione. Una volta padroneggiata, questa configurazione microfluidica può essere preparata in un'ora e la sintesi delle particelle richiede da una a due ore, se eseguita correttamente.

Dopo il suo sviluppo, questo approccio apre nuove possibilità per i ricercatori nel campo della lavorazione degli elastomeri cristallini liquidi per consentire la fabbricazione di microparticelle di varia forma con diversi modelli di attuazione. Durante il tentativo di questa procedura, è importante ricordare di lavorare in condizioni prive di raggi UV e di utilizzare componenti microfluidici puliti per evitare l'intasamento durante la produzione di particelle microfluidiche. Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come elaborare miscele di monomeri cristallini liquidi in un reattore microfluidico a base capillare, con diverse zone di temperatura per affrontare i diversi stati cristallini liquidi.