Name: モノドメイン液晶エラストマーおよび液晶エラストマーナノコンポジットの調製 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-02-06T15:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 21 s
Description: 学ぶ シロキサン系およびエポキシ系液晶エラストマーの調製法。可逆的なひずみ特性と形状応答性を持つ材料を作製し、心筋細胞シートなどの組織工学応用における細胞挙動への影響を研究するための低コスト手法を解説します。

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この作品は、国立職業財団（RVへCBET-1336073）、ACS石油研究基金（RVへ52345-DN17）、アメリカ心臓協会（JGJにBGIA）、国立科学財団（キャリアによってサポートされていましたCBET-1055942へJGJ）、健康/国立心肺血液研究所（JGJに1R21HL110330）、ルイと桃オーウェンとテキサス小児病院の国立研究所。

配向ポリシロキサン種の保存法の1の合成<ol><li>無水0.6 mlの反応性メソゲン（4-メトキシフェニル、4-（3-ブテニルオキシ）安息香酸）の166.23 mgのポリ（hydromethylsiloxane）40mgの、及び架橋剤の12.8 mgの（1,4-ジ（10- undecenyloxybenzene）30を結合小さなバイアル中でトルエン（直径約13 mm、長さ100mm）、撹拌バーを装入は溶解し25分間、35℃で溶液を撹拌しました。 </li><li>別のバイアルにおいて、1重量％のジクロロ（1,5-シクロオクタジエン） - プラチナ（II）ジクロロメタン中の触媒の溶液を調製します。 、ピペットを介してステップ1.1からの試薬に触媒溶液の30μlを添加し混合するために攪拌し、カスタムメイド（3センチメートルX 2センチメートル×1 cm）の長方形のポリテトラフルオロエチレン（PTFE）、金型への溶液を注ぎます。最初の15分の間に気泡を除去するために定期的に振とうしながら30分間60℃で加熱炉内のガラススライドと場所で緩く型をカバーしています。 </li><li>加熱炉とクーから金型を削除します小さな容器に液体窒素を注入し、2秒間液体窒素でのPTFE型の底を接触させることにより、液体窒素でリットル。 <ol><li>混合物を冷却した後、慎重に金属へらを使用して、金型からエラストマーを削除し、PTFEシートの上に置きます。カミソリの刃を使用してLCEの縁をトリミングして、3つの等しいサイズのピース（約2.7センチ長さ0.5センチ幅）に、その長さに沿ってLCEを切りました。 </li></ol></li><li>水平ロッドに一端によりそれぞれの作品をハングアップし、LCEのもう一方の端に10ペーパークリップ（4.4グラム）を添付。テープを使用して所定の位置にLCEを保持し、10分刻みで時間にペーパークリップ1を追加します。長さと均一性の変化を指摘し、室温で7日間LCEを掛けます。涙や休憩任意のサンプルを捨てます。サンプルを削除し、周囲温度で保存してください。 </li></ol>電気応答ポリシロキサンLCEのナノコンポジットの調製<ol><li>介して分散されたカーボンブラックをLCEナノ複合材料を調製するために上記1.4 - サンプルの大部分は、最初の繰り返しは1.1繰り返します。反応性メソゲン、架橋剤、及びシロキサンを含む反応溶液に4.38 mgのカーボンブラックナノ粒子を追加します。 5ペーパークリップの代わりにロードするための10の合計を使用してください。 </li><li> LCE表面に追加のカーボンブラックナノ粒子を追加するために、トルエン中のカーボンブラックのナノ粒子のw / v溶液1％を準備。 20分間の超音波処理は、ナノ粒子を分散した後、ペトリ皿に分散液を注ぎます。 6時間のナノ粒子分散液中のステップ2.1から種の保存法を浸し。 </li><li> 6時間後、ペトリ皿からの溶液を撤回するピペットを使用し、エラストマーは、空気中で乾燥させます。そっとテープや綿棒を使用して、表面上の過剰な炭素粒子を清掃してください。 </li></ol>リバーシブルエポキシ系種の保存法の調製<ol><li> 4,4&#39;- diglycidyloxybiphenyl 31、101 mgのセバシン酸、ヘキサデカン酸の71.6 mg及びカルボキシデシル-終了polydiの76ミリグラムの246.15 mgのミックスカスタムメイド（3センチメートルX 2センチメートル×1 cm）の長方形のPTFE金型でメチルシロキサン。 180℃のホットプレート上に置くことによって、試料を加熱します。 <ol><li> （1,5,7-triazabicyclo [4.4.0]デカ-5-エン）の11.48 mgの触媒を添加し、180℃に予熱された金属製ピンセットを用いて攪拌します。混合物は、後に約20分、ゲルを形成するまで反応を続行し、反応によって生成された気泡を除去するために定期的に攪拌します。 </li></ol></li><li>ホットプレートからPTFEボートを取り外し、室温まで冷却します。 PTFE型からエラストマーを分離するためにカミソリの刃を使用してください。 </li><li> 180℃でポリマープレスで2 PTFEシートを配置します。 PTFEシートの間にステップ3.2からエラストマーを配置し、0.3の厚さにサンプルを圧縮 - 0.5ミリメートル。 4時間180℃で加熱を続けます。 </li><li>サンプルを削除し、RTに冷却します。長方形片（約2.5センチ長さ0.5センチ幅）に試料をカットします。加熱炉の内部にポリイミドテープを使用して、一方の端部でサンプルを掛けます。 12 PAを添付試料の自由端にperclips（8.88 g）を得ました。 165℃CO / Nに加熱炉の温度を設定するか、12 - 16時間。 </li><li>加熱炉からエラストマーを削除し、長さの変化に注意してください。 RTに戻し冷却し、次いで、残留応力を除去するために、ホットプレート上で80℃にサンプルを加熱します。 </li></ol> 4.種の保存法のテストおよび特性評価<ol><li>カメラで120°Cおよびイメージングにホットプレート上でサンプルを加熱することによって可逆的ひずみを測定します。 RTに戻って冷却した後、室温での初期試料長、120℃まで加熱した後のサンプルの長さ、および長さに注意してください。種の保存法は、約30％収縮させ、冷却時にその初期の長さに戻ります。 図1A及び図1Bに示した例のイメージを見ます。 </li><li>加熱/ CO 2で150℃、0℃から各LCE走査から小片を切断することにより、示差走査熱量測定（DSC）により相転移温度とガラス転移を分析します10℃/分32,33のoling率。 </li><li> X線回折測定により、液晶配向の度合いを定量化します。 2Dイメージング機能を備えたX線回折装置に配置した試料33は、図2に示す例の回折イメージを見ます。 注：回折像は、LCE 33のアライメントを反映し、異方性であるべきです。ポリシロキサン種の保存法は、ネマチックであり、エポキシ系種の保存法は、スメクティック相を示します。 </li><li>動的機械分析（DMA）を使用して、長さと幅にLCEと変化の剛性を測定します。レコード長と種の保存法用とLCEナノ複合材料のための電位の関数としての温度の関数としての剛性の変化。 <ol><li>熱機械測定のために、手動でのx 0.3センチメートル2センチメートルの寸法にサンプルをカットし、慎重にテンションクランプの間に固定するためにカミソリの刃を使用します。たるみを除去するために、1 MNの力を適用します。 <ol><li>熱的に30°C folloでサンプルを平衡化5℃/分で加熱及び冷却サイクルによって結婚。 120°Cまで30°Cからの熱のサンプル。温度変化は、DMA測定中に記録されたサンプルの長さと幅の変化を生じさせます。 LCEサンプルの熱機械測定については、図3Aを参照してください 。 </li></ol></li><li>電気機械的測定のために、手動でのx 0.3 cm 2でセンチ寸法にLCEナノ複合材料サンプルを切断し、銀エポキシを用いてLCEナノ複合体の両端部の銅線を接着。緊張を使用してLCEのナノコンポジットは、1のMN張力でクランプ固定します。 <ol><li> 60 V、60Hzの周波数、および0.1秒に至るまで、オン/オフのパルス持続時間 - - 30秒0の範囲の電圧で銅線を介して電位を適用します。 </li><li>電位に応答して、レコード形状変化。たるみを除去するために、1 MNの固定力を適用します。クランプの位置の変化は、試料中の変化を形状に対応します。 Figuを参照してください。LCEのナノコンポジットサンプルの電気機械測定のための3B再。 </li></ol></li></ol></li></ol> LCEナノコンポジットの電気刺激を通じて5.アクティブな細胞培養<ol><li> 30秒間酸素プラズマ下LCEナノコンポジットの一面を扱います。スピンは、プラズマ洗浄された表面の上に1分間3300 rpmで（w / vの1％）をトルエンにポリスチレンの溶液を300μlをキャスト。トルエンを除去し、30秒間、酸素プラズマを用いてLCEナノコンポジットのポリスチレンで被覆された表面を処理するために12時間、真空下でエラストマーを乾燥させます。 </li><li>表面を殺菌するために30分間70％エタノール溶液中でLCEナノ複合材料を配置します。 <ol><li>リン酸緩衝生理食塩水でLCEナノコンポジットを洗浄し、ポリスチレンで被覆された側を上に向けて乾燥ペトリ皿にLCEを転送します。ラット尾I型コラーゲン溶液（0.02 N酢酸中の50μg/ mlで）5mLに浸漬して被膜LCEの全面。 LCE nをインキュベート少なくとも30分間のCO 2、37℃で、5％anocomposite。 </li></ol></li><li>新生仔ラット心室心筋細胞を単離し、以前に11を報告したように、高血清メッキ媒体に一時停止。 <ol><li> 60万細胞/ cm 2 - 100,000密度で上記のように説明したLCE基板の上にプレート細胞。約24時間後、低血清維持培地（DMEM、18.5％M199、5％HS、1％FBSおよび抗生物質）に細胞を移します。心筋細胞は、4日間LCEの表面に付着して増殖することを可能にします。 </li></ol></li><li> 3-Dプリンターを用いて、製造業者のプロトコルを使用して、図4に示されている容器の概略図を使用してカスタム容器の設計および製造。 注：3Dは血管を印刷すると、60ミリメートル×40ミリメートル×20ミリメートルと50ミリメートル×30ミリメートル×15ミリメートルの内寸の外形寸法を有する長方形の容器です。二つの側方表面に、導電性カーボン棒を挿入するための5mmの穴の二組があります。ノッチ容器全体に長方形のプラスチック片（52.5ミリメートル×12ミリメートル×4ミリメートルの寸法）を配置すること両端の所定の位置にLCEを保持するための穴の周りと容器の上端までのESができます。穴間の距離は、容器の一方の側に3mmで、 図4に示すように、切欠穴の周りに配置されている。これは、上述LCE基板のサイズに適合するように設計されています。材料補足に示すように、導電性カーボンロッドは、市販の供給業者を介して得られます。 <ol><li>血管を横切って貫通孔炭素棒を挿入し、医療グレードのシリコーン接着剤を使用して所定の位置に保持します。接着剤のO / Nを治します。 </li></ol></li><li>細胞培養維持培地とし、電源に接続された並列導電性炭素棒を充填したカスタム3Dプリント容器への心筋細胞でLCEナノコンポジットを転送します。炭素棒を横断LCEを配置し、電気的接触を確保するために、一方の端部に固定します。 <ol><li>一方または両方の末端で所定の位置にLCEを保持するが、LCEサンプルの上に緩く、これを配置するために3-D容器内のノッチを通して長方形のプラスチック片を挿入します。電気的に24時間の合計/オフ時間に5秒で40 V AC電位の適用によりLCEを刺激します。 </li></ol></li><li>以前11記載されているようにカルセインAMを用いて、生きた細胞の膜を染色します。 </li><li>核染色のために、倒立蛍光顕微鏡下で撮影する前にDAPI含有封入剤で細胞をカバーしています。生細胞の数をカウントし、最良適合関数を用いて細胞アラインメントの角度を決定するためのImageJを使用。 </li></ol>直接加熱を使用した種の保存法6.アクティブな細胞培養<ol><li>繰り返しますが、5.1のステップ - 5.3カーボンブラックナノ粒子なしで純粋なLCEを使用して、上記を追加しました。この手順は、先行文献に詳細に記載されている。11 </li><li>ペトリdに心筋細胞とのLCEを転送細胞培養維持培地と0.5 &quot;×2&quot;カプトン抵抗ヒーターでっぽいです。少なくとも24時間、5秒間隔で熱オンとオフ12 W.サイクルの加熱力で抵抗ヒータをオンすることによりLCEへの供給熱。 </li></ol>

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</ol>

著者らは開示するものは何もない。

モノドメインLCEを製造するには、架橋中にLCEを一軸にロードする必要があります。LCEは部分的にしか架橋されていないときに負荷がかかるため、機械的に堅牢ではなく、簡単に破損したり破れたりする可能性があるため、これは実際には困難です。上記の手順(ステップ1.1〜1.4)は、モノドメインLCEを一貫して生成できます。重要なステップの 1 つは、適切なタイミングでロードするために PTFE 金型から LCE を取り外しることです。LCEの取り外しが早すぎると、簡単に壊れたり破れたりします。一方、ロードまでの待ち時間が長すぎると、最終的なLCEの位置合わせが不十分になります。もう一つの重要なステップは、LCEのロードです。重りを積み込みすぎたり、重りを急いだりすると、サンプルが破損したり落下したりする可能性があります。プロトコルはLCEをアライメントするための特定の負荷を与えましたが、負荷はより大きいまたはより厚いLCEサンプルに対して調整できます。この手順の重要な制限は、アライメントされたLCEの連続的かつ大規模な生産です。各LCE基板は、吊り下げとローディングによって位置合わせされます。 
<p class='jove_cont...

高速可逆、プログラマブル形状変化を示すことができる材料は、新しいアプリケーション1-9の数に望ましいです。シェイプ応答性ステントは、創傷治癒および治療​​7を支援することができます。人工ロボット探査で又はヒト10に有害または安全ではない環境でタスクを実行するのを助けることができます。形状応答性エラストマーは、細胞が活性な環境下で培養される、アクティブな細胞培養での使用のために望ましいものである。11-14他の用途は、包装、感知、および薬物送達を含みます。 液晶エラストマー（LCE）15-20を注文液晶とポリマーネットワークです。種の保存法は、メソゲンとして知られる液晶分子を有する柔軟なポリマーネットワークを組み合わせることによって作製されます。種の保存法の応答性がメソゲンの順序に影響を与える高分子ネットワーク内の株、および刺激に液晶秩序のカップリングに由来します遺伝子レートネットワーク株、およびその逆。外部負荷の非存在下での大規模かつ可逆的な形状変化を達成するために、メソゲンは、LCEで単一方向に整列されなければなりません。種の保存法での作業で共通の実践的な課題は、モノドメイン種の保存法を生成しています。別の課題は、直接加熱以外の刺激に応答して形状変化が生成されます。これはLCEネットワーク21-28にナノ粒子や染料を添加することによって行うことができます。 ここでは、モノドメイン種の保存法とLCEナノ複合材料の製造を実証します。まず、第一クッパーらによって報告された2段階法を用いてモノドメイン種の保存法の製造を実証する。29。これはまだモノドメイン種の保存法を製造するための最も人気のある、よく知られた方法であるが、サンプル間の均一な配向性と一貫性を達成することは困難な場合があります。我々は、サンプリングの詳細を含む容易に標準的な実験装置を用いて実施することができる方法を実証します取り扱いと準備。次に、ブラックナノ粒子は、導電性、電気応答種の保存法を生成する種の保存法に添加する方法、導電性カーボンを示します。私たちは、その後、エポキシ系種の保存法の合成と配置を示しています。これらの材料は、交換ネットワークの結合を示し、高温に加熱し、均一な荷重を印加することによって整列させることができます。すべて種の保存法は、巨視的サンプルのイメージング、X線回折測定、及び動的機械分析により特徴付けられます。最後に、我々は、アクティブな細胞培養のための形状応答性基質として種の保存法の1の潜在的なアプリケーションを示しています。

<table><tbody><tr><td>4-メトキシフェニル4-(3-ブテニルオキシ)安息香酸</td><td>TCIアメリカ</td><td>M2106</td><td>反応性メソゲン</td></tr><tr><td>ポリ(メチルヒドロシロキサン)</td><td>Gelest</td><td>HMS-993</td><td>反応性ポリシロキサン</td></tr><tr><td>1,4-ジ(10-ウンデセニルオキシベンゼン)</td><td>N / A</td><td>N / A</td><td>参照:Ali、SA、Al-Muallem、HA、Rahman、US &Saeed、MT Bis-isoxazolidines:酸性媒体中の軟鋼の新しいクラスの腐食防止剤。腐食科学。50 (11)、3070&ndash;3077, doi:10.1016/j.corsci.2008.08.011 (2008)(</td></tr><tr><td>ジクロロ(1,5-シクロオクタジエン)-白金(II)&nbsp;</td><td>Sigma Aldrich</td><td>244937</td><td>Pt触媒 PTFE</td></tr><tr><td>モールド</td><td>N/</td><td>A N/A</td><td>米機械工場で製造された</td></tr><tr><td>カーボンブラックナノ粒子</td><td>Cabot</td><td>VULCAN&reg;&nbsp;</td><td>LCEナノ複合</td></tr><tr><td>材料ポリスチレン</td><td>Sigma Aldrich</td><td>331651</td><td>線状ポリスチレンの</td></tr>合成に使用されるXC72R&nbsp;<tr><td>4,4'-ジグリシジルオキシビフェニル</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>参照:&nbsp;Giamberjni、M.、アメンドラ、E.&Carfagna、C.液晶エポキシ熱硬化性樹脂。分子結晶と液晶の科学技術。セクションA.分子結晶と液晶。266(1)、9&ndash;22, doi:10.1080/10587259508033628 (1995).</td></tr><tr><td>セバシン酸</td><td>Sigma Aldrich</td><td>283258</td><td>エポキシLCE合成のためのC8連結基</td></tr><tr><td>ヘキサデカンジオ酸</td><td>Sigma Aldrich</td><td>177504</td><td>エポキシLCE合成のためのC16連結基</td></tr><tr><td>カルボキシデシル末端ポリジメチルシロキサン</td><td>Gelest</td><td>DMS-B12</td><td>エポキシLCE合成のためのシロキサン連結基</td></tr><tr><td>1,5,7-トリアザビシクロ[4.4.0] dec-5-ene</td><td>Sigma Aldrich</td><td>345571</td><td>可逆型LCE用カーボンロッド用触媒</td></tr><tr><td></td><td>Ladd Research&nbsp;</td><td>細胞培養実験で使用される</td><td>30250</td></tr>、<tr><td>医療グレードのシリコーン接着剤</td><td>、Silbione</td><td>MED ADH 4100、RTV</td>は<td>、カーボンロッドを容器に接着するために使用されます</td></tr></tbody></table>

モノドメイン液晶エラストマーおよび液晶エラストマーナノコンポジットの調製

Preparation of Monodomain Liquid Crystal Elastomers and Liquid Crystal Elastomer Nanocomposites

種の保存法は、完全に可逆的な形状変化と医療における潜在的な用途、組織工学、人工筋肉、とのような柔らかいロボットと形状応答性材料です。ここでは、その形状、応答性の特性、機械的特性、および微細構造とともに形状応答液晶エラストマー（種の保存法）とLCEナノコンポジットの製造を実証します。種の保存法の二つのタイプ - ポリシロキサン系、エポキシ系 - は、合成された整列、及び特徴づけられます。ポリシロキサン系種の保存法は、モノドメイン種の保存法で、その結果、2架橋段階、荷重負荷時二経て製造されています。ポリシロキサンLCEナノ複合材料は、LCEのバルク全体とLCE表面に両方、導電性カーボンブラックのナノ粒子を添加することにより調製されます。エポキシ系種の保存法可逆エステル化反応を介して調製されます。エポキシ系種の保存法は、高い（160℃）tにおける一軸負荷のアプリケーションを介して配列されていますemperatures。整列種の保存法及びLCEナノ複合材料は、画像、二次元X線回折測定、示差走査熱量測定、及び動的機械分析の組み合わせを用いて可逆歪み、機械的剛性、及び液晶順序に関して特徴付けられます。種の保存法及びLCEナノ複合材料は、制御可能な細胞培養培地中で株を生成するために、熱および/または電気的な電位を刺激することができ、我々は、特注の装置を用いた細胞培養用形状応答基質として種の保存法の適用を示します。

モノドメイン種の保存法が原因液晶秩序とのネットワークコンフォメーションのカップリングに形状応答性です。暖房種の保存法一次配列方向に沿って、ポリマーネットワークの収縮を生産する液晶オーダーパラメータの減少をもたらします。 図1Aおよび図1Bに示すように、これは簡単に、ホットプレート上LCEを置くことによって可視化されます。 RTからの加熱では、サンプルの長さに沿ってLCE契約、等方性遷移温度より収縮が最大となります。いくつかの濁りがisotropization温度以下であっても完全に整列種の保存法のために観察しながら試料はまた、等方性転移温度以上の光学的に明らかになるだろう。 図1C および 1Dに示すように、LCEナノ複合材料は、また、加熱に応答して形状の変化を示すであろう。 LCEナノ複合材料は、ホットプレート（図示せず）上に、またはいずれかによって加熱することができますサンプルを横切って電位を印加します。電圧がオンになっているときにサ...

シロキサンベースおよびエポキシベースの液晶エラストマー(LCE)およびLCEナノコンポジットの調製を実演します。LCEは、可逆ひずみ、液晶秩序、および剛性に関して特徴付けられます。潜在的なアプリケーションとして、活性細胞培養用のカスタムデバイスでの形状応答性基質としての使用を実証します。

LCEs are shape-responsive materials with fully reversible shape change and potential applications in medicine, tissue engineering, artificial muscles, and ...

この手順の全体的な目的は、配向し、形状応答性を持つ液晶エラストマーおよびナノ複合材料を調製することです。液晶エラストマーは、環境中の刺激に応じて形状を変化させる刺激応答性材料です。これらは、細胞が環境内のストレスや歪みに応答することが知られている組織工学など、さまざまなアプリケーションに利用できます。本手順では、低コストの材料を使用します。ここで紹介する手法は信頼性が高く、高価な機器や特殊な設備を必要とせず、どのような研究室でも実施可能です。これらの材料は、心筋細胞の分化、成熟、および機能にストレスやストレインが影響を与えることが知られている心細胞シートの開発に応用できます。この手順は、サンプルの吊り下げ、ロード、および架橋の過程において習得が困難であり、特にサンプルが非常に繊細であるため、視覚的なデモンストレーションが重要です。したがって、本手順のデモンストレーションは、当研究室およびJeff Jaycot研究室の学生であるHojin Kim、Bohan Zhu、およびHuiying Chenが行います。まず、撹拌子を入れた小型バイアルに、166.23 mgの反応性メソゲン、40 mgのシロキサン、12.8 mgの架橋剤と、0.6 mLの脱水トルエンを加えて混合することから始めます。試薬を完全に溶解させるため、溶液を35 °Cで25分間撹拌します。別のバイアルで、ジクロロメタンを用いた1重量%の白金触媒溶液を調製します。次に、この触媒溶液を30 µL、先に調製した溶液に加え、スターバーで混合物を撹拌します。次に、溶液を特注の長方形ポリテトラフルオロエチレン型に注ぎます。型の蓋をガラススライドで軽く覆い、60 °Cのオーブンに30分間入れます。最初の15分間は、気泡を取り除くために定期的に型を振ってください。型をオーブンから取り出し、小型容器に液体窒素を注ぎ、PTFE型の底を液体窒素に2秒間接触させて急速冷却します。混合物が冷却されたら、PTFEシートを敷き、金属製スパチュラを用いてエラストマーを慎重に型から取り出し、シートの上に置きます。次に、カミソリを使用して液晶エラストマーの端をトリミングし、長手方向に3等分に切断します。各試料を水平な棒に吊り下げ、エラストマーをテープで固定します。10分間隔で、エラストマーの末端にペーパークリップを1つずつ追加します。室温で7日間吊り下げた状態で保持し、長さや均一性の変化を記録します。破れたり破損したりしたサンプルは破棄してください。電場応答性液晶エラストマーナノ複合体を調製するには、反応性メソゲン、架橋剤、およびシロキサンを含む反応溶液に、4.38 milligramsのカーボンブラックナノ粒子を加えます。作製時の吊り下げ工程では、サンプルの荷重として10個ではなく計5個のゼムクリップを使用してください。液晶エラストマー表面にカーボンブラックナノ粒子を追加します。トルエンを用いて、カーボンブラックナノ粒子の1% w/v溶液を調製します。溶液を20分間ソニケーションしてカーボンナノ粒子を分散させ、その後、分散液をペトリ皿に注ぎます。次に、液晶エラストマーをナノ粒子分散液に6時間浸漬させます。溶液から取り出した後、ピペットを使用してペトリ皿から過剰な溶液を除去し、エラストマーを空気中で乾燥させます。表面に付着した余剰なカーボン粒子を、テープまたは綿棒を用いて優しく取り除きます。可逆的なエポキシベースの液晶エラストマーを調製するため、長方形のPTFEモールドに、4,4'-ジグリシジル-N,N,N',N'-テトラメチルジアミノビフェニル 246.15 mg、セバシン酸 101 mg、ヘキサデカン二酸 71.6 mg、およびカルボキシデシル末端PDMS 76 mgを混合します。サンプルをホットプレートの上に置き、180 °Cで加熱します。次に、触媒 11.48 mgを加え、180 °Cに予熱した金属製ピンセットを使用して混合物を撹拌します。反応によって発生する気泡を除去するため、混合物を定期的に攪拌し続けます。そのまま約20分間反応させます。ゲル化後、PTFEボートをホットプレートから取り出し、混合物を室温まで冷却させます。次に、カミソリを使用して、PTFEモールドからエラストマーを切り離します。続いて、2枚のPTFEシートを180 °Cに設定したポリマープレスに配置します。PTFEシートの間にエラストマーを挟み、サンプルを0.3〜0.5 mmの厚さまで圧縮します。エラストマーを180 °Cでさらに4時間加熱し続けます。4時間後、サンプルを取り出して室温まで冷却します。その後、サンプルを長さ2.5 cm、幅0.5 cmの長方形に切断します。加熱炉内で、ポリイミドテープを用いて試料の一端を吊り下げます。試料の自由端に、合計重量8.88 gとなる12個のペーパークリップを取り付けます。その後、オーブンの温度を165 °Cに設定し、試料を一晩加熱します。エラストマーをオーブンから取り出し、長さの変化を確認します。次に、ホットプレートを用いてサンプルを80 °Cまで加熱して残留応力を除去し、その後、室温まで冷却します。サンプルをホットプレートに載せ、プレートを再び120 °Cまで加熱することで、可逆歪みを測定します。サンプルを120 °Cまで加熱し、その後室温まで冷却して、室温でイメージングを行います。これらの画像を用いて、各ステップにおけるサンプルの長さを測定します。熱機械的測定については、カミソリを用いてサンプルを2 cm × 0.3 cmのサイズに手動で切り出し、引張クランプの間に1つずつ慎重に固定してください。まず、サンプルの緩みを取り除くために1 mNの力を加えます。次に、サンプルを30 °Cで熱平衡状態にし、続いて加熱および冷却サイクルを行います。サンプルを30 °Cから120 °Cまで、毎分5 °Cの速度で加熱します。温度変化に伴うサンプルの長さおよび幅の変化を記録します。液晶エラストマーナノ複合材の一面を、酸素プラズマで30秒間処理します。次に、プラズマ洗浄した表面の上に、トルエンに溶解させた1%重量容量パーセントのポリスチレン溶液300 µLを、3,300 rpmで1分間スピンキャストします。エラストマーを真空下で12時間乾燥させ、トルエンを除去します。その後、LCEナノ複合材料のポリスチレン被覆表面を、酸素プラズマを用いて30秒間処理します。プラズマ処理したエラストマーナノ複合材料を、70%エタノールで30分間滅菌します。その後、リン酸緩衝生理食塩水で洗浄します。洗浄したエラストマーナノ複合体を、ポリスチレンコーティング面を上にした乾燥したペトリ皿に移します。次に、5 mLのタイプIコラーゲン溶液を皿に加え、サンプルをコラーゲン溶液に浸して表面全体をコーティングします。次に、サンプルを密閉し、37°C、5% CO2条件下で少なくとも30分間インキュベートします。単離した新生児ラット心室心筋細胞を、1 cm²あたり100,000から600,000個の密度で基材の上に播種します。細胞の培養は、付随するテキストプロトコルに従って行ってください。細胞が十分に接着したら、播種した液晶エラストマーナノ複合体をカスタム3Dプリント容器に移します。次に、3D容器の切り欠きに長方形のプラスチック片を挿入し、液晶エラストマーの両端または片端を固定します。サンプルをカーボンロッドにわたせて配置し、一方端を固定して良好な電気的接触を確保します。容器に細胞培養維持培地を満たし、電源に接続された平行導電性カーボンロッドを備えていることを確認します。液晶エラストマーに対し、40 voltの交流電位で、オン・オフ時間を5秒として計24時間、電気刺激を与えます。液晶エラストマーは、室温からネマティック・等方性転移温度（約80 degrees Celsius）以上に加熱されると、可逆的に収縮および伸長します。動的機械分析により、温度の関数としての液晶エラストマーの形状変化を定量的に測定します。ここに示すグラフで表されているサンプルは、4サイクルの加熱および冷却が行われました。加熱されると、サンプルは作製時に吊り下げられていた方向に対して約35%の収縮を示します。また、サンプルは垂直方向に25～30%伸長します。液晶エラストマーナノ複合材料は、電位を印加すると収縮します。40 Vの交流電界にさらされると、液晶エラストマーナノ複合材料は、作製時に吊り下げられていた方向に対して約22 1/2%短縮します。ここでは、サンプルを15秒ごとのオン・オフサイクルにさらしました。したがって、手順に習熟すれば2時間で完了し、サンプルを吊るしてから1週間後に合成全体が完了します。この手順を行う際は、LCを適切な重量で吊るすことを忘れないようにしてください。さもなければ、サンプルのアライメントが適切に行われなかったり、作製中にサンプルを破損させたりする可能性があります。この手順に従うことで、カーボンナノチューブなどの他の種類の添加剤をLCEに添加し、どのような刺激応答を示すかを確認することができます。本研究が、生物学者やバイオエンジニアにとって、ストレスや歪みが細胞増殖、細胞配向、および細胞挙動に及ぼす影響を調査するための応答性基板を形成する道を開くことを期待しています。このビデオを視聴することで、配向性を持ち、形状応答性のある液晶エラストマーおよび液晶エラストマーナノ複合材料の作製方法について十分に理解できたはずです。

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Research

JoVE Journal

Bioengineering

バイオエンジニアリング（生体工学）

新規な方法は、市販の出発モノマーを用いて合成するために提示し、プログラム主鎖液晶エラストマーれます。作動性能は、プログラミング中に印加される歪みの量に依存しながら、熱機械的特性の広い範囲は、架橋剤の量を調整することにより調整されました。...

二段チオールアクリレート反応を使用してプログラム可能な、主鎖液晶エラストマーの合成

この研究は、3D、生体適合性の側鎖型液晶エラストマー（種の保存法）に基づいて、生分解性、泡様細胞の足場を調製するための方法論を提示します。共焦点顕微鏡実験は泡状種の保存法は、細胞の付着、増殖、およびC2C12s筋芽細胞の自発的なアライメントを可能にすることを示しています。...

3D空間の細胞培養のための細胞骨格などの生体適合性液晶エラストマー発泡体の合成

プロトコルの目的は、連続光照射下で機械的に振動することができます液晶ポリマー フィルムを作成することです。我々...

巨視的揺動運動の光によって誘起される液晶ネットワークの準備

ここでは、提案する、柱状の光励起分子中の局所構造の変形の観察を可能にする時間分解赤外振動分光法、電子回折の差分検出解析のプロトコル液晶、原子の視点を与える構造とこの光活性物質の動態との関係。...

光応答性液晶の構造ダイナミクスを観察する手法

マイクロ プロセスと液晶エラストマーから作動粒子を準備するためのパラメーターについて説明します。このプロセスは、作動の大きさだけでなく、そのサイズと形状 (強く形を扁平コア-シェル、ヤヌス形態から)...

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強化されたマイクロおよびナノ操作のためのプラズモニックとフォトニック結晶ナノ構造の利用

このプロトコールは、細胞からの遊離およびエステル化された生理活性脂肪酸の抽出および分析を実証します。脂肪酸は、安定同位体希釈、キラル液体クロマトグラフィー、電子捕獲、大気化学イオン化、多重反応モニタリング質量分析(SID-LC-ECAPCI-MRM/MS)を用いて正確に定量されます。...

ターゲット安定同位体希釈液体クロマトグラフィー - 質量分析のための細胞の脂質の抽出

ここでは、透過型電子顕微鏡を用いて、ナノメートル分解能でウイルス複合体を画像化する手順について説明する。...

その時 液体中の生物学的集合体のTEM

我々は、液体噴射装置として金型設計のために修飾されたデシケーター溶融堆積モデリング、3Dプリンターを使用することにより、低コストで液状エラストマーゴム射出成形装置のラピッドプロトタイピングのための方法を考案した。...

液体射出成形用の3Dプリント金型を用いた医療機器を迅速かつ低コストプロトタイピング

ここでは、生物学的条件下で液体培地中で小説、高アスペクト比のバイオ複合材料を合成するためのプロトコルを提示します。バイオ複合材料は、それぞれ、直径および長さにマイクロメートルのナノメートルスケール。シスチンと組み合わせた銅ナノ粒子（CNPS）および硫酸銅は、合成のための重要なコンポーネントです。...

生物学的液体培地中でスケーラブルな、メタリック高アスペクト比のナノコンポジットの生成

学ぶ シロキサン系およびエポキシ系液晶エラストマーの調製法。可逆的なひずみ特性と形状応答性を持つ材料を作製し、心筋細胞シートなどの組織工学応用における細胞挙動への影響を研究するための低コスト手法を解説します。

モノドメイン液晶エラストマーおよび液晶エラストマーナノコンポジットの調製

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