방법 논문

모노 도메인 액정 탄성체 및 액정 엘라스토머 나노 복합 재료의 제조

DOI:

10.3791/53688

⸱

2016년 2월 6일

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Chemical and Biomolecular Engineering, Rice University, 2Bioengineering, Rice University, 3Materials Sciences and NanoEngineering, Rice University, 4Congenital Heart Surgery Services, Texas Children’s Hospital

이 논문에서

요약

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실록산 기반 및 에폭시 기반 액정 엘라스토머(LCE) 및 LCE 나노 복합체의 제조를 시연합니다. LCE는 가역적 변형률, 액정 순서 및 강성과 관련하여 특성화됩니다. 잠재적인 응용 분야로서, 우리는 활성 세포 배양을 위한 맞춤형 장치에서 형상 반응 기질로 사용하는 것을 보여줍니다.

초록

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LCEs 완전히 가역적 인 형태 변화와 의학의 잠재적 인 응용 프로그램, 조직 공학, 인공 근육, 그리고 부드러운 로봇 모양 응답 물질이다. 여기, 우리는 그들의 형상 응답의 특성, 기계적 특성 및 미세 구조와 함께 형상 응답 액정 엘라스토머 (LCEs) 및 LCE 나노 복합 재료의 제조를 보여줍니다. LCEs 두 종류 - 폴리실록산 계, 에폭시 계는 - 합성 정렬 한 특징이다. 폴리실록산 계 LCEs는 모노 도메인 LCEs 결과적으로 두 가교 단계, 하중하에 초 통해 제조된다. 폴리실록산 LCE 나노 복합 재료는 LCE의 대부분에 걸쳐 및 LCE 표면에 모두 전도성 카본 블랙 나노 입자의 첨가를 통해 제조된다. 에폭시 계 LCEs은​​ 가역적 에스테르 화 반응을 통해 제조된다. 에폭시 계 LCEs는 (160 ° C) 상승 t에서 단축 부하의 응용 프로그램을 통해 정렬emperatures. 정렬 LCEs 및 LCE 나노 복합체는 영상의 2 차원 X 선 회절 측정, 시차 주사 열량 및 동적 기계적 분석의 조합을 사용하여 가역 변형, 기계적 강도 및 액정 정렬에 대한 특징이다. LCEs 및 LCE 나노 복합 재료는 제어 가능하게 세포 배양 배지에 균주를 생성하는 열 및 / 또는 전위 자극, 그리고 우리는 사용자 정의 만든 장치를 이용하여 세포 배양을위한 형상 반응 기판으로 LCEs의 적용을 설명 할 수있다.

서론

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빠른 가역 및 프로그램 모양 변화를 나타낼 수있다 재료 새로운 응용 프로그램 1-9의 번호 바람직하다. 모양 응답 스텐트는 상처 치유 및 치료 7 지원할 수 있습니다. 인공 로봇 탐사 또는 유해하거나 인간 (10)에 대한 안전하지 환경에서 작업을 수행하는데 도움이 될 수 있습니다. 모양 응답 탄성 중합체 세포 활성 환경에서 배양하는 활성 세포 배양에 사용하기에 바람직하다. 11-14 다른 응용 프로그램 포장, 감지 및 약물 전달을 포함한다.

액정 엘라스토머 (LCE)는 액정이 15 ~ 20 주문과 고분자 네트워크입니다. LCEs은​​ 메소 겐으로 알려진 액정 분자 유연한 고분자 네트워크를 결합하여 제조된다. LCEs의 응답은 메소 겐의 순서에 영향을 고분자 네트워크 균주 및 자극 액정 순서의 결합으로부터 유도되는 것 유전자속도의 네트워크 균주, 반대의 경우도 마찬가지. 외부 부하가없는 상태에서 크고 가역적 형상 변경을 달성하기 위해, 메소 겐은 LCE 단일 방향으로 정렬되어야한다. LCEs 작업에 일반적인 실제 문제는 LCEs을 모노 도메인 생성된다. 또 다른 과제는 직접 가열 이외의 자극에 반응하여 형상 변화를 발생한다. 이것은 LCE 네트....

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프로토콜

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정렬 폴리실록산 LCEs 1. 합성

  1. 무수 0.6 ml의 반응성 메소 겐 (4- 메 톡시 페닐 4- (3- 부 테닐 옥시) 벤조 에이트)의 166.23 ㎎, 폴리 (hydromethylsiloxane) 40 ㎎, 가교제 및 12.8 mg의 (1,4- 디 (10 undecenyloxybenzene) 30 수확기 작은 유리 병에 톨루엔 (직경 약 13 ㎜, 길이 100 ㎜) 교반 막대가 충전. 용해 25 분 동안 35 ℃에서 용액을 교반 하였다.
  2. 별도의 바이 얼에서, 1 중량 %의 디클로로 (1,5- 시클로 옥타 디엔) 디클로로 메탄 -platinum (II) 촉매 용액을 제조 하였다. , 피펫을 통해 단계 1.1 시약에 촉매 용액 30 μl를 추가 혼합 교반 및 주문 제작 (3cm X 2cm X 1cm) 직사각형 폴리 테트라 플루오로 에틸렌 (PTFE) 금형에 솔루션을 붓는다. 처음 15 분 동안 거품을 제거하기 위해 주기적으로 진탕하면서 30 분 동안 60 ° C로 가열 한 오븐에서 유리 슬라이드와 장소 느슨하게 몰드 커버.
  3. 가열 오븐 쿠에서 곰팡이를 제거작은 용기에 액체 질소를 주입하고 2 초 동안 액체 질소 PTFE 몰드의 바닥과 접촉하여 액체 질소 L.
    1. 혼합물을 냉각되면, 조심스럽게 금속 주걱을 ....

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결과

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모노 도메인 LCEs 인해 액정 순서와 네트워크 형태의 커플 링 모양 응답입니다. 난방 LCEs 주 배향 방향을 따라 고분자 네트워크의 수축을 생성 액정 오더 파라미터의 감소 결과. 도 1a 및도 1b에 도시 된 바와 같이이 용이 열판 LCE 배치하여 가시화된다. 수축 RT 샘플의 길이를 따라 LCE 계약에서와 등방성 전이 온도 이상으로 가열에서 최대이다. 약간의 혼탁이 isotropization 온도 이하하더라도 완벽하게 정렬 LCEs 관찰하면서 샘플에서는, 등방성 전이 온도 이상의 광학적으로 투명해질 것이다. 도 1C 및 1D에 도시 된 바와 같이 LCE 나노 복합체는 또한, 가열에 의해 형상 변화를 나타낼 것이다. LCE 나노 복합체에 의해 (도시되지 않은) 핫 플레이트상에서 가열하거나 또는 수샘플에 걸쳐 전위를인가하는 단계를 포함한다. 전압이.......

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토론

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단일 도메인 LCE를 생성하려면 가교 중에 LCE를 일축으로 로드해야 합니다. LCE는 부분적으로만 가교될 때 부하가 가해지기 때문에 기계적으로 견고하지 않고 쉽게 파손되거나 찢어질 수 있기 때문에 실제로 이는 어렵습니다. 위에서 설명한 절차(단계 1.1 - 1.4)는 단일 도메인 LCE를 일관되게 생성할 수 있습니다. 한 가지 중요한 단계는 적절한 시간에 로딩하기 위해 PTFE 금형에서 LCE를 제거하는 것입니다. LCE를 너무 빨리 제거하면 쉽게 파손되거나 찢어집니다. 반면에 로드하기 전에 너무 오래 기다리면 최종 LCE의 정렬이 제대로 이루어지지 않습니다. 또 다른 중요한 단계는 LCE의 로딩입니다. 너무 많은 무게를 적재하거나 무게를 너무 빨리 적재하면 샘플이 파손되거나 떨어질 수 있습니다. 프로토콜은 LCE를 정렬하기 위한 특정 부하를 제공했지만 더 크거나 두꺼운 LCE 샘플에 대해 부하를 조정할 수 있습니다. 절차의 중요한 한계는 정렬된 LCE의 연속적이고 대규모 생산입니다. 각 LCE 기판은 매달아 정렬되고 적재됩.......

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공개 사항

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저자는 공개할 것이 없습니다.

감사의 글

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이 작품은 국립 경력 재단 (RV에 CBET-1336073), ACS 석유 연구 기금 (RV에 52345-DN17), 미국 심장 협회 (JGJ에 BGIA), 국립 과학 재단 (National Science Foundation) (경력에 의해 지원되었다 CBET-1055942에 JGJ), 건강 / 국립 심장, 폐 및 혈액 연구소 JGJ에 (1R21HL110330), 루이와 복숭아 오웬과 텍사스 아동 병원의 국립 연구소.

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재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
4-메톡시페닐 4-(3-부테닐옥시)벤조에이TCI AmericaM2106반응성 메조겐
폴리(메틸히드로실록산)겔레스트HMS-993반응성 폴리실록산
1,4-디(10-운데세닐옥시벤젠)N/AN/A참조: Ali, S.A., Al-Muallem, H.A., Rahman, S. U. & Saeed, M. T. Bis-isoxazolidines: 산성 매체에서 연강의 새로운 종류의 부식 억제제. 부식 과학. 50 (11), 3070– 3077, doi : 10.1016 / j.corsci.2008.08.011 (2008)
(디클로로 (1,5- 시클로 옥타디엔) - 백금 (II)  Sigma Aldrich244937Pt 촉매
PTFE 금형N/AN/A쌀 기계 작업장에서 제작된
카본 블랙 나노 입자CabotVULCAN®   LCE나노 복합체
폴리스티렌Sigma Aldrich331651선형 폴리스티렌
4,4'-diglycidyloxybiphenylN/AN/A참조:  Giamberjni, M., Amendola, E. & Carfagna, C. 액정 에폭시 열경화성 수지. 분자 결정 및 액정 과학 및 기술. 섹션 A. 분자 결정 및 액정. 266 (1), 9– 22, doi:10.1080/10587259508033628 (1995).
세바신산Sigma Aldrich283258에폭시-LCE 합성을 위한 C8 연결기
헥사데칸네디오산Sigma Aldrich177504C16 에폭시-LCE 합성을 위한 C16 연결기
카르복시데실 말단 폴리디메틸실록산GelestDMS-B12에폭시-LCE 합성을 위한 실록산 연결기
1,5,7-triazabicyclo[4.4.0] dec-5-eneSigma Aldrich345571가역적 LCE용 촉매
탄소 막대Ladd Research 세포 배양 실험에 사용되는30250
의료용 실리콘 접착제SilbioneMED ADH 4100 RTV탄소 막대를 용기에 접착하는 데 사용됩니다
트 의 합성에 사용되는 XC72R 는 .

참고문헌

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Nikkhah, M., Edalat, F., Manoucheri, S., Khademhosseini, A. Engineering microscale topographies to control the cell-substrate interface. Biomaterials. 33 (21), 5230-5246 (2012).
  2. Mather, P. T., Luo, X., Rousseau, I. A. Shape Memory Polymer Research. Annu. Rev. Mater. Res. 39....

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