Name: Microfluïde-gebaseerde synthese van covalente organische kaders (COFs): een gereedschap voor de continue productie van COF-vezels en directe druk op een oppervlak (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-07-10T11:30:00.000+00:00
Duration: 8 min 42 s
Description: Leer een microfluïdische methode voor de synthese van covalente organische kaders (COF's) om continue COF-vezels te produceren en 2D- en 3D-structuren rechtstreeks op oppervlakken te printen.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

De auteurs erkennen de Zwitserse National Science Foundation (SNF) voor financiële ondersteuning via projectnummer. 200021_160174.

1. Master Mold Fabrication <ol><li> Voer de fotolithografische fabricage van een 4-inch siliciummastervorm uit zoals eerder beschreven 19 ; De meervorm die in deze studie wordt gebruikt is vervaardigd met hetzelfde protocol. OPMERKING: Microfluidische apparaten worden typisch vervaardigd door middel van een multi-step proces. De eerste stap is het ontwerp van het microfluidische kanaal met behulp van een conventionele tekensoftware. Vervolgens worden hoogwaardige filmfotomasken die het microfluidische netwerk bevatten, geproduceerd met een eigenschappenprecisie van ongeveer 5 μm. Vervolgens worden mastervorms vervaardigd op een 4-in siliconenwafel door middel van standaardfotolithografie technieken. SU-8, een negatieve fotoresist, wordt gebruikt voor de fabricage van de meestervormen in de huidige onderzoeken. De hoogte van de SU-8 structuren wordt gedefinieerd als 50 μm in onze apparaten. Tenslotte worden microfluïdische apparaten vervaardigd door direct een transparant polymeer, gewoonlijk polydimet, te gietenHylsiloxaan (PDMS), tegen de meervorm. </li></ol> 2. Fabricage van single-layer microfluidische apparaten OPMERKING: Het protocol vereist een oven die bij 70 ° C werkt. De temperatuur van de oven moet bij 70 ° C gestabiliseerd worden voordat het fabricageprotocol wordt gestart. Lagere temperaturen kunnen leiden tot slecht gebonden en niet-functionele apparaten. <ol><li> Plaats de gefabriceerde meervorm in een uitdrogingsinrichting, uitgerust met een vacuümpomp. Giet dan 100 μl chloortrimethylsilaan in een glazen fles en plaats dit in de desiccator. OPMERKING: VOORZICHTIG! Chlortrimethylsilaan is een bijtende, gevaarlijke en giftige stof. Bijgevolg dienen alle behandelstappen onder een goed geventileerde afzuigkap te worden uitgevoerd, en er dienen geschikte beschermende brillen, handschoenen en laboratoriumjas te worden gedragen. </li><li> Sluit de desiccator en zet onder vacuüm (in dit experiment, 51 mbar). Wacht minstens 1 uur om de afzetting van verdampte chlorotrimethyl te waarborgenSilaan op het oppervlak van de meervorm. Na 1 uur open de luchtklep van de desiccator voorzichtig open om de luchtdruk in evenwicht te brengen en open te maken. OPMERKING: VOORZICHTIG! Zodra de uitdrogingsinrichting is geopend, lekt chloortrimethylsilangamp uit; Adem niet direct boven de uitdrogingseenheid en doe dit altijd in een geventileerde afzuigkap. </li><li> Neem de gesilaniseerde meervorm met de hand voorzichtig uit en sluit de droogmiddel. Bewaar de meervorm in een gesloten doos (of in een laminaire stroomkap) om afzetting van deeltjes op het oppervlak ervan te vermijden. OPMERKING: Alle vervolgstappen moeten worden uitgevoerd onder een laminaire stromende afzuigkap met een uniforme luchtsnelheid. </li><li> Bereid een mengsel van PDMS prepolymeer en uithardingsmiddel (10: 0,9 in gewicht) in een wegwerpbeker en meng krachtig met een plastic spatel. Gebruik als gids een 20 g elastomeer en 1,8 g verhardingsmiddel om vier PDMS microfluidische apparaten ongeveer 5 mm dik te maken. </li><li> Plaats de kop die de gemengde PD bevatMS in een uitdrogingsinrichting onder vacuüm om ontluchting te verwijderen en luchtbellen te verwijderen. Zodra de PDMS ontgassen is, open de desiccator en verwijder de beker. OPMERKING: In dit experiment duurt het ongeveer 30 minuten bij 51 mbar. </li><li> Plaats vier vierkante frames zachtjes ( bijv . Polytetrafluorethyleen (PTFE) kaders met inwendige afmetingen van 24 mm x 24 mm) op de meervorm zodat elk een wand rond een enkele patroonstructuur op de meervorm vormt. </li><li> Giet de afgegoten PDMS in de kaders en op de top van de meesterschimmel totdat het volledig is. Plaats de meesterschimmel met de gevulde vierkante frames in een oven bij 70 ° C gedurende 2 uur. </li><li> Verwijder na 2 uur de meervorm uit de oven en laat het apparaat afkoelen tot kamertemperatuur. </li><li> Schuif de gestructureerde PDMS-platen (of PDMS-chips) en de vierkante frames handmatig af door ze zorgvuldig van de meervorm af te scheiden en de PDMS-chips uit de vierkante frames te schuiven. </li><li> Ponsinlaat- en uitlaatgaten met een 1,5 mm biopsie puncher bij deGevonden posities in het ontwerp, bijv . Aan het einde van de microfluïdische kanalen. Snijd de extra stukken PDMS en verwijder eventuele rommel uit het oppervlak van de gestructureerde PDMS-chips met kleefband. </li><li> Plaats de PDMS-chips (met de open kanalen naar boven), evenals de glazen deklagen, in de kamer van een plasma-generator en sluit de kamer. </li><li> Zet de plasma generator onder vacuüm (1,4 mbar hier); Zet de plasma generator gedurende 1 minuut aan. </li><li> Na 1 min zet u de plasma-generator uit, ventilatie de kamer en haal de behandelde PDMS-chips en glazen deklagen uit. Verbind de PDMS-chips (van de kant met gestructureerde kanalen) en glazen deklagen om de kanalen te sluiten; Op dit moment worden de microfluïdische inrichtingen met een laag vervaardigd. </li><li> Tenslotte, plaats de gebonden microfluïdische apparaten in een oven bij 70 ° C gedurende tenminste 4 uur om de binding tussen het PDMS en het glas in hoofdzaak te verbeteren. </li></ol> 3. VoorbereidenIon van de Microfluidic Set-up en Precursor Solutions <ol><li> Bereid een 0,040 M oplossing van BTCA in azijnzuur. OPMERKING: VOORZICHTIG! Zuurzuur is een gevaarlijke, corrosieve en brandbare verbinding en de damp is zeer irriterend voor de ogen en ademhalingswegen. Dienovereenkomstig moet de handeling in een afzuigkap worden uitgevoerd. Ook moet de gebruiker een beschermende laboratoriumjas, beschermbril en handschoenen dragen. </li><li> Bereid een 0,040 M oplossing van TAPB in azijnzuur. OPMERKING: Het microfluïdische apparaat dat in de huidige experimenten wordt gebruikt, heeft vier inlaatkanalen ( Figuur 1B en Figuur 2 ). </li><li> BTCA- en TAPB-oplossingen laden in twee verschillende spuiten (5 ml spuiten geladen met 3 ml oplossing hier). Plaats de spuitjes op een spuitpomp en bevestig deze aan de twee middeninlaten van de vervaardigde microfluïdische chip (één reagens per inlaat) met behulp van PTFE slang (0,8 mm binnendiameter). </li><li> Plaats twee andere spuiten met pureAzijnzuur (hier 5 ml spuiten volledig geladen), plaats de spuitjes op de spuitpomp en bevestig ze aan de twee zijden inlaten van de microfluïdische chip met hetzelfde type PTFE-buis. </li><li> Verbind een voldoende lange PTFE-buis (in het huidige experiment, ~ 15 cm) naar de uitlaat van de microfluïdische chip. Gebruik een computergestuurde spuitpomp om vloeistofstromen te motiveren zoals beschreven in de volgende stappen. </li></ol> 4. Continue synthese van MF-COF-vezels <ol><li> Met behulp van de injectiespuitpomp worden twee schede stromen van azijnzuur elk met een stromingssnelheid van 100 μl / min geïntroduceerd; De mantelstromen zijn gelegen aan de buitenzijde van de reagentiestromen ( Figuur 2 ). </li><li> Wacht 1 minuut en injecteer de twee reagentia (TAPB en BTCA) via de twee middeninlaten (één reagens per inlaat) elk met een stromingssnelheid van 50 μl / min. Wacht 1 minuut tot stabiele stromen zijn vastgesteld. </li><li> Let op de vorming van gele vezelachtige microstructuurUres die voorheen als MF-COF werden gekenmerkt door Fourier transform infrarood (FT-IR) spectroscopie, elementaire analyse en vaste toestand 13 C CP-MAS-NMR 6 ; Onder deze omstandigheden is de vorming van MF-COF niet continu. </li><li> Verhoog de stromingssnelheid van TAPB en BTCA tot 200 μl / min en houd de twee schede stromen van azijnzuur bij 100 μl / min. Wacht nu 1 minuut tot de stroom stabiliseert. Let op de vorming van een sterk geconcentreerde suspensie van gele MF-COF vezels, die uiteindelijk tot verstopping van de uitlaat leidt. </li><li> Aangezien de chip- en uitlaatpijp nu niet functioneel is, gebruik dan een nieuwe chip en berei het voor experiment volgens stap 3.3-3.6 voor. </li><li> Introduceer twee schede stromen van azijnzuur elk met een stromingssnelheid van 100 μl / min en wacht 1 minuut. Stel de stromen van TAPB en BTCA elk op 100 μL / min en let op de vorming van een continue gele MF-COF-vezel. </li><li> Plaats de uitlaat van de buis in een petrischaal met acetaatIjszuur. Plaats bijvoorbeeld 10 ml azijnzuur in een ronde glas Petri-schotel (60 mm in diameter). Zodra de gesynthetiseerde vezel de buis uitlaat aan de uitlaat van de microfluïdische inrichting, beweeg de buis over een oppervlak om de uitgang van de continue MF-COF-vezel te vergemakkelijken. </li></ol> 5. Directe afdrukken van 2D en 3D MF-COF structuren OPMERKING: Aangezien de synthetische vezel mogelijk niet volledig homogeen is, moet de afzettingssnelheid worden aangepast om te zorgen dat het continu wordt afgedrukt. <ol><li> Bereid de microfluïdische opstelling zoals beschreven in sectie 3 en injecteer alle vier oplossingen elk met een stromingssnelheid van 100 μl / min. </li><li> Wacht 1 minuut tot de stromen gestabiliseerd zijn en de gesynthetiseerde MF-COF-vezel verlaat de buis aan de uitlaat van het microfluïdische apparaat. Maak een schoon substraat naast de uitgang van de buis aan de uitlaat van het microfluïdische apparaat voor direct afdrukken van MF-COF-vezels. OPMERKING: In onze onderzoeken, 24 mmX 76 mm glazen deklagen werden gebruikt voor alle drukwerkzaamheden. </li><li> Houd de buis verbonden met de uitlaat van het microfluïdische apparaat, zodat het uiteinde een paar millimeter boven de glazen deklaag is. Verplaats de buis langzaam over de glazen deklaag om de uitgang van de MF-COF-vezel te vergemakkelijken en vermijding van aggregaten te voorkomen. </li><li> Zodra de stromen gestabiliseerd zijn, lig de buis langzaam aan de uitlaat van het microfluïdische apparaat ongeveer 2-3 cm van de glazen omhulsel om een ​​vrijstaande en stabiele MF-COF-vezel in acht te nemen. </li><li> Om verder te gaan met afdrukken, breng de uitlaat van de buis terug naar de glazen deklaag en beweeg de buis op het oppervlak handmatig om de gewenste 2D- of 3D MF-COF-structuur te trekken. </li></ol>

<ol><li>Cote, A. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Porous%2C+crystalline%2C+covalent+organic+frameworks%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Porous, crystalline, covalent organic frameworks.</a> Science. 310, 1166-1170 (2005).</li>
<li>Ding, S. Y., Wang, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Covalent+organic+frameworks+%28COFs%29%3A+from+design+to+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Chem+Soc+Rev%22%5BJournal%5D)">Covalent organic frameworks (COFs): from design to applications.</a> Chem Soc Rev. 42, 548-568 (2013).</li>
<li>Huang, N., Wang, P., Jiang, D. L. <a target="_blank" href="http://www.nature.com/articles/natrevmats201668">Covalent organic frameworks: a materials platform for structural and functional designs.</a> Nat Rev Mater. 1, 16068(2016).</li>
<li>Xu, H., Gao, J., Stable Jiang, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((crystalline%2C+porous%2C+covalent+organic+frameworks+as+a+platform+for+chiral+organocatalysts%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Chem%22%5BJournal%5D)">crystalline, porous, covalent organic frameworks as a platform for chiral organocatalysts.</a> Nat Chem. 7, 905-912 (2015).</li>
<li>Wan, S., Guo, J., Kim, J., Ihee, H., Jiang, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Belt-Shaped%2C+Blue+Luminescent%2C+and+Semiconducting+Covalent+Organic+Framework%5BTitle%5D)+AND+%22Angew+Chem+Int+Edit%22%5BJournal%5D)">A Belt-Shaped, Blue Luminescent, and Semiconducting Covalent Organic Framework.</a> Angew Chem Int Edit. 47, 8826-8830 (2008).</li>
<li>Rodriguez-San-Miguel, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Crystalline+fibres+of+a+covalent+organic+framework+through+bottom-up+microfluidic+synthesis%5BTitle%5D)+AND+%22Chem+Commun%22%5BJournal%5D)">Crystalline fibres of a covalent organic framework through bottom-up microfluidic synthesis.</a> Chem Commun. 52, 9212-9215 (2016).</li>
<li>Bisbey, R. P., DeBlase, C. R., Smith, B. J., Dichtel, W. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Two-dimensional+Covalent+Organic+Framework+Thin+Films+Grown+in+Flow%5BTitle%5D)+AND+%22J+Am+Chem+Soc%22%5BJournal%5D)">Two-dimensional Covalent Organic Framework Thin Films Grown in Flow.</a> J Am Chem Soc. 138, 11433-11436 (2016).</li>
<li>Spitler, E. L., Dichtel, W. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lewis+acid-catalysed+formation+of+two-dimensional+phthalocyanine+covalent+organic+frameworks%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Chem%22%5BJournal%5D)">Lewis acid-catalysed formation of two-dimensional phthalocyanine covalent organic frameworks.</a> Nat Chem. 2, 672-677 (2010).</li>
<li>Keskin, S. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jp209804x">Adsorption, Diffusion, and Separation of CH4/H-2 Mixtures in Covalent Organic Frameworks: Molecular Simulations and Theoretical Predictions.</a> J Phys Chem C. 116, 1772-1779 (2012).</li>
<li>Tilford, R. W., Mugavero, S. J., Pellechia, P. J., Lavigne, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tailoring+microporosity+in+covalent+organic+frameworks%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Mater%22%5BJournal%5D)">Tailoring microporosity in covalent organic frameworks.</a> Adv Mater. 20, 2741-2746 (2008).</li>
<li>Hasegawa, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-dimensional+porous+coordination+polymer+functionalized+with+amide+groups+based+on+tridentate+ligand%3A+Selective+sorption+and+catalysis%5BTitle%5D)+AND+%22J+Am+Chem+Soc%22%5BJournal%5D)">Three-dimensional porous coordination polymer functionalized with amide groups based on tridentate ligand: Selective sorption and catalysis.</a> J Am Chem Soc. 129, 2607-2614 (2007).</li>
<li>Das, G., et al. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/-/content/articlehtml/2015/sc/c5sc00512d">Chemical sensing in two dimensional porous covalent organic nanosheets.</a> Chem Sci. 6, 3931-3939 (2015).</li>
<li>Guo, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Conjugated+organic+framework+with+three-dimensionally+ordered+stable+structure+and+delocalized+pi+clouds%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Commun%22%5BJournal%5D)">Conjugated organic framework with three-dimensionally ordered stable structure and delocalized pi clouds.</a> Nat Commun. 4, 2736(2013).</li>
<li>Furukawa, H., Yaghi, O. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Storage+of+Hydrogen%2C+Methane%2C+and+Carbon+Dioxide+in+Highly+Porous+Covalent+Organic+Frameworks+for+Clean+Energy+Applications%5BTitle%5D)+AND+%22J+Am+Chem+Soc%22%5BJournal%5D)">Storage of Hydrogen, Methane, and Carbon Dioxide in Highly Porous Covalent Organic Frameworks for Clean Energy Applications.</a> J Am Chem Soc. 131, 8875-8883 (2009).</li>
<li>Xu, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrochemically+active%2C+crystalline%2C+mesoporous+covalent+organic+frameworks+on+carbon+nanotubes+for+synergistic+lithium-ion+battery+energy+storage%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Rep-Uk%22%5BJournal%5D)">Electrochemically active, crystalline, mesoporous covalent organic frameworks on carbon nanotubes for synergistic lithium-ion battery energy storage.</a> Sci Rep-Uk. 5, 8225(2015).</li>
<li>El-Kaderi, H. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Designed+synthesis+of+3D+covalent+organic+frameworks%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Designed synthesis of 3D covalent organic frameworks.</a> Science. 316, 268-272 (2007).</li>
<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>

De auteurs hebben niets te onthullen.

De hier beschreven microfluidische synthetische methode biedt een nieuwe en eenvoudige aanpak voor directe druk van COF-materialen op oppervlakken. Synthese wordt uitgevoerd onder gebruikmaking van een enkelvoudige microfluïdische inrichting, bestaande uit een microfluïdische PDMS-chip die gebonden is aan een glazen deklaag. De fabricage van het microfluïdische apparaat kan worden bereikt door middel van conventionele afgifte van PDMS tegen een siliciummestervorm en daarna binding van de PDMS met de geïmprimeerde microk...

Covalente organische kaders (COF&#39;s) zijn een gevestigde klasse van poreus en kristallijn materiaal waarin de organische bouwstenen stevig vastgehouden worden door covalente bindingen 1 , 2 , 3 , 4 , 5 . COF&#39;s worden typisch gemonteerd volgens supramoleculaire chemische principes, waarbij de constituerende moleculaire bouwstenen selectief worden gereageerd om een ​​definitief en vooraf bepaald poreus samenstel te definiëren. Een dergelijke benadering laat de synthese van materialen toe met gecontroleerde en geordende structuur ( bijv . Met bepaalde poriedimensies) en samenstelling 3 , 6 , 7 , 8 . In vergelijking met andere poreuze materialen zijn COF&#39;s uniek omdat ze bestaan ​​uit lichte elementen (C, H, B, N en O) en hebben afstelbare poro<html> Punten 1 , 5 . Geïnspireerd door deze unieke en intrinsieke kenmerken zijn COF&#39;s beoordeeld voor potentiële toepassing in chemische scheidingen 9 , gasopslag 10 en katalyse 11 , sensoren 12 , opto-elektronica 13 , schone energietechnologieën 14 en elektrochemische energie-inrichtingen 15 . Tot op heden zijn de overgrote meerderheid van de methoden die gebruikt worden voor de bereiding van COF-materialen gebaseerd op solvothermische zelfkondensatie en co-condensatie reacties, waarbij hoge temperaturen en druk de standaard zijn. Hoewel COF&#39;s thermisch robuust zijn, hebben ze vaak een beperkte verwerkbaarheid, dwz COF&#39;s zijn meestal onoplosbare en onbewerkbare kristallijne poeders en dit beperkt hun gebruik aanzienlijk in een scala aan potentiële en praktische toepassingenSs = &quot;xref&quot;&gt; 2 , 6 , 8 , 16 , 17 . Ondanks de opmerkelijke vooruitgang die bij COF synthese is geboekt, is een belangrijke uitdaging op het gebied van het ontwikkelen van een methode waarmee de bereiding van COF&#39;s in passende reactieomstandigheden ( bijvoorbeeld temperatuur en druk) kan worden ontwikkeld, waardoor de verwerkbaarheid ervan op oppervlakken kan worden vergemakkelijkt. Recentelijk hebben studies aangetoond dat Shiff-base chemie kan worden gebruikt om een ​​imine-gebaseerde COF bij kamertemperatuur te synthetiseren. De COF produceerde, RT-COF-1, vormen als gevolg van de snelle en efficiënte reactie tussen 1,3,5-tris (4-aminofenyl) benzeen (TAPB) en 1,3,5-benzeentricarbaldehyde (BTCA) 17 1A ). De werkzaamheid van deze synthetische methode werd aangetoond door de directe druk van micron- en submicronpatronen van RT-COF-1 op zowel stijve als flexibele oppervlakken met lithografie ofInkjet printtechnieken. Meer recent, en gebruikmakend van microfluidica, hebben we een effectieve aanpak aangetoond voor de continue synthese van vezels van hetzelfde in iminen gebaseerde COF, hierna MF-COF 6 genoemd . In tegenstelling tot andere gerapporteerde synthetische benaderingen voor de opwekking van COF&#39;s 18 , maakte deze microfluïdische synthetische werkwijze de snelle synthese van MF-COF-vezels mogelijk bij omgevingstemperaturen en druk binnen enkele seconden. Bovendien, en door de mechanische stabiliteit van de gesynthetiseerde MF-COF-vezels, hebben we aangetoond hoe een dergelijke microfluïdische methode het directe afdrukken van 2D- en 3D-structuren op oppervlakken mogelijk maakt. Hieruit tonen wij aan dat deze methode kan worden gebruikt om COF structuren op verschillende oppervlakken te maken die verschillende chemische en fysische eigenschappen hebben. Wij zijn van mening dat deze nieuwe methode nieuwe wegen opent voor de goed gecontroleerde patronen en directe drukwerk van COF&#39;s in verschillende oriëntaties en op verschillende oppervlakken.

<table><tbody><tr><td>Hoge resolutie filmmaskers</td><td>Microlitho, UK</td><td>-</td><td>Kenmerken tot 5um</td></tr><tr><td>Siliciumwafels</td><td>Silicon Materials Inc., Germany</td><td>4" Silicium Wafers</td><td>Voorzijde: gepolijst, achterzijde: geëtst</td></tr><tr><td>Siliconen Elastomer KIT (PDMS)</td><td>Dow Corning, USA</td><td>Sylgard 184</td><td>-</td></tr><tr><td>Chloortrimethylsilaan</td><td>Sigma-Aldrich, Switzerland</td><td>386529</td><td>&ge;97%, VOORZICHTIG: Alleen onder afzuiging behandelen.</td></tr><tr><td>Biopsie puncher</td><td>Miltex GmBH, Germany</td><td>33-31A-P/25</td><td>1.5 mm</td></tr><tr><td>Glazen deksel</td><td>Menzel-Glaser, Germany</td><td>BB024040SC</td><td>24 mm &times; 40 mm, #5</td></tr><tr><td>Plasmagenerator instrument</td><td>Diener</td><td>Zepto B</td><td>Frequentie: 40 kHz en plasmagenerator vermogen: 0-30 W</td></tr><tr><td>PTFE buis</td><td>PKM SA, Switzerland</td><td>AWG-TFS-XXX</td><td>AWG 20TFS, rol van 100 m</td></tr><tr><td>neMESYS Spuitpompen</td><td>Cetoni GmbH, Germany</td><td>Laag Druk (290N)</td><td>-</td></tr><tr><td> Wegwerp Beker </td><td>Semadeni, Switzerland</td><td>8323</td><td>PS, 200 ml</td></tr><tr><td>Kunststof Spatel</td><td>Semadeni, Switzerland</td><td>3340</td><td>L &times; B : 135 mm x 14 mm</td></tr><tr><td>Wegwerp Scalpels</td><td>B. Braun, Switzerland</td><td>233-5320</td><td>Nr. 20</td></tr><tr><td>Wegwerp Spuiten</td><td>VWR, Switzerland</td><td>613-3951</td><td>5 ml, Discardit II</td></tr><tr><td>Azijnzuur</td><td>Sigma-Aldrich, Switzerland</td><td>695092-500</td><td>>=99.7%, VOORZICHTIG: Alleen onder afzuiging behandelen.</td></tr><tr><td>1,3,5-benzeentricarbaldehyde</td><td>Aldrich-Fine Chemicals</td><td>753491</td><td>97%</td></tr><tr><td>1,3,5-Tris(4-aminofenyl)benzeen</td><td>Tokyo Chemical Industry</td><td>T2728-5G</td><td>>93.0%</td></tr></tbody></table>

microfluïde-gebaseerde synthese van covalente organische kaders (cof&#39;s): een gereedschap voor de continue productie van cof-vezels en directe druk op een oppervlak

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

Covalente organische kaders (COF&#39;s) zijn een klasse van poreuze covalente materialen die vaak worden verwerkt als onbewerkbare kristallijne poeders. De eerste COF werd gerapporteerd in 2005 met veel inspanning gericht op de oprichting van nieuwe synthetische routes voor de voorbereiding ervan. Tot op heden zijn de meeste beschikbare synthetische methoden voor COF synthese gebaseerd op bulkmengsel onder solvothermische omstandigheden. Daarom is er steeds meer belangstelling voor het ontwikkelen van systematische protocollen voor COF-synthese die zorgt voor fijne controle over reactieomstandigheden en verbetering van de COF-verwerkbaarheid op oppervlakken, die essentieel zijn voor gebruik in praktische toepassingen. Hierin presenteren we een nieuwe microfluïdische methode voor COF synthese waarbij de reactie tussen twee bestanddelen bouwblokken, 1,3,5-benzeentricarbaldehyde (BTCA) en 1,3,5-tris (4-aminofenyl) benzeen (TAPB) Vindt plaats onder gecontroleerde diffusie omstandigheden en bij kamertemperatuur. Met behulp van een dergelijke aanpak geeft spons-achtig, crysDikke vezels van een COF materiaal, hierna genoemd MF-COF. De mechanische eigenschappen van MF-COF en de dynamische aard van de aanpak maken het mogelijk om continu MF-COF-vezels te produceren en hun directe druk op oppervlakken. De algemene methode opent nieuwe potentiële toepassingen waarbij geavanceerde afdrukken van 2D- of 3D-COF-structuren op flexibele of stijve oppervlakken vereist zijn.

Het microfluïdische apparaat dat in ons onderzoek wordt gebruikt wordt vervaardigd met behulp van conventionele PDMS replica molding 20 en bevat vier microfluïdische inlaatkanalen die samenvoegen in een hoofd microkanaal. Het uiteindelijke microfluïdische apparaat bestaat uit een gestructureerde PDMS-laag en een glazen deklip die gebruikt wordt om de geïmprimeerde microkanalen te sluiten, zoals getoond in figuur 1B . <p class="jov...

Wij presenteren een nieuwe microfluïdische methode voor synthese van covalente organische kaders (COF&#39;s). We tonen aan hoe deze aanpak kan worden gebruikt om continue COF-vezels te produceren, en ook op 2D- of 3D-COF-structuren op oppervlakken.

Microfluïde-gebaseerde synthese van covalente organische kaders (COF&#39;s): een gereedschap voor de continue productie van COF-vezels en directe druk op een oppervlak

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

Het algemene doel van deze aanpak is om aan te tonen hoe een microfluïdisch platform kan worden gebruikt om continue vezels van covalente organische raamwerken te produceren die op oppervlakken kunnen worden geprint om 2D- en 3D-structuren te creëren. Ondanks de opmerkelijke vooruitgang in de synthese van covalente organische raamwerken blijft het ontwikkelen van een methode om de verwerkbaarheid van deze materialen te vergemakkelijken een uitdaging, wat deze aanpak zeer veelbelovend maakt. Deze methode levert een effectieve bijdrage aan het vakgebied van kristallijne materialen door de introductie van een innovatieve synthetische aanpak voor de productie van continue vezels van covalente organische raamwerken, waardoor hun verwerkbaarheid wordt verbeterd.Om te beginnen met de fabricage van het apparaat, plaatst u in een zuurkast een silicium mastermal, vervaardigd uit een silicium wafer van vier inch, in een vacuümdesiccator. Doe 100 µL trimethylsilylchloride in een glazen vial en plaats de vial in de vacuümdesiccator. Sluit de desiccator en zet deze onder vacuüm.Laat de trimethylsilylchloride-damp een uur lang neerslaan op het oppervlak van de mastermold. Laat vervolgens de desiccator langzaam ontsnappen. Verwijder de gesilaniseerde mastermold en sluit de desiccator.Bewaar de gesilaniseerde mal in een gesloten container of in een laminaire flowkast. Meng vervolgens in een wegwerpbeker met een plastic spatel PDMS-elastomeer en uithardingsmiddel in een gewichtsverhouding van 10:0,9. Ontgas het mengsel gedurende 30 minuten in een vacuümdessicator.Plaats vervolgens voorzichtig vier PTFE-frames op de mastermal, zodanig dat elk frame een enkel patroon op de mal omsluit. Giet het PTMS-mengsel in de frames en over de mal tot deze vol zijn. Hard de PDMS uit in een oven bij 70 degrees celsius gedurende twee uur, haal daarna de mal uit de oven en laat de PDMS-chips afkoelen tot kamertemperatuur in de laminaire flowkast.Zodra ze zijn afgekoeld, scheidt u de frames voorzichtig met de hand van de mal. Schuif de PDMS-chips voorzichtig uit het frame. Gebruik een biopsiepunch van 1,5 millimeter om inlaat- en uitlaatgaten te ponsen aan het uiteinde van de microfluïdische kanalen in de chips.Trim het overtollige PDMS van de chips en reinig de oppervlakken van de chip en het dekglas met plakband. Plaats de schone chips met de open kanalen naar boven in een plasmagenerator, samen met vier glazen dekglasjes. Vacumeer de monsterkamer en laat de generator één minuut draaien.Ontlucht vervolgens de kamer en verwijder de plasmaprebehandelde chips en dekglasjes. Bond elke chip aan een behandeld dekglasje met de open kanalen naar beneden gericht door de chip voorzichtig op het dekglasje te drukken. Plaats de resulterende microfluïdische chips gedurende ten minste vier uur in een oven op 70 degree celsius om de hechting tussen het PDMS en het glas te versterken.Om de voorbereidingen voor de synthese te starten, trek je 3 mL 40 mM BTCA in azijnzuur op in een spuit van 5 mL. Trek 3 mL 40 mM TAPB in azijnzuur op in een andere spuit van 5 mL. Gebruik PTFE-slangen met een binnendiameter van 0,8 mm en verbind de slangen aan één zijde met de spuiten.Plaats beide spuiten op een spuitenpomp. Vul vervolgens twee spuiten van five milliliters met azijnzuur, gebruik PTFE-slangen met een binnendiameter van 0.8 millimeters en verbind de slangen aan één zijde met de spuiten. Bevestig deze spuiten in spuitenpompen.Neem vervolgens een enkelvoudige microfluïdische chip met vier kanalen. Verbind de andere zijde van de PTFE-slangen met de inlaats van het microfluïdische apparaat en verbind de spuiten met de inlaats van de buitenste kanalen. Verbind het stuk PTFE-slang van 15 centimeter met de uitlaat van de chip.Bevestig het uiteinde van de slang in een petrischaal van 60 millimeter met 10 milliliters azijnzuur. Plaats een glazen dekglas naast de petrischaal. Stel elke spuitpomp in op een stroomsnelheid van 100 microliters per minuut en start de pompen.Wacht één minuut tot de stromingen zijn gestabiliseerd, terwijl de vorming van de MF-COF-vezel in de chip wordt gemonitord. Pas de stroomsnelheden van het azijnzuur aan en controleer de uitlaatslang. Als de mantelstromingen van azijnzuur te hoog zijn ten opzichte van de BTCA- en TAPB-stromingen, zal de microsuspensie van de MF-COF-vezel te verdund zijn om een continue vezel te vormen.Als de mantelstromen van azijnzuur te laag zijn ten opzichte van de reagensstromen, zal de hoge concentratie MF-COF-vezels de uitlaatslang verstoppen. Stel elke spuit in op een stroomsnelheid van 100 microliters per minuut en wacht één minuut tot de stromen zijn gestabiliseerd. Zodra de stromen zijn gestabiliseerd en de continue MF-COF-vezel het uiteinde van de uitlaatslang bereikt, houdt u het uiteinde van de slang enkele millimeters boven het oppervlak.Beweeg de buis langzaam om een MF-COF-structuur te trekken. De geschikte mechanische eigenschappen, die voortvloeien uit de microscopische organisatie van MF-COF, maken het mogelijk om MF-COF-vezels te gebruiken voor het conform creëren van 2D- en 3D-structuren op saraphasis. Til de buis langzaam twee tot drie centimeter van het oppervlak af om een vrijstaande, stabiele MF-COF-vezel te produceren.Laat de buis langzaam zakken om verder te gaan met het direct tekenen van een 2D- of 3D-structuur op het dekglas. MF-COF-vezels werden gesynthetiseerd uit TAPB en BTCA met behulp van een microfluïdisch apparaat met vier kanalen. Scanning elektronenmicroscopie toonde aan dat de vezels bestonden uit onderling verbonden micro- en nanovezels in 3D sponsachtige, poreuze structuren die de mechanische eigenschappen bieden die nodig zijn voor het printen van 2D- en 3D-structuren.2D MF-COF-structuren werden op glazen oppervlakken geprint door vormen te tekenen terwijl de vezel continu werd gegenereerd. De relatieve precisie van het printproces werd verder aangetoond door schrijfexperimenten op glas. De vezels versmolten niet wanneer ze over elkaar heen werden gepatroneerd, wat het printen van 3D-structuren mogelijk maakte.Naast glas werden MF-COF-structuren geprint op vloeipapier, karton, aluminiumfolie en polystyreen. Houd bij het uitvoeren van deze procedure rekening met het feit dat alle stappen voor de fabricage van het microfluïdische apparaat in een laminaire flowkast moeten worden uitgevoerd en alle synthesestappen waarbij wordt gewerkt met azijnzuur onder een zuurkast.Na het bekijken van deze video zou u een goed begrip moeten hebben van hoe u continue vezels van covalente organische raamwerken kunt synthetiseren met behulp van een microfluïdisch platform, en hoe u een geproduceerde vezel kunt printen en seraphase kunt toepassen om 2D- en 3D-structuren te maken.

microfluidic-based-synthesis-covalent-organic-frameworks-cofs-tool

Research

JoVE Journal

Chemistry

Scheikunde

Millifluidic apparaten worden gebruikt voor gecontroleerde synthese van nanomaterialen tijdsopgeloste analyse van reactiemechanismen als continu katalyse.

Millifluidics voor chemische synthese en Tijdopgeloste mechanistische studies

Twee aangrenzende vloeistoffen die door een gegroefd microfluïdisch kanaal gaan, kunnen worden gericht om een schede rond een prepolymeerkern te vormen; waardoor zowel vorm als doorsnede worden bepaald. Foto-geïnitieerde polymerisatie, zoals thiol click chemie, is zeer geschikt voor het snel stollen van de kernvloeistof tot een microvezel met vooraf bepaalde grootte en vorm.

Microfluïdische fabricage van polymere en biohybridevezels met vooraf ontworpen grootte en vorm

Synthese, activering, en karakterisering van opzettelijk ontworpen metaal-organische raamwerk materialen is een uitdaging, vooral als bouwstenen onverenigbaar zijn of ongewenste polymorfe zijn thermodynamisch bevoordeeld ten opzichte van de gewenste vormen. We beschrijven hoe toepassingen van oplosmiddelhoudende bijgestaan ​​linker uitwisseling, poeder röntgendiffractie in haarvaten en activering via superkritische CO 2 drogen, kan een aantal van deze uitdagingen aan te pakken.

Synthese en karakterisering van gefunctionaliseerde metaal-organische roosters

Metaal-organische kaders zijn effectief in de opslag van gas en heterogene katalyse, maar typisch synthese methoden leiden tot losse poeders die moeilijk te integreren in slimme materialen. We tonen een methode van eerste coating stoffen met ALD metaaloxiden, resulterend in hoekgetrouwe films van MOF op de stoffen gedurende de synthese van solvothermal.

Solvothermal synthese van MIL-96 en UiO-66-NH2 op atomische laag gestort metaaloxide Coatings op Fiber matten

Robuuste functionele catechol coatings werden in één stap geproduceerd door directe reactie van het materiaal bekend als HKUST met synthetische catechols onder anaërobe omstandigheden. De vorming van homogene coatings rondom het hele kristal wordt toegeschreven aan de biomimetische katalytische activiteit van Cu(II) Dimeren op het buitenoppervlak van de kristallen.

Oppervlakte Functionalization van metaal-organische kaders voor verbeterde vochtbestendigheid

Gepresenteerd is een eenvoudige methode om het fabriceren van nano-micro multiscale structuren, voor functionele oppervlakken, door samenvoeging van nanofibers die zijn vervaardigd met behulp van een filter anodic aluminium oxide.

Multiscale structuren samengevoegd door ingeprinte Nanofibers voor functionele oppervlakken

Dit document beschrijft een protocol samen met een vergelijkende studie van twee microfluïde fabricagetechnieken, namelijk fotolithografie/wet-etching/thermisch-bonding en Selective Laser-induced Etching (SLE), die geschikt zijn voor hogedrukomstandigheden. Deze technieken vormen het mogelijk maken van platforms voor directe observatie van de vloeistofstroom in surrogaatdoorlatende media en gebroken systemen onder reservoiromstandigheden.

Microfluidic Fabrication Techniques for High-Pressure Testing of Microscale Supercritical CO 2 Foam Transport in Fractured Unconventional Reservoirs Microfluidic Fabrication Techniques for High-Pressure Testing of Microscale Supercritical CO 2 Foam Transport in Fractured Unconventional Reservoirs Microfluidic Fabrication Techniques for High-Pressure Testing of Microscale Supercritical CO2 Foam Transport in Fractured Unconventional Reservoirs Microflu

Dit protocol beschrijft een 3D-printtechniek om botachtige structuren te fabriceren door een calciumfosfaatinkt af te zetten in een op gelatine gebaseerde korrelige ondersteuning. Geprinte botanalogen worden in vrije vorm afgezet, met flexibiliteit voor het direct oogsten van de afdruk of crosslinking binnen een levende celmatrix voor multifasische constructies.

Keramische omnidirectionele bioprinting in celbeladen suspensies voor het genereren van botanalogen

Hier demonstreren we een protocol voor de tweestapssynthese van enkelkristallijne kernschillen met behulp van een niet-isostructureel metaal-organisch raamwerk (MOF)-paar, HKUST-1 en MOF-5, die goed op elkaar afgestemde kristalroosters hebben.

Synthese van enkelkristallijne kern-schil metaal-organische raamwerken

Een protocol voor de synthese en karakterisering van zelfgeassembleerde metaal-organische raamwerkmonolagen wordt geleverd met behulp van polymeergeënte, metaal-organische raamwerk (MOF) kristallen. De procedure toont aan dat polymeer-geënte MOF-deeltjes zichzelf kunnen assembleren op een lucht-watergrensvlak, wat resulteert in goed gevormde, vrijstaande monolaagstructuren, zoals blijkt uit scanning-elektronenmicroscopiebeeldvorming.

Synthese en karakterisering van zelf-geassembleerde metaal-organische raamwerk monolagen met behulp van polymeer-gecoate deeltjes

In dit artikel presenteren we de bereiding van MOF-gelatinehydrogels die profiteren van de thermoreversibele eigenschappen van gelatine, geassocieerd met de fase-scheiding door coacervatie. Deze hydrogelcomposieten vertonen een hoge MOF-belasting, grote porositeit en een goede ruimtelijke verdeling van MOF-deeltjes binnen de gelatinematrix.

Bereiding van metaal-organisch kader - gelatinehydrogels door coacervatie

Leer een microfluïdische methode voor de synthese van covalente organische kaders (COF's) om continue COF-vezels te produceren en 2D- en 3D-structuren rechtstreeks op oppervlakken te printen.

Microfluïde-gebaseerde synthese van covalente organische kaders (COFs): een gereedschap voor de continue productie van COF-vezels en directe druk op een oppervlak (Video) | JoVE Journal

Microfluïde-gebaseerde synthese van covalente organische kaders (COF's): een gereedschap voor de continue productie van COF-vezels en directe druk op een oppervlak

Meer video's verkennen