Artykuł metodologiczny

Przygotowanie mikroprzepływowe siłowników z elastomeru ciekłokrystalicznego

DOI:

10.3791/57715

⸱

20 maja 2018

 ,  ,  , 
1Department of Organic Chemistry, Johannes Gutenberg University, 2CNRS, ICS UPR 22, Université de Strasbourg

* These authors contributed equally

W tym artykule

Podsumowanie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ten artykuł opisuje proces mikroprzepływowy i parametry przygotowania cząstek uruchamiających z elastomerów ciekłokrystalicznych. Proces ten pozwala na przygotowanie cząstek uruchamiających oraz zmianę ich wielkości i kształtu (od spłaszczonej do silnie prolate, morfologii rdzeń-powłoka i janus), a także wielkość aktywacji.

Streszczenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ten artykuł skupia się na procesie mikroprzepływowym (i jego parametrach) do przygotowania cząstek uruchamiających z elastomerów ciekłokrystalicznych. Preparat najczęściej polega na tworzeniu w podwyższonych temperaturach kropelek zawierających ciekłe kryształy o niskiej masie molowej. Następnie te prekursory cząstek są zorientowane w polu przepływu kapilary i zestalane przez polimeryzację sieciującą, w wyniku której powstają końcowe cząstki uruchamiające. Optymalizacja procesu jest niezbędna do uzyskania cząstek uruchamiających i właściwej zmienności parametrów procesu (temperatury i natężenia przepływu) oraz umożliwia zmiany wielkości i kształtu (od morfologii spłaszczonej do silnie prolate), a także wielkości uruchomienia. Ponadto możliwe jest zmienianie rodzaju uruchomienia od wydłużenia do skurczu w zależności od profilu reżysera indukowanego do kropel podczas przepływu w kapilarze, co ponownie zależy od procesu mikroprzepływowego i jego parametrów. Co więcej, cząstki o bardziej złożonych kształtach, takie jak struktury rdzeniowo-powłokowe lub cząstki Janusa, można wytworzyć poprzez dostosowanie ustawienia. Ze względu na zmienność struktury chemicznej i sposobu sieciowania (krzepnięcia) elastomeru ciekłokrystalicznego, możliwe jest również przygotowanie cząstek aktywujących wyzwalanych przez ciepło lub promieniowanie UV-vis.

Wprowadzenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Syntezy mikroprzepływowe stały się dobrze znaną metodą wytwarzania siłowników z elastomeru ciekłokrystalicznego (LCE) w ciągu ostatnich kilku lat1,2,3. Takie podejście nie tylko umożliwia produkcję dużej liczby dobrze aktywujących się cząstek, ale także pozwala na wytwarzanie kształtów i morfologii, które nie są dostępne innymi metodami. Ponieważ siłowniki LCE są obiecującymi kandydatami do zastosowania jako sztuczne mięśnie w mikrorobotyce, nowe metody syntezy takich cząstek mają ogromne znaczenie dla tej przyszłej technologii4.

W LCE, mezogeny ciekłego kryształu (LC) są przyłączone do łańcuchów polimerowych sieci elastomerowej5,6,7,8. Połączenie mezogenów z łańcuchem polimerowym może zatem nastąpić w postaci łańcucha bocznego, łańcucha głównego lub połączonego LC-polimeru9,10,11. Odległość między punktami sieciowania powinna być wystarczająco duża, aby umożliwić swobodną reorientację łańcucha polimerowego pomiędzy nimi (w rzeczywistości dotyczy to każdego elastomeru, co odróżnia je od "duroplastów"). W związku z tym sieciowanie może być trwałe lub odwracalne ze względu na silne oddziaływania niekowalencyjne12,13,14. Ten rodzaj materiału łączy w sobie właściwości zarówno anizotropowego zachowania ciekłego kryształu, jak i entropowej elastyczności elastomeru. W zakresie temperatur fazy ciekłokrystalicznej łańcuchy polimerowe przyjmują (mniej więcej) rozciągniętą konformację spowodowaną anizotropią fazy ciekłokrystalicznej, która jest określana ilościowo za pomocą parametru porządku nematycznego. Gdy próbka zostanie przeniesiona powyżej temperatury przemiany fazowej od nematycznego do izotropowego, anizotropia znika, a sieć rozluźnia się do energetycznie faworyzowanej losowej konformacji cewki. Prowadzi to do makroskopowej deformacji, a tym samym aktywacji5,15. Oprócz ogrzewania próbki, ta przemiana fazowa może być również indukowana przez inne bodźce, takie jak dyfuzja światła lub rozpuszczalnika w LCEs16,17,18,19.

Aby uzyskać silne odkształcenie, konieczne jest, aby próbka albo tworzyła monodomenę, albo zawierała co najmniej preferowaną orientację dyrektorów pojedynczej domeny podczas etapu sieciowania20. W przypadku produkcji folii LCE często osiąga się to poprzez rozciąganie wstępnie spolimeryzowanej próbki, poprzez orientację domen w polu elektrycznym lub magnetycznym, za pomocą warstw fotowyrównania lub za pomocą druku 3D21,22,23,24,25,26.

Innym podejściem jest ciągłe przygotowywanie cząsteczek LCE za pomocą kapilarnych mikroprzepływowych generatorów kropel. Kropelki monomeru ciekłokrystalicznego są rozproszone w fazie ciągłej o wysokiej lepkości, która opływa kropelki i wywiera szybkość ścinania na powierzchnię kropel. W związku z tym obserwuje się cyrkulację wewnątrz kropli monomeru, co powoduje ogólne wyrównanie fazy ciekłokrystalicznej27. W związku z tym wielkość szybkości ścinania działającego na kropelki ma duży wpływ zarówno na kształt i rozmiar kropli, jak i na orientację ciekłokrystalicznego pola kierunkowego. Te dobrze zorientowane kropelki mogą być następnie polimeryzowane dalej w układzie mikroprzepływowym. W ten sposób możliwe jest przygotowanie siłowników o różnych kształtach (np. cząstkach i włóknach) oraz bardziej złożonych morfologiach, takich jak cząstki rdzenia-powłoki i Janusa28,29,30,31. Możliwe jest nawet przygotowanie spłaszczonych cząstek, które rozciągają się wzdłuż swojej osi symetrii oraz wysoce rozdrobnionych, podobnych do włókien cząstek, które kurczą się przy przemianie fazowej. Oba typy cząstek mogą być wytwarzane przy użyciu tego samego rodzaju układu mikroprzepływowego, po prostu zmieniając szybkość ścinania27. W tym miejscu przedstawiamy protokół wytwarzania takich siłowników LCE o różnych morfologiach w samodzielnie wyprodukowanych kapilarnych urządzeniach mikroprzepływowych.

Oprócz efektu wyrównania mezogenu w kropelkach LCE i dostępności polimerów o różnych kształtach, podejścia mikroprzepływowe mają dalsze zalety. W porównaniu z innymi metodami wytwarzania cząstek, takimi jak wytrącanie w polimeryzacji bez rozpuszczalnika lub w zawiesinie32 (co prowadzi do cząstek o szerokim rozkładzie wielkości), cząstki monodyspersyjne (współczynnik zmienności wielkości cząstek wynosi <5%) mogą być syntetyzowane za pomocą mikrofluidyki33,34. Ponadto łatwo jest przełamać symetrię sferyczną kropel przez przepływ. W ten sposób dostępne są duże cząstki o symetrii cylindrycznej, która jest potrzebna siłownikom. Różni się to od cząstek LC wytwarzanych przez polimeryzację suspensyjną32. Co więcej, wielkość cząstek jest dobrze regulowana przez mikrofluidykę w zakresie od kilku mikrometrów do setek mikronów, a dodatki mogą być łatwo wprowadzane do cząstek lub na ich powierzchnię. Z tego powodu przygotowanie cząsteczek mikroprzepływowych jest często wykorzystywane w tematach takich jak dostarczanie leków35 lub produkcja kosmetyków36.

Układy mikroprzepływowe użyte w tym artykule zostały wprowadzone przez Serra et al.33,37,38. Są one produkowane samodzielnie i składają się z wysokosprawnej chromatografii cieczowej (HPLC), probówek z politetrafluoroetylenu (PTFE) i złączy T, a także kapilar ze stopionej krzemionki, które zapewniają pojedyncze fazy. W ten sposób konfigurację można łatwo modyfikować, a pojedyncze części można po prostu wymieniać, ponieważ są dostępne na rynku. Do mieszanin monomerów dodawany jest fotoinicjator, który umożliwia zastosowanie odpowiedniego źródła światła do indukcji polimeryzacji kropelek w locie, po tym jak opuściły one kapilarnę. Napromienianie oprócz naczyń włosowatych jest konieczne, aby zapobiec zatkaniu zestawu. Inne rodzaje polimeryzacji rozpoczynają polimeryzację dopiero po opuszczeniu kapilary przez kroplę (np. w przypadku inicjatorów opartych na procesach redoks)39. Jednak ze względu na szybkość fotoindukowanej polimeryzacji sieciującej i możliwość zdalnego sterowania, fotoinicjacja jest najkorzystniejsza.

Ponieważ mieszanina monomerów LCE jest krystaliczna w temperaturze pokojowej, konieczna jest dokładna kontrola temperatury całego układu mikroprzepływowego. Dlatego część układu, w której dochodzi do tworzenia się kropel, umieszcza się w łaźni wodnej. Tutaj kropelki powstają w wysokich temperaturach w izotropowym stopie mieszaniny. W celu orientacji kropelki muszą zostać schłodzone do fazy ciekłokrystalicznej. Dlatego rurkę polimeryzacyjną umieszcza się na płycie grzejnej, która jest ustawiona na niższy zakres temperatur fazy LC (Rysunek 1).

Tutaj opisujemy elastyczną i prostą metodę wytwarzania siłowników LCE w przepływie. Protokół ten zapewnia kroki wymagane do zbudowania układu mikroprzepływowego do syntezy pojedynczych cząstek, a także cząstek janusa i cząstki typu rdzeń-powłoka w ciągu kilku minut. Następnie opisujemy, jak przeprowadzić syntezę i pokazujemy typowy wynik, a także właściwości cząstek uruchamiających. Na koniec omawiamy zalety tej metody i dlaczego uważamy, że może ona przynieść postęp w dziedzinie siłowników LCE.

Protokół

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Synteza pojedynczych cząstek LCE

  1. Montaż urządzenia
    UWAGA: Wszystkie materiały użyte do konfiguracji mikroprzepływowej są dostarczane przez HPLC i są dostępne w handlu.
    1. Wyposażyć szklane naczynie do kąpieli wodnej [średnica (D): 190 mm, przyłącza: dwa złącza szklane szlifowane 29/24 montowane kołnierzowo] w dwie przegrody. Przeciągnij obie przegrody szydłem, aby dopasować rurkę o średnicy zewnętrznej (OD) 1/16 cala przez otwór otwierający.
    2. Przymocuj złączkę do rurki o średnicy zewnętrznej 1/16 cala i odpowiednią tuleję do końca rurki PTFE (rurka 1.1; OD: 1/16 cala, średnica wewnętrzna (ID): 0,17 mm, długość (L): 5 cm) i wbić w nią końcówkę (ok. 1 cm) kapilary krzemionkowej pokrytej poliimidem (ID: 100 μm, OD: 165 μm, L: 7 cm).
    3. Przykręć rurkę do jednego z przeciwległych ramion trójnika z polieteroeteroketonu (PEEK) do rur o średnicy zewnętrznej 1/16 cala, która jest zamontowana na małym metalowym stole. Teraz kapilara powinna wystawać kilka centymetrów poza skrzyżowanie T.
      UWAGA: Rurki PTFE najlepiej ciąć za pomocą obcinaka do rur. W przypadku naczyń włosowatych najlepiej jest użyć kamienia rozszczepiającego.
    4. Przymocuj odpowiednią złączkę i tuleję do końca drugiej rurki PTFE (rurka 1.2; OD: 1/16 cala, ID: 0,75 mm), który jest wystarczająco długi, aby dotrzeć do pompy strzykawkowej na zewnątrz łaźni wodnej i przykręcić go do bocznego ramienia trójnika.
    5. Przyklej trzecią rurkę PTFE (rurka 1.3; OD: 1/16 cala, ID: 0,17 mm) przez jedną z przegród. Rurka 1.3 powinna być wystarczająco długa, aby podłączyć drugą pompę strzykawkową z rurką 1.1 wewnątrz łaźni wodnej. Dodaj dwa żeńskie zamki typu luer do węży o średnicy zewnętrznej 1/16 cala do zapasowego końca rurek odpowiednio 1.1 i 1.3.
    6. Przygotować czwartą rurkę z PTFE (rurka polimeryzacyjna 1.4; OD: 1/16 cala, ID: 0,75 mm) ze złączką i tulejką i przełóż go przez drugą przegrodę. Rura 1.4 powinna być wystarczająco długa, aby opuścić łaźnię wodną i przejść przez precyzyjną płytę grzewczą. Podłącz rurkę 1.4 za pomocą jej złączki do pozostałego ramienia trójnika i umieść koniec szklanej kapilary wewnątrz rurki.
    7. Umieścić łaźnię wodną na płycie grzejnej wyposażonej w termometr, za pomocą taśmy klejącej przymocować rurkę 1.4 do górnej części precyzyjnej płyty grzewczej i przymocować szklaną fiolkę o pojemności 5 ml do końca probówki 1.4. Podłączyć koniec rurki 1.2 do strzykawki wypełnionej fazą ciągłą (olej silikonowy; lepkość: 1.000 m2/s), podłączyć rurkę 1.3 do strzykawki wypełnionej olejem hydraulicznym do fazy monomeru (olej silikonowy; lepkość: 100 m2/s) i włożyć obie strzykawki do pompy strzykawkowej.
      UWAGA: Aby podłączyć rurki do strzykawek, najlepiej jest użyć złączy typu zadzior do żeńskiego luer-lock do użytku z rurkami o średnicy wewnętrznej 3/32 cala.
    8. Zainstalować mikroskop stereoskopowy z ostrością ustawioną na końcówce kapilary, aby umożliwić obserwację tworzenia się kropel i zamontować źródło światła UV (np. lampę rtęciową o mocy 500 W) ze stożkiem świetlnym skupionym na rurze 1.4.
  2. Przygotowanie mieszaniny monomerów
    1. Aby przygotować mieszaninę monomerów40, dodać 200 mg (4-akryloyloksybutylo)-2,5-di(4-butyloksybenzoiloksy)benzoesanu do kolby w kształcie gruszki o pojemności 50 ml.
    2. Dodać 7,2 mg dimetakrylanu 1,6-heksanodiolu (10 mol.) i 6,2 mg etylo(2,4,6-trimetylobenzoilo)fenylofosfinianu (fotoinicjator, 3 W%) do kolby. Rozpuścić mieszaninę w około 1 ml dichlorometanu.
      UWAGA: Począwszy od kroku 1.2.2., wszystkie kroki należy wykonywać w warunkach wolnych od światła UV (np. w świetle żółtym).
    3. Całkowicie usunąć rozpuszczalnik w próżni w temperaturze 313 K i stopić pozostałość ciała stałego w temperaturze 383 K w kąpieli olejowej.
    4. Przygotuj strzykawkę ze złączem zadziorowo-żeńskim typu luer-lock do użytku z rurką o średnicy wewnętrznej 3/32 cala i podłącz rurkę PTFE (rurka 1.5; Średnica zewnętrzna: 1/8 cala, średnica wewnętrzna: 1,65 mm) za pomocą rurki łączącej (średnica zewnętrzna: 1/16 cala, średnica wewnętrzna: 0,75 mm). Pobrać mieszaninę monomeru do probówki 1,5 za pomocą strzykawki.
      UWAGA: Ilość monomeru nie powinna być mniejsza niż 70 mg. W przeciwnym razie bardzo trudno jest pobrać wystarczającą ilość mieszaniny monomerów do rurki 1,5. W tym miejscu protokół można wstrzymać. Jeśli tak, przechowuj probówkę w lodówce.
  3. Przygotowanie cząstek
    1. Przymocuj męski zamek typu luer do rurki o średnicy zewnętrznej 1/8 cala na obu końcach rurki 1.5 zawierającej mieszaninę monomerów. Następnie połącz oba końce rurki 1.5 z żeńskimi zamkami luer na końcach rurek 1.1 i 1.3.
      UWAGA: Probówki należy przepłukać płynami dostarczonymi przez pompy strzykawkowe przed syntezą.
    2. Ustaw temperaturę łaźni wodnej na 363 K i ustaw temperaturę precyzyjnej płyty grzewczej na 338 K.
    3. Upewnij się, że końcówka kapilary znajduje się w środku rurki polimeryzacyjnej 1.5 i nie dotyka ścianki.
      UWAGA: Podane tutaj temperatury są zoptymalizowane dla tej mieszaniny monomerów. Ogólnie rzecz biorąc, temperatura łaźni wodnej powinna być wystarczająco wysoka, aby stopić mieszaninę monomerów, a temperatura płyty grzewczej powinna mieścić się w zakresie temperatur fazy ciekłokrystalicznej.
    4. Po stopieniu mieszaniny monomerów należy ustawić natężenie przepływu fazy ciągłej (Qc) na wartość od 1,5 do 2,0 ml / h i wybrać proporcje natężenia przepływu Qc/Qd (Qd = natężenie przepływu oleju hydraulicznego / fazy monomeru) między 20 a 200,
      UWAGA: Dla natężeń przepływu Qc = 1,75 mL/h i Qd = 0,35 mL/h obserwuje się na przykład dobrze działające cząstki o D 270 μm.
    5. Po rozpoczęciu tworzenia się kropel poczekaj, aż wszystkie kropelki będą tej samej wielkości, zanim włączysz światło UV. W przypadku opisanej mieszaniny monomerów umieść źródło UV 1 cm powyżej rurki polimeryzacyjnej 1.4 na prawym końcu precyzyjnej płyty grzewczej. Zebrać różne frakcje spolimeryzowanych cząstek w szklanej fiolce o pojemności 5 ml na końcu probówki 1.4. Podczas przepływu w świetle UV kolor kropel powinien zmienić się z przezroczystego na biały.
      Uwaga: Nosić okulary chroniące przed promieniowaniem UV, aby chronić oczy.
    6. Umieść osłonę (np. papierowe pudełko) między źródłem światła a łaźnią wodną, aby zapobiec zatkaniu kapilary.
      UWAGA: W przypadku zatkanej rurki polimeryzacyjnej pomocne może być podgrzanie zatkanej części za pomocą opalarki.
    7. Po zużyciu całego monomeru wyczyść zestaw, wstrzykując aceton do probówki 1.3.

2. Synteza cząstek LCE typu core-shell

  1. Montaż urządzenia
    1. Postępuj zgodnie z krokiem 1.1.1, ale zamiast tego użyj naczynia do kąpieli wodnej o D 190 mm.
    2. Przymocuj złączkę i tuleję odpowiednio do obu końców tulei rurki z fluorowanego etylenu i propylenu (FEP) (ID: 395 μm, OD: 1/16 cala, L: 1.55 cala). Najpierw należy przebić przez tuleję kapilę z topionej krzemionki (ID: 280 μm, OD: 360 μm, L: 8 cm) w taki sposób, aby wystawała około 3 mm z jednej strony. Następnie przełóż cieńszą kapilarnę (ID: 100 μm, OD: 165 μm, L: 11 cm) przez większą, tak aby wystawała na kilka milimetrów z jej dłuższego boku.
    3. Przykręć tuleję do jednego z przeciwległych ramion trójnika PEEK do rur o średnicy zewnętrznej 1/16 cala (złącze T 1), które jest zamontowane na małym metalowym stoliku, przy czym krótszy koniec większej kapilary sięga do złącza T.
    4. Przyklej rurkę PTFE (rurka 2.1; OD: 1/16 cala, ID: 0,17 mm), który jest wystarczająco długi, aby podłączyć pompę strzykawkową ze złączem T 1 przez jedną z przegród łaźni wodnej. Przymocuj złączkę i tuleję do końca rurki wewnątrz łaźni wodnej, podłącz ją do wolnego bocznego ramienia trójnika 1 i wsuń cieńszą kapilę do rurki 2.1.
    5. Przygotować drugą rurkę z PTFE (rurka 2.2; Średnica zewnętrzna: 1/16 cala, średnica wewnętrzna: 0,5 mm) ze złączką i tulejką i podłącz ją do ramienia zapasowego trójnika 1. Przyklej kolejną rurkę PTFE (rurka 2.3; OD: 1/16 cala, ID: 0,5 mm) przez drugi otwór w przegrodzie obok rurki 2.1. Rurka 2.3 powinna być wystarczająco długa, aby można było podłączyć inną pompę strzykawkową z rurką 2.2.
    6. Dodaj dwa żeńskie zamki luer do rurek o średnicy zewnętrznej 1/16 cala do wolnych końców rurek 2.2 i 2.3 odpowiednio w łaźni wodnej.
    7. Podłącz wolny koniec tulei do jednego z przeciwległych ramion drugiego trójnika PEEK (trójnik 2), który jest również zamontowany na małym metalowym stoliku. Przygotować czwartą rurkę z PTFE (rurka 2.4; Średnica zewnętrzna: 1/16 cala, średnica wewnętrzna: 0,75 mm) ze złączką i tulejką. Rurka 2.4 jest wystarczająco długa, aby dotrzeć do trzeciej pompy strzykawkowej na zewnątrz łaźni wodnej i podłączyć ją do bocznego ramienia trójnika 2.
    8. Przygotować piątą rurkę PTFE (rurka polimeryzacyjna 2,5; OD: 1/16 cala, ID: 0,75 mm) ze złączką plus tuleją i przełóż ją przez drugą przegrodę. Rura 2.5 powinna być wystarczająco długa, aby opuścić łaźnię wodną i przejść przez precyzyjną płytę grzewczą. Połączyć złączkę rury 2.5 z pozostałym ramieniem trójnika. Teraz końcówki szklanych kapilar powinny znajdować się wewnątrz probówki 2,5.
    9. Umieść łaźnię wodną na płycie grzejnej wyposażonej w termometr, użyj taśmy klejącej, aby przymocować probówkę 2.5 na precyzyjnej płycie grzewczej i przymocuj szklaną fiolkę o pojemności 5 ml do końca probówki. Podłączyć koniec rurki 2.1 do strzykawki wypełnionej glicerolem (faza wewnętrzna), podłączyć rurkę 2.3 do strzykawki wypełnionej olejem hydraulicznym dla fazy monomeru (olej silikonowy; lepkość: 100 m2/s), podłączyć rurkę 2.4 do strzykawki wypełnionej fazą ciągłą (olej silikonowy; lepkość: 1.000 m2/s) i włożyć wszystkie strzykawki do pomp strzykawkowych.
    10. Wykonaj krok 1.1.7., ale przeczytaj rurę 2.5 zamiast rurki 1.4.
  2. Przygotowanie mieszaniny monomerów
    1. Wykonaj wszystkie kroki opisane w punkcie 1.2.
  3. Przygotowanie cząstek typu rdzeń-powłoka
    1. Przymocuj męski zamek typu luer do probówek o średnicy zewnętrznej 1/8 cala odpowiednio do obu końców rurki zawierającej mieszaninę monomerów. Następnie połącz oba końce tej rurki z żeńskimi zamkami typu luer na końcach rurek 2.2 i 2.3.
    2. Wykonaj kroki 1.3.2-1.3.4.
    3. Obserwuj tworzenie się kropel za pomocą mikroskopu stereoskopowego.

3. Synteza cząstek LCE Janusa

  1. Montaż urządzenia
    1. Wykonaj krok 1.1.1.
    2. Przymocuj złączkę i tuleję do obu końców tulei rurki FEP (ID: 395 μm, OD: 1/16 cala, L: 1.55 cala). Przełóż dwie równolegle ustawione kapilary ze stopionej krzemionki (ID: 100 μm, OD: 165 μm, L1: 8 cm, L2: 11 cm) przez rękaw. Krótka kapilara wystaje około 3 mm z jednej strony rękawa. Po drugiej stronie rękawa obie kapilary mają tę samą długość.
    3. Przyklej naczynia włosowate, nakładając trochę kleju na jeden koniec rękawa i poczekaj, aż się utwardzi
    4. Połącz dwa trójniki PEEK, przykręcając tuleję odpowiednio do jednego z przeciwległych ramion i zamontuj oba na małym metalowym stoliku.
    5. Wykonaj kroki 2.1.4-2.1.7.
    6. Przygotować piątą rurkę z PTFE (rurka 3.5; OD: 1/16 cala, ID: 0,75 mm, L: 5 cm) ze złączką plus tulejką i połącz ją z pozostałym ramieniem trójnika 2. Obie końcówki szklanych kapilar znajdują się wewnątrz rurki 3,5.
    7. Przyklej kolejną rurkę PTFE (rurka 3.6; OD: 1/16 cala, ID: 0,5 mm) przez drugą przegrodę. Rurka 2.6 powinna być wystarczająco długa, aby opuścić łaźnię wodną i przejść przez precyzyjną płytę grzewczą. Podłącz rury 3.5 i 3.6 za pomocą systemów złączek do rurek o średnicy zewnętrznej 1/16 cala.
    8. Umieść łaźnię wodną na płycie grzejnej wyposażonej w termometr, użyj taśmy klejącej, aby przymocować probówkę 3.6 na precyzyjnej płycie grzewczej i przymocuj szklaną fiolkę o pojemności 5 ml do końca probówki. Podłączyć koniec rurki 3.1 do strzykawki wypełnionej wodną mieszaniną monomerów (równa faza monomeru), podłączyć rurkę 3.3 do strzykawki wypełnionej olejem hydraulicznym dla fazy monomeru LC (olej silikonowy; lepkość: 100 m2/s), podłączyć rurkę 3.4 do strzykawki wypełnionej fazą ciągłą (olej silikonowy; lepkość: 1.000 m2/s) i włożyć wszystkie strzykawki do pomp strzykawkowych.
    9. Postępuj zgodnie z krokiem 1.1.8, ale przeczytaj tube 3.6 zamiast tube 1.4.
  2. Przygotowanie mieszaniny monomerów ciekłokrystalicznych (LC)
    1. Wykonaj wszystkie kroki opisane w punkcie 1.2.
  3. Przygotowanie wodnej mieszaniny monomerów
    1. Przygotować roztwór 40% wag. akrylamidu w wodzie destylowanej. Do roztworu dodać 10% molowych środka sieciującego N,N'-metylenobis(akrylamid) i 2% wag. inicjatora 2-hydroksy-2-metylopiopiofenonu. (Obie ilości odnoszą się do akrylamidu).
      UWAGA: W celu zwiększenia lepkości wodnej mieszaniny monomerów można dodać poliakrylamid.
    2. Mieszaj mieszaninę przez 24 godziny w temperaturze pokojowej, a następnie przelej ją do strzykawki o pojemności 1 ml.
  4. Przygotowanie cząstek Janusa
    1. Przymocuj męski zamek typu luer do probówek o średnicy zewnętrznej 1/8 cala odpowiednio do obu końców rurki zawierającej mieszaninę monomerów LC. Potem połączyć oba końce tej rurki z żeńskimi zamkami luer na końcach rurek 3.2 i 3.3.
    2. Wykonaj kroki 1.3.2-1.3.4.
    3. Obserwuj tworzenie się kropel za pomocą mikroskopu stereoskopowego.

4. Analiza cząstek

  1. Umieść cząstki na gorącym stoliku pod mikroskopem optycznym podłączonym do komputera z oprogramowaniem do obrazowania. Aby przeanalizować działanie cząstek, należy wykonać zdjęcia w temperaturach powyżej i poniżej temperatury przemiany fazowej oraz zmierzyć ich D.
    UWAGA: Kropla oleju silikonowego zapobiega przywieraniu cząstek do szkiełka przedmiotowego.
  2. Aby oszacować temperaturę oczyszczania cząstek, określ temperaturę, w której cząstki tracą dwójłomność pod spolaryzowanym mikroskopem optycznym (POM).

Wyniki

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

W tym protokole prezentujemy syntezę cząstek LCE o różnych morfologiach za pomocą podejścia mikroprzepływowego. Układy mikroprzepływowe do wytwarzania cząstek pojedynczych, skorupy rdzeniowej i Janusa są pokazane w Rysunek 129,38,41. Jedną z zalet produkcji o ciągłym przepływie jest bardzo dobra kontrola zarówno nad wielkością, jak i kształtem cząstek. Rysunek 2a ilustruje zalety konfiguracji pojedynczej kropli: bardzo wąski rozkład rozmiarów, w którym wszystkie cząstki mają ten sam kształt41. W ten sposób rozmiar kul można łatwo dostosować, zmieniając stosunek natężeń przepływu w różnych fazach. Zgodnie z protokołem, średnice cząstek od 200 do 400 μm mogą być wytwarzane w dobrze kontrolowany sposób, wybierając proporcje natężenia przepływu, jak pokazano na Rysunek 2b1. Najlepsze wyniki uzyskuje się dla natężeń przepływu fazy ciągłej (Qc) między 1,5 a 2,0 ml/h oraz dla stosunków natężenia przepływu QC/Qd (Qd = natężenie przepływu fazy monomeru) między 20 a 200. Dla natężeń przepływu Qc = 1,75 mL/h i Qd = 0,35 mL/h obserwuje się na przykład dobrze działające cząstki o średnicy 270 μm. Jeśli wybierzesz wyższe proporcje Qc/Qd, tworzenie się kropel jest mniej kontrolowane, a rozkład wielkości cząstek staje się znacznie szerszy. W przypadku niższych proporcji cząstki nie są już kuliste. Oprócz regulacji natężenia przepływu, odległość lampy UV od rurki polimeryzacyjnej, a także położenie między lewym a prawym końcem precyzyjnej płyty grzejnej mogą zmienić właściwości aktywacji cząstek LCE, co dzieje się na przykład wtedy, gdy kinetyka polimeryzacji zmienia się w wyniku wyboru składu mieszaniny monomerów lub zastosowanych temperatur polimeryzacji różniących się od opisanych tutaj wartości.

Rysunek 3a pokazuje cząstkę uruchamiającą, która wydłuża się do 70%, gdy jest podgrzewana powyżej temperatury przemiany fazowej, co dowodzi, że spełniony jest wymóg indukowania orientacji ciekłokrystalicznej reżysera przed polimeryzacją. To wyrównanie mezogenów wynika ze ścinania między fazą ciągłą o wysokiej lepkości a powierzchnią kropel monomeru. Jeśli stosowane są oleje silikonowe o niższej lepkości, aktywacja cząstki jest zmniejszona.

Ponadto, urządzenie mikroprzepływowe pozwala kontrolować różne rodzaje wzorców aktywacji, takich jak wydłużenie lub kurczenie się podczas przemiany fazowej, poprzez zmianę szybkości ścinania działającej na kropelki podczas polimeryzacji. Można to łatwo przetwarzać przy stałych natężeniach przepływu fazy ciągłej, stosując różne średnice wewnętrzne rurki polimeryzacyjnej. Rysunek 3a pokazuje cząstkę o kształcie prolate, która wydłuża się wzdłuż swojej osi obrotu i została zsyntetyzowana przy niższych szybkościach ścinania w szerszej rurze polimeryzacyjnej (ID: 0,75 mm). Cząsteczki ciekłokrystaliczne (mezogeny) są w tym przypadku ustawione wzdłuż koncentrycznego pola reżysera. Z drugiej strony, cząstki podobne do pręcików (jak pokazano na rysunku Rysunek 3b)) charakteryzują się skurczem podczas przemiany fazowej i dwubiegunowym ustawieniem pola kierującego mezogenów. Cząstka ta została wyprodukowana z większą szybkością ścinania w cieńszej rurce polimeryzacyjnej (ID: 0,5 mm).

Protokół opisuje kolejną zaletę procesu mikroprzepływowego. Oprócz pojedynczych cząstek można również syntetyzować próbki o bardziej złożonych morfologiach. Rysunek 3c pokazuje aktywującą cząstkę rdzenia-powłoki i Rysunek 3d cząstkę Janusa, które zostały wyprodukowane zgodnie z częścią 2 i 3 protokołu29,30.

Jeśli wszystkie kroki protokołu są wykonane poprawnie, należy uzyskać cząstki o właściwościach pokazanych w Rysunek 43,41. W Rysunek 4a, krzywe ogrzewania i chłodzenia są wykreślone dla pojedynczych cząstek syntetyzowanych przy różnych natężeniach przepływu. Poprzez podgrzanie cząstki z temperatury pokojowej, porządek ciekłokrystaliczny jest - na początku - nieco zmniejszony, co powoduje niewielkie odkształcenie cząstki. Jednak w pobliżu temperatury przemiany fazowej cała orientacja zostaje nagle utracona, a cząstka wykazuje silne wydłużenie tylko po podgrzaniu jej o kilka stopni. Poprzez schłodzenie cząstki można zaobserwować histerezę i uzyskuje się oryginalny kształt. Proces ten jest odwracalny w wielu cyklach aktywacji, jak pokazano na Rysunek 4b.

figure-results-1
Rysunek 1: Układy mikroprzepływowe. (a) Ogólna konfiguracja obejmuje trzy strzykawki, które zawierają hydrauliczny olej silikonowy (1), wodną mieszaninę monomerów (3) i olej silikonowy w fazie ciągłej (4). Mieszaninę monomeru ciekłokrystalicznego (2) umieszcza się w łaźni wodnej (5) o temperaturze 363 K, która podgrzewa ciekły kryształ do stanu izotropowego. Polimeryzacja kropelki jest inicjowana na płycie grzejnej (6) w temperaturze 338 K w stanie nematycznym ciekłego kryształu przez promieniowanie UV (7). (Układ z pojedynczą cząstką jest równy układowi ogólnemu, ale brakuje w nim drugiej kapilary, strzykawki (3) i drugiego złącza T). (b) Panel ten pokazuje układ zawierający dwie naczynia włosowate położone obok siebie, co pozwala na formowanie kropelek Janusa. (c) Układ rdzeń-powłoka składa się z kapilary, która jest teleskopowo połączona z szerszą drugą kapilarą. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

figure-results-2
Rysunek 2: Reprezentatywne cząstki uzyskane w mikroprzepływowym układzie pojedynczych cząstek. (a) Panel ten przedstawia obraz mikroskopowy monodyspersyjnych cząstek LCE przygotowanych w mikroprzepływowym układzie pojedynczych cząstek. Podziałka = 200 μm. (b) Ten panel pokazuje zależność średnicy cząstek w odniesieniu do stosunku natężenia przepływu oleju (Qc) do natężenia przepływu mieszaniny monomerów (Qd). Wielkość otrzymanych cząstek zależy jedynie od stosunku prędkości obu faz, a nie od ich wartości bezwzględnych. (Ten rysunek został zmodyfikowany z Ohm, Fleischmann, Kraus, Serra i Zentel1 i Ohm, Serra, and Zentel41.) Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

figure-results-3
Rysunek 3: Obrazy z mikroskopii optycznej czterech różnych morfologii cząstek w stanie nematycznym (w temperaturze 353 K) i po przemianie fazowej w stanie izotropowym (w temperaturze 413 K). Panele te pokazują (a) wydłużenie cząstki LCE o spłaszczonym kształcie (koncentryczne pole kierunkowe), (b) skurczenie się cząstki LCE o kształcie pręta (bipolarne pole kierunkowe), (c) wydłużenie spłaszczonej cząstki otoczki o kształcie rdzenia, oraz (d) skurczenie się cząstki Janusa w kształcie prolatu (lewa część: LCE, prawa część: hydrożel akrylowyla). Podziałka = 100 μm. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

figure-results-4
Rysunek 4: Właściwości aktywacji reprezentatywnych pojedynczych cząstek. (a) Panel ten przedstawia krzywe ogrzewania i chłodzenia cząstek LCE przygotowywanych w układzie mikroprzepływowym z pojedynczą cząstką przy różnych natężeniach przepływu dla fazy ciągłej. Cząstki przygotowane przy największym natężeniu przepływu wykazują najsilniejsze uruchomienie (około 70%) i obie krzywe tworzą odpowiednio histerezę. (b) Jest to wykres 10 cykli aktywacji cząstek LCE, na którym nie widać spadku ich uruchomienia w stosunku do liczby cyklu. Dowodzi to, że cząstki są usieciowane, a aktywacja jest całkowicie odwracalna. Uwaga: Ten wykres został narysowany dla cząstki wykonanej z systemu LCE w łańcuchu głównym, ale wygląda tak samo dla systemu LCE użytego w tym artykule. (Ten rysunek został zmodyfikowany z Ohm, Serra i Zentel41.) Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Dyskusja

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Opisaliśmy wytwarzanie cząstek o różnych morfologiach za pomocą podejścia mikroprzepływowego w celu wytworzenia mikrosiłowników LCE. W tym celu zbudowano kapilarne układy mikroprzepływowe, które umożliwiają tworzenie kropel, a następnie fotopolimeryzację w określonych temperaturach.

W tym przypadku jednym z krytycznych aspektów udanej syntezy jest prawidłowy montaż zestawu. Wszystkie połączenia między poszczególnymi częściami muszą być odpowiednio zamocowane, aby zapobiec wyciekom płynów, a urządzenie musi być czyste przed każdą syntezą, aby zapobiec zatkaniu. Istotne jest również, aby eksperyment został przeprowadzony w warunkach wolnych od promieniowania UV, ponieważ w przeciwnym razie wynikiem byłaby przedwczesna polimeryzacja mieszaniny monomerów, a tym samym ponowne zatkanie układu.

Do dnia dzisiejszego opisane tutaj podejście mikroprzepływowe jest jedyną metodą zdolną do wytworzenia aktywujących cząstek LCE. W ten sposób proces mikroprzepływowy spełnia jednocześnie dwa wymagania. Oprócz wytwarzania wielu mikroobiektów o jednakowej wielkości, w cząstkach tych indukowana jest orientacja ciekłokrystalicznego reżysera. Ponadto jest to dość prosta procedura, ponieważ w jednym kroku można zsyntetyzować dużą liczbę siłowników. Stosując inne metody, orientacja mezogenów zwykle wymaga dodatkowego etapu, takiego jak rozciągnięcie próbki lub nałożenie warstw fotowyrównania. Dodatkowo procesy te są ręczne, co oznacza, że produkcja wielu siłowników jest bardzo czasochłonna. Co więcej, morfologia LCE jest w większości przypadków ograniczona do folii polimerowych. Wadą podejścia mikroprzepływowego jest ograniczenie wielkości cząstek (ponieważ średnica jest ograniczona do wartości od 200 do 400 μm), podatność na zatykanie się kapilary oraz konieczność warunków wolnych od promieniowania UV podczas przygotowania cząstek w układzie.

Systemy wbudowane w układ scalony są często używane do wytwarzania cząstek mikroprzepływowych, ponieważ można je łatwo wyprodukować i są wykonane tylko z jednego elementu. Konfiguracje te nie tylko nie tylko nie mają niezbędnej możliwości regulacji różnych temperatur podczas przepływu, ale także nie są wystarczająco elastyczne, aby łatwo wymienić zatkane lub uszkodzone części mikroreaktora. W związku z tym stosowane przez nas konfiguracje kapilarne są bardziej odpowiednie do syntezy siłowników LCE, ponieważ spełniają kluczowe wymagania.

Oprócz przedstawionych przez nas wyników dotyczących uruchamiania cząstek Janusa i mikropomp typu rdzeń-powłoka, w przyszłości mogą zostać zsyntetyzowane bardziej złożone cząstki uruchamiające o nowych właściwościach, które otworzą nowe możliwości zastosowań miękkich siłowników. Dalsza modyfikacja cząstek Janusa w cząstki reagujące na wiele jest już w toku. W związku z tym dążymy do wprowadzenia drugiego polimeru reagującego na temperaturę oprócz aktywującego LCE. Dalsze możliwości dla nowych konstrukcji cząstek mogą również wynikać z zastosowania ciekłokrystalicznych azomonomerów, co skutkuje napędzanym światłem uruchamianiem cząstek LCE17,18. W takim przypadku możemy pomyśleć o cząstkach Janusa zawierających zarówno część reagującą na temperaturę, jak i aktywującą światło. Synteza napędzanych światłem cząstek typu rdzeń-powłoka lub struktur przypominających rury oferuje inny możliwy projekt cząstek, który doprowadziłby do powstania mikropomp reagujących na światło. Modyfikacja podstawowych procedur mikroprzepływowych, którą przedstawiliśmy powyżej, powinna pozwolić na wprowadzenie wielu nowych siłowników.

Oświadczenia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Podziękowania

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Autorzy dziękują Niemieckiej Fundacji Naukowej za sfinansowanie tej pracy (Ze 230/24-1).

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Złączka NanoTight do węży o średnicy zewnętrznej 1/16''Postnova_IDEXF-333N
Tuleja NanoTight do węży o średnicy zewnętrznej 1/16''Postnova_IDEXF-142N
PEEK do średnicy zewnętrznej 1/16" Rurka ODPostnova_IDEXP-728
Złącze T Złącze żeńskie do 1/16 " Rurka ODPostnova_IDEXP-835żeńska złączka męska luer-lock
do 1/8 " Rurka ODPostnova_IDEXP-831Luer Luer z blokadą typu luer-lock
do użytku z 3/32 " Rurki IDPostnova_IDEXP-858do końcówki strzykawki
Tuleja na rurkę NanoTight FEP ID: 395 µ m OD: 1/16''Postnova_IDEXF-185
Rurka kapilarna z topionej krzemionki ID: 100 i mikro; m OD: 165 &mikro; mPostnovaZ-FSS-100165szklana kapilarna
rurka kapilarna z topionej krzemionki ID: 280 i mikro; m OD: 360 i mikro; mPostnovaZ-FSS-280360szklana kapilara
" ‘ Pompa 33' ’ Aparat DDSHarvard70-3333pompa strzykawkowa
Precyzyjna płyta grzewczaHarry Gestigkeit GmbHPZ 28-2
Mikroskop stereoskopowy stemi 2000-CCarl Zeiss Microscopy GmbH455106-9010-000
Lampa rtęciowa Oriel LSH302LOTIntensywność: 500 W
Kapillare teflonowe, 1/16'' x 0,75mmWICOMWIC 33104rurka teflonowa
Kapillare teflonowa, 1/16'' x 0,50mmRurka teflonowaWICOMWIC 33102
teflonowa Kapillare, 1/16'' x 0,17mmRurka teflonowaWICOMWIC 33101
1.000 cStSigma Aldrich378399
Olej silikonowy 100 cStSigma Aldrich378364
1,6-heksanodirolu dimetakrylanSigma Aldrich246816Crosslinker
Lucirin TPOSigma Aldrich415952Inicjator
Polaryzacyjny mikroskop optyczny BX51OlympusDo analizy
Hotstage TMS 94LinkamDo analizy
Oprogramowanie do obrazowania Cell^DOlympusDo analizy
Trójnik męskie żeńskie złącza Rurka Olej silikonowy

Bibliografia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Ohm, C., Fleischmann, E. K., Kraus, I., Serra, C., Zentel, R. Control of the properties of micrometer-sized actuators from liquid crystalline elastomers prepared in a microfluidic setup. Advanced Functional Materials. 20 (24), 4314-4322 (2010).
  2. Urbanski, M., et al. Liquid crystals in micron-scale droplets, shells and fibers. Journal of Physics: Condensed Matter. 29 (13), 133003(2017).
  3. Hessberger, T., Braun, L., Zentel, R. Microfluidic synthesis of actuating microparticles from a thiol-ene based main-chain liquid crystalline elastomer. Polymers (Basel). 8 (12), (2016).
  4. Palagi, S., et al. Structured light enables biomimetic swimming and versatile locomotion of photoresponsive soft microrobots. Nature Materials. , (February) 1-8 (2016).
  5. Ohm, C., Brehmer, M., Zentel, R. Liquid crystalline elastomers as actuators and sensors. Advanced Materials. 22, 3366-3387 (2010).
  6. White, T. J., Broer, D. J. Programmable and adaptive mechanics with liquid crystal polymer networks and elastomers. Nature Materials. 14 (11), 1087-1098 (2015).
  7. Liu, D., Broer, D. J. Liquid crystal polymer networks: preparation, properties, and applications of films with patterned molecular alignment. Langmuir. 30 (45), 13499-13509 (2014).
  8. Ube, T., Ikeda, T. Photomobile polymer materials with crosslinked liquid-crystalline structures: molecular design, fabrication, and functions. Angewandte Chemie International Edition in English. 53 (39), 10290-10299 (2014).
  9. Zentel, R., Schmidt, G. F., Meyer, J., Benalia, M. X-ray investigations of linear and cross-linked liquid-crystalline main chain and combined polymers. Liquid Crystals. 2 (5), 651-664 (1987).
  10. Kapitza, H., Zentel, R. Combined liquid-crystalline polymers with chiral phases, 2 Lateral substituents. Macromolecular Chemistry and Physics. 189, 1793(1988).
  11. Li, M. -H., Keller, P. Artificial muscles based on liquid crystal elastomers. Philosophical Transactions of the Royal Society A. Mathematical, Physical, and Engineering Sciences. 364 (1847), 2763-2777 (2006).
  12. Wiesemann, A., Zentel, R., Pakula, T. Redox-active liquid-crystalline ionomers: 1. Synthesis and rheology. Polymer (Guildford). 33 (24), 5315-5320 (1992).
  13. Pei, Z., Yang, Y., Chen, Q., Terentjev, E. M., Wei, Y., Ji, Y. Mouldable liquid-crystalline elastomer actuators with exchangeable covalent bonds. Nature Materials. 13 (1), 36-41 (2014).
  14. Wang, Z., Tian, H., He, Q., Cai, S. Reprogrammable, reprocessible, and self-healable liquid crystal elastomer with exchangeable disulfide bonds. ACS Applied Materials & Interfaces. 9 (38), 33119-33128 (2017).
  15. Chambers, M., Finkelmann, H., Remškar, M., Sánchez-Ferrer, A., Zalar, B., Žumer, S. Liquid crystal elastomer-nanoparticle systems for actuation. Journal of Materials Chemistry. 19 (11), 1524-1531 (2009).
  16. Braun, L. B., Linder, T., Hessberger, T., Zentel, R. Influence of a crosslinker containing an azo group on the actuation properties of a photoactuating LCE system. Polymers.(Basel). 8 (12), 435(2016).
  17. Braun, L. B., Hessberger, T., Zentel, R. Microfluidic synthesis of micrometer-sized photoresponsive actuators based on liquid crystalline elastomers. Journal of Materials Chemistry C. 4, 8670-8678 (2016).
  18. Ikeda, T., Mamiya, J. I., Yu, Y. Photomechanics of liquid-crystalline elastomers and other polymers. Angewandte Chemie International Edition. 46, 506-528 (2007).
  19. Zeng, H., Wani, O. M., Wasylczyk, P., Kaczmarek, R., Priimagi, A. Self-regulating iris based on light-actuated liquid crystal elastomer. Advanced Materials. 29 (30), 1-7 (2017).
  20. Küpfer, J., Finkelrnann, H. Nematic liquid single crystal elastomers. Macromolecular Rapid Communications. 12, 717-726 (1991).
  21. Bergmann, G. H. F., Finkelmann, H., Percec, V., Zhao, M. Y. Liquid-crystalline main-chain elastomers. Macromolecular Rapid Communications. 18 (5), 353-360 (1997).
  22. Li, M. H., Keller, P., Yang, J., Albouy, P. A. An artificial muscle with lamellar structure based on a nematic triblock copolymer. Advanced Materials. 16 (21), 1922-1925 (2004).
  23. Brehmer, M., Zentel, R., Wagenblast, G., Siemensmeyer, K. Ferroelectric liquid-crystalline elastomers. Macromolecular Chemistry and Physics. 195 (6), 1891-1904 (1994).
  24. Beyer, P., Terentjev, E. M., Zentel, R. Monodomain liquid crystal main chain elastomers by photocrosslinking. Macromolecular Rapid Communications. 28 (14), 1485-1490 (2007).
  25. Ditter, D., et al. MEMS analogous micro-patterning of thermotropic nematic liquid crystalline elastomer films using a fluorinated photoresist and a hard mask process. Journal of Materials Chemistry C. 5, 12635-12644 (2017).
  26. Lopez-Valdeolivas, M., Liu, D., Broer, D. J., Sánchez-Somolinos, C. 4D printed actuators with soft-robotic functions. Macromolecular Rapid Communications. 1700710, 3-9 (2017).
  27. Ohm, C., Kapernaum, N., Nonnenmacher, D., Giesselmann, F., Serra, C., Zentel, R. Microfluidic synthesis of highly shape-anisotropic particles from liquid crystalline elastomers with defined director field configurations. Journal of the American Chemical Society. 133 (14), 5305-5311 (2011).
  28. Ohm, C., et al. Preparation of actuating fibres of oriented main-chain liquid crystalline elastomers by a wetspinning process. Soft Matter. 7, 3730(2011).
  29. Hessberger, T., et al. Co-flow microfluidic synthesis of liquid crystalline actuating Janus particles. Journal of Materials Chemistry C. 4, 8778-8786 (2016).
  30. Fleischmann, E. -K., Liang, H. -L., Kapernaum, N., Giesselmann, F., Lagerwall, J., Zentel, R. One-piece micropumps from liquid crystalline core-shell particles. Nature Communications. 3, 1178(2012).
  31. Khan, I. U., et al. Microfluidic conceived drug loaded Janus particles in side-by-side capillaries device. International Journal of Pharmaceutics. 473 (1-2), 239-249 (2014).
  32. Vennes, M., Martin, S., Gisler, T., Zentel, R. Anisotropic particles from LC polymers for optical manipulation. Macromolecules. 39 (24), 8326-8333 (2006).
  33. Serra, C. a, et al. Engineering polymer microparticles by droplet microfluidics. Journal of Flow Chemistry. 3 (3), 66-75 (2013).
  34. Seo, M., Nie, Z., Xu, S., Lewis, P. C., Kumacheva, E. Microfluidics: from dynamic lattices to periodic arrays of polymer disks. Langmuir. 21 (11), 4773-4775 (2005).
  35. Kim, K., Pack, D. Microspheres for drug delivery. BioMEMS and Biomedical Nanotechnology. 2, 19-50 (2006).
  36. Kim, J. -W., et al. Titanium dioxide/poly(methyl methacrylate) composite microspheres prepared by in situ suspension polymerization and their ability to protect against UV rays. Colloid and Polymer Science. 280 (6), 584-588 (2002).
  37. Serra, C., Berton, N., Bouquey, M., Prat, L., Hadziioannou, G. A predictive approach of the influence of the operating parameters on the size of polymer particles synthesized in a simplified microfluidic system. Langmuir. 23 (14), 7745-7750 (2007).
  38. Chang, Z., Serra, C. a, Bouquey, M., Prat, L., Hadziioannou, G. Co-axial capillaries microfluidic device for synthesizing size- and morphology-controlled polymer core-polymer shell particles. Lab on a Chip. 9, 3007-3011 (2009).
  39. Braun, L. B., Hessberger, T., Serra, C. A., Zentel, R. UV-free microfluidic particle fabrication at low temperature using ARGET-ATRP as the initiator system. Macromolecular Reaction Engineering. 10 (6), 611-617 (2016).
  40. Thomsen, D. L., et al. Liquid crystal elastomers with mechanical properties of a muscle. Macromolecules. 34, 5868-5875 (2001).
  41. Ohm, C., Serra, C., Zentel, R. A continuous flow synthesis of micrometer-sized actuators from liquid crystalline elastomers. Advanced Materials. 21 (47), 4859-4862 (2009).

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

Reaktor mikrofluidycznycz stki aktywuj cewsp przep yw kapilarnyformowanie kropeloptymalizacja szybko ci przep ywupolimeryzacja UVmorfologia cz stekaktywacja termicznastruktury rdze pow oka

Powiązane artykuły