Name: Otrzymywanie monodomenowych elastomerów ciekłokrystalicznych i nanokompozytów elastomerów ciekłokrystalicznych (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-02-06T15:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 21 s
Description: Poznaj metodę otrzymywania elastomerów ciekłokrystalicznych i nanokompozytów do zastosowań w inżynierii tkankowej. Technika ta umożliwia badanie wpływu naprężeń na zachowanie komórek mięśnia sercowego.

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

Ta praca była wspierana przez National Career Foundation (CBET-1336073 do RV), ACS Petroleum Research Fund (52345-DN17 do RV), American Heart Association (BGIA do JGJ), National Science Foundation (CAREER CBET-1055942 do JGJ), National Institutes of Health/ National Heart, Lung and Blood Institute (1R21HL110330 do JGJ), Louis and Peaches Owen oraz Texas Children's Hospital.

1. Synteza wyrównanych LCE z polisiloksanów
<ol>
	<li>Połączyć 166,23 mg reaktywnego mezogenu (4-metoksyfenylo-4-(3-butenyloksy)benzoesan), 40 mg poli(hydrometylosiloksanu) i 12,8 mg środka sieciującego (1,4-di(10-undecenyloksybenzen)30 z 0,6 ml bezwodnego toluenu w małej fiolce (o średnicy około 13 mm i długości 100 mm) naładowanej mieszadłem. Mieszać roztwór w temperaturze 35 °C przez 25 minut do rozpuszczenia.</li>
	<li>W osobnej fiolce przygotować roztwór 1% wag. katalizatora dichloro(1,5-cyklooktadieno)-platyny(II) w dichlorometanie. Dodać 30 μl roztworu katalizatora do odczynników z kroku 1.1 za pomocą pipety, wymieszać i wlać roztwór do specjalnie wykonanej (3 cm x 2 cm x 1 cm) prostokątnej formy z politetrafluoroetylenu (PTFE). Przykryj formę luźno szkiełkiem szklanym i wstaw do pieca grzewczego w temperaturze 60 °C na 30 minut, okresowo wstrząsając, aby usunąć bąbelki w ciągu pierwszych 15 minut.</li>
	<li>Wyjmij pleśń z pieca grzewczego i ostudź ciekłym azotem, wlewając ciekły azot do małego pojemnika i stykając dno formy PTFE z ciekłym azotem przez 2 sekundy.
	<ol>
		<li>Gdy mieszanina ostygnie, ostrożnie usuń elastomer z formy za pomocą metalowej szpatułki i umieść na arkuszu PTFE. Przytnij krawędzie LCE za pomocą żyletki i pokrój LCE wzdłuż jego długości na trzy równe kawałki (ok. 2.7 cm długości i 0.5 cm szerokości).</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Zawieś każdy kawałek za jeden koniec na poziomym pręcie i przymocuj 10 spinaczy do papieru (4.4 g) do drugiego końca LCE. Przytrzymaj LCE na miejscu za pomocą taśmy i dodawaj spinacze pojedynczo w 10-minutowych odstępach. Zawieś LCE na 7 dni w RT, zwracając uwagę na zmiany w długości i jednorodności. Wyrzuć każdą próbkę, która rozrywa się lub pęka. Usunąć próbki i przechowywać w temperaturze otoczenia.</li>
</ol>
2. Przygotowanie elektrycznie reagujących nanokompozytów polisiloksanowych LCE
<ol>
	<li>Aby przygotować nanokompozyty LCE z sadzą rozproszoną w masie próbki, najpierw powtórz kroki 1.1 - 1.4 powyżej. Dodać 4,38 mg nanocząstek sadzy do roztworu reakcyjnego zawierającego reaktywny mezosen, środek sieciujący i siloksan. Użyj w sumie 5 spinaczy do papieru zamiast 10 do ładowania.</li>
	<li>W celu dodania dodatkowych nanocząstek sadzy do powierzchni LCE, należy przygotować 1% w/v roztwór nanocząstek sadzy w toluenie. Sonikować przez 20 minut, aby rozproszyć nanocząstki, a następnie przelać dyspersję na szalkę Petriego. Zanurz LCE z kroku 2.1 w dyspersji nanocząstek na 6 godzin.</li>
	<li>Po 6 godzinach za pomocą pipety pobrać roztwór z szalki Petriego i pozostawić elastomer do wyschnięcia na powietrzu. Delikatnie wyczyść nadmiar cząsteczek węgla na powierzchni za pomocą taśmy lub bawełnianego wacika.</li>
</ol>
3. Przygotowanie odwracalnych LCE na bazie żywic epoksydowych
<ol>
	<li>Wymieszaj 246,15 mg 4,4'-diglicydyloxybifenylu31, 101 mg kwasu sebacynowego, 71,6 mg kwasu heksadekanodiowego i 76 mg polidimetylosiloksanu zakończonego karboksydecylem w wykonanej na zamówienie (3 cm x 2 cm x 1 cm) prostokątnej formie z PTFE. Podgrzać próbki, umieszczając je na płycie grzejnej w temperaturze 180 °C.
	<ol>
		<li>Dodać 11,48 mg (1,5,7-triazabicyklo[4.4.0] dec-5-en) katalizatora i wymieszać za pomocą metalowej pęsety podgrzanej do temperatury 180 °C. Kontynuować reakcję, aż mieszanina utworzy żel, po około 20 minutach i mieszać okresowo, aby usunąć pęcherzyki powstałe w wyniku reakcji.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Wyjmij łódkę z PTFE z płyty grzejnej i pozostaw do ostygnięcia do temperatury RT. Użyj żyletki, aby oddzielić elastomer od formy PTFE.</li>
	<li>Umieścić dwa arkusze PTFE w prasie polimerowej w temperaturze 180 °C. Umieścić elastomer z kroku 3.2 między arkuszami PTFE i ścisnąć próbkę do grubości 0,3 - 0,5 mm. Kontynuować ogrzewanie w temperaturze 180 °C przez 4 godziny.</li>
	<li>Wyjąć próbkę i ostudzić do temperatury regulowanej. Pokroić próbkę na prostokątne kawałki (około 2,5 cm długości i 0,5 cm szerokości). Zawiesić próbkę na jednym końcu za pomocą taśmy poliamidowej w piecu grzewczym. Przymocuj 12 spinaczy do papieru (8,88 g) do wolnego końca próbki. Ustaw temperaturę pieca grzewczego na 165 °C O/N lub na 12 - 16 godzin.</li>
	<li>Wyjmij elastomer z pieca grzewczego i zwróć uwagę na zmianę długości. Podgrzać próbkę do temperatury 80 °C na płycie grzejnej w celu usunięcia naprężeń szczątkowych, a następnie schłodzić z powrotem do temperatury regulowanej.</li>
</ol>
4. Testowanie i charakterystyka LCE
<ol>
	<li>Zmierz odkształcenie odwracalne, podgrzewając próbki na płycie grzejnej do 120 °C i obrazując za pomocą kamery. Zanotować początkową długość próbki w temperaturze pokojowej, długość próbki po podgrzaniu do temperatury 120 °C oraz długość próbki po schłodzeniu z powrotem do temperatury regulowanej. LCE powinny skurczyć się o około 30% i powrócić do swojej początkowej długości po schłodzeniu. Zobacz przykładowe obrazy pokazane na rysunkach 1A i 1B.</li>
	<li>Analizować temperaturę przemiany fazowej i zeszklenie za pomocą różnicowej kalorymetrii skaningowej (DSC), wycinając mały kawałek z każdego LCE i skanując w zakresie od 0 °C do 150 °C przy szybkości ogrzewania/chłodzenia 10 °C/min32,33.</li>
	<li>Określ ilościowo stopień wyrównania ciekłego kryształu za pomocą pomiarów dyfrakcji rentgenowskiej. Umieść próbki w dyfraktometrze rentgenowskim z możliwością obrazowania 2D. 33 Patrz przykładowe obrazy dyfrakcyjne pokazane na rysunku 2. 
	Uwaga: Obraz dyfrakcyjny powinien być anizotropowy, odzwierciedlający wyrównanie LCE33. Polisiloksany LCE są nematycznymi, a LCE na bazie żywic epoksydowych wykazują fazę smektyczną.</li>
	<li>Zmierz sztywność LCE oraz zmianę długości i szerokości za pomocą dynamicznej analizy mechanicznej (DMA). Rekordowe zmiany długości i sztywności w funkcji temperatury dla LCE oraz jako funkcja potencjału elektrycznego dla nanokompozytów LCE.
	<ol>
		<li>W przypadku pomiarów termomechanicznych za pomocą żyletki ręcznie przyciąć próbki do wymiarów 2 cm x 0,3 cm i ostrożnie przymocować między zaciskami napinającymi. Zastosuj siłę 1 mN, aby usunąć wszelkie luzy.
		<ol>
			<li>Próbki należy zrównoważyć termicznie w temperaturze 30 °C, a następnie przeprowadzić cykle ogrzewania i chłodzenia w temperaturze 5 °C/min. Ogrzewać próbkę w temperaturze od 30 °C do 120 °C. Zmiany temperatury powodują zmiany długości i szerokości próbki, które są rejestrowane podczas pomiaru DMA. Rysunek 3A przedstawia pomiary termomechaniczne próbki LCE.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>W przypadku pomiarów elektromechanicznych należy ręcznie przyciąć próbki nanokompozytów LCE do wymiarów 2 cm x 0,3 cm i przykleić drut miedziany na przeciwległych końcach nanokompozytów LCE za pomocą srebrnej żywicy epoksydowej. Przymocuj nanokompozyt LCE za pomocą zacisków napinających o naprężeniu 1 mN.
		<ol>
			<li>Przyłóż potencjał elektryczny przez przewody miedziane o napięciu w zakresie 0 - 60 V, częstotliwości 60 Hz i czasie trwania impulsu włączania/wyłączania w zakresie od 0,1 s do 30 sek.</li>
			<li>Rejestruj zmiany kształtu w odpowiedzi na potencjał elektryczny. Zastosuj stałą siłę 1 mN, aby usunąć luz. Zmiana położenia zacisków odpowiada zmianom kształtu próbki. Rysunek 3B przedstawia pomiary elektromechaniczne próbki nanokompozytu LCE.</li>
		</ol>
		</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
5. Aktywna hodowla komórkowa poprzez stymulację elektryczną nanokompozytów LCE
<ol>
	<li>Poddać jedną powierzchnię nanokompozytów LCE działaniu plazmy tlenowej przez 30 sekund. Odwirować 300 μl roztworu polistyrenu w toluenie (1% w/v) z prędkością 3,300 obr./min przez 1 minutę na wierzchu powierzchni oczyszczonej plazmowo. Wysuszyć elastomer w próżni przez 12 godzin, aby usunąć toluen, a następnie pokrytą polistyrenem powierzchnię nanokompozytu LCE poddać działaniu plazmy tlenowej przez 30 sekund.</li>
	<li>Umieść nanokompozyty LCE w 70% roztworze etanolu na 30 minut, aby wysterylizować powierzchnię.
	<ol>
		<li>Przemyć nanokompozyt LCE solą fizjologiczną buforowaną fosforanami i przenieść LCE na suchą szalkę Petriego stroną pokrytą polistyrenem do góry. Pokryć całą powierzchnię LCE, zanurzając w 5 ml roztworu kolagenu typu I z ogona szczura (50 μg/ml w 0,02 N kwasie octowym). Inkubować nanokompozyt LCE w temperaturze 37 °C i 5% CO2 przez co najmniej 30 minut.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Wyizolować kardiomiocyty komorowe noworodków szczurów i zawiesić je w pożywce galwanowej o wysokiej zawartości surowicy, jak wcześniej donoszono11.
	<ol>
		<li>Komórki płytkowe na wierzchu podłoży LCE opisanych jak powyżej o gęstości 100 000 - 600 000 komórek/cm2. Około 24 godziny później przenieś komórki na pożywki o niskim stopniu konserwacji surowicy (DMEM, 18,5% M199, 5% HS, 1% FBS i antybiotyki). Pozwól kardiomiocytom przyczepić się i namnażać na powierzchni LCE przez 4 dni.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Zaprojektuj i wyprodukuj niestandardowy statek za pomocą drukarki 3D i korzystając ze schematu naczynia pokazanego na rysunku 4, korzystając z protokołu producenta. 
	Uwaga: Naczynie wydrukowane w 3D to prostokątny pojemnik o wymiarach zewnętrznych 60 mm x 40 mm x 20 mm i wymiarach wewnętrznych 50 mm x 30 mm x 15 mm. Na dwóch bocznych powierzchniach znajdują się dwa zestawy otworów o średnicy 5 mm służących do wkładania przewodzących prętów węglowych. Nacięcia wokół otworów i do górnej krawędzi pojemnika pozwalają na umieszczenie prostokątnego elementu z tworzywa sztucznego (wymiary 52,5 mm x 12 mm x 4 mm) w poprzek naczynia, aby utrzymać LCE na miejscu na obu końcach. Odległość między otworami wynosi 3 mm po jednej stronie naczynia, a wokół otworów znajdują się nacięcia, jak pokazano na rysunku 4. Zostało to zaprojektowane tak, aby było kompatybilne z rozmiarem podłoży LCE opisanych powyżej. Przewodzące pręty węglowe są pozyskiwane za pośrednictwem komercyjnego dostawcy, jak pokazano w Suplemencie Materiałowym.
	<ol>
		<li>Włóż pręty węglowe przez otwory w poprzek naczyń i przytrzymaj na miejscu za pomocą kleju silikonowego klasy medycznej. Utwardź klej O/N.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przenieś nanokompozyty LCE z kardiomiocytami do niestandardowego naczynia wydrukowanego w 3D, wypełnionego pożywką do konserwacji hodowli komórkowych i równoległymi przewodzącymi prętami węglowymi podłączonymi do źródła elektrycznego. Umieść LCE w poprzek prętów węglowych i zamocuj na jednym końcu, aby zapewnić kontakt elektryczny.
	<ol>
		<li>Włóż prostokątny plastikowy element przez nacięcia w naczyniu 3-D, aby utrzymać LCE na miejscu na jednym lub obu końcach, ale umieść go luźno na LCE sample. Elektryczna stymulacja LCE poprzez zastosowanie potencjału elektrycznego 40 V AC z czasem włączenia/wyłączenia 5 sekund, co daje łącznie 24 godziny.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Wybarwić błonę żywych komórek za pomocą Calcein AM, jak opisano wcześniej11.</li>
	<li>W przypadku barwienia jąder należy pokryć komórki pożywką montażową zawierającą DAPI przed obrazowaniem pod odwróconym mikroskopem fluorescencyjnym. Użyj ImageJ, aby policzyć liczbę żywych komórek i określić kąt wyrównania komórek za pomocą funkcji najlepszego dopasowania.</li>
</ol>
6. Aktywna hodowla komórkowa z LCE przy użyciu bezpośredniego ogrzewania
<ol>
	<li>Powtórz kroki 5.1 - 5.3 powyżej, używając czystego LCE bez dodatku nanocząstek sadzy. Procedura ta została również szczegółowo opisana we wcześniejszej publikacji. 11</li>
	<li>Przenieś LCE z kardiomiocytami na szalkę Petriego z pożywką do konserwacji hodowli komórkowych i grzałką rezystancyjną Kapton 0,5 "x 2". Dostarczyć ciepło do LCE, włączając grzałkę rezystancyjną o mocy grzewczej 12 W. Włączaj i wyłączaj ogrzewanie w odstępach 5-sekundowych przez co najmniej 24 godziny.</li>
</ol>

<ol><li>Nikkhah, M., Edalat, F., Manoucheri, S., Khademhosseini, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Engineering+microscale+topographies+to+control+the+cell-substrate+interface%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Engineering microscale topographies to control the cell-substrate interface.</a> Biomaterials. 33 (21), 5230-5246 (2012).</li>
<li>Mather, P. T., Luo, X., Rousseau, I. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Shape+Memory+Polymer+Research%5BTitle%5D)+AND+%22Annu.+Rev.+Mater.+Res%22%5BJournal%5D)">Shape Memory Polymer Research.</a> Annu. Rev. Mater. Res. 39 (1), 445-471 (2009).</li>
<li>Small, W., Singhal, P., Wilson, T. S., Maitland, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biomedical+applications+of+thermally+activated+shape+memory+polymers%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Mater.+Chem%22%5BJournal%5D)">Biomedical applications of thermally activated shape memory polymers.</a> J. Mater. Chem. 20 (17), 3356-3366 (2010).</li>
<li>Rickert, D., Lendlein, A., Peters, I., Moses, M. A., Franke, R. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biocompatibility+testing+of+novel+multifunctional+polymeric+biomaterials+for+tissue+engineering+applications+in+head+and+neck+surgery%3A+an+overview%5BTitle%5D)+AND+%22Eur.+Arch.+Oto-Rhino-Laryngol.+Head+Neck%22%5BJournal%5D)">Biocompatibility testing of novel multifunctional polymeric biomaterials for tissue engineering applications in head and neck surgery: an overview.</a> Eur. Arch. Oto-Rhino-Laryngol. Head Neck. 263 (3), 215-222 (2006).</li>
<li>Chen, Q., Liang, S., Thouas, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Elastomeric+biomaterials+for+tissue+engineering%5BTitle%5D)+AND+%22Prog.+Polym.+Sci%22%5BJournal%5D)">Elastomeric biomaterials for tissue engineering.</a> Prog. Polym. Sci. 38 (3-4), 584-671 (2013).</li>
<li>Mano, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stimuli-Responsive+Polymeric+Systems+for+Biomedical+Applications%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Eng.+Mater%22%5BJournal%5D)">Stimuli-Responsive Polymeric Systems for Biomedical Applications.</a> Adv. Eng. Mater. 10 (6), 515-527 (2008).</li>
<li>Ratna, D., Karger-Kocsis, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recent+advances+in+shape+memory+polymers+and+composites%3A+a+review%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Mater.+Sci%22%5BJournal%5D)">Recent advances in shape memory polymers and composites: a review.</a> J. Mater. Sci. 43 (1), 254-269 (2008).</li>
<li>Biggs, J., Danielmeier, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electroactive+Polymers%3A+Developments+of+and+Perspectives+for+Dielectric+Elastomers%5BTitle%5D)+AND+%22Angew.+Chem.+Int.+Ed%22%5BJournal%5D)">Electroactive Polymers: Developments of and Perspectives for Dielectric Elastomers.</a> Angew. Chem. Int. Ed. 52 (36), 9409-9421 (2013).</li>
<li>Ware, T. H., McConney, M. E., Wie, J. J., Tondiglia, V. P., White, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Voxelated+liquid+crystal+elastomers%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Voxelated liquid crystal elastomers.</a> Science. 347 (6225), 982-984 (2015).</li>
<li>Shepherd, R. F., Ilievski, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multigait+soft+robot%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Natl.+Acad.+Sci%22%5BJournal%5D)">Multigait soft robot.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. 108 (51), 20400-20403 (2011).</li>
<li>Agrawal, A., Adetiba, O., Kim, H., Chen, H., Jacot, J. G., Verduzco, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stimuli-responsive+liquid+crystal+elastomers+for+dynamic+cell+culture%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Mater.+Res%22%5BJournal%5D)">Stimuli-responsive liquid crystal elastomers for dynamic cell culture.</a> J. Mater. Res. 30 (04), 453-462 (2015).</li>
<li>Yang, P., Baker, R. M., Henderson, J. H., Mather, P. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+vitro+wrinkle+formation+via+shape+memory+dynamically+aligns+adherent+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Soft+Matter%22%5BJournal%5D)">In vitro wrinkle formation via shape memory dynamically aligns adherent cells.</a> Soft Matter. 9 (18), 4705-4714 (2013).</li>
<li>Xu, X., Davis, K. A., Yang, P., Gu, X., Henderson, J. H., Mather, P. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Shape+Memory+RGD-Containing+Networks%3A+Synthesis%2C+Characterization%2C+and+Application+in+Cell+Culture%5BTitle%5D)+AND+%22Macromol.+Symp%22%5BJournal%5D)">Shape Memory RGD-Containing Networks: Synthesis, Characterization, and Application in Cell Culture.</a> Macromol. Symp. 309-310 (1), 162-172 (2011).</li>
<li>Davis, K. A., Luo, X., Mather, P. T., Henderson, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Shape+Memory+Polymers+for+Active+Cell+Culture%5BTitle%5D)+AND+%22J+Vis+Exp%22%5BJournal%5D)">Shape Memory Polymers for Active Cell Culture.</a> J Vis Exp. , e2903(2011).</li>
<li>Warner, M., Terentjev, E. M. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aWarner%2C+M+%22Liquid+Crystal+Elastomers%22">Liquid Crystal Elastomers</a>. , Oxford University Press. Oxford, England. (2003).</li>
<li>Urayama, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Selected+Issues+in+Liquid+Crystal+Elastomers+and+Gels%5BTitle%5D)+AND+%22Macromolecules%22%5BJournal%5D)">Selected Issues in Liquid Crystal Elastomers and Gels.</a> Macromolecules. 40 (7), 2277-2288 (2007).</li>
<li>Fleischmann, E. K., Zentel, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Liquid-Crystalline+Ordering+as+a+Concept+in+Materials+Science%3A+From+Semiconductors+to+Stimuli-Responsive+Devices%5BTitle%5D)+AND+%22Angew.+Chem.+Int.+Ed%22%5BJournal%5D)">Liquid-Crystalline Ordering as a Concept in Materials Science: From Semiconductors to Stimuli-Responsive Devices.</a> Angew. Chem. Int. Ed. 52 (34), 8810-8827 (2013).</li>
<li>Ohm, C., Brehmer, M., Zentel, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Liquid+Crystalline+Elastomers+as+Actuators+and+Sensors%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">Liquid Crystalline Elastomers as Actuators and Sensors.</a> Adv. Mater. 22 (31), 3366-3387 (2010).</li>
<li>Jiang, H., Li, C., Huang, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Actuators+based+on+liquid+crystalline+elastomer+materials%5BTitle%5D)+AND+%22Nanoscale%22%5BJournal%5D)">Actuators based on liquid crystalline elastomer materials.</a> Nanoscale. 5 (12), 5225-5240 (2013).</li>
<li>Burke, K. A., Rousseau, I. A., Mather, P. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reversible+actuation+in+main-chain+liquid+crystalline+elastomers+with+varying+crosslink+densities%5BTitle%5D)+AND+%22Polymer%22%5BJournal%5D)">Reversible actuation in main-chain liquid crystalline elastomers with varying crosslink densities.</a> Polymer. 55 (23), 5897-5907 (2014).</li>
<li>Chambers, M., Finkelmann, H., Remškar, M., Sánchez-Ferrer, A., Zalar, B., Žumer, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Liquid+crystal+elastomer-nanoparticle+systems+for+actuation%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Mater.+Chem%22%5BJournal%5D)">Liquid crystal elastomer-nanoparticle systems for actuation.</a> J. Mater. Chem. 19 (11), 1524-1531 (2009).</li>
<li>Chambers, M., Zalar, B., Remskar, M., Zumer, S., Finkelmann, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Actuation+of+liquid+crystal+elastomers+reprocessed+with+carbon+nanoparticles%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Actuation of liquid crystal elastomers reprocessed with carbon nanoparticles.</a> Appl. Phys. Lett. 89 (24), 243116(2006).</li>
<li>Kohlmeyer, R. R., Chen, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Wavelength-Selective+IR+Light-Driven+Hinges+Based+on+Liquid+Crystalline+Elastomer+Composites%5BTitle%5D)+AND+%22Angew.+Chem.+Int.+Ed%22%5BJournal%5D)">Wavelength-Selective IR Light-Driven Hinges Based on Liquid Crystalline Elastomer Composites.</a> Angew. Chem. Int. Ed. 52 (35), 9234-9237 (2013).</li>
<li>Liu, X., Wei, R., Hoang, P. T., Wang, X., Liu, T., Keller, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reversible+and+Rapid+Laser+Actuation+of+Liquid+Crystalline+Elastomer+Micropillars+with+Inclusion+of+Gold+Nanoparticles%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Funct.+Mater%22%5BJournal%5D)">Reversible and Rapid Laser Actuation of Liquid Crystalline Elastomer Micropillars with Inclusion of Gold Nanoparticles.</a> Adv. Funct. Mater. 25 (20), 3022-3032 (2015).</li>
<li>Marshall, J. E., Terentjev, E. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photo-sensitivity+of+dye-doped+liquid+crystal+elastomers%5BTitle%5D)+AND+%22Soft+Matter%22%5BJournal%5D)">Photo-sensitivity of dye-doped liquid crystal elastomers.</a> Soft Matter. 9 (35), 8547-8551 (2013).</li>
<li>Marshall, J. E., Ji, Y., Torras, N., Zinoviev, K., Terentjev, E. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Carbon-nanotube+sensitized+nematic+elastomer+composites+for+IR-visible+photo-actuation%5BTitle%5D)+AND+%22Soft+Matter%22%5BJournal%5D)">Carbon-nanotube sensitized nematic elastomer composites for IR-visible photo-actuation.</a> Soft Matter. 8 (5), 1570-1574 (2012).</li>
<li>Camargo, C. J., Campanella, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Localised+Actuation+in+Composites+Containing+Carbon+Nanotubes+and+Liquid+Crystalline+Elastomers%5BTitle%5D)+AND+%22Macromol.+Rapid+Commun%22%5BJournal%5D)">Localised Actuation in Composites Containing Carbon Nanotubes and Liquid Crystalline Elastomers.</a> Macromol. Rapid Commun. 32, 1953-1959 (2011).</li>
<li>Ahir, S. V., Squires, A. M., Tajbakhsh, A. R., Terentjev, E. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Infrared+actuation+in+aligned+polymer-nanotube+composites%5BTitle%5D)+AND+%22Phys+Rev+B%22%5BJournal%5D)">Infrared actuation in aligned polymer-nanotube composites.</a> Phys Rev B. 73 (8), 085420(2006).</li>
<li>Küpfer, J., Finkelmann, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nematic+liquid+single+crystal+elastomers%5BTitle%5D)+AND+%22Macromol+Chem+Rapid+Commun%22%5BJournal%5D)">Nematic liquid single crystal elastomers.</a> Macromol Chem Rapid Commun. 12 (12), 717-726 (1991).</li>
<li>Ali, S. A., Al-Muallem, H. A., Rahman, S. U., Saeed, M. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bis-isoxazolidines%3A+A+new+class+of+corrosion+inhibitors+of+mild+steel+in+acidic+media%5BTitle%5D)+AND+%22Corros.+Sci%22%5BJournal%5D)">Bis-isoxazolidines: A new class of corrosion inhibitors of mild steel in acidic media.</a> Corros. Sci. 50 (11), 3070-3077 (2008).</li>
<li>Giamberjni, M., Amendola, E., Carfagna, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Liquid+Crystalline+Epoxy+Thermosets%5BTitle%5D)+AND+%22Mol.+Cryst.+Liq.+Cryst.+Sci.+Technol.+Sect.+Mol.+Cryst.+Liq.+Cryst%22%5BJournal%5D)">Liquid Crystalline Epoxy Thermosets.</a> Mol. Cryst. Liq. Cryst. Sci. Technol. Sect. Mol. Cryst. Liq. Cryst. 266 (1), 9-22 (1995).</li>
<li>Agrawal, A., Luchette, P., Palffy-Muhoray, P., Biswal, S. L., Chapman, W. G., Verduzco, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface+wrinkling+in+liquid+crystal+elastomers%5BTitle%5D)+AND+%22Soft+Matter%22%5BJournal%5D)">Surface wrinkling in liquid crystal elastomers.</a> Soft Matter. 8 (27), 7138-7142 (2012).</li>
<li>Agrawal, A., Chipara, A. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamic+self-stiffening+in+liquid+crystal+elastomers%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Commun%22%5BJournal%5D)">Dynamic self-stiffening in liquid crystal elastomers.</a> Nat Commun. 4, 1739(2013).</li>
<li>Sharma, A., Neshat, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biodegradable+and+Porous+Liquid+Crystal+Elastomer+Scaffolds+for+Spatial+Cell+Cultures%5BTitle%5D)+AND+%22Macromol.+Biosci%22%5BJournal%5D)">Biodegradable and Porous Liquid Crystal Elastomer Scaffolds for Spatial Cell Cultures.</a> Macromol. Biosci. 15 (2), 200-214 (2015).</li>
<li>Yeh, L. C., Dai, C. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neat+poly%28ortho-methoxyaniline%29+electrospun+nanofibers+for+neural+stem+cell+differentiation%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Mater.+Chem.+B%22%5BJournal%5D)">Neat poly(ortho-methoxyaniline) electrospun nanofibers for neural stem cell differentiation.</a> J. Mater. Chem. B. 1, 5469-5477 (2013).</li>
<li>Krause, S., Dersch, R., Wendorff, J. H., Finkelmann, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photocrosslinkable+Liquid+Crystal+Main-Chain+Polymers%3A+Thin+Films+and+Electrospinning%5BTitle%5D)+AND+%22Macromol.+Rapid+Commun%22%5BJournal%5D)">Photocrosslinkable Liquid Crystal Main-Chain Polymers: Thin Films and Electrospinning.</a> Macromol. Rapid Commun. 28 (21), 2062-2068 (2007).</li>
<li>Liu, D., Broer, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Light+controlled+friction+at+a+liquid+crystal+polymer+coating+with+switchable+patterning%5BTitle%5D)+AND+%22Soft+Matter%22%5BJournal%5D)">Light controlled friction at a liquid crystal polymer coating with switchable patterning.</a> Soft Matter. 10 (40), 7952-7958 (2014).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Aby wytworzyć monodomenowe LCE, LCE muszą być ładowane jednoosiowo podczas sieciowania. W praktyce jest to trudne, ponieważ LCE jest obciążony, gdy jest tylko częściowo usieciowany, a zatem nie jest wytrzymały mechanicznie i może łatwo pęknąć lub rozerwać. Procedura opisana powyżej (kroki 1.1 - 1.4) pozwala na konsekwentne wytwarzanie monodomenowych LCE. Jednym z krytycznych etapów jest wyjęcie LCE z formy PTFE w celu załadunku w odpowiednim czasie. Jeśli LCE zostanie usunięty zbyt szybko, łatwo pęknie lub rozerwie się....

Materiały, które mogą wykazywać szybkie, odwracalne i programowalne zmiany kształtu, są pożądane dla wielu nowych zastosowań1-9. Stenty reagujące na kształt mogą pomóc w gojeniu się ran i leczeniu7. Sztuczne roboty mogą pomagać w eksploracji lub wykonywaniu zadań w środowiskach, które są szkodliwe lub niebezpieczne dla ludzi10. Elastomery reagujące na kształt są pożądane do stosowania w aktywnej hodowli komórkowej, w której komórki są hodowane w aktywnym środowisku. 11-14 Inne zastosowania obejmują pakowanie, wykrywanie i dostarczanie leków.
Elastomery ciekłokrystaliczne (LCE) to sieci polimerowe o ciekłokrystalicznym uporządkowaniu15-20. LCE są wytwarzane przez połączenie elastycznej sieci polimerowej z cząsteczkami ciekłokrystalicznymi znanymi jako mezogeny. Responsywność LCE wynika ze sprzężenia porządku ciekłokrystalicznego ze szczepami w sieci polimerowej, a bodźce wpływające na uporządkowanie mezogenów będą generować odkształcenia sieciowe i odwrotnie. W celu uzyskania dużych i odwracalnych zmian kształtu przy braku obciążenia zewnętrznego, mezogeny muszą być ustawione w jednym kierunku w LCE. Częstym praktycznym wyzwaniem w pracy z LCE jest generowanie monodomenowych LCE. Kolejnym wyzwaniem jest generowanie zmian kształtu w odpowiedzi na bodźce inne niż bezpośrednie ogrzewanie. Można to osiągnąć poprzez dodanie nanocząstek lub barwników do sieci LCE21-28.
Tutaj demonstrujemy przygotowanie monodomenowych LCE i nanokompozytów LCE. Po pierwsze, demonstrujemy przygotowanie monodomenowych LCE przy użyciu metody dwuetapowej, którą po raz pierwszy opisali Kupfer i wsp.29 Jest to nadal najpopularniejsza i najbardziej znana metoda przygotowywania monodomenowych LCE, ale osiągnięcie jednolitego wyrównania i spójności między próbkami może być trudne. Demonstrujemy podejście, które można łatwo wdrożyć przy użyciu standardowego sprzętu laboratoryjnego, w tym pełne szczegóły dotyczące obsługi i przygotowania próbek. Następnie pokazujemy, w jaki sposób przewodzące nanocząstki sadzy mogą być dodawane do LCE, aby wytworzyć przewodzące, reagujące elektrycznie LCE. Następnie demonstrujemy syntezę i wyrównanie LCE na bazie żywic epoksydowych. Materiały te wykazują wymienne wiązania sieciowe i mogą być wyrównane poprzez podgrzanie do podwyższonych temperatur i przyłożenie równomiernego obciążenia. Wszystkie LCE są charakteryzowane za pomocą makroskopowego obrazowania próbek, pomiarów dyfrakcji rentgenowskiej i dynamicznej analizy mechanicznej. Na koniec pokazujemy jedno potencjalne zastosowanie LCE jako substratów reagujących na kształt do aktywnej hodowli komórkowej.

<table><tbody><tr><td>4-metoksyfenyl 4-(3-butenyloksy)benzoesan</td><td>TCI America</td><td>M2106</td><td>Reaktywny mezogen</td></tr><tr><td>poli(metylohydrosiloksan)</td><td>Gelest</td><td>HMS-993</td><td>Reaktywny polisiloksan</td></tr><tr><td>1,4-di(10-undecenyloksybenzen)</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>patrz: Ali, S. A., Al-Muallem, H. A., Rahman, S. U. & Saeed, MT Bis-izoksazolidyny: Nowa klasa inhibitorów korozji stali miękkiej w środowisku kwaśnym. Nauka o korozji. 50 (11), 3070&ndash; 3077, doi:10.1016/j.corsci.2008.08.011 (2008)</td></tr><tr><td>(dichloro(1,5-cyklooktadieno)-platyna(II)&nbsp;</td><td>Sigma Aldrich</td><td>244937</td><td>Katalizator</td></tr><tr><td>Pt Forma PTFE</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>wyprodukowana w warsztacie ryżowym</td></tr><tr><td>nanocząstki sadzy</td><td>Cabot</td><td>VULCAN&reg; &nbsp; XC72R</td><td>stosowany w syntezie nanokompozytów LCE</td></tr>: <tr><td>polistyren</td><td>Sigma Aldrich</td><td>331651</td><td>polistyren liniowy&nbsp;</td></tr><tr><td>4,4'-diglycidyloxybiphenyl</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>patrz:&nbsp; Giamberjni, M., Amendola, E. & Carfagna, C. Ciekłokrystaliczne termoutwardzalne żywice epoksydowe. Kryształy molekularne i ciekłe kryształy: nauka i technologia. Sekcja A. Kryształy molekularne i ciekłe kryształy. 266 (1), 9&ndash; 22, doi:10.1080/10587259508033628 (1995).</td></tr><tr><td>kwas sebacynowy</td><td>Sigma Aldrich</td><td>283258</td><td>grupa łącząca C8 do syntezy epoksydowo-LCE</td></tr><tr><td>kwas heksadekanodionowy</td><td>Sigma</td><td>Aldrich 177504</td><td>grupa łącząca C16 do syntezy epoksydowo-LCE</td></tr><tr><td>polidimetylosiloksan zakończony karboksydecylem</td><td></td><td>Gelest DMS-B12</td><td>Grupa łącząca siloksan do syntezy epoksydowo-LCE</td></tr><tr><td>1,5,7-triazabicyklo[4.4.0] dec-5-ene</td><td>Sigma Aldrich</td><td>345571</td><td>katalizator do odwracalnych</td></tr><tr><td>prętów węglowych</td> LCE <td>Ladd Research&nbsp;</td><td>30250</td><td>stosowany w eksperymentach z hodowlami komórkowymi</td></tr><tr><td>klej silikonowy klasy medycznej</td><td>Silbione</td><td>MED ADH 4100 RTV</td><td>używany do przyklejania prętów węglowych do naczynia</td></tr></tbody></table>

otrzymywanie monodomenowych elastomerów ciekłokrystalicznych i nanokompozytów elastomerów ciekłokrystalicznych

Preparation of Monodomain Liquid Crystal Elastomers and Liquid Crystal Elastomer Nanocomposites

LCE to materiały reagujące na kształt, z całkowicie odwracalną zmianą kształtu i potencjalnymi zastosowaniami w medycynie, inżynierii tkankowej, sztucznych mięśniach i jako miękkie roboty. W tym miejscu demonstrujemy przygotowanie elastomerów ciekłokrystalicznych reagujących na kształt (LCE) i nanokompozytów LCE wraz z charakterystyką ich reakcji na kształt, właściwości mechanicznych i mikrostruktury. Dwa rodzaje LCE - na bazie polisiloksanów i na bazie żywic epoksydowych - są syntetyzowane, dopasowywane i charakteryzowane. LCE na bazie polisiloksanów są przygotowywane w dwóch etapach sieciowania, drugi pod przyłożonym obciążeniem, w wyniku czego powstają monodomenowe LCE. Nanokompozyty polisiloksanowe LCE są otrzymywane poprzez dodanie przewodzących nanocząstek sadzy, zarówno w całej masie LCE, jak i na powierzchni LCE. LCE na bazie żywic epoksydowych są przygotowywane w odwracalnej reakcji estryfikacji. LCE na bazie żywic epoksydowych są wyrównywane poprzez zastosowanie obciążenia jednoosiowego w podwyższonych temperaturach (160 °C). Wyrównane LCE i nanokompozyty LCE są charakteryzowane pod względem odwracalnego odkształcenia, sztywności mechanicznej i uporządkowania ciekłokrystalicznego przy użyciu kombinacji obrazowania, dwuwymiarowych pomiarów dyfrakcji rentgenowskiej, różnicowej kalorymetrii skaningowej i dynamicznej analizy mechanicznej. LCE i nanokompozyty LCE mogą być stymulowane ciepłem i/lub potencjałem elektrycznym w celu kontrolowanego generowania szczepów w pożywkach do hodowli komórkowych, a my demonstrujemy zastosowanie LCE jako substratów reagujących na kształt do hodowli komórkowych za pomocą specjalnie wykonanej aparatury.

Jednodomenowe elastomerowe ciekłokrystaliczne materiały (LCE) reagują zmianą kształtu dzięki sprzężeniu konformacji sieci z uporządkowaniem ciekłokrystalicznym. Podgrzewanie LCE prowadzi do spadku parametru uporządkowania ciekłokrystalicznego, co powoduje skurcz sieci polimerowej wzdłuż głównego kierunku orientacji. Można to łatwo zwizualizować, umieszczając LCE na płycie grzewczej, jak pokazano na Rysunku 1A i 1B. Podczas ogrzewania od temperatury pokojo...

Demonstrujemy przygotowanie elastomerów ciekłokrystalicznych (LCE) na bazie siloksanów i epoksydów oraz nanokompozytów LCE. LCE są charakteryzowane pod względem odkształcenia odwracalnego, uporządkowania ciekłokrystalicznego i sztywności. Jako potencjalne zastosowanie demonstrujemy ich zastosowanie jako substratów reagujących na kształt w niestandardowym urządzeniu do aktywnej hodowli komórek.

Otrzymywanie monodomenowych elastomerów ciekłokrystalicznych i nanokompozytów elastomerów ciekłokrystalicznych

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

Ogólnym celem niniejszej procedury jest przygotowanie uporządkowanych, responsywnych kształtowo elastomerów ciekłokrystalicznych oraz nanokompozytów. Elastomery ciekłokrystaliczne są materiałami responsywnymi na bodźce, które zmieniają swój kształt w odpowiedzi na bodźce środowiskowe. Mogą one być wykorzystywane w wielu zastosowaniach, takich jak inżynieria tkankowa, w której wiadomo, że komórki reagują na naprężenia i odkształcenia w otoczeniu.W procedurze, którą zaprezentujemy, opieramy się na materiałach o niskim koszcie. Przedstawiona metoda jest niezawodna i może być wdrożona w każdym laboratorium bez konieczności posiadania drogiego lub specjalistycznego sprzętu. Materiały te mogą zostać zastosowane w opracowaniu arkuszy komórek serca, w przypadku których wiadomo, że naprężenia i odkształcenia mogą wpływać na różnicowanie, dojrzewanie i funkcję komórek mięśnia sercowego.Wizualna prezentacja tej procedury jest istotna, ponieważ proces ten może być trudny do opanowania, a próbki są szczególnie delikatne podczas ich zawieszania, nakładania i sieciowania. W związku z tym procedurę zaprezentują Hojin Kim, Bohan Zhu i Huiying Chen, studenci z naszego laboratorium oraz z laboratorium Jeffa Jaycota. Należy rozpocząć od wymieszania 166,23 mg reaktywnego mezogenu, 40 mg siloksanu i 12,8 mg sieciującego z 0,6 ml bezwodnego toluenu w małej fiolce z magnesem mieszającym.Mieszać roztwór w temperaturze 35 °C przez 25 minut, aż odczynniki całkowicie się rozpuszczą. W oddzielnej fiolce przygotować 1% wagowy roztwór katalizatora platynowego w dichlorometanie. Następnie dodać 30 µL roztworu katalizatora do wcześniej przygotowanego roztworu i mieszać mieszaninę za pomocą mieszadła magnetycznego.Następnie wlej roztwór do specjalnie wykonanej prostokątnej formy z politetrafluoroetylenu. Przykryj formę luźno szkiełkiem podstawowym i umieść ją w piekarniku w temperaturze 60 °C na 30 minut. W ciągu pierwszych 15 minut okresowo potrząśnij formą, aby usunąć pęcherzyki powietrza.Wyjmij formę z piekarnika i szybko schłodź ją ciekłym azotem, wlewając ciekły azot do małego pojemnika i przykładając dno formy z PTFE do ciekłego azotu na 2 sekundy. Po schłodzeniu mieszaniny połóż arkusz PTFE i za pomocą metalnej szpatułki ostrożnie wyjmij elastomer z formy, kładąc go na arkuszu. Następnie za pomocą żyletki przytnij krawędzie elastomeru ciekłokrystalicznego i podziel go wzdłuż na trzy równe części.Zawieś każdy element na poziomym pręcie i przymocuj elastomer taśmą. Dodawaj po jednym spinaczu do papieru na końcach elastomerów w odstępach 10-minutowych. Pozostaw je w zawieszeniu przez siedem dni w temperaturze pokojowej i odnotuj wszelkie zmiany w długości lub jednolitości.Odrzuć każdą próbkę, która uległa rozdarciu lub pęknięciu. Aby przygotować elektroresponsywny nanokompozyt elastomeru ciekłokrystalicznego, dodaj 4,38 mg nanocząsteczek sadzy do roztworu reakcyjnego zawierającego mezogen reaktywny, sieciujący i siloksan. Podczas etapu zawieszania w procesie wytwarzania, do obciążenia próbki użyj łącznie pięciu spinaczy zamiast 10.Dodaj dodatkowe nanocząstki sadzy do powierzchni elastomeru ciekłokrystalicznego. Przygotuj 1% (w/v) roztwór nanocząstek sadzy w toluenie. Poddaj roztwór sonikacji przez 20 minut w celu rozproszenia nanocząstek węgla, a następnie wlej dyspersję do szalki Petriego.Następnie zanurzcie elastomery ciekłokrystaliczne w dyspersji nanocząstek na sześć godzin. Po wyjęciu z roztworu należy za pomocą pipety odessać nadmiar cieczy z szalki Petriego i pozostawić elastomer do wyschnięcia na powietrzu. Nadmiar cząstek węgla na powierzchni należy delikatnie usunąć za pomocą taśmy lub patyczka higienicznego.Aby przygotować odwracalne elastomerowe ciekłokrystaliczne materiały na bazie epoksydów, należy zmieszać w prostokątnej formie z PTFE 246,15 mg 4,4'-diglicydylo-diloksy-bifenylu, 101 mg kwasu sebacynowego, 71,6 mg kwasu heksadekanodiojowego oraz 76 mg PDMS zakończonego grupą karboksydecylową. Próbki należy podgrzać, umieszczając je na płycie grzejczej w temperaturze 180 °C. Następnie należy dodać 11,48 mg katalizatora i wymieszać mieszaninę za pomocą metalowej pęsety uprzednio podgrzanej do 180 °C.Należy okresowo mieszać mieszaninę, aby usunąć pęcherzyki powietrza powstające w wyniku reakcji. Kontynuować reakcję przez około 20 minut. Po żelowaniu wyjąć łóreczkę z PTFE z płyty grzewczej i pozwolić mieszaninie ostygnąć do temperatury pokojowej.Następnie za pomocą żyletki oddziel elastomer od formy PTFE. Dalej, umieść dwa arkusze PTFE w prasie polimerowej w temperaturze 180 °C. Umieść elastomer pomiędzy arkuszami PTFE i sprasuj próbkę do grubości od 0,3 do 0,5 mm.Kontynuuj ogrzewanie elastomeru w temperaturze 180 °C przez cztery godziny. Po upływie czterech godzin wyjmij próbkę i schłodź ją do temperatury pokojowej. Następnie potnij próbkę na prostokątne kawałki o długości 2,5 cm i szerokości 0,5 cm.Zawieś próbkę za jeden koniec, używając taśmy polimidowej, wewnątrz pieca grzewczego. Do wolnego końca próbki przyczep 12 spinaczy do papieru o łącznej masie 8,88 g. Następnie ustaw temperaturę pieca na 165 °C i ogrzewaj próbki przez noc.Wyjmij elastomer z piekarnika i odnotuj zmianę długości. Następnie podgrzej próbkę do 80 °C na płytce grzejnej w celu usunięcia naprężeń resztkowych, a potem schłodź ją do temperatury pokojowej. Zmierz odkształcenie odwracalne, umieszczając próbki na płytce grzejnej i ponownie podgrzewając płytkę do 120 °C.Obrazuj próbkę w temperaturze pokojowej po podgrzaniu do 120 °C i po ponownym ochłodzeniu do temperatury pokojowej. Wykorzystaj obrazy do pomiaru długości próbki na każdym etapie. Do pomiarów termomechanicznych użyj żyletki, aby ręcznie wyciąć próbki o wymiarach 2 cm na 0,3 cm, a następnie ostrożnie zamocuj je pojedynczo pomiędzy zaciskami rozciągającymi.Przyłożone do próbki siłę wynoszącą 1 mN, aby w pierwszej kolejności usunąć ewentualne luzy. Następnie przeprowadzić equilibrację termiczną próbek w temperaturze 30 °C, po czym zastosować cykle grzania i chłodzenia. Podgrzewać próbkę w tempie 5 °C na minutę od 30 °C do 120 °C.Zarejestruj zmiany długości i szerokości próbki podczas zmiany temperatury. Poddaj jedną powierzchnię nanokompozytów z elastomeru ciekłokrystalicznego działaniu plazmy tlenowej przez 30 sekund. Następnie, na oczyszczoną plazmą powierzchnię, nanieś metodą spin-castingu 300 µL 1% (w/v) roztworu polistyrenu w toluenie przy 3 300 rpm przez jedną minutę.Suszyć elastomer w próżni przez 12 godzin w celu usunięcia toluenu. Następnie poddać powierzchnię nanokompozytu LCE pokrytą polistyrenem działaniu plazmy tlenowej przez 30 sekund. Sterylizować nanokompozyty elastomerowe poddane działaniu plazmy w 70% etanolu przez 30 minut.Następnie przemyć je solą fizjologiczną buforowaną fosforanem. Przenieś przemyte nanokompozyty elastomerowe do suchej szalki Petriego, tak aby strona pokryta polistyrenem była skierowana do góry. Następnie wlej do szalki pięć mililitrów roztworu kolagenu typu I i pokryj całą powierzchnię próbek, zanurzając je w roztworze kolagenu.Następnie przykryć próbki i inkubować je w temperaturze 37 °C i 5% carbon dioxide przez co najmniej 30 minut. Wysiać wyizolowane neonatalne kardiomiocyty komór wentrykularnych szczura na podłoża w zagęszczeniu od 100 000 do 600 000 komórek na centymetr kwadratowy. Hodować komórki zgodnie z opisem w towarzyszącym protokole tekstowym.Po trwałe przytwierdzenie się komórek, przenieś zasiane nanokompozyty elastomerów ciekłokrystalicznych do specjalnie zaprojektowanego, wydrukowanego w 3D naczynia. Następnie wsuń prostokątny plastikowy element przez wcięcia w naczyniu 3D, aby unieruchomić elastomer ciekłokrystaliczny na jednym lub obu końcach. Umieść próbkę na prętach węglowych i przymocuj ją na jednym końcu, aby zapewnić dobry kontakt elektryczny.Należy upewnić się, że naczynie jest wypełnione pożywką do utrzymania kultur komórkowych i wyposażone w równoległe, przewodzące pręt węglowe podłączone do źródła prądu. Elastomery ciekłokrystaliczne należy stymulować elektrycznie potencjałem prądu przemiennego o napięciu 40 V, z pięciosekundowym cyklem włączania i wyłączania przez łącznie 24 godziny. Elastomery ciekłokrystaliczne kurczą się i wydłużają odwracalnie podczas ogrzewania z temperatury pokojowej do temperatury powyżej przejścia nematycznego w izotropowy, która wynosi około 80 °C.Dynamiczna analiza mechaniczna dostarcza ilościowego pomiaru zmiany kształtu elastomeru ciekłokrystalicznego w funkcji temperatury. Próbka opisana na przedstawionym tutaj wykresie była poddawana ogrzewaniu i chłodzeniu w czterech cyklach. Po ogrzaniu próbki wykazują skrócenie o około 35% w kierunku, w którym były zawieszone podczas procesu wytwarzania.Próbka rozszerza się również o 25 do 30% w kierunku prostopadłym. Nanokompozyty elastomerów ciekłokrystalicznych kurczą się pod wpływem przyłożonego potencjału elektrycznego. Po podaniu napięcia prądu przemiennego 40 volt, nanokompozyty elastomerów ciekłokrystalicznych skracają się o około 22 1/2% w kierunku, w którym były zawieszone podczas procesu wytwarzania.W tym przypadku próbki poddano cyklowi włączania i wyłączania co 15 sekund. Po opanowaniu procedury można ją zrealizować w ciągu dwóch godzin, a cała synteza zostanie zakończona tydzień po zawieszeniu próbki. Podczas wykonywania tej procedury należy pamiętać o zawieszeniu LC z zastosowaniem odpowiedniego obciążenia.W przeciwnym razie próbka może nie zostać prawidłowo wyrównana lub może ulec uszkodzeniu podczas procesu wytwarzania. Po zastosowaniu tej procedury do LCE można dodać inne rodzaje dodatków, takie jak nanorurki węglowe, aby zbadać, jaką może ona wykazywać odpowiedź na bodźce. Mamy nadzieję, że niniejsze badanie utoruje drogę biologom i bioinżynierom do kształtowania responsywnych podłoży w celu zbadania wpływu stresu i odkształcenia na wzrost komórek, ich orientację oraz zachowanie.Po obejrzeniu tego filmu powinni Państwo posiadać dobrą wiedzę na temat tego, jak tworzyć uporządkowane, responsywne kształtowo elastomery ciekłokrystaliczne oraz nanokompozyty elastomerów ciekłokrystalicznych.

preparation-monodomain-liquid-crystal-elastomers-liquid-crystal

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bioinżynieria

Przedstawiono nowatorską metodologię syntezy i programowania elastomerów ciekłokrystalicznych w łańcuchu głównym przy użyciu dostępnych na rynku monomerów wyjściowych. Szeroki zakres właściwości termomechanicznych został dostosowany poprzez dostosowanie ilości środka sieciującego, podczas gdy wydajność uruchamiania zależała od wielkości zastosowanego naprężenia podczas programowania.

Synteza programowalnych elastomerów ciekłokrystalicznych w łańcuchu głównym z wykorzystaniem dwuetapowej reakcji tiolowo-akrylowej

To badanie przedstawia metodologię przygotowania 3D, biodegradowalnych, pianopodobnych rusztowań komórkowych opartych na biokompatybilnych elastomerach ciekłokrystalicznych o łańcuchu bocznym (LCE). Eksperymenty z mikroskopią konfokalną pokazują, że podobne do piany LCE pozwalają na przyłączanie komórek, proliferację i spontaniczne ustawianie mioblastów C2C12.

Synteza biokompatybilnych pianek elastomerowych ciekłokrystalicznych jako rusztowań komórkowych do przestrzennych hodowli komórkowych 3D

Celem protokołu jest stworzenie ciekłokrystalicznych warstw polimerowych, które mogą mechanicznie oscylować pod wpływem ciągłego promieniowania światłem. Szczegółowo opisujemy koncepcję folii wolnostojących, od metody wyrównywania ciekłokrystalicznego po fotoaktywację. Protokół eksperymentalny zastosowany do przygotowania tego materiału ma szerokie zastosowanie.

Przygotowanie sieci ciekłokrystalicznych do makroskopowych ruchów oscylacyjnych indukowanych światłem

Tutaj prezentujemy protokoły analiz detekcji różnicowej czasowo-rozdzielczej spektroskopii oscylacyjnej w podczerwieni i dyfrakcji elektronów, które umożliwiają obserwacje deformacji lokalnych struktur wokół fotowzbudzonych cząsteczek w kolumnowym ciekłym krysztale, dając atomową perspektywę na związek między strukturą a dynamiką tego fotoaktywnego materiału.

Nowatorskie techniki obserwacji dynamiki strukturalnej fotoczułych ciekłych kryształów

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.

Przygotowanie mikroprzepływowe siłowników z elastomeru ciekłokrystalicznego

Wykazano, że pęsety plazmoniczne oraz nanostruktury kryształów fotonicznych zapewniają istotną poprawę wydajności i kontroli orientacji w optycznym chwytaniu mikro- i nanocząstek.

Wykorzystanie plazmonicznych i fotonicznych nanostruktur krystalicznych do usprawnionej manipulacji mikro- i nanocząsteczkami

Ten protokół pokaże ekstrakcję i analizę wolnych i estryfikowanych bioaktywnych kwasów tłuszczowych z komórek. Kwasy tłuszczowe są dokładnie oznaczane ilościowo za pomocą rozcieńczania stabilnych izotopów, chiralnej chromatografii cieczowej, wychwytywania elektronów, atmosferycznej jonizacji chemicznej, wielokrotnego monitorowania spektrometrii mas (SID-LC-ECAPCI-MRM/MS).

Ekstrakcja lipidów komórkowych do ukierunkowanego rozcieńczania stabilnych izotopów Chromatografia cieczowa - analiza spektrometrii mas

Tutaj opisujemy procedurę obrazowania kompleksów wirusowych w cieczy w rozdzielczości nanometrowej za pomocą transmisyjnego mikroskopu elektronowego.

In situ TEM zespołów biologicznych w cieczy

Opracowaliśmy metodę taniego i szybkiego prototypowania urządzeń do formowania wtryskowego płynnego elastomeru, używając drukarek 3D do modelowania osadzania topionego do projektowania form i zmodyfikowanego eksykatora jako systemu wtrysku cieczy.

Szybkie i tanie prototypowanie wyrobów medycznych przy użyciu drukowanych w 3D form do formowania wtryskowego cieczy

Tutaj prezentujemy protokół syntezy nowatorskich biokompozytów o wysokim współczynniku proporcji w warunkach biologicznych i w płynnych podłożach. Biokompozyty skalują się odpowiednio od nanometrów do mikrometrów pod względem średnicy i długości. Nanocząstki miedzi (CNP) i siarczan miedzi w połączeniu z cystyną są kluczowymi składnikami syntezy.

Wytwarzanie skalowalnych, metalicznych nanokompozytów o wysokim współczynniku kształtu w biologicznym ciekłym ośrodku

Poznaj metodę otrzymywania elastomerów ciekłokrystalicznych i nanokompozytów do zastosowań w inżynierii tkankowej. Technika ta umożliwia badanie wpływu naprężeń na zachowanie komórek mięśnia sercowego.

Otrzymywanie monodomenowych elastomerów ciekłokrystalicznych i nanokompozytów elastomerów ciekłokrystalicznych

Przeglądaj więcej filmów