Name: Przygotowanie mikroprzepływowe siłowników z elastomeru ciekłokrystalicznego (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-05-20T13:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 4 s
Description: Poznaj metodę mikroprzepływową do syntezy cząstek z elastomeru ciekłokrystalicznego o regulowanych właściwościach termicznych. Technika umożliwia precyzyjną kontrolę kształtu i rozmiaru dla zastosowań w miękkiej robotyce.

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

playerTrialDesktop

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

1. Synteza pojedynczych cząstek LCE
<ol>
	<li>Montaż urządzenia 
	UWAGA: Wszystkie materiały użyte do konfiguracji mikroprzepływowej są dostarczane przez HPLC i są dostępne w handlu.
	<ol>
		<li>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.</li>
		<li>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).</li>
		<li>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.</li>
		<li>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.</li>
		<li>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.</li>
		<li>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.</li>
		<li>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.</li>
		<li>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.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przygotowanie mieszaniny monomerów
	<ol>
		<li>Aby przygotować mieszaninę monomerów40, dodać 200 mg (4-akryloyloksybutylo)-2,5-di(4-butyloksybenzoiloksy)benzoesanu do kolby w kształcie gruszki o pojemności 50 ml.</li>
		<li>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).</li>
		<li>Całkowicie usunąć rozpuszczalnik w próżni w temperaturze 313 K i stopić pozostałość ciała stałego w temperaturze 383 K w kąpieli olejowej.</li>
		<li>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.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przygotowanie cząstek
	<ol>
		<li>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.</li>
		<li>Ustaw temperaturę łaźni wodnej na 363 K i ustaw temperaturę precyzyjnej płyty grzewczej na 338 K.</li>
		<li>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.</li>
		<li>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.</li>
		<li>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.</li>
		<li>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.</li>
		<li>Po zużyciu całego monomeru wyczyść zestaw, wstrzykując aceton do probówki 1.3.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. Synteza cząstek LCE typu core-shell
<ol>
	<li>Montaż urządzenia
	<ol>
		<li>Postępuj zgodnie z krokiem 1.1.1, ale zamiast tego użyj naczynia do kąpieli wodnej o D 190 mm.</li>
		<li>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.</li>
		<li>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.</li>
		<li>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.</li>
		<li>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.</li>
		<li>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.</li>
		<li>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.</li>
		<li>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.</li>
		<li>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.</li>
		<li>Wykonaj krok 1.1.7., ale przeczytaj rurę 2.5 zamiast rurki 1.4.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przygotowanie mieszaniny monomerów
	<ol>
		<li>Wykonaj wszystkie kroki opisane w punkcie 1.2.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przygotowanie cząstek typu rdzeń-powłoka
	<ol>
		<li>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.</li>
		<li>Wykonaj kroki 1.3.2-1.3.4.</li>
		<li>Obserwuj tworzenie się kropel za pomocą mikroskopu stereoskopowego.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. Synteza cząstek LCE Janusa
<ol>
	<li>Montaż urządzenia
	<ol>
		<li>Wykonaj krok 1.1.1.</li>
		<li>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.</li>
		<li>Przyklej naczynia włosowate, nakładając trochę kleju na jeden koniec rękawa i poczekaj, aż się utwardzi</li>
		<li>Połącz dwa trójniki PEEK, przykręcając tuleję odpowiednio do jednego z przeciwległych ramion i zamontuj oba na małym metalowym stoliku.</li>
		<li>Wykonaj kroki 2.1.4-2.1.7.</li>
		<li>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.</li>
		<li>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.</li>
		<li>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.</li>
		<li>Postępuj zgodnie z krokiem 1.1.8, ale przeczytaj tube 3.6 zamiast tube 1.4.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przygotowanie mieszaniny monomerów ciekłokrystalicznych (LC)
	<ol>
		<li>Wykonaj wszystkie kroki opisane w punkcie 1.2.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przygotowanie wodnej mieszaniny monomerów
	<ol>
		<li>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.</li>
		<li>Mieszaj mieszaninę przez 24 godziny w temperaturze pokojowej, a następnie przelej ją do strzykawki o pojemności 1 ml.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przygotowanie cząstek Janusa
	<ol>
		<li>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.</li>
		<li>Wykonaj kroki 1.3.2-1.3.4.</li>
		<li>Obserwuj tworzenie się kropel za pomocą mikroskopu stereoskopowego.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
4. Analiza cząstek
<ol>
	<li>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.</li>
	<li>Aby oszacować temperaturę oczyszczania cząstek, określ temperaturę, w której cząstki tracą dwójłomność pod spolaryzowanym mikroskopem optycznym (POM).</li>
</ol>

<ol><li>Ohm, C., Fleischmann, E. K., Kraus, I., Serra, C., Zentel, R. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201001178/abstract">Control of the properties of micrometer-sized actuators from liquid crystalline elastomers prepared in a microfluidic setup.</a> Advanced Functional Materials. 20 (24), 4314-4322 (2010).</li>
<li>Urbanski, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Liquid+crystals+in+micron-scale+droplets%2C+shells+and+fibers%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Physics%3A+Condensed+Matter%22%5BJournal%5D)">Liquid crystals in micron-scale droplets, shells and fibers.</a> Journal of Physics: Condensed Matter. 29 (13), 133003(2017).</li>
<li>Hessberger, T., Braun, L., Zentel, R. <a target="_blank" href="http://www.mdpi.com/2073-4360/8/12/410">Microfluidic synthesis of actuating microparticles from a thiol-ene based main-chain liquid crystalline elastomer.</a> Polymers (Basel). 8 (12), (2016).</li>
<li>Palagi, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Structured+light+enables+biomimetic+swimming+and+versatile+locomotion+of+photoresponsive+soft+microrobots%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Materials%22%5BJournal%5D)">Structured light enables biomimetic swimming and versatile locomotion of photoresponsive soft microrobots.</a> Nature Materials. , (February) 1-8 (2016).</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+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">Liquid crystalline elastomers as actuators and sensors.</a> Advanced Materials. 22, 3366-3387 (2010).</li>
<li>White, T. J., Broer, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Programmable+and+adaptive+mechanics+with+liquid+crystal+polymer+networks+and+elastomers%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Materials%22%5BJournal%5D)">Programmable and adaptive mechanics with liquid crystal polymer networks and elastomers.</a> Nature Materials. 14 (11), 1087-1098 (2015).</li>
<li>Liu, D., Broer, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Liquid+crystal+polymer+networks%3A+preparation%2C+properties%2C+and+applications+of+films+with+patterned+molecular+alignment%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Liquid crystal polymer networks: preparation, properties, and applications of films with patterned molecular alignment.</a> Langmuir. 30 (45), 13499-13509 (2014).</li>
<li>Ube, T., Ikeda, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photomobile+polymer+materials+with+crosslinked+liquid-crystalline+structures%3A+molecular+design%2C+fabrication%2C+and+functions%5BTitle%5D)+AND+%22Angewandte+Chemie+International+Edition+in+English%22%5BJournal%5D)">Photomobile polymer materials with crosslinked liquid-crystalline structures: molecular design, fabrication, and functions.</a> Angewandte Chemie International Edition in English. 53 (39), 10290-10299 (2014).</li>
<li>Zentel, R., Schmidt, G. F., Meyer, J., Benalia, M. <a target="_blank" href="https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/02678298708086324">X-ray investigations of linear and cross-linked liquid-crystalline main chain and combined polymers.</a> Liquid Crystals. 2 (5), 651-664 (1987).</li>
<li>Kapitza, H., Zentel, R. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/macp.1988.021890805/abstract">Combined liquid-crystalline polymers with chiral phases, 2 Lateral substituents.</a> Macromolecular Chemistry and Physics. 189, 1793(1988).</li>
<li>Li, M. -H., Keller, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Artificial+muscles+based+on+liquid+crystal+elastomers%5BTitle%5D)+AND+%22Philosophical+Transactions+of+the+Royal+Society+A.+Mathematical%2C+Physical%2C+and+Engineering+Sciences%22%5BJournal%5D)">Artificial muscles based on liquid crystal elastomers.</a> Philosophical Transactions of the Royal Society A. Mathematical, Physical, and Engineering Sciences. 364 (1847), 2763-2777 (2006).</li>
<li>Wiesemann, A., Zentel, R., Pakula, T. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/003238619290818H">Redox-active liquid-crystalline ionomers: 1. Synthesis and rheology.</a> Polymer (Guildford). 33 (24), 5315-5320 (1992).</li>
<li>Pei, Z., Yang, Y., Chen, Q., Terentjev, E. M., Wei, Y., Ji, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mouldable+liquid-crystalline+elastomer+actuators+with+exchangeable+covalent+bonds%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Materials%22%5BJournal%5D)">Mouldable liquid-crystalline elastomer actuators with exchangeable covalent bonds.</a> Nature Materials. 13 (1), 36-41 (2014).</li>
<li>Wang, Z., Tian, H., He, Q., Cai, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reprogrammable%2C+reprocessible%2C+and+self-healable+liquid+crystal+elastomer+with+exchangeable+disulfide+bonds%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Applied+Materials+%26+Interfaces%22%5BJournal%5D)">Reprogrammable, reprocessible, and self-healable liquid crystal elastomer with exchangeable disulfide bonds.</a> ACS Applied Materials & Interfaces. 9 (38), 33119-33128 (2017).</li>
<li>Chambers, M., Finkelmann, H., Remškar, M., Sánchez-Ferrer, A., Zalar, B., Žumer, S. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2009/jm/b812423j/unauth#!divAbstract">Liquid crystal elastomer-nanoparticle systems for actuation.</a> Journal of Materials Chemistry. 19 (11), 1524-1531 (2009).</li>
<li>Braun, L. B., Linder, T., Hessberger, T., Zentel, R. <a target="_blank" href="https://pdfs.semanticscholar.org/1a9f/54b8c695011ce5a328bb6049504d07b9c28c.pdf">Influence of a crosslinker containing an azo group on the actuation properties of a photoactuating LCE system.</a> Polymers.(Basel). 8 (12), 435(2016).</li>
<li>Braun, L. B., Hessberger, T., Zentel, R. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2015/tc/c6tc02587k">Microfluidic synthesis of micrometer-sized photoresponsive actuators based on liquid crystalline elastomers.</a> Journal of Materials Chemistry C. 4, 8670-8678 (2016).</li>
<li>Ikeda, T., Mamiya, J. I., Yu, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photomechanics+of+liquid-crystalline+elastomers+and+other+polymers%5BTitle%5D)+AND+%22Angewandte+Chemie+International+Edition%22%5BJournal%5D)">Photomechanics of liquid-crystalline elastomers and other polymers.</a> Angewandte Chemie International Edition. 46, 506-528 (2007).</li>
<li>Zeng, H., Wani, O. M., Wasylczyk, P., Kaczmarek, R., Priimagi, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Self-regulating+iris+based+on+light-actuated+liquid+crystal+elastomer%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">Self-regulating iris based on light-actuated liquid crystal elastomer.</a> Advanced Materials. 29 (30), 1-7 (2017).</li>
<li>Küpfer, J., Finkelrnann, H. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/marc.1991.030121211/abstract">Nematic liquid single crystal elastomers.</a> Macromolecular Rapid Communications. 12, 717-726 (1991).</li>
<li>Bergmann, G. H. F., Finkelmann, H., Percec, V., Zhao, M. Y. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/marc.1997.030180501/abstract">Liquid-crystalline main-chain elastomers.</a> Macromolecular Rapid Communications. 18 (5), 353-360 (1997).</li>
<li>Li, M. H., Keller, P., Yang, J., Albouy, P. A. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.200400658/abstract">An artificial muscle with lamellar structure based on a nematic triblock copolymer.</a> Advanced Materials. 16 (21), 1922-1925 (2004).</li>
<li>Brehmer, M., Zentel, R., Wagenblast, G., Siemensmeyer, K. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/macp.1994.021950601/full">Ferroelectric liquid-crystalline elastomers.</a> Macromolecular Chemistry and Physics. 195 (6), 1891-1904 (1994).</li>
<li>Beyer, P., Terentjev, E. M., Zentel, R. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/marc.200700210/abstract">Monodomain liquid crystal main chain elastomers by photocrosslinking.</a> Macromolecular Rapid Communications. 28 (14), 1485-1490 (2007).</li>
<li>Ditter, D., et al. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2017/tc/c7tc03958a#!divAbstract">MEMS analogous micro-patterning of thermotropic nematic liquid crystalline elastomer films using a fluorinated photoresist and a hard mask process.</a> Journal of Materials Chemistry C. 5, 12635-12644 (2017).</li>
<li>Lopez-Valdeolivas, M., Liu, D., Broer, D. J., Sánchez-Somolinos, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((4D+printed+actuators+with+soft-robotic+functions%5BTitle%5D)+AND+%22Macromolecular+Rapid+Communications%22%5BJournal%5D)">4D printed actuators with soft-robotic functions.</a> Macromolecular Rapid Communications. 1700710, 3-9 (2017).</li>
<li>Ohm, C., Kapernaum, N., Nonnenmacher, D., Giesselmann, F., Serra, C., Zentel, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microfluidic+synthesis+of+highly+shape-anisotropic+particles+from+liquid+crystalline+elastomers+with+defined+director+field+configurations%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">Microfluidic synthesis of highly shape-anisotropic particles from liquid crystalline elastomers with defined director field configurations.</a> Journal of the American Chemical Society. 133 (14), 5305-5311 (2011).</li>
<li>Ohm, C., et al. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2011/sm/c1sm05111c/unauth#!divAbstract">Preparation of actuating fibres of oriented main-chain liquid crystalline elastomers by a wetspinning process.</a> Soft Matter. 7, 3730(2011).</li>
<li>Hessberger, T., et al. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2016/tc/c6tc03378d#!divAbstract">Co-flow microfluidic synthesis of liquid crystalline actuating Janus particles.</a> Journal of Materials Chemistry C. 4, 8778-8786 (2016).</li>
<li>Fleischmann, E. -K., Liang, H. -L., Kapernaum, N., Giesselmann, F., Lagerwall, J., Zentel, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((One-piece+micropumps+from+liquid+crystalline+core-shell+particles%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">One-piece micropumps from liquid crystalline core-shell particles.</a> Nature Communications. 3, 1178(2012).</li>
<li>Khan, I. U., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microfluidic+conceived+drug+loaded+Janus+particles+in+side-by-side+capillaries+device%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Pharmaceutics%22%5BJournal%5D)">Microfluidic conceived drug loaded Janus particles in side-by-side capillaries device.</a> International Journal of Pharmaceutics. 473 (1-2), 239-249 (2014).</li>
<li>Vennes, M., Martin, S., Gisler, T., Zentel, R. <a target="_blank" href="https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ma0613279">Anisotropic particles from LC polymers for optical manipulation.</a> Macromolecules. 39 (24), 8326-8333 (2006).</li>
<li>Serra, C. a, et al. <a target="_blank" href="http://akademiai.com/doi/pdf/10.1556/JFC-D-13-00014">Engineering polymer microparticles by droplet microfluidics.</a> Journal of Flow Chemistry. 3 (3), 66-75 (2013).</li>
<li>Seo, M., Nie, Z., Xu, S., Lewis, P. C., Kumacheva, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microfluidics%3A+from+dynamic+lattices+to+periodic+arrays+of+polymer+disks%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Microfluidics: from dynamic lattices to periodic arrays of polymer disks.</a> Langmuir. 21 (11), 4773-4775 (2005).</li>
<li>Kim, K., Pack, D. <a target="_blank" href="https://pdfs.semanticscholar.org/f478/03c9d19711aafa30ce864c82ac669bb20df4.pdf">Microspheres for drug delivery.</a> BioMEMS and Biomedical Nanotechnology. 2, 19-50 (2006).</li>
<li>Kim, J. -W., et al. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007/s00396-002-0655-6">Titanium dioxide/poly(methyl methacrylate) composite microspheres prepared by in situ suspension polymerization and their ability to protect against UV rays.</a> Colloid and Polymer Science. 280 (6), 584-588 (2002).</li>
<li>Serra, C., Berton, N., Bouquey, M., Prat, L., Hadziioannou, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+predictive+approach+of+the+influence+of+the+operating+parameters+on+the+size+of+polymer+particles+synthesized+in+a+simplified+microfluidic+system%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">A predictive approach of the influence of the operating parameters on the size of polymer particles synthesized in a simplified microfluidic system.</a> Langmuir. 23 (14), 7745-7750 (2007).</li>
<li>Chang, Z., Serra, C. a, Bouquey, M., Prat, L., Hadziioannou, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Co-axial+capillaries+microfluidic+device+for+synthesizing+size-+and+morphology-controlled+polymer+core-polymer+shell+particles%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Co-axial capillaries microfluidic device for synthesizing size- and morphology-controlled polymer core-polymer shell particles.</a> Lab on a Chip. 9, 3007-3011 (2009).</li>
<li>Braun, L. B., Hessberger, T., Serra, C. A., Zentel, R. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/mren.201600015/abstract">UV-free microfluidic particle fabrication at low temperature using ARGET-ATRP as the initiator system.</a> Macromolecular Reaction Engineering. 10 (6), 611-617 (2016).</li>
<li>Thomsen, D. L., et al. <a target="_blank" href="https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ma001639q">Liquid crystal elastomers with mechanical properties of a muscle.</a> Macromolecules. 34, 5868-5875 (2001).</li>
<li>Ohm, C., Serra, C., Zentel, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+continuous+flow+synthesis+of+micrometer-sized+actuators+from+liquid+crystalline+elastomers%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">A continuous flow synthesis of micrometer-sized actuators from liquid crystalline elastomers.</a> Advanced Materials. 21 (47), 4859-4862 (2009).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

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.

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 (<klasa silna = "xfig" >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.

<table><tbody><tr><td>Złączka NanoTight do węży o średnicy zewnętrznej 1/16''</td><td>Postnova_IDEX</td><td>F-333N</td><td></td></tr><tr><td>Tuleja NanoTight do węży o średnicy zewnętrznej 1/16''</td><td>Postnova_IDEX</td> Trójnik <td>F-142N</td><td></td></tr><tr><td>PEEK do średnicy zewnętrznej 1/16" Rurka OD</td><td>Postnova_IDEX</td><td>P-728</td><td></td></tr><tr><td>Złącze T Złącze żeńskie do 1/16 " Rurka OD</td><td>Postnova_IDEX</td><td>P-835</td><td>żeńska złączka męska luer-lock</td></tr><tr><td>do 1/8 " Rurka OD</td><td>Postnova_IDEX</td><td>P-831</td> męskie żeńskie złącza <td>Luer Luer z blokadą typu luer-lock</td></tr><tr><td>do użytku z 3/32 " Rurki ID</td><td>Postnova_IDEX</td><td>P-858</td><td>do końcówki strzykawki</td></tr><tr><td>Tuleja na rurkę NanoTight FEP ID: 395 &micro; m OD: 1/16''Postnova_IDEX</td><td></td> <td>F-185</td><td></td></tr><tr><td>Rurka kapilarna z topionej krzemionki ID: 100 i mikro; m OD: 165 &mikro; m</td><td>Postnova</td><td>Z-FSS-100165</td><td>szklana kapilarna</td></tr><tr><td>rurka kapilarna z topionej krzemionki ID: 280 i mikro; m OD: 360 i mikro; m</td><td>Postnova</td><td>Z-FSS-280360</td><td>szklana kapilara</td></tr><tr><td>" &lsquo; Pompa 33' &rsquo; Aparat DDS</td><td>Harvard</td><td>70-3333</td><td>pompa strzykawkowa</td></tr><tr><td>Precyzyjna płyta grzewcza</td><td>Harry Gestigkeit GmbH</td><td>PZ 28-2</td><td></td></tr><tr><td>Mikroskop stereoskopowy stemi 2000-C</td><td>Carl Zeiss Microscopy GmbH</td><td>455106-9010-000</td><td></td></tr><tr><td>Lampa rtęciowa Oriel LSH302</td><td>LOT</td><td></td><td>Intensywność: 500 W</td></tr><tr><td>Kapillare teflonowe, 1/16'' x 0,75mm</td><td>WICOM</td><td>WIC 33104</td><td>rurka teflonowa</td></tr><tr><td>Kapillare teflonowa, 1/16'' x 0,50mm</td><td>Rurka teflonowa</td><td>WICOM</td><td>WIC 33102</td> Rurka</tr><tr><td>teflonowa Kapillare, 1/16'' x 0,17mm</td><td>Rurka teflonowa</td><td>WICOM</td><td>WIC 33101</td></tr> Olej silikonowy <tr><td>1.000 cSt</td><td>Sigma Aldrich</td><td>378399</td><td></td></tr><tr><td>Olej silikonowy 100 cSt</td><td>Sigma Aldrich</td><td>378364</td><td></td></tr><tr><td>1,6-heksanodirolu dimetakrylan</td><td>Sigma Aldrich</td><td>246816</td><td>Crosslinker</td></tr><tr><td>Lucirin TPO</td><td>Sigma Aldrich</td><td>415952</td><td>Inicjator</td></tr><tr><td>Polaryzacyjny mikroskop optyczny BX51</td><td>Olympus</td><td></td><td>Do analizy</td></tr><tr><td>Hotstage TMS 94</td><td>Linkam</td><td></td><td>Do analizy</td></tr><tr><td>Oprogramowanie do obrazowania Cell^D</td><td>Olympus</td><td></td><td>Do analizy</td></tr></tbody></table>

przygotowanie mikroprzepływowe siłowników z elastomeru ciekłokrystalicznego

Microfluidic Preparation of Liquid Crystalline Elastomer Actuators

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.

W niniejszym protokole przedstawiamy syntezy cząstek LCE o różnych morfologiach za pośrednictwem podejścia mikroprzepływowego. Układy mikroprzepływowe do wytwarzania pojedynczych cząstek, cząstek typu jądro-otoczka oraz cząstek Janusa pokazano na Rysunku 129,38,41. Jedną z zalet ciągłej produkcji przepływowej jest bardzo dobra kontrola nad rozmiarem i kształtem cząstek. Rysunek 2a ilustruje zaletę układu pojedynczej kropli: bardzo wąski rozkład wielkości, przy czym wszystkie cząstki mają ten sam kształt41. W ten sposób rozmiar kul można łatwo dostosować, zmieniając stosunek szybkości przepływu różnych faz. Zgodnie z protokołem, poprzez wybór odpowiednich stosunków szybkości przepływu można w sposób dobrze kontrolowany otrzymać cząstki o średnicach od 200 do 400 µm, jak pokazano na Rysunku 2b1. Najlepsze wyniki uzyskuje się dla szybkości przepływu fazy ciągłej (Qc) w zakresie od 1,5 do 2,0 mL/h oraz dla stosunków szybkości przepływu QC/Qd (Qd = szybkość przepływu fazy monomerowej) w przedziale od 20 do 200. Dla szybkości przepływu Qc = 1,75 mL/h i Qd = 0,35 mL/h obserwuje się na przykład dobrze działające cząstki o średnicy 270 µm. Jeśli wybierze się wyższe stosunki Qc/Qd, formowanie kropelek jest mniej kontrolowane, a rozkład rozmiarów cząstek staje się znacznie szerszy. Dla niższych stosunków cząstki przestają być sferyczne. Oprócz regulacji szybkości przepływu, odległość lampy UV od rury polimeryzacyjnej oraz położenie pomiędzy lewym a prawym końcem precyzyjnej płyty grzejnej mogą zmieniać właściwości aktywacji cząstek LCE, co ma miejsce na przykład wtedy, gdy kinetyka polimeryzacji zmienia się wskutek wyboru innych składów mieszaniny monomerowej lub innych temperatur polimeryzacji niż te opisane tutaj.
Rysunek 3a przedstawia cząstkę aktywną, która wydłuża się o do 70%, gdy jest ogrzewana powyżej temperatury przejścia fazowego, co dowodzi, że wymóg indukowania uporządkowania kierunku ciekłokrystalicznego przed polimeryzacją został spełniony. To uporządkowanie mezoogenów wynika z naprężeń ścinających pomiędzy wysoce lepką fazą ciągłą a powierzchnią kropelek monomeru. Jeśli stosuje się oleje krzemowe o niższej lepkości, to działanie cząstki jest ograniczone.
Ponadto urządzenie mikroprzepływowe umożliwia kontrolę nad różnymi rodzajami wzorców aktywacji, takimi jak wydłużenie lub skurcz podczas przejścia fazowego, poprzez zmianę szybkości ścinania działającej na krople w trakcie polimeryzacji. Można to łatwo przeprowadzić przy stałych szybkościach przepływu fazy ciągłej, stosując rury polimeryzacyjne o różnych średnicach wewnętrznych. Rycina 3a przedstawia cząstkę o kształcie prolatnym, która wydłuża się wzdłuż swojej osi obrotu i została zsyntetyzowana przy niższych szybkościach ścinania w szerszej rurze polimeryzacyjnej (ID: 0,75 mm). W tym przypadku cząsteczki ciekłokrystaliczne (mezoogeny) ułożone są wzdłuż koncentrycznego pola kierunkowego. Z drugiej strony, cząstki przypominające pręty (jak pokazano na Rycina 3b) charakteryzują się skurczem podczas przejścia fazowego oraz dwubiegunowym ułożeniem pola kierunkowego mezoogenów. Cząstka ta została wyprodukowana przy wyższych szybkościach ścinania w cieńszej rurze polimeryzacyjnej (ID: 0,5 mm).
Protokół opisuje kolejną zaletę procesu mikroprzepływowego. Oprócz pojedynczych cząstek, można również synteza próbótek o bardziej złożonych morfologiach. Rysunek 3c przedstawia cząstkę typu rdzeń-otoczka o działaniu aktywnym, a Rysunek 3d cząstkę Janusza, które zostały wytworzone zgodnie z częścią 2 i 3 protokołu29,30.
Jeśli wszystkie kroki protokołu zostaną wykonane poprawnie, należy otrzymać cząstki o właściwościach pokazanych na Rysunku 43,41. Na Rysunku 4a przedstawiono krzywe ogrzewania i chłodzenia dla pojedynczych cząstek otrzymanych przy różnych szybkościach przepływu. Podczas ogrzewania cząstki od temperatury pokojowej uporządkowanie ciekłokrystaliczne najpierw nieco się zmniejsza, co prowadzi do niewielkiej deformacji cząstki. Jednak w pobliżu temperatury przejścia fazowego cała orientacja nagle znika i cząstka wykazuje silne wydłużenie już przy podgrzaniu o kilka stopni. Podczas chłodzenia cząstki obserwuje się histerezę, a cząstka odzyskuje swój pierwotny kształt. Proces ten jest odwracalny przez wiele cykli aktywacji, jak pokazano na Rysunku 4b.
<img alt="Proces polimeryzacji mikroprzepływowej; schemat; naświetlanie UV; analiza przepływu monomeru ciekłokrystalicznego." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57715/57715fig1.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Figure 1"> 
Rycina 1: Układy mikroprzepływowe. (a) Ogólny układ składa się z trzech strzykawek zawierających olej silikonowy hydrauliczny (1), wodną mieszaninę monomeru (3) oraz ciągłą fazę oleju silikonowego (4). Mieszaninę monomeru ciekłokrystalicznego (2) umieszcza się w łaźni wodnej (5) w temperaturze 363 K, co ogrzewa ciekłe kryształy do stanu izotropowego. Polimeryzację kropli inicjuje się na gorącej płycie (6) w temperaturze 338 K, w stanie nematycznym ciekłego kryształu, poprzez naświetlanie UV (7). (Układ pojedynczej cząstki jest identyczny z układem ogólnym, lecz nie zawiera drugiej kapilary, strzykawki (3) oraz drugiego złącza typu T). (b) Ten panel przedstawia układ zawierający dwie kapilary ustawione obok siebie, umożliwiający formowanie kropli typu Janus. (c) Układ typu rdzeń-otoczka składa się z kapilary wsuniętej teleskopowo w drugą, szerszą kapilarę. <a href="/files/ftp_upload/57715/57715fig1large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Analiza cząstek; obraz mikroskopowy i wykres danych rozmiarów cząstek w funkcji szybkości przepływu w badaniu mikroprzepływowym." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57715/57715fig2.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Figure 2"> 
Rycina 2: Reprezentatywne cząstki uzyskane w ustawieniu pojedynczej cząstki mikroprzepływowej. (a) Ten panel przedstawia obraz mikroskopowy monodyspersyjnych cząstek LCE przygotowanych w ustawieniu pojedynczej cząstki mikroprzepływowej. Szerokość podziałki = 200 µm. (b) Ten panel pokazuje zależność średnicy cząstek od stosunku szybkości przepływu fazy olejowej (Qc) do szybkości przepływu mieszaniny monomeru (Qd). Rozmiar uzyskanych cząstek zależy wyłącznie od stosunku prędkości obu faz, a nie od ich wartości bezwzględnych. (Rycina została zmodyfikowana na podstawie prac Ohm, Fleischmann, Kraus, Serra i Zentel1 oraz Ohm, Serra i Zentel41.) <a href="/files/ftp_upload/57715/57715fig2large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.</a>
<img alt="Diagramy transformacji kształtu cieplnego struktur polimerowych w temperaturze 80°C, 140°C." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57715/57715fig3.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Figure 3"> 
Rycina 3: Obrazy mikroskopii optycznej czterech różnych morfologii cząstek w stanie nematycznym (w temperaturze 353 K) oraz po przejściu fazowym w stan izotropowy (w temperaturze 413 K). Na tych obrazach pokazano: (a) wydłużenie cząstki LCE o kształcie spłaszczonego sferoidu (pole kierunkowe koncentryczne), (b) skurcz cząstki LCE o kształcie pręta (pole kierunkowe biegunowe), (c) wydłużenie cząstki typu rdzeń-otoczka o kształcie spłaszczonego sferoidu oraz (d) skurcz cząstki Janus typu wydłużonego sferoidu (część lewa: LCE, część prawa: hydrożel akrylamidowy). Sztaby skalowe = 100 µm. <a href="/files/ftp_upload/57715/57715fig3large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Wykresy odpowiedzi termicznej: zmiana długości w funkcji temperatury; współczynnik kształtu w funkcji cykli aktywacji; szybkości przepływu." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57715/57715fig4.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Figure 4"> 
Rycina 4: Właściwości aktywacji reprezentatywnych pojedynczych cząstek. (a) Na tym panelu przedstawiono krzywe ogrzewania i chłodzenia cząstek LCE przygotowanych w mikroprzepływowym układzie pojedynczej cząstki przy różnych szybkościach przepływu fazy ciągłej. Cząstki przygotowane przy najwyższej szybkości przepływu wykazują najsilniejszą aktywację (około 70%) i obie krzywe tworzą histerezę. (b) Wykres przedstawiający 10 cykli aktywacji cząstek LCE, nie wykazujących zmniejszenia aktywacji wraz z liczbą cykli. Dowodzi to, że cząstki są sieciowane, a aktywacja jest całkowicie odwracalna. Uwaga: Wykres został sporządzony dla cząstki wykonanej z układu LCE łańcuchowego, ale wygląda tak samo dla układu LCE użytego w niniejszym artykule. (Rycina została zmodyfikowana na podstawie pracy Ohm, Serra i Zentel41.) <a href="/files/ftp_upload/57715/57715fig4large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.</a>

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

This paper focuses on the microfluidic process (and its parameters) to prepare actuating particles from liquid crystalline elastomers. The preparation ...

Ogólnym celem tej syntezy mikroprzepływowej jest stworzenie kapilarnego reaktora mikroprzepływowego współprzepływowego, który umożliwia odtwarzalną produkcję dużej liczby mikrocząstek elastomeru ciekłokrystalicznego o doskonałych właściwościach aktywacji termicznej. Metoda ta może pomóc w znalezieniu odpowiedzi na kluczowe pytania w dziedzinie produkcji mikrosiłowników LCE, takie jak sposób przetwarzania ciekłokrystalicznych monomerów na mikrocząstki aktywowane termicznie za pomocą reaktorów mikroprzepływowych. Główną zaletą tej techniki jest to, że szybka produkcja cząstek, a także różne kształty, rozmiary i schematy uruchamiania cząstek są dostępne po precyzyjnym dostrojeniu podstawowej konfiguracji mikroprzepływowej.Najpierw wyposaż szklane naczynie do kąpieli wodnej w dwie przegrody. Następnie przebij przegrodą szydłem, aby utworzyć otwór do umieszczenia rurki o średnicy zewnętrznej 1/16 cala. Następnie przymocuj złączkę i odpowiednią tuleję do rurki o średnicy zewnętrznej 1/16 cala do końca rurki PTFE.Następnie wbij w niego końcówkę kapilary krzemionkowej pokrytej poliamidem. Następnie przykręć rurkę PTFE do jednego z przeciwległych ramion trójnika z polieteroeteroketonu dla rurki o średnicy zewnętrznej 1/16 cala zamontowanej na małym metalowym stole. Następnie przymocuj złączkę i odpowiednią tuleję do końca drugiej rurki PTFE.Następnie przykręć rurkę do bocznego ramienia trójnika. Następnie przełóż trzecią rurkę PTFE przez jedną z przegród. Przeciąć trzecią rurkę PTFE, aby dotrzeć do drugiej pompy strzykawkowej na zewnątrz łaźni wodnej i końca rurki 1.1 wewnątrz łaźni wodnej.Następnie przymocuj dwa żeńskie zamki Luer do rurki o średnicy zewnętrznej 1/16 cala. Następnie przełóż rurkę przez drugą przegrodę. Następnie zamontuj czwartą rurkę PTFE ze złączką i tuleją.Po zmontowaniu rurki PTFE podłącz rurkę 1.4 do pozostałego ramienia trójnika, ostrożnie przesuwając ją po kapilarze. Następnie przenieś łaźnię wodną na gorącą płytę. Następnie przymocuj rurkę 1.4 do górnej części precyzyjnej płyty grzewczej za pomocą taśmy klejącej.Do końca probówki należy również przymocować szklaną fiolkę o pojemności 5 ml. Teraz podłącz końcówki rurek 1.2 i 1.3 do strzykawek wypełnionych fazą ciągłą i olejem hydraulicznym, które są obsługiwane przez pompy strzykawkowe. Następnie zainstaluj mikroskop stereoskopowy i zamontuj źródło światła UV.Dodać 200 mg ciekłokrystalicznego akrylanu i dwa dodatkowe odczynniki do kolby. Następnie rozpuścić mieszaninę w 1 ml dicholorometanu. Następnie użyj próżni w temperaturze 40 stopni Celsjusza, aby całkowicie usunąć rozpuszczalnik i stopić pozostałe ciało stałe w temperaturze 110 stopni Celsjusza w kąpieli olejowej.Następnie przygotuj strzykawkę z zadziorem do żeńskiego złącza Luer lock do rurki o średnicy wewnętrznej 3/32 cala. Podłączyć strzykawkę i piątą rurkę PTFE przez rurkę łączącą. Za pomocą strzykawki zebrać mieszaninę monomerów w probówce.Użyj dwóch męskich zamków Luer do rurki o średnicy zewnętrznej 1/8 cala i przymocuj oba zamki do końców rurki 1.5 zawierającej mieszaninę monomerów. Później przymocuj oba końce rurki 1.5 z żeńskimi zamkami Luer do końców rurek 1.1 i 1.3. Następnie napełnij łaźnię wodną i ustaw jej temperaturę na 90 stopni Celsjusza, a temperaturę precyzyjnej płyty grzewczej na 65 stopni Celsjusza.Po stopieniu mieszaniny monomerów należy ustawić natężenie przepływu fazy ciągłej na wartość od 1,5 do 2,0 mililitrów na godzinę. I natężenie przepływu fazy monomeru do rozsądnej wartości. Następnie wyśrodkuj kapilar wewnątrz rurki i włącz światło UV, gdy zaczną tworzyć się kropelki o podobnej wielkości.Zebrać frakcje spolimeryzowanych cząstek w szklanej fiolce o pojemności 5 ml dołączonej na końcu probówki 1.4. Zwróć uwagę na zmianę koloru i tworzenie się cząstek pod wpływem światła UV. Następnie, w celu zamontowania zestawu Janus, należy wyposażyć szklane naczynie do kąpieli wodnej o średnicy 190 milimetrów w dwie przegrody.Przebij przegrodę szydłem, aby utworzyć otwór do umieszczenia rurki o średnicy zewnętrznej 1/16 cala. Następnie włóż dwie równolegle wyłożone kapilary ze stopionej krzemionki do tulei rurki. Użyj kleju Super Glue, aby uszczelnić rękaw.Niech krótka kapilara wystaje około trzech milimetrów z jednej strony rękawa. Następnie przymocuj złączkę i tuleję do obu końców tulei rurki. Następnie przykręć tuleję do jednego z przeciwległych ramion każdego skrzyżowania teowego, aby połączyć dwa skrzyżowania teowe.Zamontuj oba trójniki na małym metalowym stoliku. Przełóż rurkę PTFE przez przegrodę łaźni wodnej. Wyposaż go w złączkę i tuleję i podłącz go do kapilary i resztek przeciwległego ramienia pierwszego skrzyżowania T.Podłącz kolejną rurkę z tulejką i złączką przymocowaną na jednym końcu do zwolnionego ramienia bocznego złącza T. Obok rurki 2.1 podłącz kolejną rurkę PTFE przez drugi otwór w przegrodzie. Następnie dodaj dwie żeńskie zamki Luer do rurek o średnicy zewnętrznej 1/16 cala do wolnych końców rurek 2.2 i 2.3 wewnątrz łaźni wodnej.Podłącz czwartą rurkę PTFE ze złączką i tuleją do bocznego ramienia drugiego złącza T. Ostrożnie nasunąć rurkę 2.5 wyposażoną w złączkę i tuleję po obu stronach nad kapilarnami i połączyć ją z pozostałym ramieniem drugiego złącza T. Następnie przełóż szóstą rurkę PTFE przez drugą przegrodę i przymocuj złączkę i tuleję do końca wewnątrz łaźni wodnej.Podłącz piątą i szóstą rurkę PTFE za pomocą adaptera. Następnie wkręcić probówkę zawierającą mieszaninę monomerów między końce probówek 2.2 i 2.3. Następnie ustaw łaźnię wodną na płycie grzejnej z termometrem.Zatkać rurkę 2.1 w strzykawce zawierającej fazę wodną, rurkę 2.3 w rurkę zawierającą olej hydrauliczny, a rurkę 2.4 do fazy ciągłej. Następnie przymocuj szóstą rurkę taśmą klejącą na wierzchu precyzyjnej płyty grzewczej. Następnie przymocuj szklaną fiolkę o pojemności 5 ml na końcu probówki.Następnie wyśrodkuj kapilary wewnątrz rurki i zamontuj źródło światła UV nad rurką polimeryzacyjną 2.6 na precyzyjnej płycie grzewczej. W przypadku konfiguracji skorupy rdzenia najpierw przymocuj złączkę, a następnie tuleję do obu końców rurki fluorowanej etylenu i propylenu. Następnie przełóż przez tuleję kapilę z topionej krzemionki w taki sposób, aby wystawała około trzech milimetrów z jednej strony.Użyj innej cieńszej kapilary i przełóż ją przez większą kapilę tak, aby cieńsza wystawała kilka milimetrów z jej dłuższego boku. Badania pokazują, że cząstki o średnicy od 200 do 400 mikrometrów są wytwarzane przy natężeniu przepływu od 1,50 do 2,00 ml na godzinę fazy ciągłej, podczas gdy stosunek natężenia przepływu fazy ciągłej do fazy monomeru wynosi od 20 do 200. Te obrazy z mikroskopii optycznej pokazują morfologię cząstek, w której cząstka w kształcie prolatka wydłuża swoją oś obrotu po zsyntetyzowaniu w szerszej probówce polimeryzacyjnej.Te pręcikowate cząstki są syntetyzowane w wyniku wydłużenia z większą prędkością podczas polimeryzacji w cieńszej rurce o średnicy wewnętrznej 0,5 milimetra. Cząstka ta kurczy się wzdłuż swojej osi obrotu podczas przejścia fazowego. Tutaj reprezentowane jest wydłużenie i kurczenie się aktywujących się cząstek janusa o kształcie rdzenia i pręta.Na wykresie właściwości aktywacji pojedynczych cząstek LCE, krzywe ogrzewania i chłodzenia cząstek pokazują, że najsilniejsze uruchamianie cząstek następuje przy najwyższym natężeniu przepływu, gdzie obie krzywe tworzą histarezę. Co ciekawe, nie ma spadku aktywacji cząstek nawet w ciągu 10 cykli aktywacji. Po opanowaniu, ten mikroprzepływowy zestaw można przygotować w ciągu jednej godziny, a synteza cząstek trwa od jednej do dwóch godzin, jeśli zostanie wykonana prawidłowo.Po opracowaniu, podejście to otwiera nowe możliwości dla naukowców zajmujących się przetwarzaniem elastomerów ciekłokrystalicznych, aby umożliwić wytwarzanie mikrocząstek o różnych kształtach i różnych wzorcach aktywacji. Podczas wykonywania tej procedury należy pamiętać o pracy w warunkach wolnych od promieniowania UV i stosowaniu czystych elementów mikroprzepływowych, aby zapobiec zatykaniu się podczas wytwarzania cząstek mikroprzepływowych. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak przetwarzać mieszaniny monomerów ciekłokrystalicznych w kapilarnym reaktorze mikroprzepływowym, posiadającym różne strefy temperaturowe, aby zająć się różnymi stanami ciekłokrystalicznymi.

microfluidic-preparation-of-liquid-crystalline-elastomer-actuators

Research

JoVE Journal

Chemistry

Chemia

Prezentujemy protokoły wytwarzania i automatyzacji macierzy mikrozaworów opartych na elastomerowym polidimetylosiloksanie (PDMS), które nie wymagają dodatkowej energii do zamknięcia i charakteryzują się precyzyjnymi objętościami zdefiniowanymi fotolitograficznie. Przedstawiono równoległy mieszalnik o objętości subnanolitrowej oraz zintegrowany mikrofluidyczny system perfuzyjny.

Chip mikrofluidyczny sterowany macierzami elastomerowych mikrozaworów

Ten manuskrypt pokazuje proces produkcji miękkich siłowników z elastomeru dielektrycznego opartych na membranach silikonowych. Szczegółowo przedstawiono trzy kluczowe etapy produkcji: odlewanie łopatek z cienkich membran silikonowych; tampodruk elektrod zgodnych z wymaganiami; i montaż wszystkich komponentów.

Proces wytwarzania siłowników z elastomeru dielektrycznego na bazie silikonu

Mikroprzepływowe wytwarzanie podwójnych emulsji zazwyczaj obejmuje urządzenia o wzorzystej zwilżalności lub specjalnie wykonane elementy szklane. W tym miejscu opisujemy wytwarzanie i testowanie generatora podwójnej emulsji z polidimetylosiloksanu (PDMS), który nie wymaga obróbki powierzchni ani skomplikowanych procesów produkcyjnych i jest w stanie wytwarzać podwójne emulsje do 14 μm.

Podwójne wytwarzanie emulsji przy użyciu współosiowego urządzenia do ustawiania ostrości przepływu z polidimetylosiloksanu (PDMS)

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

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

Tutaj wytwarzamy 3D polimerowe mikro/nano struktury, w których zarówno kształt, jak i wyrównanie molekularne mogą być zaprojektowane z dokładnością do skali nanometrowej za pomocą bezpośredniego pisma laserowego. Indukowane światłem odkształcenia kilku typów mikrostruktur elastomerów ciekłokrystalicznych mogą być kontrolowane w skali mikroskopowej.

Siłowniki do oświetlenia o dowolnym kształcie -- Wytwarzanie i sterowanie uruchamianiem w skali mikroskopowej

Tutaj opisujemy wytwarzanie i działanie dwuwarstwowego systemu mikroprzepływowego wykonanego z polidimetylosiloksanu (PDMS). Pokazujemy potencjał tego urządzenia w zakresie wychwytywania, kierowania szlakiem koordynacyjnym krystalicznego materiału molekularnego i kontrolowania reakcji chemicznych na uwięzionych strukturach na chipie.

Mikroprzepływowe klatki pneumatyczne: nowatorskie podejście do wychwytywania kryształów w chipach, manipulacji i kontrolowanej obróbki chemicznej

Ten artykuł opisuje szybki i prosty proces produkcji jonowych, elektromechanicznie aktywnych materiałów kompozytowych do siłowników w zastosowaniach biomedycznych, biomimetycznych i miękkiej robotyki. Szczegółowo opisano kluczowe etapy wytwarzania, ich znaczenie dla końcowych właściwości siłowników oraz niektóre z głównych technik charakteryzacji.

Produkcja jonowych, elektromechanicznie aktywnych miękkich siłowników na bazie węgla

Testy kropelek wody w oleju są przydatne do chemii analitycznej, ewolucji enzymów i analizy pojedynczych komórek, ale zazwyczaj wymagają mikrofluidyki do formowania kropel. W tym miejscu opisujemy emulgację z szablonami cząstek, bezprzepływowe podejście do wykonywania testów kropelkowych.

Emulgacja szablonowa cząstek umożliwia oznaczanie kropel bez mikroprzepływowości

Ten protokół opisuje zestaw metod syntezy mikrożelowych bloków budulcowych dla mikroporowatych rusztowań z wyżarzonymi cząstkami, które mogą być używane do różnych zastosowań medycyny regeneracyjnej.

Synteza mikroprzepływowa mikrożelowych bloków budulcowych do rusztowania cząstek wyżarzonych mikroporowato

Obecny protokół opisuje platformę mikroprzepływową do badania rozwoju biofilmu w porowatych ośrodkach quasi-2D poprzez połączenie obrazowania mikroskopowego o wysokiej rozdzielczości z jednoczesnymi pomiarami różnicy ciśnień. Platforma określa ilościowo wpływ wielkości porów i natężenia przepływu płynu w porowatych ośrodkach na biozatkanie.

Platforma mikroprzepływowa do badania biozatykania w pożywkach porowatych

Poznaj metodę mikroprzepływową do syntezy cząstek z elastomeru ciekłokrystalicznego o regulowanych właściwościach termicznych. Technika umożliwia precyzyjną kontrolę kształtu i rozmiaru dla zastosowań w miękkiej robotyce.

Przygotowanie mikroprzepływowe siłowników z elastomeru ciekłokrystalicznego

Przeglądaj więcej filmów