Artigo de método

Síntese com base em microfluídicas de estruturas orgânicas covalentes (COFs): uma ferramenta para produção contínua de fibras COF e impressão direta em uma superfície

DOI:

10.3791/56020

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10 de julho de 2017

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1Institute of Chemical and Bioengineering, Department of Chemistry and Applied Bioscience, ETH Zurich, 2Departamento de Química Inorgánica, Universidad Autónoma de Madrid, 3Departamento de Química Inorgánica, Universidad de Granada, 4Institut de Ciència de Materials de Barcelona (ICMAB-CSIC), 5School of Chemistry, University of Nottingham, 6Condensed Matter Physics Center (IFMAC), Universidad Autónoma de Madrid, 7Instituto Madrileño de Estudios Avanzados en Nanociencia (IMDEA Nanociencia)

Neste artigo

Resumo

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Apresentamos um novo método baseado em microfluídica para síntese de estruturas orgânicas covalentes (COFs). Demonstamos como essa abordagem pode ser usada para produzir fibras COF contínuas, e também estruturas COF 2D ou 3D em superfícies.

Resumo

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Covalent Organic Frameworks (COFs) são uma classe de materiais covalentes porosos que são freqüentemente sintetizados como pós cristalinos não processáveis. O primeiro COF foi relatado em 2005, com muito esforço centrado no estabelecimento de novas rotas sintéticas para sua preparação. Até à data, a maioria dos métodos sintéticos disponíveis para a síntese de COF são baseados em misturas em massa sob condições solvotérmicas. Por conseguinte, existe um interesse crescente no desenvolvimento de protocolos sistemáticos para a síntese de COF que proporcionam um controlo fino sobre as condições de reacção e melhoram a capacidade de processamento COF nas superfícies, o que é essencial para a sua utilização em aplicações práticas. Aqui, apresentamos um novo método baseado em microfluídica para síntese de COF onde a reação entre dois blocos de construção constituintes, 1,3,5-benzenotricarbaldeído (BTCA) e 1,3,5-tris (4-aminofenil) benzeno (TAPB) Ocorre em condições de difusão controlada e à temperatura ambiente. Usando tal abordagem, produz uma esponja, crysFibras de base de um material COF, doravante denominado MF-COF. As propriedades mecânicas do MF-COF e a natureza dinâmica da abordagem permitem a produção contínua de fibras MF-COF e sua impressão direta nas superfícies. O método geral abre novos aplicativos potenciais que requerem impressão avançada de estruturas COF 2D ou 3D em superfícies flexíveis ou rígidas.

Introdução

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As estruturas orgânicas covalentes (COF) são uma classe bem estabelecida de material poroso e cristalino em que os blocos de construção orgânicos são firmemente mantidos unidos pelas ligações covalentes 1 , 2 , 3 , 4 , 5 . Os COFs normalmente são montados seguindo princípios de química supramolecular, onde os blocos de construção molecular constituintes são reagidos seletivamente para definir um conjunto poroso final e predeterminado. Tal abordagem permite a síntese de materiais com estrutura controlada e ....

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Protocolo

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1. Fabricação mestre de moldes

  1. Execute o fabrico fotolitográfico de um molde mestre de silício de 4 polegadas como descrito em detalhes anteriormente 19 ; O molde principal utilizado neste estudo foi fabricado usando o mesmo protocolo.
    NOTA: Os dispositivos microfluídicos normalmente são fabricados através de um processo de vários passos. O primeiro passo é o design do canal microfluídico usando um software de desenho convencional. Em seguida, fotomáquias de filmes de alta resolução contendo a rede microfluídica são produzidas com uma precisão característica de aproximadamente 5 μm. Em seguida, moldes mestres são fabricados e....

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Resultados

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O dispositivo microfluídico usado em nossas investigações é fabricado usando moldagem convencional de réplicas PDMS 20 e incorpora quatro canais de entrada microfluídicos que se fundem em um microcanal principal. O dispositivo microfluídico final consiste em uma camada de PDMS estruturada e uma lamínula de vidro usada para fechar os microcanais impressos, como mostrado na Figura 1B .

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Discussão

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O método sintético baseado em microfluídica aqui relatado fornece uma abordagem inovadora e simples para a impressão direta de materiais COF nas superfícies. A síntese é realizada utilizando um dispositivo microfluídico de camada única, constituído por um chip PDMS microfluídico ligado a uma lamínula de vidro. A fabricação do dispositivo microfluídico pode ser conseguida através da fundição convencional de PDMS contra um molde mestre de silício e subsequentemente unir o PDMS com os microcanais impressos contra uma lamín.......

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Divulgações

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Os autores não têm nada a divulgar.

Agradecimentos

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Os autores reconhecem a Fundação Nacional da Ciência (SNF) para apoio financeiro através do projeto no. 200021_160174.

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Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo
NomeEmpresaNúmero de catálogoComentários
Máscaras de filme de alta resoluçãoMicrolitho, Reino Unido-Características de até 5um
Bolachas de silícioSilicon Materials Inc., Alemanha4 "Bolachas de silícioSuperfície frontal: polida, superfície traseira:
elastômero de silicone gravado KIT (PDMS)Dow Corning, EUASylgard 184-clorotrimetilsilano
Sigma-Aldrich, Suíça386529≥ 97%, CUIDADO: Manuseie-o apenas sob a hotte.
Perfurador de biópsiaMiltex GmBH, Alemanha33-31A-P/251,5 mm
Lamínula de vidroMenzel-Glaser, AlemanhaBB024040SC24 mm &vezes; 40 mm, #5
Instrumento gerador de plasmaDienerZepto BFrequência: 40 kHz e potência do gerador de plasma: 0-30 W
Tubulação de PTFEPKM SA, SuíçaAWG-TFS-XXXAWG 20TFS, rolo de 100 m
neMESYS Bombas de seringaCetoni GmbH, Alemanhade baixa pressão (290N)
Semadeni, Suíça8323PS, 200 ml
Espátula de plásticoSemadeni, Suíça3340L &vezes; W : Bisturis descartáveis de 135 mm x 14 mm
B. Braun, Suíça233-5320Nr. 20
Seringas descartáveisVWR, Suíça613-39515 ml, Ácido acético Discardit II
Sigma-Aldrich, Suíça695092-500>=99,7%, CUIDADO: Manuseie apenas sob a hotte.
1,3,5-benzenotricarbaldeídoAldrich-Fine Chemicals75349197%
1,3,5-Tris(4-aminofenil)benzenoIndústria Química de TóquioT2728-5G>93,0%
Copo descartável

Referências

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  1. Cote, A. P., et al. Porous, crystalline, covalent organic frameworks. Science. 310, 1166-1170 (2005).
  2. Ding, S. Y., Wang, W. Covalent organic frameworks (COFs): from design to applications. Chem Soc Rev. 42, 548-568 (2013).
  3. Huang, N., Wang, P., Jiang, D.....

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Etiquetas

Microfluidic SynthesisCovalent Organic FrameworksCOF FibersDirect PrintingContinuous ProductionRoom TemperatureSyringe PumpPDMS ChipScanning Electron MicroscopySurface Patterning

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