Name: Síntese com base em microfluídicas de estruturas orgânicas covalentes (COFs): uma ferramenta para produção contínua de fibras COF e impressão direta em uma superfície (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-07-10T11:30:00.000+00:00
Duration: 8 min 42 s
Description: Aprenda a síntese de estruturas orgânicas covalentes por microfluídica para produção contínua de fibras COF e impressão direta em superfícies. Este método avança a processabilidade de materiais cristalinos.

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

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

1. Fabricação mestre de moldes <ol><li> 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 em uma bolacha de silicone de 4 polegadas através de técnicas de fotolitografia padrão. O SU-8, uma fotorresistência negativa, é empregado para a fabricação dos moldes principais nas investigações atuais. A altura das estruturas SU-8 é definida como sendo de 50 μm em nossos dispositivos. Finalmente, os dispositivos microfluídicos são fabricados por vazamento direto de um polímero transparente, normalmente polidimetadoHylsiloxane (PDMS), contra o molde mestre. </li></ol> 2. Fabricação de dispositivos de microfluídica de camada única NOTA: O protocolo requer um forno a 70 ° C. A temperatura do forno deve ser estabilizada a 70 ° C antes de iniciar o protocolo de fabricação. Temperaturas mais baixas podem levar a dispositivos mal encadernados e não funcionais. <ol><li> Coloque o molde mestre fabricado em um dessecador, equipado com uma bomba de vácuo. Em seguida, despeje 100 μL de clorotrimetilsilano num frasco de vidro e coloque-o dentro do dessecador. NOTA: CUIDADO! O clorotrimetilsilano é uma substância corrosiva, perigosa e tóxica. Consequentemente, todas as etapas de manuseio devem ser realizadas sob uma capa de ventilação bem ventilada, e devem ser usados ​​óculos de proteção apropriados, luvas e bata de laboratório. </li><li> Feche o dessecador e coloque sob vácuo (neste experimento, 51 mbar). Aguarde pelo menos 1 h para garantir a deposição de clorotrimetileno vaporizadoSilano na superfície do molde mestre. Após 1 h, abra suavemente a válvula de ar do dessecador para equilibrá-la à pressão atmosférica e abra-a. NOTA: CUIDADO! Assim que o dessecador for aberto, o vapor de clorotrimetilsilano escapa; Não respire diretamente acima do dessecador e execute sempre o acima em uma exaustão ventilada. </li><li> Retire cuidadosamente o molde mestre silanizado à mão e feche o dessecador. Armazene o molde mestre em uma caixa fechada (ou dentro de uma capa de fluxo laminar) para evitar a deposição de partículas na sua superfície. NOTA: Todas as etapas de processo devem ser realizadas sob um capô de fluxo laminar operando com uma velocidade de ar uniforme. </li><li> Prepare uma mistura de pré-polímero PDMS e agente de cura (10: 0,9 em peso) em um copo descartável e misture vigorosamente com uma espátula de plástico. Como guia, use 20 g de elastômero e 1,8 g de agente de cura para fabricar quatro dispositivos microfluídicos PDMS de aproximadamente 5 mm de espessura. </li><li> Coloque o copo contendo a PD bem misturadaMS em um dessecador sob vácuo para desgaseificar e remover bolhas de ar. Uma vez que o PDMS é desgaseificado, abra o dessecador e remova o copo. NOTA: Nesta experiência, leva aproximadamente 30 min a 51 mbar. </li><li> Coloque suavemente quatro quadros quadrados ( por exemplo , quadros de politetrafluoroetileno (PTFE) com dimensões internas de 24 mm x 24 mm) no molde mestre, de modo que cada um forme uma parede em torno de uma única estrutura padronizada no molde principal. </li><li> Despeje o PDMS desgaseificado nos quadros e no topo do molde principal até ficar cheio. Coloque o molde mestre com os quadros quadrados preenchidos em um forno a 70 ° C por 2 h. </li><li> Após 2 h, retire o molde mestre do forno e deixe o conjunto esfriar até a temperatura ambiente. </li><li> Retire manualmente as lajes PDMS estruturadas (ou chips PDMS) e os quadros quadrados, separando-os cuidadosamente do molde principal e deslize os chips PDMS para fora dos quadros quadrados. </li><li> Punch orifícios de entrada e saída usando um perfurador de biópsia de 1,5 mm noPosições no design, por exemplo , no final dos canais microfluídicos. Corte os pedaços extras de PDMS e remova os resíduos da superfície dos chips PDMS estruturados usando fita adesiva. </li><li> Coloque os chips PDMS (com os canais abertos voltados para cima), bem como os lamínulas de vidro, na câmara de um gerador de plasma e feche a câmara. </li><li> Coloque o gerador de plasma sob vácuo (1,4 mbar aqui); Ligue o gerador de plasma por 1 min. </li><li> Após 1 minuto, desligue o gerador de plasma, ventile a câmara e remova as pastilhas PDMS tratadas e lamínulas de vidro. Vincule os chips PDMS (do lado com canais estruturados) e lamelas de vidro em conjunto para fechar os canais; Neste ponto, os dispositivos microfluídicos de camada única são fabricados. </li><li> Finalmente, coloque os dispositivos microfluídicos ligados em um forno a 70 ° C durante pelo menos 4 h para aumentar substancialmente a ligação entre o PDMS e o vidro. </li></ol> 3. PrepararIon das Soluções de Instalação e Precursor Microfluídicas <ol><li> Prepare uma solução de 0,040 M de BTCA em ácido acético. NOTA: CUIDADO! O ácido acético é um composto perigoso, corrosivo e inflamável e seu vapor é extremamente irritante para os olhos e para o sistema respiratório. Consequentemente, os passos de manipulação devem ser realizados em uma chaminé. Além disso, o usuário deve usar uma jaqueta de proteção, óculos e luvas. </li><li> Prepare uma solução de 0,040 M de TAPB em ácido acético. NOTA: O dispositivo microfluídico usado nas experiências atuais tem quatro canais de entrada ( Figura 1B e Figura 2 ). </li><li> Coloque as soluções BTCA e TAPB em duas seringas diferentes (5 mL de seringas carregadas com solução de 3 mL aqui), coloque e fixe as seringas sobre uma bomba de seringa e conecte-as às duas entradas médias do chip microfluídico fabricado (um reagente por entrada) usando Tubo de PTFE (0,8 mm de diâmetro interno). </li><li> Carregue duas outras seringas com puroÁcido acético (aqui 5 mL de seringas totalmente carregadas), coloque e fixe as seringas na bomba da seringa e conecte-as às duas entradas laterais do microfluídico utilizando o mesmo tipo de tubo de PTFE. </li><li> Conecte uma tubulação de PTFE suficientemente longa (na experiência atual, ~ 15 cm) à saída do chip microfluídico. Use uma bomba de seringa controlada por computador para motivar fluxos de fluido conforme descrito nas seguintes etapas. </li></ol> 4. Síntese Contínua de Fibras MF-COF <ol><li> O uso da bomba da seringa introduz dois fluxos de bainha de ácido acético cada um com uma taxa de fluxo de 100 μL / min; Os fluxos da bainha estão localizados no lado externo dos fluxos de reagente ( Figura 2 ). </li><li> Aguarde 1 minuto e injete os dois reagentes (TAPB e BTCA) através das duas entradas médias (um reagente por entrada) cada uma com um caudal de 50 μL / min. Aguarde 1 minuto até que os fluxos estáveis ​​sejam estabelecidos. </li><li> Observe a formação de microestrutura fibrosa amarelaAnteriormente caracterizados como MF-COF por espectroscopia de infravermelho de infravermelho de transformada de Fourier (FT-IR), análise elementar e estado sólido 13 C CP-MAS-RMN 6 ; Nessas condições, a formação de MF-COF não é contínua. </li><li> Aumente o caudal de TAPB e BTCA para 200 μL / min e mantenha os dois fluxos de bainha de ácido acético a 100 μL / min. Agora aguarde 1 minuto até o fluxo se estabilizar. Observe a formação de uma suspensão altamente concentrada de fibras amarelas de MF-COF, o que, em última instância, leva ao bloqueio da saída. </li><li> Como o chip e a tubulação de saída agora não são funcionais, use um novo chip e prepare-o para experimentar de acordo com as etapas 3.3-3.6. </li><li> Introduza dois fluxos de bainha de ácido acético cada um com um caudal de 100 μL / min e aguarde 1 min. Defina os fluxos de TAPB e BTCA a cada 100 μL / min e observe a formação de uma fibra MF-COF amarela contínua. </li><li> Coloque a saída da tubulação em uma placa de Petri contendo acetÁcido ácido. Por exemplo, coloque 10 mL de ácido acético em uma placa de Petri de vidro redondo (60 mm de diâmetro). Uma vez que a fibra sintetizada sai do tubo localizado na saída do dispositivo microfluídico, mova o tubo sobre uma superfície para facilitar a saída da fibra MF-COF contínua. </li></ol> 5. Impressão direta de estruturas 2D e 3D MF-COF NOTA: Como a fibra sintetizada pode não ser completamente homogênea, a velocidade de deposição deve ser ajustada para garantir a impressão contínua. <ol><li> Prepare a configuração microfluídica como descrito na seção 3 e injete todas as quatro soluções a cada uma com um caudal de 100 μL / min. </li><li> Aguarde 1 minuto até que os fluxos estejam estabilizados e a fibra de MF-COF sintetizada sai do tubo localizado na saída do dispositivo microfluídico. Prepare um substrato limpo ao lado da saída do tubo localizado na saída do dispositivo microfluídico para impressão direta de fibras MF-COF. NOTA: Em nossas investigações, 24 mmForam utilizados lâminas de vidro de x 76 mm para todas as experiências de impressão. </li><li> Segure o tubo conectado à saída do dispositivo microfluídico de modo que sua extremidade seja a alguns milímetros acima do lamínula de vidro. Mova lentamente o tubo sobre a lamínula de vidro para facilitar a saída da fibra MF-COF e evite a agregação. </li><li> Uma vez que os fluxos estão estabilizados, levante lentamente o tubo localizado na saída do dispositivo microfluídico, a aproximadamente 2-3 cm do coberturas de vidro, para observar uma fibra MF-COF independente e estável. </li><li> Para continuar a imprimir, traga a saída do tubo de volta para a lamínula de vidro e mova manualmente o tubo na superfície para desenhar a estrutura MF-COF 2D ou 3D desejada. </li></ol>

<ol><li>Cote, A. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Porous%2C+crystalline%2C+covalent+organic+frameworks%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Porous, crystalline, covalent organic frameworks.</a> Science. 310, 1166-1170 (2005).</li>
<li>Ding, S. Y., Wang, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Covalent+organic+frameworks+%28COFs%29%3A+from+design+to+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Chem+Soc+Rev%22%5BJournal%5D)">Covalent organic frameworks (COFs): from design to applications.</a> Chem Soc Rev. 42, 548-568 (2013).</li>
<li>Huang, N., Wang, P., Jiang, D. L. <a target="_blank" href="http://www.nature.com/articles/natrevmats201668">Covalent organic frameworks: a materials platform for structural and functional designs.</a> Nat Rev Mater. 1, 16068(2016).</li>
<li>Xu, H., Gao, J., Stable Jiang, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((crystalline%2C+porous%2C+covalent+organic+frameworks+as+a+platform+for+chiral+organocatalysts%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Chem%22%5BJournal%5D)">crystalline, porous, covalent organic frameworks as a platform for chiral organocatalysts.</a> Nat Chem. 7, 905-912 (2015).</li>
<li>Wan, S., Guo, J., Kim, J., Ihee, H., Jiang, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Belt-Shaped%2C+Blue+Luminescent%2C+and+Semiconducting+Covalent+Organic+Framework%5BTitle%5D)+AND+%22Angew+Chem+Int+Edit%22%5BJournal%5D)">A Belt-Shaped, Blue Luminescent, and Semiconducting Covalent Organic Framework.</a> Angew Chem Int Edit. 47, 8826-8830 (2008).</li>
<li>Rodriguez-San-Miguel, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Crystalline+fibres+of+a+covalent+organic+framework+through+bottom-up+microfluidic+synthesis%5BTitle%5D)+AND+%22Chem+Commun%22%5BJournal%5D)">Crystalline fibres of a covalent organic framework through bottom-up microfluidic synthesis.</a> Chem Commun. 52, 9212-9215 (2016).</li>
<li>Bisbey, R. P., DeBlase, C. R., Smith, B. J., Dichtel, W. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Two-dimensional+Covalent+Organic+Framework+Thin+Films+Grown+in+Flow%5BTitle%5D)+AND+%22J+Am+Chem+Soc%22%5BJournal%5D)">Two-dimensional Covalent Organic Framework Thin Films Grown in Flow.</a> J Am Chem Soc. 138, 11433-11436 (2016).</li>
<li>Spitler, E. L., Dichtel, W. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lewis+acid-catalysed+formation+of+two-dimensional+phthalocyanine+covalent+organic+frameworks%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Chem%22%5BJournal%5D)">Lewis acid-catalysed formation of two-dimensional phthalocyanine covalent organic frameworks.</a> Nat Chem. 2, 672-677 (2010).</li>
<li>Keskin, S. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jp209804x">Adsorption, Diffusion, and Separation of CH4/H-2 Mixtures in Covalent Organic Frameworks: Molecular Simulations and Theoretical Predictions.</a> J Phys Chem C. 116, 1772-1779 (2012).</li>
<li>Tilford, R. W., Mugavero, S. J., Pellechia, P. J., Lavigne, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tailoring+microporosity+in+covalent+organic+frameworks%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Mater%22%5BJournal%5D)">Tailoring microporosity in covalent organic frameworks.</a> Adv Mater. 20, 2741-2746 (2008).</li>
<li>Hasegawa, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-dimensional+porous+coordination+polymer+functionalized+with+amide+groups+based+on+tridentate+ligand%3A+Selective+sorption+and+catalysis%5BTitle%5D)+AND+%22J+Am+Chem+Soc%22%5BJournal%5D)">Three-dimensional porous coordination polymer functionalized with amide groups based on tridentate ligand: Selective sorption and catalysis.</a> J Am Chem Soc. 129, 2607-2614 (2007).</li>
<li>Das, G., et al. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/-/content/articlehtml/2015/sc/c5sc00512d">Chemical sensing in two dimensional porous covalent organic nanosheets.</a> Chem Sci. 6, 3931-3939 (2015).</li>
<li>Guo, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Conjugated+organic+framework+with+three-dimensionally+ordered+stable+structure+and+delocalized+pi+clouds%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Commun%22%5BJournal%5D)">Conjugated organic framework with three-dimensionally ordered stable structure and delocalized pi clouds.</a> Nat Commun. 4, 2736(2013).</li>
<li>Furukawa, H., Yaghi, O. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Storage+of+Hydrogen%2C+Methane%2C+and+Carbon+Dioxide+in+Highly+Porous+Covalent+Organic+Frameworks+for+Clean+Energy+Applications%5BTitle%5D)+AND+%22J+Am+Chem+Soc%22%5BJournal%5D)">Storage of Hydrogen, Methane, and Carbon Dioxide in Highly Porous Covalent Organic Frameworks for Clean Energy Applications.</a> J Am Chem Soc. 131, 8875-8883 (2009).</li>
<li>Xu, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrochemically+active%2C+crystalline%2C+mesoporous+covalent+organic+frameworks+on+carbon+nanotubes+for+synergistic+lithium-ion+battery+energy+storage%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Rep-Uk%22%5BJournal%5D)">Electrochemically active, crystalline, mesoporous covalent organic frameworks on carbon nanotubes for synergistic lithium-ion battery energy storage.</a> Sci Rep-Uk. 5, 8225(2015).</li>
<li>El-Kaderi, H. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Designed+synthesis+of+3D+covalent+organic+frameworks%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Designed synthesis of 3D covalent organic frameworks.</a> Science. 316, 268-272 (2007).</li>
<li>Ruigomez, A. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct+On-Surface+Patterning+of+a+Crystalline+Laminar+Covalent+Organic+Framework+Synthesized+at+Room+Temperature%5BTitle%5D)+AND+%22Chem+Eur+J%22%5BJournal%5D)">Direct On-Surface Patterning of a Crystalline Laminar Covalent Organic Framework Synthesized at Room Temperature.</a> Chem Eur J. 21, 10666-10670 (2015).</li>
<li>Segura, J. L., Mancheno, M. J., Zamora, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Covalent+organic+frameworks+based+on+Schiff-base+chemistry%3A+synthesis%2C+properties+and+potential+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Chem+Soc+Rev%22%5BJournal%5D)">Covalent organic frameworks based on Schiff-base chemistry: synthesis, properties and potential applications.</a> Chem Soc Rev. 45, 5635-5671 (2016).</li>
<li>Abrishamkar, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microfluidic+Pneumatic+Cages%3A+A+Novel+Approach+for+In-chip+Crystal+Trapping%2C+Manipulation+and+Controlled+Chemical+Treatment%5BTitle%5D)+AND+%22J+Vis+Exp%22%5BJournal%5D)">Microfluidic Pneumatic Cages: A Novel Approach for In-chip Crystal Trapping, Manipulation and Controlled Chemical Treatment.</a> J Vis Exp. (113), e54193(2016).</li>
<li>Duffy, D. C., McDonald, J. C., Schueller, O. J. A., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rapid+prototyping+of+microfluidic+systems+in+poly%28dimethylsiloxane%29%5BTitle%5D)+AND+%22Anal+Chem%22%5BJournal%5D)">Rapid prototyping of microfluidic systems in poly(dimethylsiloxane).</a> Anal Chem. 70, 4974-4984 (1998).</li>
<li>Rubio-Martinez, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Freezing+the+Nonclassical+Crystal+Growth+of+a+Coordination+Polymer+Using+Controlled+Dynamic+Gradients%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Mater%22%5BJournal%5D)">Freezing the Nonclassical Crystal Growth of a Coordination Polymer Using Controlled Dynamic Gradients.</a> Adv Mater. 28, 8150-8155 (2016).</li>
<li>Liu, H., et al. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2015/SC/c5sc00314h">A Catalytic Chiral Gel Microfluidic Reactor Assembled via Dynamic Covalent Chemistry.</a> Chem Sci. 6, 2292-2296 (2015).</li>
<li>Puigmarti-Luis, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stepwise+Template+Growth+of+Functional+Nanowires+from+an+Amino+Acid-Supported+Framework+in+a+Microfluidic+Chip%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Stepwise Template Growth of Functional Nanowires from an Amino Acid-Supported Framework in a Microfluidic Chip.</a> ACS Nano. 8 (1), 818-826 (2014).</li>
</ol>

Os autores não têm nada a divulgar.

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...

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 ordenada ( por exemplo , com dimensões de poro definidas) e composição 3 , 6 , 7 , 8 . Em comparação com outros materiais porosos, os COFs são únicos, uma vez que são compostos de elementos leves (C, H, B, N e O) e possuem poro ajustável.<html> 1 , 5 . Inspirados por essas características únicas e intrínsecas, as COFs foram avaliadas quanto à aplicação potencial em separações químicas 9 , armazenamento de gás 10 e catálise 11 , sensores 12 , optoeletrônicos 13 , tecnologias de energia limpa 14 e dispositivos de energia eletroquímica 15 . Até à data, a grande maioria dos métodos utilizados para a preparação de materiais COF baseia-se em auto-condensação solvotérmica e reações de co-condensação, onde altas temperaturas e pressões são o padrão. Embora os COF sejam termicamente robustos, eles geralmente sofrem de processabilidade limitada, ou seja , os COFs são geralmente pós insolúveis e cristalinos não processáveis, o que limita significativamente seu uso em uma variedade de aplicações práticas e práticasSs = &quot;xref&quot;&gt; 2 , 6 , 8 , 16 , 17 . Apesar dos notáveis ​​progressos realizados na síntese de COF, um grande desafio no campo é desenvolver um método que permita a preparação de COF em condições de reação adequadas ( por exemplo , temperatura e pressão), o que pode facilitar a sua capacidade de processamento em superfícies. Recentemente, estudos mostraram que a química da base Shiff pode ser usada para sintetizar um COF baseado em imina à temperatura ambiente. O COF produzido, denominado RT-COF-1, se forma devido à reação rápida e eficiente entre 1,3,5-tris (4-aminofenil) benzeno (TAPB) e 1,3,5-benzenotricarbaldeído (BTCA) 17 ( Figura 1A ). A eficácia deste método sintético foi demonstrada pela impressão direta de padrões micrométricos e submicrônicos de RT-COF-1 em superfícies rígidas e flexíveis utilizando litografia ouTécnicas de impressão a jato de tinta. Mais recentemente, e fazendo uso da microfluídica, demonstramos uma abordagem efetiva para a síntese contínua de fibras do mesmo COF baseado em imina a seguir denominado MF-COF 6 . Ao contrário de outras abordagens sintéticas relatadas para a geração de COFs 18 , este método sintético baseado em microfluídicas permitiu a síntese rápida de fibras MF-COF à temperatura ambiente e pressões em poucos segundos. Além disso, e devido à estabilidade mecânica das fibras de MF-COF sintetizadas, demonstramos como esse método baseado em microfluídica pode permitir a impressão direta de estruturas 2D e 3D em superfícies. Aqui, demonstramos que esse método pode ser usado para desenhar estruturas COF em várias superfícies com diferentes propriedades químicas e físicas. Acreditamos que este novo método abre novos caminhos para o padrão bem controlado e impressão direta de COFs em diferentes orientações e em várias superfícies.

<table><tbody><tr><td>Máscaras de filme de alta resolução</td><td>Microlitho, Reino Unido</td> <td>-</td> <td>Características de até 5um</td></tr><tr><td>Bolachas de silício</td><td>Silicon Materials Inc., Alemanha</td><td>4 "Bolachas de silício</td><td>Superfície frontal: polida, superfície traseira:</td></tr><tr><td>elastômero de silicone gravado KIT (PDMS)</td> <td>Dow Corning, EUA</td><td>Sylgard 184-clorotrimetilsilano</td><td></td></tr> <tr><td></td><td>Sigma-Aldrich, Suíça</td><td>386529</td><td>&ge; 97%, CUIDADO: Manuseie-o apenas sob a hotte.</td></tr><tr><td>Perfurador de biópsia</td><td>Miltex GmBH, Alemanha</td><td>33-31A-P/25</td><td>1,5 mm</td></tr><tr><td>Lamínula de vidro</td><td>Menzel-Glaser, Alemanha</td><td>BB024040SC</td><td>24 mm &vezes; 40 mm, #5</td></tr><tr><td>Instrumento gerador de plasma</td><td>Diener</td><td>Zepto B</td><td>Frequência: 40 kHz e potência do gerador de plasma: 0-30 W</td></tr><tr><td>Tubulação de PTFE</td><td>PKM SA, Suíça</td><td>AWG-TFS-XXX</td><td>AWG 20TFS, rolo de 100 m</td></tr><tr><td>neMESYS Bombas de seringa</td><td>Cetoni GmbH, Alemanha</td> Copo descartável <td>de baixa pressão (290N)</td><td></td></tr> <tr><td></td><td>Semadeni, Suíça</td><td>8323</td><td>PS, 200 ml</td></tr><tr><td>Espátula de plástico</td><td>Semadeni, Suíça</td><td>3340</td><td>L &vezes; W : Bisturis descartáveis de 135 mm x 14 mm</td></tr><tr><td></td><td>B. Braun, Suíça</td><td>233-5320</td><td>Nr. 20</td></tr><tr><td>Seringas descartáveis</td><td>VWR, Suíça</td><td>613-3951</td><td>5 ml, Ácido acético Discardit II</td></tr><tr><td></td><td>Sigma-Aldrich, Suíça</td><td>695092-500</td><td>>=99,7%, CUIDADO: Manuseie apenas sob a hotte.</td></tr><tr><td>1,3,5-benzenotricarbaldeído</td><td>Aldrich-Fine Chemicals</td><td>753491</td><td>97%</td></tr><tr><td>1,3,5-Tris(4-aminofenil)benzeno</td><td>Indústria Química de Tóquio</td><td>T2728-5G</td><td>>93,0%</td></tr></tbody></table>

síntese com base em microfluídicas de estruturas orgânicas covalentes (cofs): uma ferramenta para produção contínua de fibras cof e impressão direta em uma superfície

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

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.

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 . <p class="jove_content" fo:keep-together.within...

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.

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

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

O objetivo geral desta abordagem é demonstrar como uma plataforma baseada em microfluídica pode ser utilizada para produzir fibras contínuas de estruturas covalentes orgânicas que podem ser impressas em superfícies para criar estruturas bidimensionais e tridimensionais. Apesar do notável progresso na síntese de estruturas covalentes e orgânicas, o desenvolvimento de um método que facilite a processabilidade desses materiais ainda representa um desafio, o que torna esta abordagem muito promissora. Este método contribui efetivamente para o campo dos materiais cristalinos mediante a introdução de uma nova abordagem sintética para a produção de fibras contínuas de estruturas covalentes e orgânicas, aumentando assim sua processabilidade.Para iniciar a fabricação do dispositivo, em uma capela de exaustão, coloque um molde-mestre de silício fabricado a partir de uma pastilha de silício de quatro polegadas em um dessecador a vácuo. Adicione 100 microlitros de cloreto de trimetilsilila em um vial de vidro e coloque o vial no dessecador a vácuo. Feche o dessecador e submeta-o a vácuo.Permita que o vapor de cloreto de trimetilsilila se deposite sobre a superfície do molde-mestre por uma hora. Em seguida, ventile lentamente o dessecador. Remova o molde-mestre silanizado e feche o dessecador.Armazene o molde silanizado em um recipiente fechado ou em uma cabine de fluxo laminar. Em seguida, em um copo descartável, use uma espátula de plástico para misturar o elastômero de PDMS e o agente de cura na proporção de 10:0,9 em peso. Desgaseifique a mistura em um dessecador a vácuo durante 30 minutos.Em seguida, posicione cuidadosamente quatro estruturas de PTFE sobre a matriz-mestra, de modo que cada estrutura circunde um único padrão na matriz. Despeje a mistura de PTMS nas estruturas e sobre a matriz até preenchê-las completamente. Cure a PDMS em estufa a 70 graus Celsius por duas horas, depois retire a matriz da estufa e deixe os chips de PDMS esfriarem até a temperatura ambiente na cabine de fluxo laminar.Uma vez frio, separe cuidadosamente os moldes do molde manualmente. Deslize suavemente os chips de PDMS para fora do molde. Use uma punção de biópsia de 1,5 milímetro para furar orifícios de entrada e saída na extremidade dos canais microfluídicos nos chips.Retire o excesso de PDMS dos chips e limpe as superfícies do chip e da lamínula com fita adesiva. Coloque os chips limpos em um gerador de plasma com os canais abertos voltados para cima, juntamente com quatro lamínulas de vidro. Evacue a câmara de amostra e execute o gerador por um minuto.Em seguida, libere a pressão da câmara e remova os chips e lamínulas tratados com plasma. Una cada chip a uma lamínula tratada com os canais abertos voltados para baixo, pressionando suavemente o chip sobre a lamínula. Coloque os chips microfluídicos resultantes em uma estufa a 70 graus Celsius por pelo menos quatro horas para reforçar a ligação entre o PDMS e o vidro.Para começar a preparação da síntese, aspire três mililitros de BTCA 40 mili molar em ácido acético em uma seringa de cinco mililitros. Aspire três mililitros de TAPB 40 mili molar em ácido acético em outra seringa de cinco mililitros. Utilize tubos de PTFE com diâmetro interno de 0,8 milímetros e conecte os tubos de um lado às seringas.Monte ambas as seringas em uma bomba de seringa. Em seguida, encha duas seringas de cinco mililitros com ácido acético, utilize tubo de PTFE com diâmetro interno de 0,8 milímetros e conecte as tubulações de um lado às seringas. Fixe essas seringas nas bombas de seringa.Em seguida, obtenha um chip microfluídico de quatro canais em camada única. Conecte o outro extremo do tubo de PTFE às entradas do dispositivo microfluídico e conecte as seringas às entradas dos canais externos. Conecte um trecho de tubo de PTFE de 15 centímetros ao orifício de saída do chip.Fixe a extremidade do tubo em uma placa de Petri de 60 milímetros contendo 10 mililitros de ácido acético. Coloque uma lamínula de vidro ao lado da placa de Petri. Ajuste cada bomba de seringa para uma taxa de fluxo de 100 microlitros por minuto e inicie as bombas.Aguarde um minuto para que os fluxos se estabilizem, monitorando simultaneamente a formação da fibra MF-COF no chip. Altere as taxas de fluxo do ácido acético e verifique os tubos de saída. Se os fluxos de revestimento do ácido acético forem muito altos em relação aos fluxos de BTCA e TAPB, a suspensão da microestrutura da fibra MF-COF será muito diluída para formar uma fibra contínua.Se os fluxos da capa de ácido acético forem muito baixos em relação aos fluxos do reagente, a alta concentração de fibras MF-COF entupirá a tubulação de saída. Ajuste cada seringa para uma taxa de fluxo de 100 microlitros por minuto e aguarde um minuto para que os fluxos se estabilizem. Uma vez que os fluxos estejam estabilizados e a fibra contínua de MF-COF atinja a extremidade do tubo de saída, segure a ponta do tubo, alguns milímetros acima da superfície.Mova lentamente o tubo para formar uma estrutura de MF-COF. As propriedades mecânicas adequadas decorrem da organização microscópica do MF-COF, permitindo o uso de fibras de MF-COF para criação conformal de estruturas bidimensionais e tridimensionais sobre saraphasis. Levante lentamente o tubo dois a três centímetros da superfície para produzir uma fibra de MF-COF estável e autoportante.Abaixe lentamente o tubo para continuar desenhando uma estrutura 2D ou 3D diretamente sobre a lamínula. As fibras de MF-COF foram sintetizadas a partir de TAPB e BTCA, utilizando um dispositivo microfluídico de quatro canais. A microscopia eletrônica de varredura mostrou que as fibras consistiam em micro e nano fibras interconectadas, formando estruturas porosas semelhantes a esponjas 3D, que conferem as propriedades mecânicas necessárias para imprimir estruturas 2D e 3D.As estruturas MF-COF 2D foram impressas em superfícies de vidro mediante o desenho de formas enquanto a fibra era continuamente gerada. A precisão relativa do processo de impressão foi ainda mais evidenciada em experimentos de escrita sobre vidro. As fibras não se fundiram quando foram dispostas em padrão sobreposto, permitindo a impressão de estruturas 3D.Além do vidro, estruturas MF-COF foram impressas em papel-tissue, papelão, folha de alumínio e poliestireno. Ao tentar este procedimento, lembre-se de realizar todas as etapas de fabricação do dispositivo microfluídico dentro da cabine de fluxo laminar e todas as etapas de síntese que envolvam o manuseio de ácido acético sob capela. Após seu desenvolvimento, esta técnica abre caminho para pesquisadores na área de materiais cristalinos explorarem novas aplicações tecnológicas que exijam padronização avançada de estruturas 2D e 3D feitas de fibras cristalinas e várias seraphasis.Após assistir a este vídeo, você deverá ter uma boa compreensão de como sintetizar a fibra contínua de estruturas orgânicas covalentes utilizando uma plataforma microfluídica e de como imprimir a fibra produzida e a serafase para criar estruturas bidimensionais e tridimensionais.

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

Research

JoVE Journal

Chemistry

Química

Millifluidic dispositivos são utilizados para a síntese controlada de nanomateriais, análise resolvida no tempo de mecanismos de reacção e catálise de fluxo contínuo.

Millifluidics para síntese química e resolvida no tempo estudos sobre os mecanismos

Dois fluidos adjacentes que passam por um canal microfluido ranhurado podem ser direcionados para formar uma baia em torno de um núcleo prepolímero; determinando, assim, tanto a forma quanto a seção transversal. A polimerização fotoincializada, como a química do clique de tiol, é adequada para solidificar rapidamente o fluido do núcleo em uma microfibra com tamanho e forma predeterminados.

Fabricação microfluida de fibras poliméricas e biohibridas com tamanho e forma predesigned

Síntese, ativação e caracterização de materiais de estrutura metal-orgânicas intencionalmente projetado é um desafio, especialmente quando os blocos de construção são polimorfos incompatíveis ou indesejados são termodinamicamente favorecidos em detrimento de formas desejadas. Nós descrevemos como aplicações de intercâmbio vinculador assistida por solvente, pó de difração de raios-X em capilares e ativação via CO 2 supercrítico secagem, pode lidar com alguns desses desafios.

Síntese e caracterização de funcionalizados metal-organic frameworks

Estruturas de metal-orgânicos são eficazes em armazenamento de gás e catálise heterogênea, mas resultado de métodos de síntese típica em pó solto que são difíceis de incorporar materiais inteligentes. Vamos demonstrar um método de primeiros tecidos de revestimento com óxidos metálicos ALD, resultando em filmes conformados do MOF nos tecidos durante a síntese de solvothermal.

Síntese de Solvothermal de MIL-96 e UiO-66-NH2 na camada atômica depositado revestimentos de óxido metálico em esteiras de fibra

Revestimentos de robusta catecol funcional foram produzidos em uma única etapa pela reação direta do material conhecido como HKUST com catecóis sintéticos em condições anaeróbias. A formação de revestimentos homogéneos em torno do cristal inteiro é atribuída à atividade catalítica biomimetic de dímeros de Cu(II) na superfície externa dos cristais.

Functionalization superfície de estruturas Metal-orgânicas para resistência à umidade melhorada

Apresentado é um método fácil para fabricar estruturas de múltipla escala nano-micro, para superfícies funcionais, agregando nanofibras fabricadas usando um filtro de óxido de alumínio anódico.

Estruturas de múltipla escala agregadas por nanofibras impressos para superfícies funcionais

Este artigo descreve um protocolo juntamente com um estudo comparativo de duas técnicas de fabricação microfluida, a fotolitografia/gravura úmida/ligação térmica e Gravura Seletiva induzida por laser (SLE), que são adequadas para condições de alta pressão. Essas técnicas constituem plataformas de habilitação para observação direta do fluxo de fluidos em mídia permeável substituta e sistemas fraturados em condições de reservatório.

Técnicas de fabricação microfluidica para testes de alta pressão do transporte de espuma de CO2 supercrítica de microescala em reservatórios não convencionais fraturados

Este protocolo descreve uma técnica de impressão 3D para fabricar estruturas semelhantes a ossos, depositando uma tinta de fosfato de cálcio em um suporte granular à base de gelatina. Os análogos ósseos impressos são depositados em forma livre, com flexibilidade para a colheita direta da impressão ou reticulação dentro de uma matriz celular viva para construções multifásicas.

Bioimpressão Cerâmica Omnidirecional em Suspensões Carregadas de Células para a Geração de Análogos Ósseos

Aqui, demonstramos um protocolo para a síntese em duas etapas de núcleos monocristalinos usando um par não-isoestrutural metal-orgânico (MOF), HKUST-1 e MOF-5, que possuem reticulados cristalinos bem combinados.

Síntese de estruturas metal-orgânicas de núcleo cristalino único

Um protocolo para a síntese e caracterização de monocamadas de estrutura metal-orgânica automontadas é fornecido usando cristais de estrutura metal-orgânica (MOF) enxertados com polímero. O procedimento mostra que as partículas MOF enxertadas com polímero podem ser automontadas em uma interface ar-água, resultando em estruturas monocamada bem formadas e independentes, conforme evidenciado por imagens de microscopia eletrônica de varredura.

Síntese e caracterização de monocamadas de estrutura metal-orgânica automontadas usando partículas revestidas com polímero

Neste artigo, apresentamos a preparação de hidrogéis de gelatina MOF, que se beneficiam das propriedades termorreversíveis da gelatina, associadas à sua separação de fases por coacervação. Esses compósitos de hidrogel exibem alta carga de MOF, grande porosidade e uma boa distribuição espacial das partículas de MOF dentro da matriz de gelatina.

Preparação de Hidrogéis Metal-Orgânicos - Gelatina por Coacervação

Aprenda a síntese de estruturas orgânicas covalentes por microfluídica para produção contínua de fibras COF e impressão direta em superfícies. Este método avança a processabilidade de materiais cristalinos.

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

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

Explorar mais vídeos