Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Bioengineering
Click here for the English version

Bioengineering

إعداد Monodomain الكريستال السائل اللدائن والكريستال السائل المرنة Nanocomposites

Published: February 6, 2016 doi: 10.3791/53688
Automatic Translation
1, 1, 2, 2, 1, 3, 2,4, 1,3
1Chemical and Biomolecular Engineering, Rice University, 2Bioengineering, Rice University, 3Materials Sciences and NanoEngineering, Rice University, 4Congenital Heart Surgery Services, Texas Children’s Hospital

Abstract

LCEs هي مواد شكل استجابة لتغير عكسها تماما الشكل والتطبيقات الممكنة في مجال الطب وهندسة الأنسجة والعضلات الاصطناعية، والروبوتات ميسرة. هنا، علينا أن نظهر إعداد اللدائن شكل استجابة الكريستال السائل (LCEs) وnanocomposites LCE جنبا إلى جنب مع توصيف شكلها التجاوب، الخواص الميكانيكية، والمجهرية. تم تجميعها، الانحياز، وتتميز - نوعين من LCEs - القائم على polysiloxane والقائم على الايبوكسي. تعد LCEs القائم على Polysiloxane من خلال خطوتين يشابك، والثانية تحت عبء تطبيقها، مما أدى إلى LCEs monodomain. يتم إعداد nanocomposites Polysiloxane LCE من خلال إضافة النانوية أسود الكربون موصل، على حد سواء في جميع أنحاء الجزء الأكبر من LCE وإلى السطح LCE. يتم إعداد LCEs من الإيبوكسي من خلال تفاعل الأسترة عكسها. يتم محاذاة LCEs من الإيبوكسي من خلال تطبيق حمولة ذو محورين في ارتفاع (160 درجة مئوية) رemperatures. تتميز LCEs الانحياز وnanocomposites LCE فيما يتعلق سلالة عكسها، وصلابة الميكانيكية، وترتيب الكريستال السائل باستخدام مزيج من التصوير، وقياسات حيود الأشعة السينية ثنائية الأبعاد، التفاضلية مسح قياس الكالوري، والتحليل الميكانيكي الحيوي. LCEs وnanocomposites LCE يمكن حفز مع الحرارة و / أو الجهد الكهربائي لتوليد controllably سلالات في وسائل الإعلام ثقافة الخلية، ونحن لشرح تطبيق LCEs بمثابة ركائز شكل استجابة للثقافة الخلية باستخدام جهاز حسب الطلب.

Introduction

المواد التي يمكن أن تظهر يتغير شكل سريع، عكسها، وبرمجة ومرغوب فيه لعدد من التطبيقات المستجدة 1-9. يمكن الدعامات شكل استجابة مساعدة في التئام الجروح ومعالجة 7. يمكن الروبوتات الاصطناعية تساعد في استكشاف أو في تنفيذ المهام في البيئات التي تضر أو غير آمنة للبشر (10). اللدائن شكل استجابة مرغوبة للاستخدام في ثقافة الخلية النشطة، في الخلايا التي يتم تربيتها في بيئة نشطة وتشمل 11-14 تطبيقات أخرى التعبئة والتغليف، الاستشعار عن بعد، وتسليم المخدرات.

اللدائن الكريستال السائل (LCE) هي شبكات البوليمر مع الكريستال السائل يأمر 15-20. مصنوعة LCEs من خلال الجمع بين شبكة البوليمر مرنة مع جزيئات الكريستال السائل المعروف باسم mesogens. مشتق استجابة LCEs من اقتران النظام الكريستال السائل لسلالات في الشبكة البوليمر، والمحفزات التي تؤثر على ترتيب mesogens سوف الجينسلالات شبكة حال، والعكس بالعكس. من أجل تحقيق-يتغير شكل الكبيرة وعكسها في حال عدم وجود الحمولة الخارجية، يجب محاذاة mesogens في اتجاه واحد في LCE. والتحدي العملي المشترك في العمل مع LCEs يولد monodomain LCEs. وهناك تحد آخر هو توليد يتغير شكل استجابة لمنبهات غير التسخين المباشر. ويمكن القيام بذلك من خلال إضافة النانوية أو الأصباغ لشبكات LCE 21-28.

هنا، علينا أن نظهر إعداد LCEs monodomain وnanocomposites LCE. أولا، علينا أن نظهر إعداد LCEs monodomain باستخدام طريقة من خطوتين لاول مرة من قبل كوبفر وآخرون. 29 ولا يزال هذا هو الأسلوب الأكثر شعبية ومعروفة لإعداد LCEs monodomain، ولكن تحقيق المواءمة موحدة والاتساق بين العينات يمكن أن يكون تحديا . ونحن لشرح النهج التي يمكن تنفيذها بسهولة باستخدام معدات المختبرات القياسية، بما في ذلك تفاصيل كاملة عن أخذ العيناتمعالجة وإعداد. بعد ذلك، وتبين لنا كيف النانوية أسود الكربون موصل يمكن أن تضاف إلى LCEs لإنتاج موصل، LCEs استجابة كهربائيا. نحن ثم إظهار التوليف والمواءمة بين LCEs القائم الايبوكسي. هذه المواد يحمل سندات شبكة للتبادل ويمكن الانحياز عن طريق التسخين لدرجات حرارة مرتفعة وتطبيق حمولة موحد. وتتميز جميع LCEs من خلال العيانية عينة التصوير، وقياسات حيود الأشعة السينية، والتحليل الميكانيكي الحيوي. وأخيرا، علينا أن نظهر تطبيق واحد محتمل من LCEs بمثابة ركائز شكل استجابة للثقافة الخلية النشطة.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. توليف الانحياز Polysiloxane LCEs

  1. الجمع بين 166.23 ملغ من mesogen رد الفعل (4 methoxyphenyl 4- (3 butenyloxy) بنزوات)، 40 ملغ من بولي (hydromethylsiloxane)، و 12.8 ملغ من crosslinker (1،4-دي (10 undecenyloxybenzene) 30 مع 0.6 مل من اللامائية التولوين في قارورة صغيرة (حوالي 13 ملم وقطرها 100 ملم في الطول) اتهم مع شريط التحريك. ضجة الحل عند 35 درجة مئوية لمدة 25 دقيقة إلى حل.
  2. في قارورة منفصلة، ​​وإعداد محلول 1٪ بالوزن ثنائي كلورو (1،5-cyclooctadiene) -platinum (II) محفز في ثنائي كلورو ميثان. إضافة 30 ميكرولتر من حل حافزا لالكواشف من الخطوة 1.1 عن طريق ماصة، وإثارة لخلط، وتصب الحل إلى (3 سم × 2 سم × 1 سم) العفن حسب الطلب تترافلوروإيثيلين مستطيلة (PTFE). تغطية العفن فضفاضة مع شريحة زجاجية ووضعه في الفرن التدفئة في 60 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة في حين تهتز بشكل دوري لإزالة فقاعات خلال دقيقة 15 الأول.
  3. إزالة العفن من فرن التسخين وسجعلتر مع النيتروجين السائل بصب النيتروجين السائل في وعاء صغير والاتصال الجزء السفلي من القالب PTFE مع النيتروجين السائل لمدة 2 ثانية.
    1. بمجرد أن يبرد الخليط، وإزالة بعناية المطاط الصناعي من العفن باستخدام ملعقة معدنية ووضع على رأس ورقة PTFE. تقليم حواف LCE باستخدام شفرة حلاقة وقطع LCE على طوله إلى ثلاث قطع متساوية الحجم (حوالي 2.7 سم طول و 0.5 سم عرض).
  4. شنق كل قطعة من نهاية واحدة إلى قضيب الأفقي ونعلق 10 الدبابيس الورقية (4.4 غرام) إلى الطرف الآخر من LCE. عقد LCE في مكانها باستخدام الشريط، وإضافة الدبابيس الورقية في وقت واحد في تزايدات 10 دقيقة. يتعطل LCE لمدة 7 أيام في RT، مشيرا إلى تغيرات في طول والتوحيد. تخلصي من أي عينة الذي يمزق أو فواصل. إزالة العينات وتخزين في المحيط.

2. إعداد كهربائيا Polysiloxane الاستجابة Nanocomposites LCE

  1. لإعداد nanocomposites LCE مع أسود الكربون فرقت من خلالالجزء الأكبر من العينة، كرر أول الخطوات 1،1-1،4 أعلاه. إضافة النانوية السوداء 4.38 ملغ الكربون في محلول التفاعل التي تحتوي على mesogen رد الفعل، crosslinker، وsiloxane. استخدام ما مجموعه 5 الدبابيس الورقية بدلا من 10 للتحميل.
  2. من أجل إضافة النانوية سوداء إضافية الكربون على سطح LCE، وإعداد 1٪ ث / حل v من الجسيمات النانوية أسود الكربون في التولوين. يصوتن لمدة 20 دقيقة لتفريق النانوية ثم صب تشتت في طبق بيتري. تزج LCEs من الخطوة 2.1 في تشتت جسيمات متناهية الصغر لمدة 6 ساعة.
  3. بعد 6 ساعات، واستخدام ماصة للانسحاب الحل من طبق بيتري والسماح للالمطاط الصناعي لتجف في الهواء. تنظيف بلطف جزيئات الكربون الزائدة على السطح باستخدام شريط لاصق أو قطعة من القطن.

3. إعداد LCEs استنادا إبوكسي عكسية

  1. مزيج 246.15 ملغ من 4،4'-diglycidyloxybiphenyl 31، 101 ملغ حامض sebacic، 71.6 ملغ من حمض hexadecanedioic، و 76 ملغ من polydi منتهية carboxydecylmethylsiloxane في (3 سم × 2 سم × 1 سم) العفن PTFE مستطيلة حسب الطلب. تسخين العينات عن طريق وضع على موقد على حرارة 180 درجة مئوية.
    1. إضافة 11.48 ملغ من (1،5،7-triazabicyclo [4.4.0] ديسمبر-5-إيني) محفز ويقلب باستخدام الملقط المعدني قبل تسخينها إلى 180 درجة مئوية. يستمر رد فعل حتى يشكل الخليط هلام، بعد ما يقرب من 20 دقيقة، ويحرك بشكل دوري لإزالة الفقاعات الناتجة عن التفاعل.
  2. إزالة قارب PTFE من موقد والسماح لتبرد لRT. استخدام شفرة حلاقة لفصل المطاط الصناعي من العفن PTFE.
  3. وضع ورقتين PTFE في الصحافة البوليمر على حرارة 180 درجة مئوية. وضع المطاط الصناعي من الخطوة 3.2 بين الأوراق PTFE وضغط العينة إلى سمك 0،3-0،5 مم. يستمر التسخين على حرارة 180 درجة مئوية لمدة 4 ساعات.
  4. إزالة عينة وبارد لRT. قطع العينة إلى قطع مستطيلة (حوالي 2.5 سم طول و 0.5 سم عرض). شنق العينة في نهاية واحدة باستخدام شريط النسبة الثابتة داخل فرن التدفئة. نعلق 12 سنوياperclips (8.88 ز) إلى نهاية خالية من العينة. ضبط درجة حرارة الفرن التدفئة إلى 165 درجة CO / N، أو 12-16 ساعة.
  5. إزالة المطاط الصناعي من الفرن التدفئة ولاحظ التغير في طول. تسخين العينة إلى 80 درجة مئوية على موقد لإزالة الإجهاد المتبقي ثم تبرد إلى RT.

4. اختبار وتوصيف LCEs

  1. قياس الضغط عكسها عن طريق تسخين العينات على موقد إلى 120 درجة مئوية، والتصوير مع الكاميرا. لاحظ طول الأولي عينة على RT، وطول العينة بعد التدفئة إلى 120 درجة مئوية، وطول بعد التبريد مرة أخرى إلى RT. يجب LCEs ينكمش بنسبة حوالي 30٪ وتعود إلى طول الأولي على التبريد. انظر المثال الصور هو مبين في الشكل 1A و 1B.
  2. تحليل المرحلة درجة حرارة التحول والتحول الزجاجي من قبل فرق المسح الكالوري (DSC) عن طريق قطع قطعة صغيرة من كل LCE والمسح الضوئي من 0 درجة مئوية إلى 150 درجة مئوية في التدفئة / شاركأولنغ معدل 10 درجة مئوية / دقيقة 32،33.
  3. قياس درجة التوافق الكريستال السائل من قياس حيود الأشعة السينية. عينات مكان في ديفراكتوميتر الأشعة السينية مع قدرات التصوير 2D. (33) انظر الصور المثال الحيود هو مبين في الشكل 2.
    ملاحظة: صورة الحيود يجب أن يكون متباين الخواص، مما يعكس محاذاة LCE 33. LCEs Polysiloxane هي LCEs خيطي والقائم على الايبوكسي تبدي صفحة تراصف الجزيئات الجزئي.
  4. قياس صلابة من LCE والتغير في طول والعرض باستخدام التحليل الميكانيكي الحيوي (DMA). طول السجل والتغيرات صلابة بوصفها وظيفة من درجة الحرارة لLCEs وبوصفها وظيفة من الجهد الكهربائي للnanocomposites LCE.
    1. للقياسات الحرارية الميكانيكية، واستخدام شفرة حلاقة لقطع عينات يدويا لأبعاد 2 سم × 0.3 سم وربط بعناية بين المشابك التوتر. تطبيق قوة من 1 مليون لإزالة أي تراخ.
      1. تتوازن حراريا العينات عند 30 درجة مئوية اتباعهالزواج عن طريق التسخين والتبريد دورات في 5 ° C / دقيقة. عينة الحرارة من 30 درجة مئوية إلى 120 درجة مئوية. التغيرات في درجات الحرارة تنتج التغيرات في الطول والعرض من العينة، والتي سجلت خلال قياس DMA. انظر الشكل 3A للقياسات الميكانيكية الحرارية من عينة LCE.
    2. للمقاييس الكهربائية، وقطع يدويا عينات بمركب متناهي في الصغر LCE إلى أبعاد 2 سم × 0.3 سم والغراء الأسلاك النحاسية على طرفي نقيض من nanocomposites LCE باستخدام الايبوكسي الفضة. ربط بمركب متناهي في الصغر LCE باستخدام التوتر المشابك مع 1 مليون التوتر.
      1. تطبيق الجهد الكهربائي من خلال الأسلاك النحاسية في الجهد تتراوح 0-60 V، تردد 60 هرتز، وتشغيل / إيقاف مدة النبضة تتراوح بين 0.1 ثانية - 30 ثانية.
      2. يتغير شكل قياسية ردا على الجهد الكهربائي. تطبيق قوة ثابتة من 1 مليون لإزالة الركود. التغيير في موقف المشابك يتوافق مع تشكيل التغيرات في العينة. انظر فيقوإعادة 3B للمقاييس الكهربائية من عينة LCE بمركب متناهي في الصغر.

5. زراعة الخلايا النشطة من خلال تحفيز الكهربائية من LCE Nanocomposites

  1. علاج سطح واحد من nanocomposites LCE تحت البلازما الأكسجين لمدة 30 ثانية. تدور يلقي 300 ميكرولتر من محلول البولي ستايرين في التولوين (1٪ ث / ت) في 3300 دورة في الدقيقة لمدة 1 دقيقة على رأس السطح البلازما تنظيفها. تجفيف المطاط الصناعي في ظل فراغ لمدة 12 ساعة لإزالة التولوين، وعلاج السطح المطلي البوليسترين من بمركب متناهي في الصغر LCE باستخدام البلازما الأكسجين لمدة 30 ثانية.
  2. وضع nanocomposites LCE في 70٪ من محلول الإيثانول لمدة 30 دقيقة لتعقيم السطح.
    1. غسل بمركب متناهي في الصغر LCE مع الفوسفات مخزنة المالحة ونقل LCE إلى طبق بيتري جافة مع الجانب المغلفة البوليسترين مواجهة. معطف كامل سطح LCE من تخبط في 5 مل من محلول نوع الكولاجين أنا ذيل فأر (50 ميكروغرام / مل في 0.02 N حامض الخليك). احتضان LCE نanocomposite عند 37 درجة مئوية و 5٪ CO 2 لمدة 30 دقيقة على الأقل.
  3. عزل الأطفال حديثي الولادة الفئران العضلية البطين وتعليق في وسائل الإعلام والطلاء عالية المصل كما ذكرت سابقا (11).
    1. لوحة الخلايا على رأس ركائز LCE صفها أعلاه في كثافة 100،000 - 600،000 خلية / سم 2. بعد حوالي 24 ساعة، نقل الخلايا إلى وسائل الإعلام منخفض المصل الصيانة (DMEM، 18.5٪ M199، 5٪ HS، 1٪ FBS والمضادات الحيوية). السماح العضلية إرفاق وتتكاثر على سطح LCE لمدة 4 أيام.
  4. تصميم وافتعال سفينة مخصصة باستخدام طابعة 3-D واستخدام التخطيطي للسفينة هو مبين في الشكل (4) باستخدام بروتوكول الشركة الصانعة.
    ملاحظة: طباعة 3D سفينة هو وعاء مستطيل مع الأبعاد الخارجية 60 مم × 40 مم × 20 مم والأبعاد الداخلية 50 مم × 30 مم × 15 مم. على سطحين الجانبية، وهناك مجموعتان من 5 ثقوب مم تستخدم لإدخال قضبان الكربون موصل. حزوفاق حول الثقوب وتصل إلى الحافة العلوية من الحاوية تسمح للوضع قطعة بلاستيكية مستطيلة (أبعاد 52.5 مم × 12 مم × 4 مم) عبر السفينة لعقد LCE في مكان عند كلا الطرفين. المسافة بين الثقوب هي 3 مم على جانب واحد من السفينة، وتقع الشقوق حول الثقوب كما هو مبين في الشكل (4). تم تصميم هذا لتكون متوافقة مع حجم ركائز LCE المذكورة أعلاه. ويتم الحصول على قضبان الكربون الموصلة من خلال المورد التجاري كما هو مبين في الملحق المواد.
    1. إدراج قضبان الكربون من خلال الثقوب عبر السفن وعقد في مكان باستخدام الطبية الصف سيليكون لاصق. علاج لاصقة O / N.
  5. nanocomposites نقل LCE مع العضلية لسفينة مخصصة 3D المطبوعة مليئة سائل الاعلام صيانة زراعة الخلايا ومع موازية قضبان الكربون موصل الاتصال بمصدر كهربائي. وضع LCE عبر قضبان الكربون وإصلاح على نهاية واحدة لضمان الاتصال الكهربائية.
    1. اضافة الى وجود قطعة بلاستيكية مستطيلة من خلال الشقوق في السفينة 3-D لعقد LCE في مكان في واحد أو كلا الطرفين، ولكن وضع هذا فضفاضة على عينة LCE. تحفيز بالكهرباء LCE من خلال تطبيق الجهد الكهربائي 40 فولت تيار متردد مع 5 ثانية / إيقاف الوقت ليصبح المجموع 24 ساعة.
  6. وصمة عار على غشاء الخلايا الحية باستخدام Calcein AM كما هو موضح سابقا (11).
  7. لنوى تلطيخ، وتغطي الخلايا مع دابي التي تحتوي على المتوسطة المتزايدة قبل التصوير تحت المجهر الفلورسنت المقلوب. استخدام يماغيج لحساب عدد من الخلايا الحية وتحديد زاوية من محاذاة الخلية باستخدام أفضل تناسب وظيفة.

6. زراعة الخلايا النشطة مع LCEs عن طريق التسخين المباشر

  1. كرر الخطوات من 5،1-5،3 فوق باستخدام LCE النقي دون الكربون النانوية وأضافت السوداء. يتم وصف هذا الإجراء أيضا بالتفصيل في نشرة مسبق. 11
  2. نقل LCE مع العضلية إلى بيتري دإيش مع وسائل الاعلام صيانة زراعة الخلايا و0.5 "س 2" KAPTON سخان مقاوم. الحرارة العرض إلى LCE عن طريق تشغيل سخان مقاوم مع السلطة التدفئة من 12 دبليو دورة داخل وخارج الحرارة مع 5 فترات ثانية لا يقل عن 24 ساعة.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

LCEs Monodomain هي شكل استجابة بسبب اقتران التشكل الشبكة مع ترتيب الكريستال السائل. النتائج إلى انخفاض في المعلمة أجل الكريستال السائل، مما ينتج عنه انقباض شبكة البوليمرية على طول اتجاه التوافق الأساسي LCEs التدفئة. وتصور هذا بسهولة عن طريق وضع LCE على موقد، كما هو مبين في الشكل 1A و 1B. في تسخين من RT، العقود LCE على طول العينة، وفوق درجة حرارة التحول الخواص الانكماش هو الحد الأقصى. سوف العينة أصبح من الواضح أيضا بصريا فوق درجة حرارة التحول الخواص، في حين لوحظ بعض ضبابية لLCEs حتى تتماشى تماما تحت درجة حرارة isotropization. سوف nanocomposites LCE أيضا يحمل شكل-التغييرات استجابة للتسخين، كما هو مبين في الشكل 1C و1D. nanocomposites LCE يمكن تسخين إما على موقد (لا يظهر) أو عن طريقتطبيق جهد كهربائي عبر العينة. سيتقلص العينة عندما يتم تشغيل التيار الكهربائي عن. إذا لوحظ القليل أو عدم تغيير الشكل، وهذا من المحتمل أن يكون انعكاسا لمحاذاة السيئة للمدير الكريستال السائل وتجميع للLCE يجب أن تتكرر. كما شيكا، والانكسار من عينات LCE نقية يمكن اختبار باستخدام المجهر الضوئي المستقطب. يجب عينات الانحياز تظهر أقصى الانكسار عندما وجهت في 45 درجة بالنسبة إلى polararizers عبرت ويجب أن تظهر الظلام عندما الموجهة جنبا إلى جنب أو عمودي على أي محلل أو المستقطب.

يمكن الحصول على معلومات مباشرة حول ترتيب الكريستال السائل من خلال حيود الأشعة السينية 33. كما هو مبين في الشكل 2، وهو LCE الانحياز المعارض متباين الخواص السائل قمم الكريستال حيود بسبب محاذاة mesogens. ومن المقرر أن تباعد الجزيئات على طول عرض جزيء قمم في زوايا واسعة. في حالة EPOس ص-LCEs مع ترتيب smectic، لوحظ قمم إضافية في زوايا منخفضة مما يعكس تباعد طبقة smectic. في جميع العينات، والحيود هو متباين الخواص في المرحلة الكريستال السائل والمختلين أعلى من درجة الحرارة isotropization. كما هو مبين في الشكل 2، وLCE siloxane تظهر قمم XRD خيطي طول اتجاه المواءمة بينما ساهم LCEs الايبوكسي هي LCEs سلسلة الرئيسية وتظهر القمم حيود الأشعة السينية واسعة الزاوية عمودي على اتجاه المواءمة وانخفاض الزاوية القمم على طول اتجاه التوافق الموافق التباعد طبقة smectic.

فرق المسح الكالوري (DSC) على الانتقال من مرحلة في LCEs 32. LCEs من مادة السيليكون لديها درجة حرارة الزجاج الانتقالية (تي ز) أدناه RT بشكل جيد وتحت قرار مجلس دبي الرياضي لدينا، ولكن لوحظ الذروة واضحة قرب 90 ° C الموافق الانتقال خيطي إلى الخواص. لوحظ ذروة مماثلة في LCE نanocomposites. في حالة LCEs من الإيبوكسي المقدمة، لوحظ درجة حرارة التحول الزجاجي قرب 20 درجة مئوية ودرجة حرارة التحول-smectic إلى الخواص قرب 60 درجة مئوية. من المهم أن نلاحظ أن الزجاج ودرجة حرارة التحول الخواص يمكن تعديلها عن طريق تغيير تشكيل اللدائن ومجموعة الارتباط.

يوفر التحليل الميكانيكي الحيوي مقياس كمي لتغيير شكل LCE بوصفها وظيفة من درجة الحرارة و، في حالة nanocomposites LCE، بوصفها وظيفة من الجهد التطبيقية (الشكل 3). العقود عينة مع ارتفاع درجة الحرارة، وصولا إلى الانتقال إلى مرحلة الخواص. في حالة وجود الجهد الكهربائي نابض، nanocomposites LCE يحمل سلالة دوري في المرحلة مع الجهد الكهربائي.

يتم إجراء تجارب زراعة الخلية النشطة باستخدام العرف، 3-D المطبوعة السفينة (الشكل 4). وثقوب من خلال السماح لوضع قضبان الكربون موصل، وملأت وعاء مع وسائل الإعلام ثقافة الخلية. ويرد مثال مرفق الخلية على سطح LCE بمركب متناهي في الصغر في الشكل (5) لعينة غير حفز بعد 3 أيام من زراعة. عرض العضلية والتعلق جيدة وقدرتها على البقاء.

الشكل 1
الشكل 1. الشكل استجابة لLCEs وLCE Nanocomposites. عقد LCEs واستطال عكسية عند تسخينها من RT (A) إلى فوق درجة حرارة التحول خيطي إلى الخواص، ما يقرب من 80 درجة مئوية (B). عقد nanocomposites LCE على تطبيق جهد كهربائي (C و D). الجهد المطبق هو إشارة 40 فولت تيار متردد. الرجاء انقر هنا لعرض تأنسخة إيه من هذا الرقم.

الشكل 2
الشكل 2. 2-D حيود الأشعة السينية من LCEs الانحياز. الانحياز LCEs تظهر أنماط الحيود متباين الخواص بسبب المحاذاة الكريستال السائل. الاتجاه المحاذاة هو في الاتجاه الرأسي كما هو مبين بالسهم الأبيض في إطارات (B و D). الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل (3)
الشكل 3. دينامية تحليل الميكانيكية (DMA) من شكل التجاوب في LCEs. (A) القياسات الميكانيكية الحرارية من LCE siloxane لمدة 4 التدفئة والتبريد دورات. الحد الأقصى للانكماش 35٪ على طول العينة. (ب) سلالة الكهروميكانيكية قياس في بمركب متناهي في الصغر LCE مع 40 فولت تيار متردد الجهد الكهربائي تحول على نحو متقطع كل 15 ثانية. الرجاء النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل (4)
الشكل 4. رسم تخطيطي للسفينة مخصصة للثقافة الخلية النشطة، ومن خلال ثقوب تسمح لإدخال قضبان الكربون موصل، والتي يتم تأمينها ومختومة عند الحواف باستخدام مادة لاصقة سيليكون، الصف الحيوي. تستخدم لوحتي لتأمين LCE على واحد أو كلا الجانبين. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الرقم 5
الشكل 5. تحليل الإسفار العضلية على السطح LCE بمركب متناهي في الصغر. ملطخة الخلايا مع Calcein صباحا، والخلايا الحية تظهر الأخضر. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Acknowledgments

وأيد هذا العمل من قبل المؤسسة الوطنية للمالية (CBET-1336073 لRV)، وصندوق بحوث البترول ACS (52345-DN17 إلى RV)، وجمعية القلب الأميركية (BGIA إلى JGJ)، المؤسسة الوطنية للعلوم (التوظيف CBET-1055942 ل JGJ)، والمعاهد الوطنية للصحة / القومي للقلب والرئة والدم المعهد (1R21HL110330 إلى JGJ)، لويس والخوخ أوين ومستشفى تكساس للأطفال.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
4-methoxyphenyl 4-(3-butenyloxy)benzoate TCI America M2106 Reactive mesogen
poly(methylhydrosiloxane) Gelest HMS-993 Reactive polysiloxane
1,4-di(10-undecenyloxybenzene) N/A N/A see: Ali, S. A., Al-Muallem, H. A., Rahman, S. U. & Saeed, M. T. Bis-isoxazolidines: A new class of corrosion inhibitors of mild steel in acidic media. Corrosion Science. 50 (11), 3070–3077, doi:10.1016/j.corsci.2008.08.011 (2008)
(dichloro(1,5-cyclooctadiene)-platinum(II)  Sigma Aldrich 244937 Pt catalyst
PTFE mold N/A N/A fabricated at Rice machine shop
carbon black nanoparticles Cabot VULCAN® XC72R used in the synthesis of LCE nanocomposites
polystyrene Sigma Aldrich 331651 linear polystyrene 
4,4'-diglycidyloxybiphenyl N/A N/A see:  Giamberjni, M., Amendola, E. & Carfagna, C. Liquid Crystalline Epoxy Thermosets. Molecular Crystals and Liquid Crystals Science and Technology. Section A. Molecular Crystals and Liquid Crystals. 266 (1), 9–22, doi:10.1080/10587259508033628 (1995).
sebacic acid Sigma Aldrich 283258 C8 linking group for epoxy-LCE synthesis
hexadecanedioic acid Sigma Aldrich 177504 C16 linking group for epoxy-LCE synthesis
carboxydecyl-terminated polydimethylsiloxane Gelest DMS-B12 Siloxane linking group for epoxy-LCE synthesis
1,5,7-triazabicyclo[4.4.0] dec-5-ene Sigma Aldrich 345571 catalyst for reversible LCEs
carbon rods Ladd Research  30250 used in cell culture experiments
medical grade silicone adhesive Silbione MED ADH 4100 RTV used to adhere carbon rods to vessel

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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

Tags

الهندسة الحيوية، العدد 108، البلورات السائلة، البوليمرات، اللدائن، المحفزات-المستجيبة، شكل مجيب، زراعة الخلايا، الحيوية
إعداد Monodomain الكريستال السائل اللدائن والكريستال السائل المرنة Nanocomposites
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Kim, H., Zhu, B., Chen, H., Adetiba, … More

Kim, H., Zhu, B., Chen, H., Adetiba, O., Agrawal, A., Ajayan, P., Jacot, J. G., Verduzco, R. Preparation of Monodomain Liquid Crystal Elastomers and Liquid Crystal Elastomer Nanocomposites. J. Vis. Exp. (108), e53688, doi:10.3791/53688 (2016).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter