Waiting
Login processing...

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

Bioengineering

Monodomain Sıvı Kristal Elastomerler ve Likit Kristal Elastomer Nanokompozitlerinin Hazırlanması

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 tam olarak geri dönüşlü şekil değişikliği ve tıpta potansiyel uygulamalar, doku mühendisliği, yapay kas ve yumuşak robotlar ile şekil duyarlı malzemelerdir. Burada, bunların şekil yanıt karakterizasyonu, mekanik özellikler ve mikro birlikte şekil duyarlı sıvı kristal elastomerler (LCEs) ve LCE nanokompozitlerin preparasyonunu göstermektedir. LCEs iki tip - polisiloksan esaslı Epoksi - sentez hizalanır ve karakterize edilir. Polisiloksan esaslı LCEs monodomain LCEs sonuçlanan iki çapraz bağlama adımları, belli bir yük altında ikinci yoluyla hazırlanır. Polisiloksan LCE nanokompozitler LCE kütlesi içinde ve LCE yüzeyine, hem iletken karbon siyahı nanopartiküllerin eklenmesiyle hazırlanmaktadır. Epoksi esaslı LCEs tersinir bir esterifikasyon reaksiyonu ile hazırlanır. Epoksi esaslı LCEs (160 ° C) yüksek bir T bir tek eksenli bir yük uygulanması ile hizalanıremperatures. Hizalanmış LCEs ve LCE nanokompozitler görüntüleme, iki boyutlu X-ışını difraksiyon ölçümleri, diferansiyel tarama kalorimetrisi, dinamik mekanik analiz bir kombinasyonu kullanılarak geri gerilme, makine sertlik ve sıvı kristal sipariş göre karakterize edilir. LCEs ve LCE nanokompozitler kontrol edilebilir hücre kültür ortamında suşları oluşturmak için ısı ve / veya elektrik potansiyeli ile uyarılmış ve bir ölçüye cihazı kullanılarak, hücre kültürü için şekil yanıt substratlar olarak LCEs uygulanmasını göstermektedir edilebilir.

Introduction

Hızlı, tersine çevrilebilir, ve programlanabilir şekil değişikliklerini sergileyebilir malzemeler ortaya uygulama 1-9 arasında bir sayı için tercih edilir. Şekil-duyarlı stentler yara iyileşmesi ve tedavisi 7 ile yardımcı olabilir. Yapay robotlar keşif veya zararlı ya da insanlar 10 güvensiz ortamlarda görevlerini yürüten yardımcı olabilir. Şekil duyarlı elastomerler hücreler aktif bir ortamda kültürlenir, aktif hücre kültürü, kullanım için tercih edilirler. 11-14 Diğer uygulamalar paketleme, algılama ve ilaç verilmesini içerir.

Sıvı kristal elastomerler (LCE) sıvı kristal 15-20 sipariş ile polimer ağlardır. LCEs mezojenler olarak bilinen, sıvı kristal molekülleri ile, esnek bir polimer ağı birleştirilerek yapılır. LCEs duyarlılığı mezojenler sıralamasını etkileyen polimerik ağda suşları ve uyaranlara sıvı kristal düzeninin birleşmesiyle oluşur olacak genoran ağ suşları, ve tersi. Harici bir yüke maruz olmayan, büyük ve tersine çevrilebilir bir şekil değişiklikleri elde etmek için, mezogenler LCE tek bir yönde hizalanmış olması gerekir. LCEs ile çalışan ortak bir pratik zorluk LCEs monodomain oluşturuyor. Diğer bir zorluk doğrudan ısıtma dışındaki uyaranlara yanıt olarak şekil değişiklikleri oluşturuyor. Bu LCE ağlar 21-28 nanopartiküller ya da boyalar ilave edilerek yapılabilir.

Burada, monodomain LCEs ve LCE nanokompozitlerin preparasyonunu göstermektedir. İlk olarak, ilk Kupfer ve arkadaşları tarafından rapor edilen iki aşamalı yöntemi kullanarak monodomain LCEs hazırlanmasını göstermektedir. 29 Bu hala zor olabilir örnekleri arasında düzgün hizalanmasını ve tutarlılığı monodomain LCEs hazırlanması ancak elde edilmesi için en popüler ve iyi bilinen bir yöntemdir . Biz örnekleme tam ayrıntılar da dahil olmak üzere kolayca standart laboratuar ekipmanı kullanılarak uygulanabilir bir yaklaşım, göstermektaşıma ve hazırlık. Daha sonra, iletken karbon siyahı nanopartiküller olarak iletken, elektriksel olarak duyarlı LCEs üretilmesi için LCEs eklenebilir şeklini göstermektedir. Sonra, epoksi esaslı LCEs sentezini ve hizalanmasını göstermektedir. Bu malzemeler değişebilir ağ bağlar sergiler ve yüksek sıcaklıklara ısıtılması ve homojen bir yük uygulanması ile uyumlu olabilir. Tüm LCEs makroskopik örnek görüntüleme, X-ışını difraksiyon ölçümleri, dinamik mekanik analiz ile karakterize edilir. Son olarak, biz aktif hücre kültürü için şekil duyarlı yüzeyler olarak LCEs biri potansiyel uygulama göstermektedir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Bağlantısızlar Polisiloksan LCEs 1. Sentezi

  1. Susuz 0,6 mi ile reaktif mezojen (4-metoksifenil 4- (3-büteniloksi) benzoat) ve 166,23 mg, poli (hidrometilsiloksan), 40 mg, ve çapraz bağlayıcı 12.8 mg (1,4-di (10 undecenyloxybenzene), 30 birleştirme küçük bir şişede, toluen (çapı yaklaşık olarak 13 mm ve uzunluk olarak 100 mm), bir karıştırma çubuğu yüklenmiştir. çözünmesi için 25 dakika boyunca 35 ° C'da, çözelti karıştırılır.
  2. Ayrı bir şişede, ağırlıkça% 1 dikloro (1,5-siklooktadien) diklorometan -platinum (II) katalizörünün bir solüsyon hazırlanır. , Pipetle adım 1.1 reaktifleri katalizör çözeltisi 30 ul ekle karıştırmak için karıştırılmış ve ısmarlama (3 cm x 2 cm x 1 cm) dikdörtgen politetrafloroetilen (PTFE) kalıba dökün. İlk 15 dakika boyunca kabarcıklarını çıkarmak için periyodik olarak çalkalarken 30 dakika boyunca 60 ° C'de ısıtma fırınında cam slayt ve yer ile gevşek bir şekilde kalıp kapatılır.
  3. ısıtma fırın ve coo gelen kalıp çıkarmakküçük bir kap içine sıvı azot dökme ve 2 saniye sıvı azot ile teflon kalıp alt irtibata geçerek sıvı nitrojen ile l.
    1. Karışım soğuduktan sonra, dikkatli bir şekilde, bir metal spatula kullanılarak kalıptan elastomerin çıkarın ve PTFE tabaka üzerine yerleştirin. Bir jilet kullanarak LCE kenarlarını kırpın ve üç eşit büyüklüğünde parçalara (yakl. 2,7 cm uzunluğunda ve 0.5 cm genişliğinde) içine uzunluğu boyunca LCE kesti.
  4. yatay çubuğun bir ucundan her bir parça asmak ve LCE diğer ucuna 10 ataç (4.4 g) ekleyin. bant kullanarak yerine LCE tutun ve 10 dk artışlarla bir defada Ataç tane ekleyin. uzunluğunda ve homojenlik değişiklikleri not, oda sıcaklığında 7 gün boyunca LCE asın. yırtık ya da sonları herhangi bir örnek atın. örnekleri çıkarın ve çevre sıcaklığında saklayın.

Elektrikle Duyarlı Polisiloksan LCE Nanokompozitlerinin 2. Hazırlık

  1. aracılığıyla dağılmış karbon siyahı ile LCE Nanokompozitleri hazırlamak içinYukarıda 1.4 - numunenin toplu, ilk tekrar 1.1 adımları. Reaktif mezojen, çapraz bağlayıcı ve siloksan içeren tepkime çözeltisine, 4.38 mg karbon karaları nano partikülleri ekleyin. 5 Ataç yerine yükleme için 10 olmak üzere toplam kullanın.
  2. LCE yüzeye ek bir karbon karası nano partikülleri eklemek için, tolüen içinde karbon karası nanopartiküllerin ağırlık / hacim solüsyonu% 1 hazırlar. 20 dakika boyunca sonikasyon nanopartiküller dağıtmak ve daha sonra bir Petri kabı içine dağılmasını dökmek için. 6 saat nanoparçacık dağılım adım 2.1 LCEs daldırın.
  3. 6 saat sonra Petri kabı çözelti çekmek için bir pipet kullanın elastomer havada kurumaya bırakılır. Yavaşça kaset veya bir pamuklu çubuk kullanarak yüzeyde aşırı karbon parçacıkları temizleyin.

Döner epoksi bazlı LCEs 3. hazırlanması

  1. 4,4'-diglycidyloxybiphenyl 31 101 mg sebasik asit 246,15 mg, hexadecanedioic asit 71.6 mg ve carboxydecyl terminasyonlu polidimetilsiloksan 76 mg karıştırınısmarlama (3 cm x 2 cm x 1 cm) dikdörtgen teflon kalıp içinde metilsiloksan. 180 ° C'de bir ocak koyarak örnekleri ısıtın.
    1. (1,5,7-triazabisiklo [4.4.0] dek-5-en), katalizör 11.48 mg ekleyin ve 180 ° C'ye kadar önceden ısıtılmış bir metal cımbız kullanarak karıştırın. Karışım daha sonra yaklaşık 20 dakika, bir jel kıvamına gelinceye kadar tepki devam edin ve reaksiyonu tarafından üretilen kabarcıklarını çıkarmak için periyodik olarak karıştırın.
  2. ocak adlı PTFE tekne çıkarın ve oda sıcaklığına kadar soğumasını bekleyin. PTFE kalıptan elastomer ayırmak için jilet kullanın.
  3. 180 ° C de bir polimer presinde iki PTFE yaprak yerleştirin. PTFE tabakası arasında adım 3.2 elastomerin yerleştirin ve 0.3 bir kalınlığa örnek sıkıştırmak - 0.5 mm. 4 saat boyunca 180 ° C'de ısıtma devam edin.
  4. RT numune ve serin çıkarın. dikdörtgen parçalara (yaklaşık olarak 2.5 cm uzunluğunda ve 0.5 cm genişliğinde) halinde örnek kesin. bir ısıtma fırının içindeki polimid bant kullanarak bir ucunda örnek asın. 12 pa takınNumunenin serbest ucuna perclips (8.88 g) verdi. 16 saat - 165 ° CO / N ya da 12 ısıtma fırının sıcaklığını ayarlamak.
  5. ısıtma fırınından elastomerin çıkarın ve uzunluğu değişiklik fark. Daha sonra artık stresi kaldırmak oda sıcaklığına geri soğumaya bir ocak 80 ° C'ye örnek ısıtın.

LCEs 4. Test ve Karakterizasyonu

  1. Bir kamera ile 120 ° C ocak ve görüntüleme örnekleri ısıtarak geri dönüşümlü gerginlik ölçün. Oda sıcaklığına geri soğutulduktan sonra oda sıcaklığında ilk numune uzunluğu, 120 ° C'ye kadar ısıtıldıktan sonra örnek uzunluğuna ve uzunluğuna. LCEs yaklaşık% 30 oranında sözleşme ve soğutma başlangıç ​​uzunluğuna dönmelidir. Şekil 1A ve 1B gösterilen örnek resimlere bakın.
  2. bir ısıtma / co 150 ° C, 0 ° C ile her LCE ve taramadan elde edilen küçük bir parça kesilerek diferansiyel tarama kalorimetrisi (DSC) ile faz geçiş sıcaklığı ve cam geçiş analiz10 ° C'ye oranı oling / 32,33 dak.
  3. X-ışını difraksiyon ölçümleri ile sıvı kristal hizalama derecesini ölçmek. 2B görüntüleme yetenekleri ile bir X-ışını difraktometresi yerleştirin örnekleri. 33 Şekil 2'de gösterilen örnek kırınım resimlere bakın.
    Not: kırınım görüntü anizotropik olmalı, LCE 33 hizalanmasını yansıtmaktadır. Polisiloksan LCEs nematik Epoksi LCEs bir smektik faz sergiler.
  4. LCE ve uzunluk değişikliği sertliğini ölçmek ve dinamik mekanik analiz (DMA) ile genişlik. Telaffuz uzunluğu LCEs ve LCE nanokompozit elektrik potansiyel bir fonksiyonu olarak, sıcaklığın bir fonksiyonu olarak sertlik değişir.
    1. termo-mekanik ölçümler için, elle x 0.3 cm 2 cm boyutlarında numune kesmek için jilet kullanmak ve dikkatli bir şekilde gerginlik kelepçeler arasında sabitleyin. Herhangi bir boşluğu almak için 1 mN bir kuvvet uygulanır.
      1. Termal 30 ° C Follo Örnekleri muvazene5 ° C / dakika ısıtma ve soğutma çevrimleri ile evli. 120 ° C 'ye kadar 30 ° C ile ısı örneği. sıcaklık değişiklikleri, DMA, ölçüm sırasında kaydedilen numune uzunluğu ve genişlik değişiklikleri oluşturur. Bir LCE örnek termomekanik ölçümleri için Şekil 3A.
    2. elektromekanik ölçümleri için, elle x 0.3 cm, 2 cm boyutlarına LCE nanokompozit örnekleri kesilmiş ve gümüş epoksi kullanarak LCE nanokompozit karşıt uçlarında bir bakır tel tutkal. gerilimi kullanarak LCE nanokompozit 1 mN gerilim ile kıskaçları sabitleyin.
      1. değişen bir voltajda bakır teller üzerinden bir elektrik potansiyeli uygulayın 0 dan - 30 sn - 60 V, 60 Hz'lik bir frekansta ve bir 0.1 sn arasında değişen / kapama darbe süresi üzerinde.
      2. elektrik potansiyeli yanıt olarak rekor şekil değişir. gevşekliği gidermek için 1 mN sabit kuvvet uygulanır. kelepçelerin pozisyonda değişiklik numunedeki şekil değiştirir karşılık gelir. figu görünBir LCE nanokompozit numunenin elektromekanik ölçümleri için 3B yeniden.

LCE Nanokompozitlerinin Elektrik Uyarım ile 5. Aktif Hücre Kültürü

  1. 30 saniye için oksijen plazma altında LCE nanokompozitlerin bir yüzeyi tedavi edin. Sıkma toluen polistiren çözeltisi 300 ul dökme (w /% 1 h), plazma temizlenmiş yüzey üzerine 1 dakika için 3300 rpm'de. toluen kaldırmak ve 30 saniye boyunca oksijen plazma kullanılarak LCE nanokompozitin polistiren kaplı yüzey tedavisi için 12 saat boyunca vakum altında elastomer kurutun.
  2. yüzey sterilize etmek için, 30 dakika boyunca% 70 etanol çözeltisi içinde LCE nanokompozitler yerleştirin.
    1. fosfat tamponlu tuzlu su ile LCE nanokompositlerin yıkayın ve polistiren kaplı yüzü yukarı bakacak şekilde, kuru Petri kabı LCE aktarın. Bir fare kuyruk kolajeni tip I çözeltisine (0.02 N, asetik asit içinde 50 ug / ml), 5 ml suya daldırma ile kaplamak LCE tüm yüzeyini. LCE n inkübeEn az 30 dakika boyunca 37 ° C'de anocomposite ve% 5 CO2.
  3. Yenidoğan sıçan ventriküler kardiyomiyositlerde izole etmek ve daha önce 11 bildirildiği gibi yüksek serum kaplama medya askıya.
    1. / Cm2 600.000 hücre - Buz substratların üzerine plakası hücreleri 100,000 yoğunluğunda yukarıda tarif edildiği gibi. Çevresi 24 saat sonra, düşük serum bakım medya (DMEM,% 18.5 M199,% 5 HS,% 1 FBS ve antibiyotik) hücreleri aktarmak. Kardiyomiyositlerde 4 gün boyunca LCE yüzeyinde tutunur ve çoğalırlar izin verin.
  4. Tasarım ve bir 3-D yazıcı kullanılarak ve üreticinin protokolü kullanılarak, Şekil 4'te gösterilen kabın şematik kullanarak özel bir kap imal.
    Not: 3D damar baskılı 60 mm x 40 mm x 20 mm ve 50 mm x 30 mm x 15 mm iç boyutları dış boyutları olan bir dikdörtgen kaptır. iki yan yüzeylerde, iletken karbon çubuklar eklemek için kullanılan 5 mm delik iki set vardır. Çentikkabın üst kenarına delikler çevresinde yukarı ES her iki ucunda yer LCE tutmak için dikdörtgen bir plastik parça kap arasında (52.5 mm x 12 mm x 4 mm boyutları) yerleştirilmesi için izin verir. Delikler arasındaki mesafe, kabın bir tarafında 3 mm'dir, ve Şekil 4'te gösterildiği gibi, çentikler delik çevresinde yer almaktadır. Bu, yukarıda tarif edilen substratlar LCE büyüklüğü ile uyumlu olacak şekilde tasarlanmıştır. Malzemeler Ek gösterildiği gibi iletken karbon çubuklar ticari bir tedarikçi yoluyla elde edilir.
    1. gemiler arasında deliklerden karbon çubuklar yerleştirin ve tıbbi silikon yapıştırıcı kullanılarak yerinde tutun. Yapışkan O / N Cure.
  5. Hücre kültürü bakım ortamı ile bir elektrik kaynağına bağlı paralel iletken karbon çubuklar ile dolu bir özel 3D baskılı kabına kardiyomiyosit transfer LCE nanokompozitler. Karbon çubuklar arasında LCE yerleştirin ve elektrik temas sağlamak için bir ucunda düzeltmek.
    1. bir ya da her iki ucunda yer LCE sahip ancak LCE numune üzerinde gevşek bu yere 3-D kabı içinde çentikler ile dikdörtgen plastik parça yerleştirin. Elektrikli 24 saatlik bir toplam / kapama süresi 5 saniye ile 40 V AC elektrik potansiyelinin uygulanmasıyla LCE uyarır.
  6. Daha önce 11 açıklandığı gibi Calcein AM kullanarak canlı hücre zarı Leke.
  7. çekirdekler boyama için, bir ters flüoresan mikroskop altında görüntüleme önce montaj orta DAPI içeren hücreleri kapsar. canlı hücrelerin sayısını ve en uygun işlevini kullanarak hücre uyum açısını belirlemek için ImageJ kullanın.

Doğrudan Isıtma kullanılması LCEs 6. Aktif Hücre Kültürü

  1. siyah nanopartiküller eklenen karbon olmadan saf LCE kullanarak yukarıdaki 5.3 - Tekrar 5.1 adımları. Bu prosedür, aynı zamanda, bir önceden yayında ayrıntılı olarak tarif edilmiştir. 11
  2. Petri d kardiyomiyositlerinin ile LCE transferHücre kültürü bakım ortamı ve 0,5 "x 2" Kapton dirençli ısıtıcı ile ish. En az 24 saat süreyle ve 5 saniye aralıklarla ısı kapalı 12 W. Döngüsü ısıtma gücü ile rezistif ısıtıcı açarak LCE Tedarik ısı.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Monodomain LCEs nedeniyle sıvı kristal sipariş ile ağ konformasyon kaplin şekil duyarlı. Isıtma LCEs primer hizalama yönünde polimerik ağın bir kısaltmanın üretilmesine sıvı kristal sırası parametresindeki bir azalma ile sonuçlanır. Şekil 1 A ve 1 B 'de gösterildiği gibi, bu kolay bir sıcak plaka üzerindeki bir LCE yerleştirerek görüntülenmiştir. daralma RT, numunenin uzunluğu boyunca LCE sözleşmeleri, gelen ve izotropik geçiş sıcaklığının üzerinde kızışıyor bir maksimum. Bazı pusluluk Eşyönlüleşme sıcaklığının altındaki daha mükemmel uyumlu LCEs için gözlenen ise örnek de, izotropik geçiş sıcaklığının üzerinde optik açıdan berrak bir hale gelecektir. Şekil 1C ve 1D gösterildiği gibi LCE nanokompozitler de, ısıtma yanıt olarak şekil değişiklikleri sergileyecek. LCE nanokompozitlerin (gösterilmemiş olan) bir sıcak plaka üzerinde, ya ısıtıldı ya edilebilirörnek üzerinden bir elektrik potansiyeli uygulamayı kapsar. gerilim açıldığında örnek küçülecek. az veya hiç şekil değişikliği gözlenirse, bu büyük olasılıkla tekrar edilmelidir likit kristal müdürü ve LCE sentezi kötü uyum bir yansımasıdır. Bir kontrol olarak, saf LCE örnekleri çift kırılma kutuplaşmış bir optik mikroskop kullanılarak test edilebilir. çapraz polararizers göre 45 derece odaklı ve analizörü ya da polarize birine boyunca veya dik yönlendirilmiş zaman karanlık görünmesi gereken zaman Bağlantısızlar numuneler maksimum birefrenjans göstermelidir.

Sıvı kristal sipariş üzerine doğrudan bilgi X-ışını kırınımı 33 ile elde edilebilir. Şekil 2'de gösterildiği gibi, bir hizalanmış LCE bağlı mezojenler hizalamasında anizotropik sıvı kristal absorpsiyon tepelerinin sergiler. geniş açılarda tepe molekül genişliği boyunca arası boşluktan dolayı bulunmaktadır. EPO durumundasmektik sipariş ile xy-LCEs, ek zirveleri smektik tabaka boşluğu yansıtan düşük açılarda görülmektedir. Bütün örneklerde, kırınım Eşyönlüleşme sıcaklığının üzerinde sıvı kristal fazda anizotropik ve düzensiz olduğunu. Şekil 2'de gösterildiği gibi, siloksan LCE epoksi LCEs ana zincir LCEs ise hizalama yönünde nematik XRD doruklarını gösterir ve hizalama yönde karşılık gelen birlikte hizalama yönü ve düşük açılı tepe dik geniş açı XRD sergileyecek smektik tabaka aralığı.

Diferansiyel tarama kalorimetrisi (DSC) LCEs 32 faz geçişleri içerir. Silikon bazlı LCEs iyi RT altında ve DSC kararı altında bir cam geçiş sıcaklığına (T g) var, ama net bir tepe nematik-to-izotropik geçişe karşılık gelen 90 ° C'ye yakın görülmektedir. Benzer bir pik LCE n gözlenmiştiranocomposites. sunulmuştur epoksi bazlı LCEs durumunda, 20 ° C civarındaki bir cam geçiş sıcaklığı gözlenmiş ve 60 ° C'ye yakın bir smektik-to-izotropik geçiş sıcaklığı. Cam ve izotropik geçiş sıcaklığı elastomerlerin yapısı ve bağlantı grubu değiştirerek değiştirilebilir olduğunu not etmek önemlidir.

Dinamik mekanik analiz, uygulanan gerilim (Şekil 3) 'in bir fonksiyonu olarak, LCE nanokompozitlerin durumda, sıcaklığın bir fonksiyonu olarak LCE şekli değişiklik nicel ölçümünü sağlar ve. İzotropik faza geçiş kadar artan sıcaklık ile birlikte örnek sözleşme. pulslu elektrik gerilimi durumunda, LCE nanokompozitler elektrik potansiyeli ile aynı fazda siklik suşu sergiler.

Aktif hücre kültürü deneyleri özel bir 3-D baskılı gemi kullanılarak gerçekleştirilir (Şekil 4). geçiş delikleri iletken karbon çubuklarının yerleştirilmesi için olanak sağlar ve damar hücre kültür ortamı ile doldurulur. Bir LCE nanokompozit yüzeyinde hücre eki bir örneği, kültür 3 gün sonra uyarılmamış numune için, Şekil 5 'de gösterilmiştir. Kardiyomiyositlerde iyi eki ve canlılığı göstermektedir.

Şekil 1
LCEs ve LCE Nanokompozitler Şekil 1. Şekli cevap. LCEs sözleşme ve RT (A) ile ilgili nematik-to-izotropik geçiş sıcaklığının üstüne ısıtıldığında tersine çevrilebilir ince uzun, yaklaşık 80 ° C (B). Bir elektrik potansiyeli (C ve D) uygulama LCE nanokompozitler sözleşmesi. Uygulanan voltaj 40 V AC sinyaldir. Bir larg görmek için buraya tıklayınızBu rakamın er sürümü.

şekil 2
Şekil hizalanmış LCEs 2. 2-B X-ışını kırınımı. Bağlantısızlar LCEs nedeniyle sıvı kristal hizalama anizotropik kırınım desenleri gösterirler. Çerçeveler içinde beyaz ok (B ve D) ile belirtildiği gibi hizalama yönü dikey yönde. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 3,
Şekil 3. Dinamik Mekanik Analiz LCEs şekil-yanıt verme (DMA) (A). 4 ısıtma ve soğutma döngüleri için bir siloksan LCE termomekanik ölçümleri. Maksimum kasılma örnek uzunluğu boyunca% 35'tir. (40 V AC elektrik potansiyeli olan bir LCE nanokompozit ölçülen B) Elektromekanik suşu açık ve her 15 saniyede kapatır. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 4,
Şekil etkin hücre kültürü için özel kabın 4. şematik. Deliklerden bir silikon, biyo dereceli yapıştırıcı kullanılarak kenarlarında güvenli ve mühürlü iletken karbon çubuklar sokulması için izin verir. Iki tabak, bir veya iki ucunda LCE sabitlemek için kullanılır. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 5,
Şekil 5. Bir LCE nanokompozit yüzeyinde kardiyomiyositlerinin Floresan analizi. Hücreler Calcein AM ile boyandı ve canlı hücreler yeşil görünür. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Acknowledgments

Bu çalışma, Ulusal Kariyer Vakfı (RV CBET-1336073), ACS Petrol Araştırma Fonu (RV 52345-DN17), Amerikan Kalp Derneği (JGJ için BGIA), Ulusal Bilim Vakfı (KARİYER tarafından desteklenmiştir CBET-1055942 için JGJ), Sağlık / Ulusal Kalp, Akciğer ve Kan Enstitüsü JGJ için (1R21HL110330), Louis ve Şeftali Owen ve Texas Çocuk Hastanesi National Institutes of.

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

Biyomühendislik Sayı 108 Sıvı Kristaller Polimerler elastomerler Uyaranlar-Duyarlı Şekil-Duyarlı Hücre Kültürü Biyomalzemeler
Monodomain Sıvı Kristal Elastomerler ve Likit Kristal Elastomer Nanokompozitlerinin Hazırlanması
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