Waiting
Login processing...

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

Bioengineering

Получение Monodomain жидкокристаллический эластомеров и жидкокристаллический эластомерных нанокомпозитов

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 являются формы реагирующих материалов с полностью обратимое изменение формы и потенциальных применений в медицине, тканевой инженерии, искусственных мышц и как мягкие роботы. Здесь мы демонстрируем подготовку формы реагирующих жидкокристаллических эластомеров (LCEs) и LCE нанокомпозитов наряду с характеристикой их формы-отзывчивость, механических свойств и микроструктуры. Два типа LCEs - полисилоксановых основе и на основе эпоксидной смолы - синтезируются, выровнены, и характеризуют. Полисилоксановые основе LCEs получают через два этапа сшивания, второй при нагрузке, в результате чего monodomain LCEs. Полисилоксан LCE нанокомпозиты получают путем добавления ща сажа наночастиц, как по всему объему в LCE и к поверхности LCE. Эпоксидной основе LCEs получают путем обратимой реакции этерификации. Эпоксидной основе LCEs выровнены посредством применения одноосного нагрузки при повышенной (160 ° C) Temperatures. Унифицированные LCEs и LCE нанокомпозиты характеризуются относительно обратимой деформации, механической жесткостью и кристаллической упорядоченности жидкого используя комбинацию изображений, двумерных измерений рентгеновской дифракции, дифференциальной сканирующей калориметрии и динамического механического анализа. LCEs и LCE нанокомпозиты можно стимулировать с теплом и / или электрического потенциала к контролируемым получения штаммов в среде для культивирования клеток, и мы продемонстрировать применение LCEs как форма реагирующих субстратов для культивирования клеток с использованием заказных аппарат.

Introduction

Материалы, которые могут проявлять быструю, обратимые и программируемые изменения формы желательны для ряда новых приложений 1-9. Форма проблематику стенты могут оказать помощь в исцелении и лечения 7 раны. Искусственные роботы могут помочь в разведке или в выполнении задач в условиях, которые вредны или небезопасным для человека 10. Форма реагирующих эластомеры являются желательными для использования в активной клеточной культуре, в которой клетки культивируют в среде активного. 11-14 Другие приложения включают упаковывать, зондирование и доставку лекарственного средства.

Жидкокристаллические эластомеры (LCE) являются полимерные сетки с жидкокристаллический заказе 15-20. LCEs изготавливаются путем объединения гибкую полимерную сетку с молекул жидких кристаллов, известных как мезогенов. Отзывчивость LCEs происходит от сочетания жидкой того кристаллической чтобы штаммов в полимерную сеть, и стимулов, которые влияют на порядок мезогенов будет генсетевые штаммы ставку, и наоборот. Для того чтобы достичь больших и обратимые Shape-изменения в отсутствии внешней нагрузки, то мезогены должны быть выровнены в одном направлении в LCE. Общей задачей практической работы с LCEs генерирует monodomain LCEs. Еще одной проблемой является порождающим изменения формы в ответ на раздражители, кроме прямого нагрева. Это может быть сделано путем добавления наночастиц или красителей к LCE сетей 21-28.

Здесь мы демонстрируем подготовку monodomain LCEs и LCE нанокомпозитов. Во-первых, мы демонстрируем подготовку monodomain LCEs использованием метода двухэтапный впервые сообщил Купферу др. 29 Это по-прежнему самый популярный и известный способ получения monodomain LCEs, но для получения однородной выравнивание и согласованности между образцами может быть сложным , Мы демонстрируют подход, который может быть легко реализована с помощью стандартного лабораторного оборудования, в том числе более подробной информации о выборкеОбработка и подготовка. Далее, мы покажем, как сажа наночастицы могут быть добавлены к LCEs производить проводящие, электрически реагирующие LCEs. Мы тогда продемонстрировать синтез и выравнивание эпоксидной основе LCEs. Эти материалы демонстрируют сменные сетевые связи и могут быть выровнены при нагревании до повышенных температур и применяя равномерную нагрузку. Все LCEs характеризуются через макроскопического образца с изображениями, дифракционных измерений рентгеновских и динамического механического анализа. Наконец, мы демонстрируем один потенциальное применение LCEs как форма реагирующих субстратов для активного культуры клеток.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Синтез неприсоединения полисилоксана LCEs

  1. Зерноуборочный 166.23 мг реактивной мезогена (4-метоксифенил 4- (3-бутенилокси) бензоат), 40 мг поли (hydromethylsiloxane) и 12,8 мг сшивающего агента (1,4-ди (10-undecenyloxybenzene) 30 с 0,6 мл безводного толуол в небольшом флаконе (приблизительно 13 мм в диаметре и 100 мм в длину), заправленного снабженную стержнем дл перемешивани. раствор перемешивали при 35 ° C в течение 25 мин, чтобы растворить.
  2. В отдельном флаконе, приготовить раствор 1% -ного дихлор (1,5-циклооктадиен) -platinum (II) катализатора в дихлорметане. Добавить 30 мкл раствора катализатора к реагентам с шага 1.1 с помощью пипетки, перемешать, чтобы смешать и залить раствор в заказном (3 см х 2 см х 1 см) прямоугольная политетрафторэтилена (ПТФЭ) плесени. Накройте форму свободно с предметным стеклом и поместить в нагревательную печь при 60 ° С в течение 30 мин при встряхивании периодически, чтобы удалить пузырьки в течение первого 15 мин.
  3. Удалить плесень с нагревательной печи и ворковатьл с жидким азотом путем заливки жидкого азота в небольшой контейнер и контактирование дно ПТФЭ плесени с жидким азотом в течение 2 сек.
    1. После того как смесь остынет, осторожно удалить эластомер от плесени с помощью металлического шпателя и поместите сверху лист ПТФЭ. Обрежьте края LCE с использованием лезвия бритвы и отрезать LCE по своей длине на три части размера равных (прибл. Длиной 2,7 см и шириной 0,5 см).
  4. Повесьте каждый кусок одним концом к горизонтальной штанги и прикрепить 10 скрепки (4,4 г) в другом конце LCE. Удерживая LCE на месте с помощью липкой ленты, а также добавить скрепки по одному с шагом 10 мин. Повесьте LCE в течение 7 дней при комнатной температуре, отметив изменения в длине и однородности. Отменить любые пробы, что слезы или ломается. Удалить образцы и хранить при комнатной.

2. Подготовка Электрически Отзывчивый полисилоксановых LCE нанокомпозитов

  1. Чтобы подготовить LCE нанокомпозитов с сажей, диспергированной черезОсновная часть выборки, первый повторите шаги 1.1 - 1.4 выше. Добавить 4,38 мг сажи наночастицы реакционного раствора, содержащего реакционноспособную мезогена, сшивающий агент, и силоксан. Используйте в общей сложности 5 скрепки вместо 10 для погрузки.
  2. Для того чтобы добавить дополнительное сажи наночастицы на поверхность LCE, подготовить 1% вес / объем раствора углеродной сажи наночастиц в толуоле. Разрушать ультразвуком в течение 20 мин, чтобы разогнать наночастиц, а затем заливают дисперсию в чашку Петри. Погружают LCEs с шага 2.1 в дисперсии наночастиц в течение 6 ч.
  3. После 6 ч, использовать пипетку вывести раствора из чашки Петри и позволяют эластомер высохнуть на воздухе. Аккуратно очистите лишние частицы углерода на поверхности с помощью липкой ленты или ватный тампон.

3. Подготовка LCEs Реверсивный эпоксидной основе

  1. Смешайте 246.15 мг 4,4'-diglycidyloxybiphenyl 31 101 мг себациновой кислоты, 71,6 мг hexadecanedioic кислоты и 76 мг carboxydecyl концевыми polydiметилсилоксановый в заказном (3 см х 2 см х 1 см) прямоугольной формы из ПТФЭ. Нагреть образцы, помещая на плите при 180 ° С.
    1. Добавить 11,48 мг (1,5,7-триазабицикло [4.4.0] дец-5-ен) катализатора и перемешивают с использованием металлических пинцет предварительно нагретых до 180 ° С. Продолжить реакцией, пока смесь не образует гель, после примерно 20 минут, и перемешивают периодически, чтобы удалить пузырьки, генерируемые реакции.
  2. Снимите PTFE лодку от конфорки и дать остыть до комнатной температуры. Используйте лезвие, чтобы отделить эластомер из ПТФЭ плесени.
  3. Поместите два листы ПТФЭ в полимерной прессе при 180 ° С. Поместите эластомер с шага 3.2 между тефлоновыми листами и сжимать образец до толщины 0,3 - 0,5 мм. Продолжайте нагревание при 180 ° С в течение 4 ч.
  4. Удалить образец и охладить до комнатной температуры. Вырезать образец в прямоугольные куски (примерно 2,5 см длины и 0,5 см ширины). Повесьте образца на одном конце с помощью полиимида ленты внутри нагревательной печи. Приложить на 12 Paperclips (8,88 г) к свободному концу образца. Установите температуру нагревательной печи до 165 ° CO / N, или для 12 - 16 ч.
  5. Удалить эластомера из нагревательной печи и обратите внимание на изменение длины. Нагреть образец до 80 ° C на плите, чтобы удалить остаточное напряжение затем охлаждаться до комнатной температуры.

4. Тестирование и характеристика LCEs

  1. Измерить обратимой деформации при нагревании образцов на плите до 120 ° С и визуализации с камерой. Обратите внимание на начальную длину образца при комнатной температуре, длина образца после нагрева до 120 ° С, а длина после охлаждения до комнатной температуры. LCEs должны сжиматься приблизительно на 30% и вернуться к своей первоначальной длине при охлаждении. См пример изображения, показанные на фиг.1А и 1В.
  2. Анализ температуру фазового перехода и стеклования с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) путем разрезания кусочек от каждого LCE и сканирования от 0 ° С до 150 ° С со отопления / шскорость 10 ° С oling / мин 32,33.
  3. Количественно степень жидкого выравнивания кристалла измерений дифракции рентгеновских лучей. Место образцов в рентгеновском дифрактометре с возможностями 2D визуализации. 33 Смотри пример дифракционные изображения, показанные на рисунке 2.
    Примечание: дифракция изображение должно быть анизотропным, отражая выравнивание LCE 33. Полисилоксановые LCEs являются нематических и эпоксидных LCEs проявляют смектической фазе.
  4. Измерить жесткость LCE и изменением длины и ширины с помощью динамического механического анализа (DMA). Длина записи и жесткости изменяется как функция температуры для LCEs и как функции электрического потенциала для LCE нанокомпозитов.
    1. Для термомеханических измерений, используйте лезвие, чтобы вручную вырезать образцы с размерами 2 см х 0,3 см и тщательно закрепить между натяжными зажимами. Нанесите силу 1 мин, чтобы устранить провисание.
      1. Термически уравновешивания образцов при 30 ° С Folloво главе с циклов нагрева и охлаждения при 5 ° С / мин. Тепло образец от 30 ° C до 120 ° C. Изменения температуры вызывают изменения в длине и ширине образца, которые регистрируются во время измерения DMA. Смотрите рисунок 3А тепломеханического измерений образца LCE.
    2. Для электромеханических измерений, вручную вырезать LCE образцы нанокомпозитных до размеров 2 см х 0,3 см и склеить медную проволоку на противоположных концах LCE нанокомпозитов с использованием серебряной эпоксидной смолы. Закрепите LCE нанокомпозит с помощью натяжных зажимов с 1 мН напряженности.
      1. Применить электрический потенциал через медные провода при напряжении в диапазоне от 0 - 60 В, частотой 60 Гц, а также от продолжительности включения / выключения импульса в диапазоне от 0,1 сек - 30 сек.
      2. Запись изменения формы в ответ на электрический потенциал. Применить фиксированную силу 1 мин, чтобы устранить провисание. Изменение положения зажимов соответствует формировать изменения в образце. См FIGUповторно 3B для электромеханических измерений образца LCE нанокомпозита.

5. Активная Культура клеток через электрическую стимуляцию LCE нанокомпозитов

  1. Лечить одну поверхность LCE нанокомпозитов под кислородной плазмы в течение 30 сек. Спин литой 300 мкл раствора полистирола в толуоле (1% вес / объем) в 3,300 оборотов в минуту в течение 1 мин на верхней части плазменной очищены поверхности. Сушат эластомер под вакуумом в течение 12 ч, чтобы удалить толуол, и лечить полистирола, покрытые поверхности LCE нанокомпозита с использованием кислородной плазмы в течение 30 сек.
  2. Поместите LCE нанокомпозитов в 70% растворе этанола в течение 30 мин, чтобы стерилизовать поверхность.
    1. Промыть LCE нанокомпозит с фосфатным буферным солевым раствором и передачи LCE к сухому чашки Петри с боковой полистирола, покрытые вверх. Шерсть на всю поверхность LCE путем погружения в 5 мл крысиного хвоста раствор коллагена типа I (50 мкг / мл в 0,02 N уксусной кислоты). Выдержите LCE пanocomposite при 37 ° С и 5% СО 2 в течение по меньшей мере 30 мин.
  3. Изолировать неонатальные желудочковых кардиомиоцитов крыс и приостановить высокого сывороточного гальванического СМИ, как сообщалось ранее 11.
    1. Пластина клеток на верхней части LCE субстратов описан выше при плотности 100000 - 600000 клеток / см 2. Вокруг 24 ч позже, передавать клетки к низкой сыворотки обслуживания СМИ (DMEM, 18,5% M199, 5% HS, 1% FBS и антибиотиков). Разрешить кардиомиоциты прикрепить и пролиферируют на поверхности LCE в течение 4 дней.
  4. Спроектировать и изготовить пользовательский сосуд с использованием 3-D принтер по и используя схему судна, показанного на фиг.4, используя протокол производителя.
    Примечание: 3D напечатаны сосуд представляет собой прямоугольный контейнер с наружными размерами 60 мм х 40 мм х 20 мм и внутренними размерами 50 мм х 30 мм х 15 мм. На двух боковых поверхностей, существуют два набора отверстий 5 мм, используемые для вставки проводящие графитовые стержни. выемкаES вокруг отверстий и до верхнего края контейнера позволяют для размещения прямоугольную пластмассовую деталь (размеры 52,5 мм х 12 мм х 4 мм) через сосуд для хранения LCE в месте на обоих концах. Расстояние между отверстиями составляет 3 мм на одной стороне судна, и вырезы расположены вокруг отверстий, как показано на рисунке 4. Это предназначено, чтобы быть совместимым с размерами LCE субстратов, описанных выше. Проводящие углерода стержни получены через коммерческого поставщика, как показано в Приложении материалов.
    1. Вставьте графитовые стержни через отверстия по всей сосудов и зафиксировать на месте с помощью силиконовый клей медицинского назначения. Вылечить клей O / N.
  5. Передача LCE нанокомпозиты с кардиомиоцитов к пользовательской 3D-печатных сосуд, наполненный среды для культивирования клеток обслуживания и с параллельными проводящими углерода стержней, соединенных с источником электропитания. Поместите LCE через углерода стержней и закрепить на одном конце, чтобы обеспечить электрический контакт.
    1. Вставьте прямоугольную пластмассовую деталь с прорезями в 3-D судна провести LCE на месте в одном или обоих концах, но разместить это свободно по образцу LCE. Электрические стимулировать LCE через применения электрического потенциала 40 В переменного тока с 5 сек вкл / выкл время в общей сложности 24 часов.
  6. Пятно мембраны живых клеток с использованием кальцеиновыми AM, как описано ранее 11.
  7. Для ядер окрашивания, покрытия клетки с DAPI содержащих монтажную среду перед визуализации под перевернутой флуоресцентного микроскопа. Используйте ImageJ для подсчета количества живых клеток и определить угол выравнивания ячеек с использованием лучшую функцию Fit.

6. Активный клеточной культуры с LCEs Использование прямого нагрева

  1. Повторите шаги 5.1 - 5.3 выше, с использованием чистого LCE без добавочного угля черные наночастицы. Эта процедура также подробно описаны в предварительной публикации. 11
  2. Перенести LCE с кардиомиоцитов к Петри Dиш с клеточных культур обслуживанию средств массовой информации и 0,5 "х 2" каптоновой резистивного нагревателя. Поставка тепла к LCE поворотом на резистивный нагреватель с тепловой мощностью 12 Вт и выключаться тепла с 5-секундными интервалами в течение по крайней мере 24 часов.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Monodomain LCEs являются форма проблематику благодаря сцеплению сети конформации с кристально упорядочения жидкой. Отопительные LCEs приводит к уменьшению в жидком параметра кристаллической порядка, производя сокращение полимерной сети вдоль первичной оси выравнивания. Это легко визуализируют путем размещения LCE на плите, как показано на рисунке 1А и 1В. В разогрева от РТ, контрактов LCE вдоль длины образца, и выше изотропной температурой перехода контракции является максимальным. Образец также станет оптически прозрачным выше изотропной температуры перехода, в то время как некоторые помутнение наблюдается даже идеально выровнено LCEs ниже температуры изотропизации. LCE нанокомпозиты также проявляют Shape-изменения в ответ на отопление, как показано на рисунке 1В и 1Г. LCE нанокомпозиты можно нагревать либо на плите (не показан) или путемподаче электрического потенциала на образце. Образец будет сжиматься, когда напряжение включено. Если наблюдается, практически не изменилась форма, это, вероятно, является отражением плохого выравнивания жидкого кристалла директора и синтеза LCE следует повторить. В качестве проверки, двойное лучепреломление чистых образцов LCE могут быть проверены с помощью поляризованного оптического микроскопа. Унифицированные пробы должны показывать максимальный двулучепреломления при ориентировании на 45 градусов по отношению к скрещенных polararizers и должны быть темными, когда ориентированы вдоль или перпендикулярно либо анализатора или поляризатора.

Прямая информация о кристаллической упорядоченности жидкого может быть получено с использованием рентгеновской дифракции 33. Как показано на рисунке 2, выровненный LCE обладает анизотропными жидкокристаллических дифракционных пиков, обусловленных выравнивания мезогенов. Пики при широких углах обусловлены межмолекулярного расстояния вдоль ширины молекулы. В случае ЕРОXY-LCEs с смектическом упорядочения, дополнительные пики наблюдаются при малых углах, отражающих расстояние смектического слоя. Во всех образцах, дифракция является анизотропным в фазе жидкого кристалла и неупорядоченная выше температуры изотропизации. Как показано на рисунке 2, силоксан ХПЛ будут демонстрировать нематического РДА-пики вдоль направления выравнивания, в то время как эпоксидные-LCEs являются основной цепи LCEs и демонстрируют пики рентгенограммы широкоугольные, перпендикулярном направлению выравнивания и малоугловых пиков вдоль направления выравнивания, соответствующий расстояние смектическая слой.

Дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК) обеспечивает фазовые переходы в LCEs 32. Силиконовые LCEs основе имеют температуру стеклования (T г) значительно ниже комнатной температуры и ниже разрешением нашей ДСК, но наблюдается вблизи 90 ° С четкий пик, соответствующий переходу нематическая к изотропным. Такой же пик наблюдается в LCE пanocomposites. В случае эпоксидных LCEs представленных наблюдается температура стеклования около 20 ° С и смектический к изотропной температура перехода вблизи 60 ° С. Важно отметить, что стекло и изотропно температура перехода может быть изменена путем изменения состава эластомеров и связующую группу.

Динамический механический анализ обеспечивает количественную меру изменения формы ХПЛ как функции температуры и, в случае LCE нанокомпозитов, как функции приложенного напряжения (рис 3). Образцы договоров с повышением температуры, вплоть до перехода в изотропную фазу. В случае импульсного электрического напряжения, LCE нанокомпозиты проявляют циклическую нагрузку в фазе с электрическим потенциалом.

Эксперименты Активные клеточных культур выполняются с помощью пользовательского, 3-D печатную сосуд (Рисунок 4). Сквозные отверстия позволяют для размещения проводящих углеродных стержней, и сосуд заполнен клеточной культуральной среде. Пример прикрепления клеток на поверхности LCE нанокомпозита показано на рисунке 5 для не стимулированной образца после 3 дней культивирования. Кардиомиоциты показать правильное прикладывание и жизнеспособность.

Рисунок 1
Рисунок 1. Форма-ответ LCEs и LCE нанокомпозитов. Контракт LCEs и удлиненные обратимо при нагревании от комнатной температуры (а) выше температуры перехода нематик к изотропной, примерно 80 ° С (В). LCE нанокомпозиты контракт на приложении электрического потенциала (C и D). Напряжение, приложенное является сигналом 40 В переменного тока. Пожалуйста, нажмите здесь для просмотра крупэ версия этой фигуре.

фигура 2
Рисунок 2. 2-D рентгеновской дифракции от выровненных LCEs. Унифицированные LCEs обладает анизотропными дифракционные за счет жидкой выравнивания кристалла. Направление ориентации в вертикальном направлении, как показано белой стрелкой в кадрах (B и D). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуре.

Рисунок 3
Рисунок 3. динамического механического анализа (ДМА) формы-отзывчивости в LCEs. (А) термомеханические измерения силоксановой LCE на 4 циклов нагревания и охлаждения. Максимальное сжатие составляет 35% по длине образца. (Б) Электромеханический штамм измеряется в LCE нанокомпозита с 40 V AC электрического потенциала включается и выключается каждые 15 сек. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуре.

Рисунок 4
Рисунок 4. Схема пользовательского судна для активного культуры клеток. Сквозные отверстия позволяют для вставки проводящих углеродных стержней, которые прикреплены и запечатанных по краям с помощью силиконового клея, био-класса. Две пластины используются для обеспечения LCE на одном или обоих концах. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуре.

Рисунок 5
Рисунок 5. флуоресценции анализ кардиомиоцитов на поверхности LCE нанокомпозита. Клетки окрашивали Кальцеин AM, и живые клетки появляются зеленые. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуре.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Acknowledgments

Эта работа была поддержана Национальным карьеры Foundation (CBET-1336073 на колесах), Фонд Исследовательского ACS Petroleum (52345-DN17 до колесах), Американской ассоциации сердца (BGIA чтобы JGJ), Национальный научный фонд (КАРЬЕРА CBET-1055942 для JGJ), Национальные институты здравоохранения / Национальный институт сердца, легких и крови институт (1R21HL110330 чтобы JGJ), Луи и персики Оуэна и Texas детской больницы.

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

Биоинженерия выпуск 108 жидкие кристаллы полимеры эластомеры Стимулы проблематику форма-Отзывчивый культура клеток биоматериалы
Получение Monodomain жидкокристаллический эластомеров и жидкокристаллический эластомерных нанокомпозитов
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