Waiting
Login processing...

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

Bioengineering

Utarbeidelse av monodomene flytende krystall elastomerer og flytende krystall Elastomer 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 er form responsive materialer med fullt reversible form for bevegelse og potensielle anvendelser innen medisin, tissue engineering, kunstige muskler, og som myke roboter. Her viser vi til fremstilling av form-responsive flytende krystall elastomerer (LCEs) og LCE nanokompositter sammen med karakteriseringen av deres form-respons, mekaniske egenskaper og mikrostruktur. To typer av LCEs - polysiloksan-baserte og epoksybaserte - er syntetisert, justert, og karakterisert. Polysiloksan-baserte LCEs fremstilles gjennom to kryssbindingstrinn, den andre under en påført belastning, noe som resulterer i monodomene LCEs. Polysiloksan LCE nanokompositter fremstilles ved tilsetning av ledende sot nanopartikler, både gjennom hoveddelen av LCE og til den LCE overflaten. Epoxy-baserte LCEs er utarbeidet gjennom en reversibel forestringsreaksjon. Epoksybaserte LCEs er justert ved anvendelse av en uniaksial belastning ved høyere (160 ° C) temperatures. Innrettede LCEs og LCE nanokompositter er karakterisert med hensyn til reversibel påkjenning, mekanisk stivhet, og flytende krystall bestilling ved hjelp av en kombinasjon av avbildning, to-dimensjonale røntgendiffraksjons-målinger, differensiell scanning kalorimetri, og dynamisk mekanisk analyse. LCEs og LCE nanocomposites kan stimuleres med varme og / eller elektrisk potensial for styr generere stammer i cellekultur media, og vi demonstrere anvendelsen av LCEs som shape-responsive substrater for cellekultur ved hjelp av en spesiallaget apparat.

Introduction

Materialer som kan fremvise etapper, reversible, og programmerbare formen endringer er ønskelig for en rekke nye applikasjoner 1-9. Shape-responsive stenter kan bistå med sårtilheling og behandling 7. Kunstige roboter kan hjelpe til med leting eller i å utføre oppgaver i miljøer som er skadelige eller utrygge for mennesker 10. Shape-responsive elastomerer er ønskelig for bruk i aktiv cellekultur, der cellene dyrkes i et aktivt miljø. 11-14 Andre bruksområder er emballasje, sensing, og levering av legemidler.

Flytende krystall elastomerer (LCE) er polymer nettverk med flytende krystall bestiller 15-20. LCEs er laget ved å kombinere en fleksibel polymernettverk med flytende krystallmolekyler er kjent som mesogener. Responsen til LCEs er avledet fra koplingen av flytende krystall for å belastninger i det polymere nettverk, og stimuli som påvirker bestilling av mesogener vil generente nettverks stammer, og vice versa. For å oppnå store og reversible form-endringene i fravær av en ytre belastning, må mesogener være innrettet i en enkelt retning i LCE. En vanlig praktisk utfordring i å jobbe med LCEs genererer monodomene LCEs. En annen utfordring er å generere formen endringer i respons på stimuli annet enn direkte oppvarming. Dette kan gjøres gjennom tilførsel av nanopartikler eller fargestoffer for å LCE nettverk 21-28.

Her viser vi utarbeidelse av monodomene LCEs og LCE nanocomposites. Først viser vi utarbeidelse av monodomene LCEs ved hjelp av to-trinns metoden først rapportert av Kupfer et al. 29 Dette er fortsatt den mest populære og kjente metode for fremstilling av monodomene LCEs, men å oppnå jevn justering og konsistens mellom prøvene kan være utfordrende . Vi viser en tilnærming som lett kan implementeres ved hjelp av standard laboratorieutstyr, inkludert full informasjon om prøvetakinghåndtering og tilberedning. Deretter viser vi hvordan ledende carbon black nanopartikler kan legges til LCEs å produsere ledende, elektrisk responsive LCEs. Vi deretter demonstrere syntese og justering av epoxy-basert LCEs. Disse materialer oppviser utbyttbare nettverksbindinger og kan bli justert ved oppvarming til forhøyede temperaturer og å påføre en jevn belastning. Alle LCEs kjennetegnes gjennom makroskopisk prøven bildebehandling, Røntgendiffraksjonsstudier målinger og dynamisk mekanisk analyse. Til slutt viser vi en potensiell anvendelse av LCEs som shape-responsive substrater for aktiv cellekultur.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Syntese av Aligned Polysiloksan LCEs

  1. Kombiner 166.23 mg reaktiv mesogen (4-metoksyfenyl 4- (3-butenyloksy) benzoat), 40 mg av poly (hydromethylsiloxane), og 12,8 mg tverrbindingsmiddel (1,4-di (10-undecenyloxybenzene) 30 med 0,6 ml vannfri toluen i en liten ampulle (ca. 13 mm i diameter og 100 mm lengde) som belastes med en rørestav. Omrør løsningen ved 35 ° C i 25 min for å oppløse.
  2. I en separat ampulle, tilberede en oppløsning av 1 vekt% diklor (1,5-cyklooktadien) -platinum (II) katalysator i diklormetan. Legg 30 mL av katalysator løsning på reagenser fra trinn 1.1 via pipette, røre å blande, og hell blandingen i en skreddersydd (3 cm x 2 cm x 1 cm) rektangulær polytetrafluoretylen (PTFE) mold. Dekk formen løst med et objektglass og plasser i varmeskap ved 60 ° C i 30 minutter under rysting periodisk for å fjerne bobler i løpet av de første 15 min.
  3. Fjerne mugg fra varmeovnen og COOl med flytende nitrogen ved å helle flytende nitrogen inn i en liten beholder og kontakte bunnen av PTFE formen med flytende nitrogen i 2 sek.
    1. Når blandingen er avkjølt, forsiktig fjerne elastomer fra mold ved hjelp av en metallspatel og legg på toppen av en PTFE ark. Trim kantene på LCE å bruke et barberblad og kutte LCE på langs i tre like store biter (ca. 2,7 cm lengde og 0,5 cm bredde).
  4. Henge hver brikke ved en ende til en horisontal stang og feste 10 paperclips (4,4 g) til den andre enden av LCE. Hold LCE på plass med tape, og legge binders én om gangen i intervaller på 10 min. Heng LCE i 7 dager ved romtemperatur, og bemerker endringer i lengde og ensartethet. Kast alle prøve som tårer eller pauser. Fjern prøver og oppbevar ved ambient.

2. Utarbeidelse av elektrisk reager Polysiloksan LCE Nanocomposites

  1. For å forberede LCE nanocomposites med sot spredt gjennomHovedtyngden av prøven, første gjenta trinn 1.1 til 1.4 ovenfor. Legg 4,38 mg carbon black nanopartikler til reaksjonsoppløsningen inneholdende reaktive mesogen, tverrbindingsmiddel, og siloksan. Bruk totalt 5 binders i stedet for 10 for lasting.
  2. For å legge til ekstra carbon black nanopartikler til den LCE overflate, fremstille 1% vekt / volum løsning av carbon black nanopartikler i toluen. Sonikere i 20 minutter for å dispergere nanopartikler og deretter helle dispersjonen inn i en petriskål. Dypp LCEs fra trinn 2,1 i nanopartikkel spredning i 6 timer.
  3. Etter 6 timer ved å bruke en pipette for å trekke oppløsningen fra petriskålen og la elastomer for å tørke i luft. rense overskytende karbon partikler på overflaten forsiktig ved bruk av bånd eller en bomullspinne.

3. Utarbeidelse av Reversibel Epoxy-baserte LCEs

  1. Bland 246,15 mg av 4,4'-diglycidyloxybiphenyl 31, 101 mg sebacinsyre, 71,6 mg hexadecanedioic syre, og 76 mg av carboxydecyl-terminert polydimetylsiloksanmethylsiloxane i en skreddersydd (3 cm x 2 cm x 1 cm) rektangulær PTFE mold. Varme opp prøvene ved å plassere på en varmeplate ved 180 ° C.
    1. Legg 11.48 mg (1,5,7-triaza [4.4.0] dec-5-en) katalysator og røre ved hjelp av metall pinsett forvarmet til 180 ° C. Fortsett å omsette inntil blandingen danner en gel etter ca. 20 min, og røres med jevne mellomrom for å fjerne bobler som genereres ved reaksjonen.
  2. Fjern PTFE båt fra kokeplaten og la den avkjøles til romtemperatur. Bruke et barberblad for å skille elastomeren fra den PTFE-formen.
  3. Plassere to PTFE ark i en polymer presse ved 180 ° C. Plasser elastomer fra trinn 3.2 mellom PTFE-ark og komprimere prøven til en tykkelse på 0,3 - 0,5 mm. Fortsett oppvarmingen ved 180 ° C i 4 timer.
  4. Fjern prøven og avkjøl til romtemperatur. Kutt prøven i rektangulære stykker (ca. 2,5 cm lengde og 0,5 cm bredde). Heng prøven i den ene enden ved hjelp polyimide båndet inne i en varmeovnen. Fest 12 paperclips (8,88 g) til den frie enden av prøven. Sette temperaturen på varmeovnen til 165 ° CO / N, eller av 12 - 16 timer.
  5. Fjern elastomer fra varmeovnen og legg merke til endringen i lengde. Oppvarme prøven til 80 ° C på en varmeplate for å fjerne gjenværende stress deretter avkjøles tilbake til romtemperatur.

4. Testing og karakterisering av LCEs

  1. Mål reversibel påkjenning ved oppvarming av prøvene på en varmeplate til 120 ° C og avbildning med et kamera. Legg merke til den opprinnelige prøvelengde ved RT, prøven lengde etter oppvarming til 120 ° C, og lengden etter avkjøling tilbake til romtemperatur. LCEs skulle trekke seg sammen med ca 30% og vende tilbake til sin opprinnelige lengde ved avkjøling. Se eksempel bilder som er vist i figur 1A og 1B.
  2. Analyser faseovergangstemperatur og glassovergangs ved differensiell scanning-kalorimetri (DSC) ved å skjære et lite stykke fra hver LCE og skanning fra 0 ° C til 150 ° C ved en oppvarmings / cooling rate på 10 ° C / min 32,33.
  3. Kvantifisere graden av flytende-krystall innretting av røntgendiffraksjons-målinger. Plasser prøver i en X-ray diffractometer med 2D-imaging evner. 33 Se eksempel avbøyningsbilder vist i figur 2.
    Merk: diffraksjon Bildet bør være anisotropisk, reflekterer justering av LCE 33. Polysiloxane LCEs er nematiske og epoxy-basert LCEs viser en smektisk fase.
  4. Mål stivhet LCE og endring i lengde og bredde ved hjelp av dynamisk mekanisk analyse (DMA). Record lengde og stivhet endres som en funksjon av temperatur for LCEs og som en funksjon av elektrisk potensial for LCE nanokompositter.
    1. For termomekaniske målinger, bruke et barberblad for å kutte prøver manuelt til dimensjonene på 2 cm x 0,3 cm og nøye seg fast i mellom spenning klemmer. Påfør en styrke på 1 mN å fjerne eventuell slakk.
      1. Termisk likevekt prøvene ved 30 ° C Followed av varme- og kjølesykluser ved 5 ° C / min. Varme prøven fra 30 ° C opp til 120 ° C. Endringer i temperatur til endringer i lengde og bredde av prøven, som er registrert i løpet av DMA målingen. Se figur 3A for termo målinger av en LCE prøve.
    2. For elektromekaniske målinger, kuttet manuelt LCE nanocomposite prøver å dimensjoner på 2 cm x 0,3 cm og lim en kobbertråd på motsatte ender av LCE nanocomposites med en sølv epoxy. Fest LCE nanocomposite hjelp spenning klemmer med en mN spenning.
      1. Anvende et elektrisk potensial gjennom kobbertråder med en spenning i området fra 0 - 60 V, en frekvens på 60 Hz, og en på / av pulsvarighet i området fra 0,1 sek - 30 sek.
      2. Rekord form endres som reaksjon på det elektriske potensialet. Påfør en fast kraft 1 mN for å fjerne slakk. Endringen i stilling av klemmene tilsvarer forme endringer i prøven. se Figure 3B for elektromekaniske målinger av en LCE nanocomposite prøve.

5. Aktiv Cell Culture gjennom elektrisk stimulering av LCE Nanocomposites

  1. Behandle en overflate av LCE nanokompositter henhold oksygenplasma i 30 sek. Spin kastet 300 ul av en løsning av polystyren i toluen (1% vekt / volum) ved 3300 rpm i 1 minutt på toppen av plasmaet rengjorte overflaten. Tørk elastomer under vakuum i 12 timer for å fjerne toluen, og behandle det polystyren-belagte overflate av LCE nanokompositt ved hjelp av oksygenplasma i 30 sek.
  2. Plasser LCE nanocomposites i 70% etanol løsning for 30 min å sterilisere overflaten.
    1. Vask LCE nanocomposite med fosfatbufret saltvann og overføre LCE til en tørr petriskål med polystyren-belagte siden opp. Belegge hele overflaten av den LCE ved neddykking i 5 ml av en rottehale kollagen type I-løsning (50 ug / ml i 0,02 N eddiksyre). Inkuber LCE nanocomposite ved 37 ° C og 5% CO2 i minst 30 min.
  3. Isoler neonatal rotte ventrikkel cardiomyocytes og suspendere i høy serum plating media som tidligere rapportert 11.
    1. Plate celler på toppen av LCE substrater som beskrevet ovenfor, ved en tetthet på 100.000 - 600.000 celler / cm2. Rundt 24 timer senere, overføre cellene til lav serum vedlikehold media (DMEM, 18,5% M199, 5% HS, 1% FBS og antibiotika). Tillat cardiomyocytes å feste og sprer på overflaten av LCE for 4 dager.
  4. Design og fremstille en tilpasset fartøy ved hjelp av en 3-D-skriveren, og ved hjelp av den skjema av beholderen vist på figur 4 ved bruk av produsentens protokoll.
    Merk: 3D trykte Fartøyet er en rektangulær beholder med ytre dimensjoner på 60 mm x 40 mm x 20 mm og indre dimensjoner på 50 mm x 30 mm x 15 mm. På to sideflater, er det to sett med 5 mm hull som benyttes for innføring av ledende karbonstaver. Notches rundt hullene og opp til den øverste kant av beholderen gir mulighet for å plassere et rektangulært plaststykke (dimensjoner på 52,5 mm x 12 mm x 4 mm) på tvers av beholderen for å holde det LCE på plass i begge ender. Avstanden mellom hullene er 3 mm på en side av fartøyet, og hakkene ligger rundt hullene som vist i figur 4. Dette er utformet for å være kompatibel med størrelsen på LCE substratene beskrevet ovenfor. Ledende karbon stenger oppnås gjennom en kommersiell leverandør som vist i Materials Supplement.
    1. Sett karbon stenger gjennom hullene over skipene og hold på plass ved hjelp av medisinsk silikon lim. Kurere limet O / N.
  5. Transfer LCE nanocomposites med cardiomyocytes til en tilpasset 3D-trykt kar fylt med cellekultur vedlikeholds medier, og med parallelle ledende karbon stenger koblet til en elektrisk kilde. Plasser LCE tvers av karbon stenger og feste i den ene enden for å sikre elektrisk kontakt.
    1. Sett inn en rektangulær plastbiten gjennom hakkene i 3-D fartøy for å holde LCE på plass i en eller begge ender, men plasserer dette løst over LCE prøven. Elektrisk stimulere LCE gjennom anvendelse av et 40 V AC elektrisk potensial med en 5 sekunder på / av-tid i til sammen 24 timer.
  6. Flekk membranen av levende celler ved hjelp Calcein AM som beskrevet tidligere 11.
  7. For kjerner farging, dekke cellene med DAPI-inneholdende monteringsmedium før avbilding under en invertert fluorescerende mikroskop. Bruk ImageJ å telle antall levende celler og bestemme vinkelen celle innretting med best mulig passform funksjon.

6. Aktiv Cell Culture med LCEs Bruke direkte oppvarming

  1. Gjenta trinn 5.1 til 5.3 ovenfor ved hjelp av en ren LCE uten carbon black nanopartikler lagt til. Denne fremgangsmåten er også beskrevet i detalj i en tidligere publikasjon. 11
  2. Overfør LCE med cardiomyocytes til en Petri dish med cellekulturvedlikeholds media og en 0.5 "x 2" Kapton resistive varmeapparatet. Forsyning varme til LCE ved å slå på resistive varmeapparatet med varmeeffekt på 12 W. Cycle av og på varmen med 5 sek intervaller i minst 24 timer.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Monodomene LCEs er form-responsive grunn av kobling av nettverk konformasjon med flytende krystall bestilling. Varme LCEs resulterer i en reduksjon i den flytende krystall for parameteren, som produserer en sammentrekning av det polymere nettverk langs den primære justeringsretningen. Dette blir lett visualisert ved å plassere en LCE på en kokeplate, som vist i figur 1A og 1B. Ved oppvarming fra romtemperatur til LCE kontraktene langs lengden av prøven, og over den isotrope overgangstemperaturen kontraksjon er et maksimum. Utvalget vil også bli optisk klar over isotrop overgangstemperaturen, mens noen haziness er observert for enda perfekt justert LCEs under isotropization temperatur. LCE nanokompositter vil også oppvise formforandringer som følge av oppvarming, som vist i figur 1C og 1D. LCE nanokompositter kan være oppvarmet enten på en varmeplate (ikke vist) eller vedpåføring av et elektrisk potensial over prøven. Prøven vil kontrakten når spenningen er slått på. Hvis liten eller ingen formendring er observert, er dette sannsynligvis en refleksjon av dårlig innretting av flytende krystaller og leder syntesen av LCE bør gjentas. Som en sjekk, kan dobbeltbrytningen av rene LCE prøvene testet ved hjelp av et polarisert optisk mikroskop. Stilte prøver bør utvise maksimal dobbeltbrytning da orientert 45 grader i forhold til krysset polararizers og skal vises mørkt da orientert langs eller vinkelrett på enten analysator eller polarisator.

Direkte informasjon om flytende krystall bestilling kan fås ved røntgendiffraksjon 33. Som vist i figur 2, oppviser en justert LCE anisotrope flytende-krystall-diffraksjonstopper grunn av justeringen av mesogener. Topper ved store vinkler er på grunn av intermolekylær mellomrom langs bredden av molekylet. I tilfelle av EPOXY-LCEs med smektiske bestilling, er flere topper observert ved lave vinkler reflekterer smektiske lag mellomrom. I alle prøvene, er diffraksjon anisotrope i den flytende krystallfase og uordnede over isotropization temperatur. Som vist i figur 2, blir siloksanet LCE oppviser nematiske XRD toppene langs justeringsretningen, mens de epoxy-LCEs er hovedkjede LCEs og oppviser vidvinkel XRD topper vinkelrett på innretting retning og lav-vinkel toppene langs justerings retning som tilsvarer den smektiske lag mellomrom.

Differensiell scanning kalorimetri (DSC) tilveiebringer faseoverganger i LCEs 32. Silikonbaserte LCEs har en glassovergangstemperatur (T g) godt under romtemperatur og under oppløsningen av vår DSC, men en klar topp iakttas i nærheten av 90 ° C som svarer til den nematiske-til-isotropisk overgang. En lignende peak er observert i LCE nanocomposites. I tilfellet med de epoksybaserte LCEs er presentert, er en glassovergangstemperatur nær 20 ° C og observert en smektisk-til-isotropisk overgangstemperatur nær 60 ° C. Det er viktig å merke seg at glass og isotrope overgangstemperaturen kan endres ved å endre sammensetningen av elastomerer og den forbindende gruppe.

Dynamisk mekanisk analyse gir et kvantitativt mål på LCE formendring som en funksjon av temperatur og, i tilfelle av LCE nanokompositter, som en funksjon av den påtrykte spenning (figur 3). Prøve kontrakter med økende temperatur, opp til overgangen til isotrop fase. I tilfelle av en pulset elektrisk spenning, LCE nanokompositter oppviser syklisk belastning i fase med det elektriske potensial.

Aktive cellekultur eksperimenter er utført ved hjelp av en tilpasset, 3-D trykt fartøy (figur 4). De gjennomgående hullene gir mulighet for plassering av ledende karbon stenger, og beholderen er fylt med cellekulturmedier. Et eksempel på cellebinding på et LCE nanokompositt overflate er vist i figur 5 for en ikke-stimulert prøven etter 3 dagers dyrkning. Cardiomyocytes viser god tilknytning og levedyktighet.

Figur 1
Figur 1. Shape-responsen av LCEs og LCE Nanocomposites. LCEs kontrakt og langstrakte reversibelt når den varmes opp fra RT (A) til over den nematiske-til-isotropisk overgangstemperatur, omtrent 80 ° C (B). LCE nanokompositter kontrakt om anvendelse av et elektrisk potensial (C og D). Spenningen brukes er en 40 V AC signal. Klikk her for å se en largeh versjon av denne figuren.

Figur 2
Figur 2. 2-D-røntgendiffraksjon fra fluktende LCEs. Innregulerte LCEs oppviser anisotrope diffraksjonsmønstre som følge av flytende-krystall innretting. Justeringen retning er i vertikal retning som indikert av den hvite pilen i rammer (B og D). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 3
Figur 3. Dynamisk mekanisk analyse (DMA) av form-respons i LCEs. (A) termo målinger av en siloksan LCE for 4 varme- og kjølesykluser. Den maksimale sammentrekning er 35% langs prøvelengde. (B) Elektro belastning målt i en LCE nanokompositt med en 40 V AC elektrisk potensial slås av og på hver 15 sek. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 4
Figur 4. Skjematisk av tilpassede fartøy for aktiv cellekultur. Gjennomgående hull tillate innsetting av ledende karbon stenger, som er festet og forseglet ved kantene ved hjelp av et silikon, bio-grade klebemiddel. De to platene er brukt for å sikre LCE på en eller begge ender. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 5
Figur 5. Fluorescens analyse av cardiomyocytes på en LCE nanocomposite overflate. Cellene er farget med Calcein AM, og levende celler blir grønne. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Acknowledgments

Dette arbeidet ble støttet av National Karriere Foundation (CBET-1336073 til RV), ACS Petroleum Research Fund (52345-DN17 til RV), American Heart Association (BGIA til JGJ), National Science Foundation (KARRIERE CBET-1055942 til JGJ), National Institutes of Health / National Heart, Lung and Blood Institute (1R21HL110330 til JGJ), Louis og Peaches Owen og Texas barnesykehus.

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

Bioteknologi flytende krystaller Polymers elastomerer Stimuli-Responsive form-responsive cellekultur biomaterialer
Utarbeidelse av monodomene flytende krystall elastomerer og flytende krystall Elastomer 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