Waiting
Login processing...

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

Bioengineering

Voorbereiding van de Monodomain Liquid Crystal Elastomers en Liquid Crystal elastomeer Nanocomposieten

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 zijn vorm-responsieve materialen met een volledig omkeerbaar vormverandering en potentiële toepassingen in de geneeskunde, tissue engineering, kunstmatige spieren, en zo zacht robots. Hier tonen we de voorbereiding van vloeibare kristallen elastomeren shape-responsieve (LCEs) en LCE nanocomposieten, samen met de karakterisering van hun vorm-reactievermogen, mechanische eigenschappen en microstructuur. Twee soorten LCEs --polysiloxaan gebaseerde en op epoxybasis - gesynthetiseerd, gericht en gekarakteriseerd. -Polysiloxaan gebaseerde LCEs worden bereid door middel van twee verknoping stappen, de tweede onder een aangebrachte belasting, wat resulteert in monodomain LCEs. Polysiloxaan LCE nanocomposieten worden bereid door toevoeging van geleidend roet nanopartikels, zowel gedurende het grootste deel van de LCE en LCE oppervlak. Epoxybasis LCEs worden bereid door een omkeerbare veresteringsreactie. Epoxybasis LCEs uitgelijnd door toepassing van een uniaxiaal belasting bij hoge (160 ° C) temperatures. Uitgelijnd en LCEs LCE nanocomposieten worden gekarakteriseerd wat betreft omkeerbare rek, mechanische stijfheid en vloeibaar kristal geproduceerd met een combinatie van beeldvorming, tweedimensionale röntgendiffractie metingen, differentiële scanning calorimetrie en dynamische mechanische analyse. LCEs en LCE nanocomposieten kunnen worden gestimuleerd met warmte en / of elektrische potentiaal regelbaar genereren spanningen in celkweek media, en we tonen de toepassing van LCEs als vorm reagerende substraten voor celkweek onder toepassing van een op maat gemaakte inrichting.

Introduction

Materialen die snel, reversibel en programmeerbare veranderingen vorm kan vertonen wenselijk voor een reeks toepassingen 1-9. Shape-responsieve stents kan helpen met wondgenezing en behandeling 7. Kunstmatige robots kan helpen bij het ​​onderzoek of bij de uitvoering van taken in omgevingen die schadelijk of onveilig voor de mens 10 zijn. Shape reagerende elastomeren gewenst voor de actieve celkweek, waarbij cellen worden gekweekt in een actieve omgeving. 11-14 Andere toepassingen zijn verpakking, detectie en geneesmiddelafgifte.

Vloeibare kristallen elastomeren (LCE) zijn polymeer netwerken met vloeibare kristallen bestellen 15-20. LCEs worden gemaakt door het combineren van een flexibel polymeernetwerk met vloeibaar kristalmoleculen genoemd mesogenen. De responsiviteit van LCEs wordt afgeleid uit de koppeling van vloeibare kristallen om spanningen in het polymère netwerk, en prikkels die de ordening van mesogenen invloed zal gennetwerk stammen tarief, en vice versa. Om grote en omkeerbare vorm-veranderingen in afwezigheid van een externe belasting te bereiken, moet de mesogenen worden uitgelijnd in één richting LCE. Een gemeenschappelijke praktische uitdaging in het werken met LCEs is het genereren monodomain LCEs. Een andere uitdaging is het genereren van vorm verandert als gevolg van andere stimuli dan de directe verwarming. Dit kan door toevoeging van nanodeeltjes of kleurstoffen LCE netwerken 21-28.

Hier tonen we de voorbereiding van monodomain LCEs en LCE nanocomposieten. Ten eerste, tonen we de voorbereiding van monodomain LCEs gebruik van de twee-staps methode voor het eerst gemeld door Kupfer et al. 29 Dit is nog steeds de meest populaire en bekende werkwijze voor het bereiden monodomain LCEs, maar het bereiken van een uniforme afstemming en samenhang tussen de monsters kan een uitdaging zijn . We tonen een benadering die gemakkelijk kunnen worden geïmplementeerd met behulp van standaard laboratoriumapparatuur met volledige gegevens van steekproevenverwerking en bereiding. Vervolgens tonen we hoe geleidend carbon black nanodeeltjes LCEs kunnen worden toegevoegd aan geleidende, elektrisch reagerend LCEs produceren. Vervolgens hebben we tonen de synthese en uitlijning van op basis van epoxy LCEs. Deze materialen vertonen omwisselbare netwerk bindingen en kunnen worden uitgelijnd door verhitting tot hoge temperaturen en het aanbrengen van een gelijkmatige belasting. Alle LCEs kenmerken met macroscopische monster beeldvorming, röntgendiffractie metingen en dynamische mechanische analyse. Tot slot laten we zien een mogelijke toepassing van LCEs als vorm reagerende substraten voor actieve cel cultuur.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Synthese van Aligned polysiloxaan LCEs

  1. Combineer 166,23 mg reactieve mesogene (4-methoxyfenyl 4- (3-butenyloxy) benzoaat), 40 mg poly (hydromethylsiloxane) en 12,8 mg crosslinker (1,4-di (10-undecenyloxybenzene) 30 met 0,6 ml watervrij tolueen in een klein flesje (ongeveer 13 mm in diameter en 100 mm lang) geladen met een roerstaaf. Roer de oplossing bij 35 ° C gedurende 25 min op te lossen.
  2. In een afzonderlijk flesje, een oplossing van 1 gew% dichloor (1,5-cyclo-octadieen) -platinum (II) katalysator in dichloormethaan. Voeg 30 ul van de katalysator oplossing van de reagentia uit stap 1.1 via een pipet, roer om te mengen, en giet de oplossing in een op maat gemaakt (3 cm x 2 cm x 1 cm) rechthoekige polytetrafluorethyleen (PTFE) schimmel. Bedek de mal losjes met een glasplaatje en plaats in verwarmingsoven bij 60 ° C gedurende 30 minuten onder periodiek schudden om bellen te verwijderen gedurende de eerste 15 min.
  3. Schimmel te verwijderen uit het verwarmen oven en cool met vloeibare stikstof door het gieten van vloeibare stikstof in een kleine houder en met de onderkant van de PTFE mal met de vloeibare stikstof gedurende 2 sec.
    1. Zodra het mengsel afgekoeld, voorzichtig elastomeer verwijderen uit matrijs met een metalen spatel en bovenop een PTFE-platen. Maak de randen LCE met een scheermesje en snijd de LCE over zijn lengte in drie gelijke stukjes (. Ongeveer 2,7 cm lang en 0,5 cm breed).
  4. Hangen elk stuk met één einde aan een horizontale stang 10 en bevestig paperclips (4,4 g) aan het andere uiteinde van de LCE. Houd de LCE vast met tape, paperclips en voeg een voor een in stappen van 10 min. Hang LCE gedurende 7 dagen bij KT merkt lengteveranderingen en uniformiteit. Gooi een monster dat scheurt of breekt. Verwijder monsters en bewaar bij kamertemperatuur.

2. Voorbereiding van elektrisch Responsive polysiloxaan LCE Nanocomposieten

  1. Om LCE nanocomposieten te bereiden met roet verspreid in degrootste deel van het monster, eerste herhaalt u de stappen 1,1-1,4 boven. Voeg 4,38 mg roet nanodeeltjes aan de reactieoplossing die reactieve mesogene, verknopingsmiddel en siloxaan. Met een totaal van 5 paperclips in plaats van 10 voor het laden.
  2. Om extra roet nanopartikels toevoegen LCE oppervlak, bereid 1% w / v oplossing van carbon black nanodeeltjes in tolueen. Sonificeer 20 min aan nanodeeltjes te dispergeren en giet de dispersie in een petrischaal. Dompel de LCEs uit stap 2.1 in de nanodeeltjes dispersie voor 6 uur.
  3. Na 6 uur werd een pipet gebruikt om de oplossing uit de petrischaal trekken en laat het elastomeer te drogen in lucht. Reinig overtollige koolstofdeeltjes op het oppervlak met tape of een wattenstaafje.

3. Bereiding van Reversible epoxy gebaseerde LCEs

  1. Meng 246,15 mg 4,4'-diglycidyloxybiphenyl 31, 101 mg sebacinezuur, 71,6 mg hexadecanedioic zuur en 76 mg-carboxydecyl beëindigd polydimethylsiloxaan in een custom-made (3 cm x 2 cm x 1 cm) rechthoekige PTFE mal. Verwarm de monsters door het op een verwarmingsplaat bij 180 ° C.
    1. Voeg 11,48 mg (1,5,7-triazabicyclo [4.4.0] dec-5-een) katalysator en roer met metalen pincet voorverwarmd tot 180 ° C. Verder laten reageren tot het mengsel een gel vormt na ongeveer 20 minuten en roer periodiek bellen gegenereerd door de reactie te verwijderen.
  2. Verwijder de PTFE boot van de kookplaat en laat afkoelen tot kamertemperatuur. Gebruik een scheermesje om de elastomeer te scheiden van de PTFE matrijs.
  3. Plaats twee PTFE vellen in een polymeer pers bij 180 ° C. Plaats het elastomeer bij stap 3,2 tussen de PTFE-platen en comprimeren van het monster tot een dikte van 0,3-0,5 mm. Verhit bij 180 ° C gedurende 4 uur.
  4. Verwijder het monster en laat afkoelen tot kamertemperatuur. Snijd het monster in rechthoekige stukken (ongeveer 2,5 cm lang en 0,5 cm breed). Hang het monster aan de ene kant het gebruik van polyimide tape in een verwarming oven. Hechten 12 paperclips (8,88 g) aan het vrije uiteinde van het monster. Stel de temperatuur van de verwarmingsoven tot 165 ° CO / N, of 12-16 uur.
  5. Verwijder het elastomeer uit de verwarmings- oven en let op de verandering in de lengte. Verwarm het monster tot 80 ° C op een kookplaat te restspanning verwijder vervolgens afkoelen naar kamertemperatuur.

4. Testen en karakterisering van LCEs

  1. Meet omkeerbare rek door verhitting van de monsters op een kookplaat bij 120 ° C en beeldvorming met een camera. Noteer de initiële monsterlengte bij kamertemperatuur, het monster lengte na verhitting tot 120 ° C, en de lengte na afkoelen naar kamertemperatuur. LCEs moet ongeveer 30% bedroeg en terugkeren naar hun oorspronkelijke lengte bij afkoeling. Zie bijvoorbeeld afbeeldingen weergegeven in figuur 1A en 1B.
  2. Analyseer fase-overgangstemperatuur en glasovergang door differentiële scanning calorimetrie (DSC) van het snijden van een stukje van elkaar LCE en scannen van 0 ° C tot 150 ° C bij een verwarmingssnelheid / coOling snelheid van 10 ° C / min 32,33.
  3. Kwantificeren van de mate van vloeibaar kristal uitlijning door röntgendiffractie metingen. Leg monsters in een X-ray diffractometer met 2D grafische mogelijkheden. 33 Zie bijvoorbeeld diffractie beelden weergegeven in figuur 2.
    Opmerking: Het beeld diffractie moet anisotroop zijn, als gevolg van de aanpassing van de LCE 33. Polysiloxaan LCEs zijn nematische en op basis van epoxy LCEs vertonen een smectische fase.
  4. Meet stijfheid van LCE en verandering in lengte en breedte middels dynamische mechanische analyse (DMA). Recordlengte en stijfheid verandert als functie van de temperatuur voor LCEs en als functie van de elektrische potentiaal LCE nanocomposieten.
    1. Voor thermo-mechanische metingen, gebruik dan een scheermesje om handmatig te snijden monsters naar afmetingen van 2 cm x 0,3 cm en zorgvuldig vast in spanning tussen klemmen. Breng een kracht van 1 mn om eventuele speling te verwijderen.
      1. Thermisch evenwicht monsters bij 30 ° C followed door verwarming en koeling cycli bij 5 ° C / min. Warmte monster van 30 ° C tot 120 ° C. Veranderingen in temperatuur veroorzaken veranderingen in de lengte en breedte van het monster, die zijn opgenomen in de DMA meting. Zie figuur 3A voor thermomechanische metingen van een LCE monster.
    2. Voor elektromechanische metingen handmatig afsnijden LCE nanocomposiet monsters afmetingen van 2 cm x 0,3 cm en lijm een ​​koperdraad aan de tegengestelde uiteinden van LCE nanocomposieten met een zilverepoxy. Bevestig de LCE nanocomposiet met behulp van spanning klemmen met 1 mN spanning.
      1. Breng een elektrische potentiaal via koperdraden bij een voltage tussen 0 - 60 V, een frequentie van 60 Hz en een aan / uit pulsduur varieert van 0,1 sec - 30 sec.
      2. Opnameveranderingen vorm in reactie op het elektrische potentiaal. Breng een vaste kracht van 1 mn om strak te trekken. De positieverandering van de klemmen overeenkomt met veranderingen in het monster bepalen. Zie Figure 3B elektromechanische metingen van een nanocomposiet LCE monster.

5. actieve cel cultuur door middel van elektrische stimulatie van de LCE Nanocomposieten

  1. Behandel een oppervlak van LCE nanocomposieten onder zuurstofplasma gedurende 30 sec. Rotatie gegoten 300 ui van een oplossing van polystyreen in tolueen (1% w / v) bij 3300 rpm gedurende 1 min bovenop het plasma gereinigde oppervlak. Droog het elastomeer onder vacuüm gedurende 12 uur tot tolueen te verwijderen en behandelen polystyreen beklede oppervlak LCE nanocomposiet gebruik van zuurstof plasma voor 30 sec.
  2. Plaats LCE nanocomposieten in 70% ethanol-oplossing gedurende 30 minuten aan het oppervlak gesteriliseerd.
    1. Was LCE nanocomposiet met fosfaatgebufferde zoutoplossing en breng het LCE een droge petrischaal met de met polystyreen bedekte kant naar boven. Laag het gehele oppervlak van de LCE door onderdompeling in 5 ml rattenstaart collageen type I-oplossing (50 ug / ml in 0,02 N azijnzuur). Incubeer de LCE nanocomposite bij 37 ° C en 5% CO2 gedurende ten minste 30 min.
  3. Isoleer neonatale rat ventriculaire hartspiercellen en schorten in high-serum plating media zoals eerder gemeld 11.
    1. Plaat cellen bovenop LCE substraten zoals hierboven beschreven bij een dichtheid van 100.000 - 600.000 cellen / cm2. Ongeveer 24 uur later, de overdracht van de cellen aan lage serum onderhoud media (DMEM, 18,5% M199, 5% HS, 1% FBS en antibiotica). Sta cardiomyocyten te hechten en verspreiden zich op het oppervlak van de LCE gedurende 4 dagen.
  4. Ontwerpen en fabriceren van een aangepaste vaartuig met een 3-D printer via het schema van de in figuur 4 middels protocol van de fabrikant verblijf.
    Opmerking: De 3D afgedrukte vat een rechthoekige houder met buitenafmetingen van 60 mm x 40 mm x 20 mm en de inwendige afmetingen van 50 mm x 30 mm x 15 mm. Op twee zijvlakken, zijn er twee sets van 5 mm gaten voor het inbrengen geleidende carbon staven. Inkepinges rond de gaten en tot aan de bovenrand van de houder zorgen voor het plaatsen van een rechthoekig stuk kunststof (afmetingen 52,5 mm x 12 mm x 4 mm) over het vat om LCE zijn plaats te houden aan beide uiteinden. De afstand tussen de gaten 3 mm aan één zijde van het vat en inkepingen bevinden zich rond de openingen zoals weergegeven in figuur 4. Deze is ontworpen op de grootte van de LCE oppervlakken boven beschreven zijn. Geleidende koolstof stangen waarvoor een commerciële leverancier zoals in de Materials Supplement.
    1. Steek carbon staven door de gaten over de schepen en op zijn plaats houden met behulp van medische siliconen lijm. Cure de lijm O / N.
  5. Transfer LCE nanocomposieten met hartspiercellen op een aangepaste 3D-gedrukte vat gevuld met celcultuur onderhoud media en met parallelle geleidende koolstof stangen verbonden met een elektrische bron. Plaats de LCE over de carbon staven en lossen aan de ene kant om elektrisch contact te verzekeren.
    1. Plaats een rechthoekig stukje plastic door de inkepingen in de 3-D vaartuig LCE zijn plaats te houden aan één of beide einden, maar plaats dit losjes over LCE monster. Elektrisch stimuleren LCE door toepassing van een 40 V AC elektrische potentiaal met een 5 seconden aan / uit in totaal 24 uur.
  6. Vlekken op het membraan van levende cellen met behulp van calceïne AM zoals eerder 11 beschreven.
  7. Voor kernen kleuring, bedekken de cellen met DAPI-bevattend fixeermiddel voor beeldvorming onder een omgekeerde fluorescentiemicroscoop. Gebruik ImageJ om het aantal levende cellen te tellen en bepalen de hoek van celuitlijning met de beste aanpassingsfunctie.

6. Actief Cultuur van de Cel met behulp van LCEs Direct Verwarming

  1. Herhaal stap 5,1-5,3 boven het gebruik van een pure LCE zonder carbon black nanodeeltjes toegevoegd. Deze procedure wordt ook beschreven in een eerdere publicatie. 11
  2. Breng de LCE met hartspiercellen op een Petri dish met celkweek onderhoud media en een 0.5 "x 2" Kapton resistieve kachel. Levering warmte aan de LCE instelling door de resistieve verwarming met verwarmingsvermogen van 12 W aan en uit de warmte met 5 seconden intervallen gedurende tenminste 24 uur.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Monodomain LCEs zijn shape-responsief als gevolg van de koppeling van het netwerk conformatie met vloeibare kristallen bestellen. Verwarming LCEs resulteert in een afname in het kristal ordeparameter vloeistof, waardoor een samentrekking van het polymere netwerk langs de primaire uitlijnrichting. Dit wordt gemakkelijk gevisualiseerd door het plaatsen van een LCE op een kookplaat, zoals getoond in figuur 1A en 1B. Bij opwarmen van RT, LCE overeenkomsten over de lengte van het monster, en boven de isotrope overgangstemperatuur contractie is een maximum. Het monster zal ook optisch duidelijk boven de isotrope overgangstemperatuur geworden, terwijl sommige wazigheid wordt waargenomen voor nog perfect uitgelijnd LCEs onder de isotropization temperatuur. LCE nanocomposieten ook vorm-veranderingen vertonen in reactie op verwarming, zoals in Figuur 1C en 1D. LCE nanocomposieten verwarming kan op een kookplaat (niet getoond) of dooraanleggen van een elektrisch potentiaal over het monster. Het monster zal krimpen wanneer de spanning wordt ingeschakeld. Indien weinig of geen vormverandering wordt waargenomen, is dit waarschijnlijk een weerspiegeling van slechte uitlijning van de vloeibare kristallen richter worden gesynthetiseerd LCE worden herhaald. Ter controle kan de dubbele breking van zuivere LCE monsters worden getest met een gepolariseerde lichtmicroscoop. Aligned monsters moeten maximale dubbele breking vertonen als georiënteerd op 45 graden ten opzichte van gekruiste polararizers en zou moeten verschijnen donker wanneer georiënteerd langs of loodrecht op zowel de analysator of de polarisator.

Directe informatie over vloeibaar kristal geproduceerd kan worden verkregen via röntgendiffractie 33. Zoals getoond in figuur 2, een uitgelijnde LCE vertoont anisotrope vloeibaar kristal diffractie pieken vanwege het uitlijnen van de mesogenen. Pieken bij grote hoeken zijn vanwege intermoleculaire afstand over de breedte van het molecuul. Bij epoxy-LCEs met smectische bestellen, zijn extra pieken waargenomen bij lage hoeken als gevolg van de smectische lagen afstand. In alle monsters, de diffractie anisotroop in de vloeibare kristalfase en ongeordende boven de isotropization temperatuur. Zoals getoond in figuur 2, zal het siloxaan LCE nematische XRD pieken vertonen langs de uitlijnrichting terwijl de epoxy-LCEs zijn hoofdketen LCEs en vertonen groothoek XRD pieken loodrecht op de uitlijnrichting lage-hoek toppen aan de uitlijnrichting overeenkomt met de smectische laagafstand.

Differentiële scanning calorimetrie (DSC) bepaalt faseovergangen in de LCEs 32. Siliconenbasis LCEs een glasovergangstemperatuur (Tg) ver onder kamertemperatuur en onder preciezer de DSC, maar een duidelijke piek waargenomen nabij 90 ° C overeenkomstig de nematische-isotrope overgang naar. Eenzelfde piek aanwezig is in het LCE nanocomposites. Bij de basis van epoxy LCEs gesitueerd, wordt een glasovergangs- temperatuur nabij 20 ° C waargenomen en een smectische-to-isotrope overgangstemperatuur dichtbij 60 ° C. Het is belangrijk op te merken dat het glas en isotrope overgangstemperatuur kan worden aangepast door verandering van de samenstelling van de elastomeren en de verbindingsgroep.

Dynamische mechanische analyse verschaft een kwantitatieve maat LCE vormverandering als functie van de temperatuur en, in het geval van LCE nanocomposieten, als functie van de aangelegde spanning (figuur 3). Het monster met een stijgende temperatuur, tot de overgang naar de isotrope fase. In het geval van een gepulste elektrische spanning, LCE nanocomposieten vertonen cyclische spanning in fase met de elektrische potentiaal.

Actieve celcultuur experimenten uitgevoerd met een aangepaste, 3-D afgedrukt vat (figuur 4). De doorgaande gaten moet de plaatsing van geleidende koolstof staven, en het vat wordt gevuld met celkweekmedium. Een voorbeeld van celhechting op LCE nanocomposiet oppervlak is getoond in figuur 5 voor een niet-gestimuleerde monster na 3 dagen kweken. Hartspiercellen vertonen een goede hechting en de levensvatbaarheid.

Figuur 1
Figuur 1. Vorm-respons van LCEs en LCE nanocomposieten. LCEs opdracht en langwerpige omkeerbaar wanneer verwarmd van kamertemperatuur (A) tot boven de nematische-isotrope naar overgangstemperatuur, ongeveer 80 ° C (B). LCE nanocomposieten contract over de toepassing van een elektrische potentiaal (C en D). De spanning is een 40 V AC-signaal. Klik hier om een larg bekijkenER versie van deze figuur.

figuur 2
Figuur 2. 2-D röntgendiffractiepatroon van LCEs uitgelijnd. Aligned LCEs vertonen anisotrope diffractiepatronen door vloeibaar kristal uitlijning. De uitlijning richting in de verticale richting zoals aangegeven door de witte pijl in frames (B en D). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figuur 3
Figuur 3. Dynamische mechanische analyse (DMA) vorm-responsiviteit in LCEs. (A) thermomechanische metingen van een siloxaan LCE 4 voor verwarming en koeling cycli. De maximale contractie 35% langs de monsterlengte. (B) Elektromechanische stam gemeten in een LCE nanocomposiet met een 40 V AC elektrische spanning in- en uitgeschakeld om de 15 sec. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figuur 4
Figuur 4. Schematische voorstelling van aangepaste vaartuig actieve celkweek. Doorlopende gaten zorgen voor insertie van geleidende koolstof staven die zijn bevestigd en afgedicht aan de randen met een silicone, bio-grade lijm. De twee platen worden gebruikt om de LCE veilig te stellen aan één of beide uiteinden. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figuur 5
Figuur 5. Fluorescentie analyse van hartspiercellen op LCE nanocomposiet oppervlak. De cellen worden gekleurd met calceïne AM en levende cellen verschijnen groen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Acknowledgments

Dit werk werd ondersteund door de Nationale Carrièrebeurs Foundation (CBET-1336073 naar RV), de ACS Petroleum Research Fund (52345-DN17 tot RV), de American Heart Association (BGIA naar JGJ), de National Science Foundation (LOOPBAAN CBET-1.055.942 aan JGJ), de National Institutes of Health / National Heart, Lung and Blood Institute (1R21HL110330 naar JGJ), Louis en Peaches Owen en Texas Children's Hospital.

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

Bioengineering vloeibare kristallen Polymers Elastomers Stimuli-Responsive Shape-Responsive Cultuur van de Cel Biomaterials
Voorbereiding van de Monodomain Liquid Crystal Elastomers en Liquid Crystal elastomeer Nanocomposieten
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