Waiting
Login processing...

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

Bioengineering

Udarbejdelse af Monodomain Liquid Crystal elastomerer og Liquid Crystal Elastomer nanokompositter

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 fuldt reversibel form forandring og potentielle anvendelsesmuligheder inden for medicin, tissue engineering, kunstige muskler, og som bløde robotter. Her demonstrerer vi udarbejdelse af form-responsive flydende krystal elastomerer (LCEs) og LCE nanokompositter sammen med karakterisering af deres form-lydhørhed, mekaniske egenskaber, og mikrostruktur. To typer LCEs - polysiloxan-baserede og epoxybaserede - syntetiseres, justeret, og karakteriseret. Polysiloxan-baserede LCEs er forberedt gennem to tværbindingsbetingelser trin, den anden under en påført belastning, hvilket resulterer i monodomain LCEs. Polysiloxan LCE nanokompositter fremstilles ved tilsætning af ledende carbon black nanopartikler, både hele hovedparten af ​​LCE og til LCE overflade. Epoxybaserede LCEs fremstilles gennem en reversibel esterificeringsreaktion. Epoxybaserede LCEs flugter gennem anvendelse af en uniaksial belastning ved forhøjet (160 ° C) temperatures. Aligned LCEs og LCE nanokompositter karakteriseret med hensyn til reversibel stamme, mekanisk stivhed, og flydende krystal bestilling under anvendelse af en kombination af billedbehandling, todimensionale røntgendiffraktionsdata målinger, differentialscanningskalometri, og dynamisk mekanisk analyse. LCEs og LCE nanokompositter kan stimuleres med varme og / eller elektrisk potentiale til styrbart generere stammer i cellekultur medier, og vi demonstrere anvendelsen af ​​LCEs som form-responsiv substrater til cellekultur ved hjælp af en skræddersyet apparat.

Introduction

Materialer, som kan udvise hurtige, reversible, og programmerbare formændringer er ønskelige til en række nye applikationer 1-9. Shape-responsive stents kan hjælpe med sårheling og behandling 7. Kunstige robotter kan hjælpe i efterforskning eller med at udføre opgaver i miljøer, der er skadelige eller usikker for mennesker 10. Shape-responsive elastomerer er ønskelige til anvendelse i aktiv cellekultur, hvori cellerne dyrkes i et aktivt miljø. 11-14 Andre anvendelsesområder omfatter emballage, sensorteknik og lægemiddeltilførsel.

Flydende krystal elastomerer (LCE) er polymere netværk med flydende krystal bestilling 15-20. LCEs fremstilles ved at kombinere et fleksibelt polymernetværk med flydende krystaller molekyler kaldet mesogens. Reaktionsevne LCEs stammer fra koblingen af ​​flydende krystal for at stammer i det polymere netværk, og stimuli, der påvirker bestilling af mesogens vil genetsats netværk stammer, og omvendt. For at opnå store og reversible form-ændringer i fravær af en ekstern belastning, skal mesogens rettes ind i en enkelt retning i LCE. En fælles praktisk udfordring i at arbejde med LCEs genererer monodomain LCEs. En anden udfordring er at skabe form ændringer som reaktion på stimuli end direkte opvarmning. Dette kan gøres ved tilsætning af nanopartikler eller farvestoffer til LCE netværk 21-28.

Her demonstrerer vi udarbejdelse af monodomain LCEs og LCE nanokompositter. Først demonstrerer vi udarbejdelse af monodomain LCEs ved hjælp af to-trins-metoden først rapporteret af Kupfer et al. 29 Dette er stadig den mest populære og velkendte metode til fremstilling monodomain LCEs, men at opnå en ensartet tilpasning og sammenhæng mellem prøverne kan være udfordrende . Vi demonstrerer en tilgang, der let kan implementeres ved hjælp af standard laboratorieudstyr, herunder fuldstændige oplysninger om prøveudtagninghåndtering og forberedelse. Dernæst viser vi, hvordan ledende carbon black nanopartikler kan føjes til LCEs at producere ledende, elektrisk reagerende LCEs. Vi derefter demonstrerer syntesen og tilpasning af epoxy-baserede LCEs. Disse materialer udviser ombyttelige netværk bindinger og kan justeres ved opvarmning til forhøjede temperaturer og anvende en ensartet belastning. Alle LCEs er karakteriseret ved makroskopisk prøve Imaging, røntgendiffraktion målinger og dynamisk mekanisk analyse. Endelig demonstrerer vi en potentiel anvendelse af LCEs som form-responsive substrater til aktiv cellekultur.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Syntese af Alliancefri Polysiloxan LCEs

  1. Kombiner 166.23 mg reaktiv mesogen (4-methoxyphenyl 4- (3-butenyloxy) benzoat), 40 mg poly (hydromethylsiloxane) og 12,8 mg tværbinder (1,4-di (10-undecenyloxybenzene) 30 med 0,6 ml vandfrit toluen i en lille hætteglas (ca. 13 mm i diameter og 100 mm i længden) debiteret med en omrører. opløsningen omrøres ved 35 ° C i 25 min for at opløse.
  2. I et separat hætteglas, fremstille en opløsning af 1 vægt% dichlor (1,5-cyclooctadien) -platin (II) katalysator i dichlormethan. Tilsæt 30 pi katalysatoropløsningen til reagenserne fra trin 1.1 via pipette, omrør for at blande, og opløsningen hældes en skræddersyet (3 cm x 2 cm x 1 cm) rektangulært polytetrafluorethylen (PTFE) støbeform. Dæk formen løst med en glasplade og anbringes i varmeovn ved 60 ° C i 30 min under omrystning periodisk at fjerne bobler i de første 15 min.
  3. Fjern mug fra opvarmning ovn og kurrel med flydende nitrogen ved at hælde flydende nitrogen i en lille beholder og kontakte bunden af ​​PTFE formen med det flydende nitrogen i 2 sek.
    1. Når blandingen er afkølet, forsigtigt fjerne elastomer fra skimmel ved hjælp af en metal spatel og sted på toppen af ​​en PTFE ark. Trim kanterne af LCE anvendelse af et barberblad og skære LCE langs dets længde i tre lige store stykker. (Ca. 2,7 cm længde og 0,5 cm bredde).
  4. Hæng hvert stykke ved den ene ende til en vandret stang og vedhæfte 10 papirclips (4,4 g) til den anden ende af LCE. Hold LCE på plads ved hjælp af tape, og tilføj papirclips en ad gangen i intervaller af 10 min. Hæng LCE i 7 dage ved RT, at bemærke ændringer i længde og ensartethed. Kassér prøve, tårer eller pauser. Fjern prøver og opbevares ved omgivelsestemperatur.

2. Udarbejdelse af Elektrisk Responsive polysiloxan LCE nanokompositter

  1. Til fremstilling LCE nanokompositter med carbon black dispergeret gennemhovedparten af ​​prøven, første gentage trin 1.1 - 1.4 ovenfor. Tilføj 4,38 mg carbon black nanopartikler til reaktionsopløsningen indeholdende reaktive mesogen, tværbinder, og siloxan. Anvende i alt 5 papirclips i stedet for 10 til lastning.
  2. For at tilføje yderligere carbon black nanopartikler til LCE overflade, forberede 1% w / v opløsning af carbon black nanopartikler i toluen. Soniker i 20 minutter for at dispergere nanopartikler og derefter hælde dispersionen i en petriskål. Fordyb de LCEs fra trin 2.1 i nanopartikel dispersion til 6 timer.
  3. Efter 6 timer, så brug en pipette til at trække opløsningen fra petriskålen og lad elastomer til tørre i luften. Rengør forsigtigt overskydende kulstof partikler på overfladen ved hjælp af tape eller en vatpind.

3. Forberedelse af Vendbar Epoxy-baserede LCEs

  1. Bland 246,15 mg 4,4'-diglycidyloxybiphenyl 31, 101 mg sebacinsyre, 71,6 mg hexadecandisyre, og 76 mg carboxydecyl-termineret polydimethylsiloxanether i en specialfremstillet (3 cm x 2 cm x 1 cm) rektangulære PTFE mug. Opvarm prøverne ved at placere på en varmeplade ved 180 ° C.
    1. Tilføj 11,48 mg (1,5,7-triazabicyclo [4.4.0] dec-5-en) katalysator og omrør under anvendelse af metal pincet forvarmet til 180 ° C. Fortsæt omsætning indtil blandingen danner en gel, efter ca. 20 minutter, og der omrøres periodisk at fjerne bobler frembragt ved reaktionen.
  2. Fjern PTFE båd fra varmepladen og afkøles til stuetemperatur. Bruge et barberblad til at adskille elastomeren fra PTFE formen.
  3. Placer to PTFE plader i en polymer presse ved 180 ° C. Placer elastomer fra trin 3.2 mellem PTFE plade og komprimere prøven til en tykkelse på 0,3 - 0,5 mm. Opvarmningen fortsættes ved 180 ° C i 4 timer.
  4. Fjern prøven og afkøl til stuetemperatur. Skær prøven i rektangulære stykker (ca. 2,5 cm længde og 0,5 cm bredde). Hæng prøven i den ene ende ved hjælp af polyimid tape inde en varmeovn. Vedhæft 12 paperclips (8,88 g) til den frie ende af prøven. Indstil temperaturen af ​​opvarmnings- ovnen til 165 ° CO / N, eller i 12 - 16 timer.
  5. Fjern elastomeren fra varmeovn og bemærk ændringen i længden. Opvarmes prøven til 80 ° C på en varmeplade for at fjerne restspændinger derefter køle tilbage til stuetemperatur.

4. Afprøvning og karakterisering af LCEs

  1. Mål reversibel stamme ved opvarmning af prøverne på en varmeplade til 120 ° C og billeddannelse med et kamera. Bemærk den oprindelige stikprøve længde ved stuetemperatur, prøvelængden efter opvarmning til 120 ° C, og længden efter afkøling tilbage til stuetemperatur. LCEs bør falde med ca. 30% og vende tilbage til deres oprindelige længde på køling. Se eksempel illustrationerne i figur 1A og 1B.
  2. Analyser faseovergangstemperatur og glasovergangstemperatur ved differentiel scanningkalorimetri (DSC) ved at skære et lille stykke fra hver LCE og scanning fra 0 ° C til 150 ° C ved en varme- / cooling på 10 ° C / min 32,33.
  3. Kvantificere graden af ​​tilpasning flydende krystal ved røntgendiffraktion målinger. Anbring prøverne i en X-ray diffraktometer med 2D billedbehandling kapaciteter. 33 Se eksempel diffraktion billeder vist i figur 2.
    Bemærk: Det diffraktion billedet skal være anisotropisk, hvilket afspejler tilpasningen af LCE 33. Polysiloxan LCEs er nematiske og epoxy-baserede LCEs udviser en smektisk fase.
  4. Mål stivhed LCE og forandring i længde og bredde ved hjælp af dynamisk mekanisk analyse (DMA). Optag længde og stivhed ændrer sig som funktion af temperaturen for LCEs og som en funktion af elektrisk potential for LCE nanokompositter.
    1. For termomekaniske målinger, bruge et barberblad til manuelt at skære prøver til dimensioner på 2 cm x 0,3 cm og omhyggeligt fastgøres i mellem spænding klemmer. Påfør en kraft på 1 mN for at stramme.
      1. Termisk ligevægt prøver ved 30 ° C følgenwed ved opvarmning og afkøling cyklusser ved 5 ° C / min. Varme prøve fra 30 ° C op til 120 ° C. Ændringer i temperatur producerer ændringer i længden og bredden af ​​prøven, som registreres under DMA målingen. Se figur 3A for termomekaniske målinger af en LCE prøve.
    2. For elektromekaniske målinger, skæres manuelt LCE nanocomposite prøver til dimensionerne 2 cm x 0,3 cm og lim en kobbertråd ved modsatte ender af LCE nanokompositter bruger sølvepoxy. Fastgør LCE nanocomposite hjælp spænding klemmer med en mN spænding.
      1. Påfør et elektrisk potentiale gennem kobberledninger ved en spænding i området fra 0 - 60 V, en frekvens på 60 Hz, og en on / off impulsvarighed i området fra 0,1 sek - 30 sek.
      2. Optag form ændringer som reaktion på det elektriske potentiale. Påfør en fast kraft 1 mN at fjerne slæk. Ændringen i position af klemmerne svarer til formændringer i prøven. Se Figure 3B for elektromekaniske målinger af en LCE nanocomposite prøve.

5. Aktiv Cell Culture gennem elektrisk stimulation af LCE nanokompositter

  1. Behandle en overflade af LCE nanokompositter under oxygenplasma i 30 sek. Spin støbt 300 pi af en opløsning af polystyren i toluen (1% vægt / volumen) ved 3.300 rpm i 1 min på toppen af ​​plasmaet rengjorte overflade. Tør elastomeren under vakuum i 12 timer til fjernelse af toluen og behandle polystyren-belagte overflade af LCE nanocomposite hjælp oxygenplasma i 30 sek.
  2. Placer LCE nanokompositter i 70% ethanol-opløsning i 30 minutter for at sterilisere overfladen.
    1. Vask LCE nanocomposite med phosphatpufret saltvand og overføre LCE til en tør petriskål med polystyren-belagte side opad. Coat hele overfladen af ​​LCE ved neddypning i 5 ml af en rotte hale collagen type I-opløsning (50 ug / ml i 0,02 N eddikesyre). Inkubér LCE nanocomposite ved 37 ° C og 5% CO2 i mindst 30 min.
  3. Isoler neonatale rotte ventrikulære cardiomyocytter og suspendere høj serum plating medier som tidligere rapporteret 11.
    1. Plate celler på toppen af LCE substrater beskrevet som ovenfor ved en densitet på 100.000 - 600.000 celler / cm2. Omkring 24 timer senere, overføre cellerne til lavt serum vedligeholdelse medier (DMEM, 18,5% M199, 5% HS, 1% FBS og antibiotika). Tillad cardiomyocytter at vedhæfte og proliferere på overfladen af ​​LCE i 4 dage.
  4. Design og fabrikere en tilpasset fartøj ved anvendelse af en 3-D printer og anvender den skematiske af fartøjet vist i figur 4 ved anvendelse af fabrikantens protokol.
    Bemærk: 3D trykte fartøj er en rektangulær beholder med ydre dimensioner på 60 mm x 40 mm x 20 mm og indre dimensioner af 50 mm x 30 mm x 15 mm. På to sideflader, der er to sæt af 5 mm huller anvendes til indsættelse af ledende carbon stænger. Notches omkring hullerne og op til den øverste kant af beholderen tillader anbringelse af en rektangulær plast stykke (dimensioner på 52,5 mm x 12 mm x 4 mm) på tværs af fartøjet til at holde LCE på plads i begge ender. Afstanden mellem hullerne er 3 mm på den ene side af skibet, og hak er placeret rundt hullerne som vist i figur 4. Dette er designet til at være kompatibel med størrelsen af LCE substrater beskrevet ovenfor. Ledende carbon stænger opnås gennem en kommerciel leverandør, som vist i Materials tillæg.
    1. Indsæt carbon stænger gennem hullerne på tværs af fartøjer og holde på plads ved hjælp af medicinsk silikone lim. Cure limen O / N.
  5. Transfer LCE nanokompositter med cardiomyocytter til en brugerdefineret 3D-printet beholder fyldt med cellekultur vedligeholdelse medier og med parallelle ledende carbon stænger forbindelse til en elektrisk kilde. Placer LCE tværs kulstof stænger og løse den ene ende for at sikre elektrisk kontakt.
    1. Indsæt et rektangulært plastik stykke gennem hakkene i 3-D fartøj til at holde LCE på plads ved en eller begge ender, men placere denne løst over LCE prøven. Elektrisk stimulering LCE ved anvendelse af en 40 V AC elektrisk potentiale med en 5 sekunders On / off tid for i alt 24 timer.
  6. Farv membranen i levende celler under anvendelse Calcein AM som tidligere 11 beskrevet.
  7. For kerner farvning, dække cellerne med DAPI-holdige montering medium før billedbehandling under et omvendt fluorescerende mikroskop. Brug ImageJ at tælle antallet af levende celler og bestemme vinklen på cellejustering anvendelse af den bedste pasform funktion.

6. Aktiv Cell Culture med LCEs Brug Direkte Varme

  1. Gentag trin 5.1 - 5.3 ovenfor, at en ren LCE uden carbon black nanopartikler tilsat. Denne procedure er også beskrevet i detaljer i en forudgående offentliggørelse. 11
  2. Overfør LCE med cardiomyocytter til en Petri dish med cellekultur vedligeholdelse medier og en 0,5 "x 2" Kapton modstandsvarmeelementet. Supply varme til LCE ved at tænde det resistive varmelegeme med varmeeffekt på 12 W. Cycle og slukker for varmen med 5 sek intervaller i mindst 24 timer.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Monodomain LCEs er form-responsive grund kobling af netværk kropsbygning med flydende krystal bestilling. Varme LCEs resulterer i et fald i den flydende parameter krystal ordre, der producerer en sammentrækning af det polymere netværk langs den primære alignment retning. Dette kan let visualiseres ved at placere en LCE på en varmeplade, som vist i figur 1A og 1B. Ved opvarmning fra RT, LCE kontrakter langs længden af ​​prøven, og over den isotrope overgang temperatur sammentrækning er et maksimum. Prøven bliver også optisk klar over den isotrope overgang temperatur, mens der observeres nogle uklarhed for endnu perfekt afstemt LCEs under isotropization temperatur. LCE nanokompositter vil også udvise form-ændringer som reaktion på varme, som vist i figur 1C og 1D. LCE nanokompositter kan opvarmes enten på en varmeplade (ikke vist) eller vedtilføre et elektrisk potentiale over prøven. Prøven vil trække sig sammen, når spændingen er slået til. Hvis der observeres lille eller ingen formændring, er dette sandsynligvis en afspejling af dårlig tilpasning af den flydende krystal direktør og syntesen af ​​LCE skal gentages. Som kontrol kan den dobbeltbrydning af rene LCE testes under anvendelse af en polariseret optisk mikroskop. Alliancefri prøver bør udvise maksimal dobbeltbrydning når orienteret ved 45 grader i forhold til krydsede polararizers og skal vises mørkt, når orienteret langs eller vinkelret på enten analysatoren eller polarisator.

Kan fås direkte information om flydende krystal bestilling via røntgendiffraktion 33. Som vist i figur 2, et oprettet LCE udviser anisotrope flydende krystal diffraktionstoppe følge af opretning af de mesogens. Toppe ved brede vinkler skyldes intermolekylær afstand langs bredden af ​​molekylet. I tilfælde af epoxy-LCEs med smektisk bestilling, er yderligere toppe observeres ved lave vinkler afspejler den smektiske lag afstand. I alle prøver, diffraktion er anisotrope i væskefasen krystal og forstyrret over isotropization temperatur. Som vist i figur 2, vil siloxan LCE udviser nematiske XRD-toppe langs orienteringsretningen mens epoxy-LCEs er hovedkæde-LCEs og udviser vidvinkel XRD-toppe vinkelret orienteringsretningen og lav-vinkel toppe langs alignment retning svarende til den smektiske lag afstand.

Differential (DSC) giver faseovergange i LCEs 32. Siliconebaserede LCEs har en glasovergangstemperatur (Tg) et godt stykke under stuetemperatur og under løsningen af vores DSC, men et klart toppunkt ses nær 90 ° C svarende til den nematiske-til-isotrope overgang. En lignende toppunkt ses i LCE nanocomposites. I tilfældet med de epoxybaserede LCEs forelagte er en glasovergangstemperatur nær 20 ° C observeres og en smektisk-til-isotropisk overgangstemperatur nær 60 ° C. Det er vigtigt at bemærke, at glasset og isotrope overgangstemperatur kan ændres ved at ændre sammensætningen af ​​elastomererne og bindingsgruppen.

Dynamisk mekanisk analyse giver et kvantitativt mål for LCE formændring som funktion af temperatur og, i tilfælde af LCE nanokompositter, som en funktion af påtrykt spænding (figur 3). De eksempler kontrakter med stigende temperatur, op til overgangen til den isotrope fase. I tilfælde af en pulseret elektrisk spænding, LCE nanokompositter udviser cyklisk stamme i fase med det elektriske potentiale.

Udføres Aktive cellekultur eksperimenter hjælp af en brugerdefineret, 3-D trykt fartøj (Figur 4). De gennemgående huller muliggør placering af ledende carbon stænger, og beholderen er fyldt med cellekulturmedier. Et eksempel på cellevedhæftning på en LCE nanocomposite overflade er vist i figur 5 for en ikke-stimuleret prøve efter 3 dages dyrkning. Cardiomyocytter viser god vedhæftning og levedygtighed.

Figur 1
Figur 1. Shape-respons LCEs og LCE nanokompositter. LCEs kontrakt og langstrakte reversibelt ved opvarmning fra stuetemperatur (A) til over nematiske-til-isotropisk overgangstemperatur, omkring 80 ° C (B). LCE nanokompositter kontrakt om anvendelsen af et elektrisk potentiale (C og D). Spændingen er en 40 V AC-signal. Klik her for at se et largis version af dette tal.

Figur 2
Figur 2. 2-D røntgendiffraktion fra afstemt LCEs. Alliancefri LCEs udviser anisotrope diffraktionsmønstre som følge af opretning flydende krystal. Tilpasningen retning er i lodret retning som angivet ved den hvide pil i rammer (B og D). Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 3
Figur 3. Dynamisk mekanisk analyse (DMA) i form-lydhørhed i LCEs. (A) termomekaniske målinger af en siloxan LCE for 4 opvarmning og afkøling cykler. Den maksimale kontraktion er 35% langs prøven længde. (B) Elektromekanisk belastning målt i en LCE nanocomposite med en 40 V AC elektrisk potentiale tændes og slukkes hver 15 sek. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 4
Figur 4. Skematisk af brugerdefinerede fartøj for aktiv cellekultur. Gennem hullerne tillader indsættelse af ledende carbon stænger, som er sikret og forseglet ved kanterne ved hjælp af en klæbende silikone, bio-grade. De to plader anvendes til at fastgøre LCE på en eller begge ender. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 5
Figur 5. Fluorescens analyse af cardiomyocytter på en LCE nanocomposite overflade. Celler farves med Calcein AM, og levende celler fremtræder grønt. Klik her for at se en større version af dette tal.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Acknowledgments

Dette arbejde blev støttet af National Career Foundation (cbet-1.336.073 til RV), ACS Petroleum Research Fund (52345-DN17 til RV), American Heart Association (BGIA til JGJ), National Science Foundation (KARRIERE cbet-1.055.942 til JGJ), National Institutes of Health / National Heart, Lung og Blood Institute (1R21HL110330 til JGJ), Louis og Peaches Owen og Texas Børnehospital.

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 Flydende krystaller Polymerer elastomerer Stimuli-Responsive form-Responsive cellekultur Biomaterialer
Udarbejdelse af Monodomain Liquid Crystal elastomerer og Liquid Crystal Elastomer nanokompositter
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