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Bioengineering

Preparazione di Monodomain Liquid Crystal Elastomeri e cristallo elastomero Nanocompositi Liquid

doi: 10.3791/53688 Published: February 6, 2016

Abstract

LCEs sono materiali di forma-reattiva con cambio completamente reversibile forma e potenziali applicazioni nel campo della medicina, l'ingegneria dei tessuti, i muscoli artificiali e robot come morbidi. Qui, dimostriamo la preparazione di elastomeri forma-reattiva a cristalli liquidi (LCEs) e nanocompositi LCE con la caratterizzazione della loro forma-reattività, proprietà meccaniche e microstruttura. Due tipi di LCEs - polisilossano-based e epossidici - sono sintetizzati, allineati e caratterizzati. LCEs polisilossano-based vengono preparati attraverso due fasi di reticolazione, la seconda sotto un carico applicato, con conseguente LCEs monodomain. nanocompositi polisilossano LCE sono preparati mediante l'aggiunta di nanoparticelle di carbonio conduttivo nero, sia durante la maggior parte della LCE e alla superficie LCE. LCEs a base epossidica sono preparati mediante una reazione di esterificazione reversibile. LCEs a base epossidica sono allineate attraverso l'applicazione di un carico uniassiale a elevata (160 ° C) temperatures. LCEs allineate e nanocompositi LCE sono caratterizzate rispetto al ceppo reversibili, rigidità meccanica, e ordinazione cristalli liquidi usando una combinazione di immagini, misure di diffrazione di raggi X bidimensionali, calorimetria differenziale a scansione, e analisi meccanica dinamica. LCEs e nanocompositi LCE possono essere stimolati con calore e / o potenziale elettrico di generare in modo controllabile tensioni nei terreni di coltura delle cellule, e ci dimostrano l'applicazione di LCEs come substrati di forma-reattivo per colture cellulari che utilizzano un dispositivo su misura.

Introduction

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Materiali che possono esibire forma cambia veloci, reversibili e programmabili sono desiderabili per un numero di applicazioni emergenti 1-9. Stent Shape-reattiva può aiutare con la guarigione della ferita e il trattamento 7. Robot artificiali possono aiutare nell'esplorazione e nello svolgimento dei compiti in ambienti che sono nocivi o non sicuri per gli esseri umani 10. Elastomeri Shape-responsive sono desiderabili per l'uso in coltura cellulare attiva, in cui le cellule sono coltivate in un ambiente attivo. 11-14 Altre applicazioni includono l'imballaggio, rilevamento e drug delivery.

Elastomeri a cristalli liquidi (LCE) sono reti di polimeri a cristalli liquidi con l'ordinazione 15-20. LCEs sono realizzati combinando una rete polimerica flessibile molecole dei cristalli liquidi note come mesogeni. La reattività del LCEs deriva dall'accoppiamento dell'ordine cristalli liquidi a ceppi nella rete polimerica, e stimoli che influenzano l'ordine di mesogeni sarà geneceppi di rete tasso, e viceversa. Per conseguire grandi e reversibili forma-changes in assenza di un carico esterno, i mesogeni devono essere orientati in un'unica direzione nel LCE. Una sfida pratica comune a lavorare con LCEs sta generando monodomain LCEs. Un'altra sfida sta generando cambiamenti di forma in risposta a stimoli diversi da riscaldamento diretto. Questo può essere fatto mediante l'aggiunta di nanoparticelle o coloranti a reti LCE 21-28.

Qui, dimostriamo la preparazione di LCEs monodomain e nanocompositi LCE. In primo luogo, abbiamo dimostrato la preparazione di LCEs monodomain utilizzando il metodo in due fasi la prima volta da Kupfer et al. 29 Questo è ancora il metodo più popolare e noto per la preparazione di LCEs monodomain, ma raggiungere l'allineamento e la consistenza uniforme tra i campioni può essere impegnativo . Abbiamo dimostrato un approccio che può essere facilmente implementato utilizzando apparecchiature di laboratorio standard, compreso tutti i dettagli sul campionamentola manipolazione e la preparazione. Successivamente, si mostra come carbonio conduttivo nanoparticelle nere possono essere aggiunti alla LCEs per la produzione di conduttori, LCEs reattivi elettricamente. Abbiamo poi dimostrare la sintesi e l'allineamento di LCEs a base epossidica. Questi materiali presentano legami rete scambiabili e possono essere allineati mediante riscaldamento a temperature elevate e applicando un carico uniforme. Tutti LCEs sono caratterizzati attraverso immagini campione macroscopico, misure di diffrazione di raggi X e analisi meccanica dinamica. Infine, abbiamo dimostrato una potenziale applicazione LCEs come substrati di forma-reattiva per coltura cellulare attiva.

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Protocol

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1. Sintesi di Aligned Polisilossano LCEs

  1. Combinare 166.23 mg di mesogeno reattiva (4-metossifenil 4- (3-butenyloxy) benzoato), 40 mg di poli (hydromethylsiloxane) e 12,8 mg di reticolante (1,4-di (10-undecenyloxybenzene) 30 con 0,6 ml di anidra toluene in una piccola fiala (circa 13 mm di diametro e 100 mm di lunghezza) praticati con una barra di agitazione. Agitare la soluzione a 35 ° C per 25 minuti per sciogliere.
  2. In una fiala separata, preparare una soluzione di 1% in peso dicloro (1,5-cicloottadiene) -platinum (II) di catalizzatore in diclorometano. Aggiungere 30 ml di soluzione di catalizzatore per i reagenti dal punto 1.1 tramite pipetta, mescolare per amalgamare e versare la soluzione in un (x 2 cm x 1 cm 3 cm) di stampo rettangolare politetrafluoroetilene (PTFE) su misura. Coprire lo stampo liberamente con un vetrino e mettere in forno di riscaldamento a 60 ° C per 30 min agitando periodicamente per rimuovere bolle durante i primi 15 min.
  3. Rimuovere stampo dal forno di riscaldamento e cool con azoto liquido versando azoto liquido in un piccolo contenitore e contattando il fondo dello stampo PTFE con l'azoto liquido per 2 sec.
    1. Una volta che il composto si è raffreddato, rimuovere con attenzione elastomero da stampo usando una spatola metallica e posto sopra un foglio di PTFE. Tagliare i bordi della LCE con una lama di rasoio e tagliare il LCE lungo la sua lunghezza in tre pezzi di dimensioni uguali (circa. Lunghezza 2,7 centimetri e 0,5 cm di larghezza).
  4. Appendere ogni pezzo a una estremità ad una barra orizzontale e allegare 10 graffette (4,4 g) all'altra estremità della LCE. Tenere LCE in posizione con nastro e aggiungere graffette uno alla volta in incrementi di 10 min. Appendere LCE per 7 giorni a temperatura ambiente, rilevando variazioni di lunghezza e uniformità. Eliminare qualsiasi campione che strappa o si rompe. Rimuovere i campioni e conservare a temperatura ambiente.

2. Preparazione di nanocompositi elettricamente Responsive polisilossano LCE

  1. Per preparare nanocompositi LCE con nerofumo disperso attraverso lamassa del campione, prima ripetere i passaggi 1,1-1,4 sopra. Aggiungere 4,38 mg nanoparticelle di carbonio nero alla soluzione di reazione contenente reattiva mesogeno, reticolante, e silossano. Utilizzare un totale di 5 graffette invece di 10 per il carico.
  2. Per aggiungere ulteriori nanoparticelle di carbonio nero sulla superficie LCE, preparare 1% w / v di carbonio nanoparticelle neri in toluene. Con ultrasuoni per 20 minuti per disperdere le nanoparticelle e poi versare la dispersione in una capsula di Petri. Immergere i LCEs dal punto 2.1 nella dispersione di nanoparticelle per 6 ore.
  3. Dopo 6 ore, utilizzare una pipetta per prelevare la soluzione dalla piastra di Petri e consentire l'elastomero asciugare all'aria. Pulire delicatamente particelle di carbonio in eccesso sulla superficie con del nastro o un batuffolo di cotone.

3. Preparazione del LCEs reversibile a base epossidica

  1. Mescolare 246.15 mg di 4,4'-diglycidyloxybiphenyl 31, 101 mg di acido sebacico, 71,6 mg di acido hexadecanedioic, e 76 mg di polydi carboxydecyl-terminatometilsilossano in un (3 cm x 2 cm x 1 cm) di stampo PTFE rettangolare su misura. Riscaldare i campioni posizionando su una piastra riscaldante a 180 ° C.
    1. Aggiungere 11.48 mg di (1,5,7-triazabicyclo [4.4.0] dec-5-ene) catalizzatore e mescolare con una pinzetta di metallo pre-riscaldato a 180 ° C. Continuare reagire finché il composto forma un gel, dopo circa 20 minuti, e mescolate periodicamente per rimuovere le bolle generate dalla reazione.
  2. Rimuovere la barca PTFE dalla piastra e lasciare raffreddare a temperatura ambiente. Utilizzare una lama di rasoio per separare l'elastomero dallo stampo PTFE.
  3. Inserire due fogli in PTFE in un comunicato polimero a 180 ° C. Posizionare l'elastomero dal punto 3.2 tra i fogli di PTFE e comprimere il campione ad uno spessore di 0,3 - 0,5 mm. Continua riscaldamento a 180 ° C per 4 ore.
  4. Rimuovere il campione e lasciare raffreddare a temperatura ambiente. Tagliare il campione in pezzi rettangolari (circa 2,5 cm Lunghezza e 0,5 cm di larghezza). Appendere il campione ad una estremità con del nastro poliimmide all'interno di un forno di riscaldamento. Fissare 12 paperclips (8.88 g) alla estremità libera del campione. Impostare la temperatura del forno di riscaldamento a 165 ° CO / N, o per 12 - 16 ore.
  5. Rimuovere l'elastomero dal forno di riscaldamento e notare la variazione di lunghezza. Riscaldare il campione a 80 ° C su una piastra per rimuovere tensioni residue poi raffreddare di nuovo a RT.

4. Test e caratterizzazione di LCEs

  1. Misurare la deformazione reversibile riscaldando i campioni su una piastra a 120 ° C e di imaging con una macchina fotografica. Nota la lunghezza iniziale del campione a temperatura ambiente, la lunghezza del campione dopo il riscaldamento a 120 ° C, e la lunghezza dopo raffreddamento ritorna RT. LCEs dovrebbero contrarsi di circa il 30% e tornare alla loro lunghezza iniziale raffreddamento. Vedi esempio immagini mostrate in figura 1A e 1B.
  2. Analizzare temperatura di transizione di fase e di transizione vetrosa da calorimetria differenziale a scansione (DSC) tagliando un piccolo pezzo da ciascuna LCE e la scansione da 0 ° C a 150 ° C ad un riscaldamento / coOling velocità di 10 ° C / min 32,33.
  3. Quantificare il grado di allineamento a cristalli liquidi da misure di diffrazione di raggi X. I campioni in un diffrattometro a raggi X con capacità di imaging 2D. 33 Vedi le immagini esempio di diffrazione mostrato nella Figura 2.
    Nota: l'immagine di diffrazione dovrebbe essere anisotropo, riflette l'allineamento della LCE 33. LCEs polisilossano sono LCEs nematici ed epossidici a base mostrano una fase smettica.
  4. Misurare rigidità della LCE e variazione della lunghezza e larghezza utilizzando analisi meccanica dinamica (DMA). lunghezza di registrazione e modifiche rigidità in funzione della temperatura per LCEs e in funzione del potenziale elettrico per i nanocompositi LCE.
    1. Per le misure termo-meccanici, usare una lama di rasoio per tagliare manualmente i campioni di dimensioni di 2 cm x 0,3 cm e con attenzione il fissaggio tra i morsetti di tensione. Applicare una forza di 1 milione di euro per tendere.
      1. Termicamente equilibrare i campioni a 30 ° C Folloa capo cicli di riscaldamento e raffreddamento a 5 ° C / min. campione calore da 30 ° C fino a 120 ° C. Le variazioni di temperatura producono cambiamenti nella lunghezza e la larghezza del campione, che sono registrati durante la misurazione DMA. Vedere la Figura 3A per misure termomeccanici di un campione LCE.
    2. Per misure elettromeccanici, tagliare manualmente campioni nanocompositi LCE a dimensioni di 2 cm x 0,3 cm e incollare un filo di rame alle estremità opposte dei nanocompositi LCE utilizzando una resina epossidica argento. Fissare il nanocompositi LCE con tensione morsetti con 1 tensione mn.
      1. Applicare un potenziale elettrico attraverso i fili di rame ad una tensione compresa tra 0 - 60 V, una frequenza di 60 Hz, e un interruttore on / off durata dell'impulso compresa tra 0,1 sec - 30 sec.
      2. cambiamenti di forma record in risposta al potenziale elettrico. Applicare una forza fissa di 1 milione di euro per tendere. Il cambiamento di posizione dei morsetti corrisponde a modellare cambiamenti nel campione. Vedi Figuri 3B per misure elettromeccanici di un campione LCE nanocomposito.

5. cultura cella attiva attraverso stimolazione elettrica di LCE nanocompositi

  1. Trattare una superficie di nanocompositi LCE in plasma di ossigeno per 30 sec. Spin fuso 300 ml di una soluzione di polistirene in toluene (1% w / v) a 3.300 rpm per 1 min sopra della superficie del plasma pulita. Essiccare l'elastomero sotto vuoto per 12 ore per rimuovere toluene, e trattare la superficie polistirene rivestite del nanocomposito LCE con plasma di ossigeno per 30 sec.
  2. Posizionare nanocompositi LCE in soluzione di etanolo al 70% per 30 minuti per sterilizzare la superficie.
    1. Lavare il nanocompositi LCE con tampone fosfato e trasferire il LCE di un piatto a secco di Petri con la parte in polistirolo rivestito rivolto verso l'alto. Rivestire l'intera superficie della LCE immergendo in 5 ml di una soluzione di collagene di tipo I coda di ratto (50 ug / ml in 0,02 N acido acetico). Incubare LCE nanocomposite a 37 ° C e 5% CO 2 per almeno 30 min.
  3. Isolare cardiomiociti ventricolari di ratto neonatale e sospendere in alto nel siero dei media placcatura come riportato in precedenza 11.
    1. Cellule piatto sopra substrati LCE descritti come sopra ad una densità di 100.000 - 600.000 cellule / cm 2. Intorno a 24 ore dopo, il trasferimento alle cellule di supporto bassa siero manutenzione (DMEM, 18,5% M199, 5% HS, 1% FBS e antibiotici). Consentire cardiomiociti per fissare e proliferare sulla superficie della LCE per 4 giorni.
  4. Progettare e fabbricare una nave personalizzato utilizzando una stampante 3-D e utilizzando lo schema della nave indicata in figura 4 con il protocollo del produttore.
    Nota: Il 3D stampato vaso è un contenitore rettangolare con dimensioni esterne 60 mm x 40 mm x 20 mm e dimensioni interne di 50 mm x 30 mm x 15 mm. Su due superfici laterali, ci sono due serie di fori 5 mm utilizzati per inserire barre di carbonio conduttive. Taccaes intorno ai fori e fino al bordo superiore del contenitore consentono mettendo un pezzo di plastica rettangolare (dimensioni di 52,5 millimetri x 12 mm x 4 mm) attraverso il vaso per tenere il LCE in sostituzione alle due estremità. La distanza tra i fori è di 3 mm su un lato della nave, e tacche si trovano intorno ai fori come mostrato in Figura 4. Questo è progettato per essere compatibile con le dimensioni dei substrati LCE sopra descritti. barre di carbonio conduttivi sono ottenuti attraverso un fornitore commerciale come mostrato nella Materials Supplement.
    1. Inserire barre di carbonio attraverso i fori attraverso i vasi e tenere in posizione con adesivo in silicone per uso medico. Curare l'adesivo O / N.
  5. nanocompositi trasferimento LCE con cardiomiociti di una nave su misura 3D-stampato riempito di mezzi di manutenzione di colture cellulari e con paralleli barre di carbonio conduttive collegato ad una sorgente elettrica. Posizionare il LCE attraverso le aste di carbonio e fissare su un'estremità per assicurare il contatto elettrico.
    1. Inserire un pezzo di plastica rettangolare attraverso le tacche nel recipiente 3-D per tenere il LCE nel luogo in una o entrambe le estremità, ma collocare questo liberamente sul campione LCE. Elettricamente stimolare LCE attraverso l'applicazione di un potenziale elettrico di 40 V AC con 5 sec on / off tempo per un totale di 24 ore.
  6. Macchia la membrana delle cellule viventi con calceina AM come descritto in precedenza 11.
  7. Per i nuclei colorazione, coprire le cellule con DAPI contenente mezzo di montaggio prima di imaging con un microscopio a fluorescenza invertito. Utilizzare ImageJ per contare il numero di cellule viventi e determinare l'angolo di allineamento cella utilizzando la funzione migliore vestibilità.

6. cultura cella attiva con LCEs si usa il riscaldamento diretto

  1. Ripetere i passaggi 5,1-5,3 sopra utilizzando un LCE puro senza carbonio nanoparticelle neri aggiunto. Questa procedura è anche descritta in dettaglio in una pubblicazione precedente. 11
  2. Trasferire il LCE con cardiomiociti di un Petri dish con i media di manutenzione di colture cellulari e un 0.5 "x 2" Kapton riscaldatore resistivo. Fornitura di calore al LCE accendendo il riscaldamento resistivo con una potenza di riscaldamento di 12 W. ciclo dentro e fuori dal calore con intervalli di 5 sec per almeno 24 ore.

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Representative Results

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LCEs Monodomain sono forma-reattiva a causa di accoppiamento della conformazione della rete con l'ordinazione a cristalli liquidi. LCEs riscaldamento traduce in una diminuzione del parametro d'ordine cristalli liquidi, producono una contrazione della rete polimerica lungo la direzione di allineamento primario. Questo è facilmente visualizzato inserendo un LCE su una piastra, come mostrato nella Figura 1A e 1B. In riscaldamento da RT, i contratti LCE lungo la lunghezza del campione, e al di sopra della temperatura di transizione isotropo contrazione è massima. Il campione diventerà anche otticamente chiaro al di sopra della temperatura di transizione isotropo, mentre alcune nebulosità si osserva per LCEs anche perfettamente allineati al di sotto della temperatura di isotropization. Nanocompositi LCE anche esibire forma-changes in risposta al riscaldamento, come mostrato nella Figura 1C e 1D. nanocompositi LCE possono essere riscaldati sia su una piastra (non mostrato) oppurel'applicazione di un potenziale elettrico attraverso il campione. Il campione si contrae quando la tensione è acceso. Se si osserva poco o nessun cambiamento di forma, questo è probabilmente un riflesso della scarsa allineamento del direttore cristalli liquidi e la sintesi della LCE deve essere ripetuta. Come controllo, la birifrangenza di campioni LCE puro può essere testato utilizzando un microscopio ottico polarizzato. campioni allineati devono mostrare la massima birifrangenza quando orientato a 45 gradi rispetto al polararizers incrociate e dovrebbe apparire scuro quando orientato lungo o perpendicolarmente a uno l'analizzatore o polarizzatore.

Informazioni dirette su ordinazione a cristalli liquidi può essere ottenuta tramite diffrazione di raggi X 33. Come mostrato in figura 2, un LCE allineata presenta liquidi anisotropi picchi di cristallo di diffrazione dovuta all'allineamento del mesogeni. Picchi in posizione grandangolo sono dovuti a spaziatura intermolecolare lungo la larghezza della molecola. Nel caso di EPOxy LCEs con ordinamento smettica, picchi aggiuntivi vengono osservati a basse angolazioni che riflettono la spaziatura strato smettica. In tutti i campioni, la diffrazione è anisotropa in fase di cristallo liquido e disordinata di sopra della temperatura isotropization. Come mostrato in figura 2, il LCE silossano esporrà picchi XRD nematici lungo la direzione di allineamento mentre le epossi-LCEs sono principali LCEs catena e presentano grandangolari picchi XRD perpendicolare ai picchi direzione di allineamento e basso angolo lungo la direzione di allineamento corrispondente la spaziatura strato di smettica.

Calorimetria differenziale a scansione (DSC) fornisce transizioni di fase in LCEs 32. LCEs base di silicone hanno una temperatura di transizione vetrosa (Tg) molto inferiore RT e sotto la risoluzione del nostro DSC, ma un picco si osserva vicino 90 ° C corrispondente alla transizione nematica a isotropa. Un picco simile si osserva nella LCE nanocomposites. Nel caso dei LCEs epossidici presentati, temperatura di transizione vetrosa vicino 20 ° C si osserva e una temperatura di transizione smectico-to-isotropo vicino 60 ° C. È importante notare che il bicchiere e temperatura di transizione isotropo possono essere modificati modificando la composizione degli elastomeri e il gruppo legante.

Analisi meccanica dinamica fornisce una misura quantitativa di cambiamento di forma LCE in funzione della temperatura e, nel caso di nanocompositi LCE, in funzione della tensione applicata (Figura 3). Gli esempi di contratto con l'aumentare della temperatura, fino al passaggio alla fase isotropa. Nel caso di una tensione elettrica pulsata, nanocompositi LCE presentano deformazione ciclica in fase con il potenziale elettrico.

Esperimenti di coltura cellulare attivi vengono eseguite utilizzando un costume, vaso stampato 3-D (Figura 4). I fori passanti consentono il posizionamento di barre di carbonio conduttive, e il recipiente viene riempito con mezzo di coltura. Un esempio di adesione cellulare su una superficie LCE nanocomposito è mostrato in Figura 5 per un campione non stimolato dopo 3 giorni di coltura. Cardiomiociti mostrano una buona attaccamento e la vitalità.

Figura 1
Figura 1. Forma-risposta di LCEs e LCE nanocompositi. Contratto LCEs e allungare reversibilmente quando riscaldata da RT (A) al di sopra della temperatura di transizione nematica a isotropa, circa 80 ° C (B). Contratto nanocompositi LCE sull'applicazione di un potenziale elettrico (C e D). La tensione applicata è un segnale 40 V AC. Clicca qui per visualizzare un largversione er di questa figura.

figura 2
Figura 2. 2-D diffrazione di raggi X da LCEs allineati. Allineato LCEs mostrano modelli di diffrazione anisotrope dovuta all'allineamento cristalli liquidi. La direzione di allineamento è nella direzione verticale come indicato dalla freccia bianca in frame (B e D). Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 3
Figura 3. analisi meccanica dinamica (DMA) di forma-reattività in LCEs. (A) misure termomeccaniche di LCE silossano per 4 cicli di riscaldamento e raffreddamento. La contrazione massima è 35% lungo la lunghezza del campione. (B) ceppo elettromeccanico misurata in un nanocompositi LCE con un 40 V AC potenziale elettrico acceso e spento ogni 15 secondi. Si prega di cliccare qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 4
Figura 4. Schema della nave personalizzato per coltura cellulare attiva. Fori passanti consentire l'inserimento di barre di carbonio conduttive, che sono fissate e sigillate ai bordi con un adesivo siliconico, bio-grade. Le due piastre sono usati per fissare il LCE su una o entrambe le estremità. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 5
Figura 5. Analisi di fluorescenza dei cardiomiociti su una superficie LCE nanocompositi. Le cellule sono colorate con calceina AM, e cellule vive appaiono verdi. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.

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Acknowledgments

Questo lavoro è stato supportato dal Career Fondazione Nazionale (CBET-1.336.073 a RV), il Fondo di ricerca del petrolio ACS (52345-DN17 a RV), l'American Heart Association (BGIA a JGJ), la National Science Foundation (CARRIERA CBET-1.055.942 a JGJ), il National Institutes of Health / National Heart, Lung and Blood Institute (1R21HL110330 a JGJ), Louis e pesche Owen e l'ospedale dei bambini del Texas.

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).
Preparazione di Monodomain Liquid Crystal Elastomeri e cristallo elastomero Nanocompositi Liquid
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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).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).

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