Waiting
Login processing...

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

Bioengineering

Preparação de Monodomain cristal líquido elastômeros e de cristal líquido Elastomer nanocompósitos

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 são materiais de forma responsiva com mudança totalmente reversível forma e potenciais aplicações na medicina, engenharia de tecidos, músculos artificiais, e os robôs como suaves. Aqui, demonstramos a preparação de elastómeros de forma responsiva de cristais líquidos (LCES) e nanocompósitos LCE, juntamente com a caracterização da sua forma-responsividade, das propriedades mecânicas, e microestrutura. Dois tipos de LCEs - à base de poli-siloxano e de base epoxi - são sintetizados, alinhados, e caracterizada. LCEs à base de polissiloxano são preparados por meio de dois passos de reticulação, o segundo, sob uma carga aplicada, resultando em LCEs monodomain. nanocompósitos polissiloxano LCE são preparados através da adição de nanopartículas de negro de fumo condutor, tanto ao longo da maior parte do LCE e à superfície do LCE. LCEs à base de epóxido são preparados através de uma reacção de estéril icação reversível. LCEs à base de epóxi estão alinhadas através da aplicação de uma carga uniaxial a elevada (160 ° C) temperatures. LCEs alinhados e nanocompósitos LCE são caracterizados no que diz respeito à tensão reversível, a rigidez mecânica e ordenação de cristal líquido usando uma combinação de imagens bidimensionais medições de difracção de raios-X, calorimetria de varrimento diferencial, e análise dinâmico-mecânica. LCEs e nanocompósitos LCE pode ser estimulada com o calor e / ou potencial eléctrico controlável para gerar estirpes em meios de cultura de células, e que de demonstrar a aplicação de LCEs como substratos forma responsiva para cultura de células utilizando um aparelho feito por encomenda.

Introduction

Materiais que podem exibir alterações de forma rápida, reversível, e programáveis ​​são desejáveis ​​para um número de aplicações emergentes 1-9. Stents forma de resposta pode ajudar com a cicatrização de feridas e tratamento 7. Robôs artificiais podem ajudar na exploração ou na realização de tarefas em ambientes que são prejudiciais ou inseguro para os seres humanos 10. Elastómeros Forma-responsivo são desejáveis ​​para utilização em cultura de células activo, em que as células são cultivadas num ambiente activo. 11-14 Outras aplicações incluem a embalagem, de detecção, e de entrega de drogas.

Elastômeros de cristal líquido (LCE) são redes de polímeros com cristal líquido encomendar 15-20. LCEs são feitos através da combinação de uma rede de polímero flexível com as moléculas de cristais líquidos conhecidos como mesogens. A capacidade de resposta dos LCEs é derivado a partir do acoplamento de fim de cristal líquido para as estirpes na rede polimérica, e os estímulos que influenciam a ordenação de mesogens vai genecepas de rede de taxa, e vice-versa. A fim de alcançar grandes e reversíveis forma-mudanças na ausência de uma carga externa, os mesogens devem ser alinhadas numa única direcção no LCE. Um desafio prática comum em trabalhar com LCEs está gerando monodomain LCEs. Outro desafio está gerando mudanças de forma em resposta a estímulos, além do aquecimento direto. Isto pode ser feito através da adição de nanopartículas ou corantes para as redes 21-28 LCE.

Aqui, nós demonstramos a preparação de LCEs monodomain e nanocompósitos LCE. Em primeiro lugar, demonstrar a preparação de LCEs monodomain usando o método de duas etapas primeiramente relatada por Kupfer et al. 29 Este ainda é o método mais popular e bem conhecido para a preparação LCEs monodomain, mas conseguir o alinhamento uniforme e consistência entre as amostras pode ser um desafio . Nós demonstramos uma abordagem que pode ser facilmente implementado usando equipamento de laboratório padrão, incluindo detalhes sobre a amostragemmanipulação e preparação. Em seguida, mostramos como carbono condutora nanopartículas preto pode ser adicionado a LCEs para produzir condutores, LCEs respondem eletricamente. Em seguida, demonstram a síntese e alinhamento de LCEs à base de epóxi. Estes materiais apresentam ligações de rede e permutáveis ​​pode ser alinhada por aquecimento a temperaturas elevadas e a aplicação de uma carga uniforme. Todos os LCEs são caracterizados por meio de imagens de amostra macroscópica, medidas de difração de raios-X, e análise dinâmico-mecânica. Finalmente, demonstramos um potencial de aplicação LCEs como substratos forma de resposta para a cultura célula ativa.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Síntese de Alinhados Polisiloxane LCEs

  1. Combinar 166,23 mg de mesogen reactivo (4-metoxif enil 4- (3-buteniloxi) -benzoato de metilo), 40 mg de poli (hydromethylsiloxane), e 12,8 mg de agente de reticulação (1,4-di (10-undecenyloxybenzene) 30 com 0,6 ml de anidro tolueno num pequeno vaso de reacção (cerca de 13 mm de diâmetro e 100 mm de comprimento) carregado com uma barra de agitação. Agita-se a solução a 35 ° C durante 25 minutos para dissolver.
  2. Num frasco separado, preparar uma solução de 1% em peso de dicloro (1,5-ciclooctadieno) platina (II) como catalisador em diclorometano. Adicionar 30 ml de solução de catalisador para os reagentes a partir do passo 1.1 através de uma pipeta, mexa para misturar, e despeje a solução para um (cm x 2 cm x 1 cm 3) politetrafluoretileno rectangular (PTFE) molde feito sob medida. Cobrir o molde frouxamente com uma lâmina de vidro, e colocados no forno de aquecimento a 60 ° C durante 30 min, agitando periodicamente para remover as bolhas durante os primeiros 15 min.
  3. Remover o molde do forno de aquecimento e cooL com azoto líquido por meio do derrame de azoto líquido para um recipiente de pequenas dimensões e o contacto do fundo do molde de PTFE com o azoto líquido durante 2 seg.
    1. Uma vez que a mistura tenha arrefecido, remover cuidadosamente elastómero do molde utilizando uma espátula de metal e colocar na parte superior de uma folha de PTFE. Apara as bordas do LCE utilizando uma lâmina de barbear e cortar o LCE ao longo do seu comprimento em três pedaços de tamanhos iguais (aprox. 2,7 centímetros de comprimento e de largura 0,5 cm).
  4. Pendurar cada peça por uma extremidade a uma haste horizontal 10 e anexar clipes (4,4 g) à outra extremidade do LCE. Segure a LCE no local usando fita adesiva, e adicionar clipes de papel, um de cada vez em mínimo de incrementos de 10. Pendurar o LCE durante 7 dias à temperatura ambiente, observando as alterações no comprimento e uniformidade. Descarte qualquer amostra que rasga ou se rompe. Retirar amostras e armazenar em temperatura ambiente.

2. Preparação de eletricamente polisiloxano Responsive nanocompósitos LCE

  1. Para preparar nanocompósitos LCE com negro de carbono disperso através dograndes quantidades da amostra, em primeiro lugar repetir os passos 1,1-1,4 acima. Adicionar nanopartículas negros de carbono de 4,38 mg para a solução de reacção contendo mesogen reactivo, agente de ligação cruzada, e de siloxano. Usar um total de 5 clipes de papel, em vez de 10 para carregamento.
  2. A fim de adicionar nanopartículas de negro de carbono adicional para a superfície do LCE, preparar a 1% w / v solução de nanopartículas de negro de carbono em tolueno. Sonicar durante 20 minutos para dispersar as nanopartículas e, em seguida, verter a dispersão em uma placa de Petri. Mergulhar os LCEs do passo 2.1 na dispersão de nanopartículas durante 6 h.
  3. Após 6 h, utilizar uma pipeta para retirar a solução a partir da placa de Petri e permitir que o elastómero a secar ao ar. Limpe cuidadosamente partículas de carbono em excesso na superfície usando fita ou um cotonete.

3. Preparação de LCEs baseados em epóxi reversível

  1. Misture 246,15 mg de 4,4'-diglycidyloxybiphenyl 31, 101 mg de ácido sebácico, 71,6 mg de ácido hexadecanedioic, e 76 mg de polydi terminada-carboxidecilmetilsiloxano num (3 cm x 2 cm x 1 cm) molde PTFE retangular feito sob medida. Aquecer as amostras colocando sobre uma placa quente a 180 ° C.
    1. Adicionar 11,48 mg de (1,5,7-triazabiciclo [4.4.0] dec-5-eno) e agita-se catalisador de metal usando pinças pré-aquecido a 180 ° C. Continuar a reacção até a mistura se forma um gel, após aproximadamente 20 minutos, e agita-se periodicamente para remover as bolhas gerados por meio da reacção.
  2. Remover o barco de PTFE da placa de aquecimento e deixa-se arrefecer para a TA. Usar uma lâmina de barbear para separar o elastómero do molde de PTFE.
  3. Colocar duas folhas de PTFE, numa prensa de polímero a 180 ° C. Coloque o elastómero a partir do passo 3.2 entre as folhas de PTFE e comprimir a amostra até uma espessura de 0,3 - 0,5 milímetros. Continuar o aquecimento a 180 ° C durante 4 h.
  4. Retirar a amostra e legal para RT. Cortar a amostra em pedaços retangulares (aproximadamente 2,5 cm de comprimento e 0,5 cm de largura). Pendure a amostra em uma extremidade usando fita poliimida dentro de um forno de aquecimento. Anexar 12 paperclips (8,88 g) à extremidade livre da amostra. Ajustar a temperatura do forno de aquecimento a 165 ° CO / N, ou para 12 - 16 h.
  5. Remover o elastómero do forno de aquecimento e notar a alteração no comprimento. Aquece-se a amostra a 80 ° C numa placa de aquecimento para remover a tensão residual em seguida arrefecer até à temperatura ambiente.

4. Teste e Caracterização de LCEs

  1. Medir estirpe reversíveis por aquecimento das amostras numa placa de aquecimento a 120 ° C e de imagem com uma câmara. Nota do comprimento inicial da amostra à TA, o comprimento da amostra, após aquecimento a 120 ° C, e o comprimento de volta após arrefecimento até à TA. LCEs deve contracção de cerca de 30% e voltar ao seu comprimento inicial ao arrefecer. Ver exemplo imagens apresentadas na Figura 1A e 1B.
  2. Analise temperatura de transição de fase e de transição vítrea por calorimetria de varrimento diferencial (DSC) de corte um pequeno pedaço de cada LCE e digitalização de 0 ° C a 150 ° C, a um aquecimento / CoOling taxa de 10 ° C / min 32,33.
  3. Quantificar o grau de alinhamento de cristal líquido por medições de difracção de raios-X. Colocar as amostras em um difratômetro de raios-X com capacidade de imagem 2D. 33 Ver imagens exemplo de difração mostrados na Figura 2.
    Nota: A imagem de difracção deve ser anisotrópica, reflectindo o alinhamento do LCE 33. LCEs polisiloxano são LCEs nemáticos e à base de epóxi apresentam uma fase smectic.
  4. Medir a rigidez da LCE e mudança em comprimento e largura utilizando análise dinâmico-mecânica (DMA). comprimento da ficha e mudanças de rigidez como uma função da temperatura para LCEs e como uma função do potencial eléctrico para os nanocompósitos LCE.
    1. Para medições de termo-mecânica, utilizar uma lâmina de barbear para cortar manualmente amostras com as dimensões de 2 cm x 0,3 cm e cuidadosamente prender entre as braçadeiras de tensão. Aplicar uma força de 1 milhão para remover qualquer folga.
      1. Amostras equilibrar termicamente a 30 ° C seguinconduzida por ciclos de aquecimento e arrefecimento a 5 ° C / min. amostra de calor de 30 ° C até 120 ° C. Mudanças na temperatura produzem alterações no comprimento e largura da amostra, que são registrados durante a medição DMA. Veja a Figura 3A para medições termomecânicas de uma amostra de LCE.
    2. Para medições electromecânicos, cortado manualmente amostras de LCE nanocompósito para as dimensões de 2 cm x 0,3 cm e cola um fio de cobre em extremidades opostas dos nanocompósitos LCE usando uma prata epóxi. Fixar o nanocompósito LCE usando tensão braçadeiras com 1 mN tensão.
      1. Aplicar um potencial eléctrico através dos fios de cobre com uma tensão que varia de 0 - 60 V, uma frequência de 60 Hz, e um de ligar / desligar duração do impulso variando de 0,1 seg - 30 seg.
      2. alterações na forma de discos em resposta ao potencial elétrico. Aplicar uma força fixa de 1 milhão para remover a folga. A mudança de posição dos grampos corresponde à alteração da forma da amostra. veja Figure 3B para medições eletromecânicos de uma amostra de LCE nanocompósito.

5. Cultura célula ativa através da estimulação elétrica da LCE nanocompósitos

  1. Tratar uma superfície de nanocompósitos LCE sob plasma de oxigênio durante 30 segundos. Spin cast 300 ul de uma solução de poliestireno em tolueno (1% w / v) a 3300 rpm durante 1 min em cima da superfície de plasma limpo. Seca-se o elastómero sob vácuo durante 12 horas para remover o tolueno, e tratar a superfície revestida de poliestireno do nanocompósito LCE utilizando plasma de oxigénio durante 30 seg.
  2. Coloque nanocompósitos LCE em solução de etanol a 70% durante 30 minutos para esterilizar a superfície.
    1. Lava-se a nanocompósito LCE com solução salina tamponada com fosfato e transferir o LCE para uma placa de Petri seco com o lado revestido de polistireno voltado para cima. Revestimento de toda a superfície do LCE por imersão em 5 ml de uma solução de colagénio tipo I da cauda de rato (50 ug / ml em 0,02 N de ácido acético). Incubar LCE nanocomposite a 37 ° C e 5% de CO 2 durante pelo menos 30 min.
  3. Isolar cardiomiócitos ventriculares de ratos neonatos e suspendê-media chapeamento de alta soro conforme relatado anteriormente 11.
    1. Células da placa na parte superior do substratos LCE descrito como acima, a uma densidade de 100.000 - 600.000 células / cm2. Cerca de 24 horas mais tarde, transferir as células para a mídia baixos níveis séricos de manutenção (DMEM, 18,5% M199, HS a 5%, 1% de FBS e antibióticos). Permitir cardiomiócitos para prender e proliferar na superfície do LCE durante 4 dias.
  4. Concepção e fabrico de um recipiente personalizado utilizando uma impressora 3-D e utilizando o esquema do recipiente mostrado na Figura 4, utilizando o protocolo do fabricante.
    Nota: O 3D impressa recipiente é um recipiente rectangular com dimensões externas de 60 mm x 40 mm x 20 mm e dimensões internas de 50 milímetros x 30 mm x 15 mm. Em duas superfícies laterais, existem dois conjuntos de furos de 5 mm usada para a inserção de varetas de carbono condutoras. EntalheES em torno dos furos e até ao bordo superior do recipiente para permitir a colocação de uma peça de plástico rectangular (dimensões de 52,5 mm x 12 mm x 4 mm) entre o recipiente para segurar o LCE no lugar em ambas as extremidades. A distância entre os furos é de 3 mm sobre um lado do navio, e os entalhes estão localizados em torno dos furos, como mostrado na Figura 4. Este é concebido para ser compatível com o tamanho dos substratos LCE descritos acima. hastes de fumo condutor são obtidos através de um fornecedor comercial, tal como mostrado no suplemento Materiais.
    1. Insira varetas de carbono através dos orifícios através dos vasos e mantenha no lugar usando adesivo de silicone de grau médico. Curar o adesivo S / N.
  5. nanocompósitos transferência LCE com cardiomiócitos para um recipiente personalizado de 3D-impresso preenchido com meio de manutenção de cultura de células e com varetas de carbono condutoras paralelas ligadas a uma fonte eléctrica. Coloque a LCE através das varetas de carbono e fixar em uma extremidade para garantir o contato elétrico.
    1. Insira um pedaço retangular de plástico através dos entalhes no vaso 3-D para manter a LCE no lugar em uma ou ambas as extremidades, mas coloque este vagamente sobre a amostra LCE. Estimular electricamente LCE através da aplicação de um potencial eléctrico de 40 V CA com intervalos de 5 s de ligar / desligar de tempo para um total de 24 h.
  6. Corar a membrana de células vivas utilizando calceína AM como anteriormente descrito 11.
  7. Para núcleos de coloração, cobrir as células com DAPI contendo meio de montagem antes de imagem sob um microscópio fluorescente invertido. Use ImageJ para contar o número de células vivas e determinar o ângulo de alinhamento de célula usando a melhor função de ajuste.

6. Cultura célula ativa com LCEs Usando aquecimento direto

  1. Repita os passos de 5,1-5,3 acima usando um LCE pura, sem carbono nanopartículas negros acrescentou. Este procedimento também é descrito em pormenor numa publicação prévia. 11
  2. Transferir o LCE com cardiomiócitos a um Petri dish com cultura de células media de manutenção e um 0,5 "x 2" Kapton aquecedor resistivo. fornecimento de calor à LCE ligando o aquecedor resistivo com potência de aquecimento de 12 W. ligue e desligue o calor com intervalos de 5 seg durante pelo menos 24 horas.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

LCEs Monodomain são a forma de resposta devido ao acoplamento da conformação da rede com pedidos de cristal líquido. LCEs aquecimento resulta em uma diminuição no parâmetro de ordem de cristal líquido, que produzem uma contracção da rede polimérica ao longo da direcção de alinhamento principal. Isto é facilmente visualizado através da colocação de um LCE numa placa de aquecimento, como mostrado na Figura 1A e 1B. No aquecimento de RT, os contratos LCE ao longo do comprimento da amostra, e acima da temperatura de transição isotrópico a contracção é um máximo. A amostra também será opticamente transparente acima da temperatura de transição para isotrópico, enquanto alguns nebulosidade é observado para LCEs mesmo perfeitamente alinhados abaixo da temperatura isotropização. Nanocompósitos LCE também exibem forma-alterações em resposta ao aquecimento, como mostrado na Figura 1C e 1D. nanocompósitos LCE pode ser aquecido, quer numa placa de aquecimento (não mostrado) ou pora aplicação de um potencial eléctrico através da amostra. A amostra irá se contrair quando a tensão está ligado. Se é observada pouca ou nenhuma alteração de forma, esta é provavelmente um reflexo de mau alinhamento do director do cristal líquido e a síntese do LCE deve ser repetido. Como um controlo, a birrefringência de amostras de LCE puros pode ser testado usando um microscópio óptico polarizado. amostras alinhadas deve exibir máxima birrefringência quando orientado a 45 graus em relação ao polararizers cruzados e deve aparecer escuro quando orientado ao longo ou perpendicular tanto ao analisador ou polarizador.

Informação directa sobre ordenação de cristal líquido pode ser obtido por meio de difracção de raios X 33. Como mostrado na Figura 2, um LCE alinhada exibe picos de cristal líquido de difracção anisotrópicas, devido ao alinhamento do mesogens. Picos em ângulos largos são devido ao espaçamento intermolecular ao longo da largura da molécula. No caso de EPOxy LCEs com ordenação smectic, picos adicionais são observados em ângulos baixos que refletem o espaçamento camada smectic. Em todas as amostras, a difração é anisotrópica na fase de cristal líquido e distúrbios acima da temperatura isotropização. Como mostrado na Figura 2, o LCE siloxano irá apresentar picos de DRX nemáticos ao longo da direcção de alinhamento, enquanto os epoxi-LCEs são principais LCEs cadeia e exibem picos de XRD de grande ângulo perpendicular aos picos de direcção de alinhamento e de baixo ângulo ao longo da direcção de alinhamento correspondente ao o espaçamento camada esmética.

Calorimetria exploratória diferencial (DSC) proporciona transições de fase na LCEs 32. LCEs base de silicone tem uma temperatura de transição vítrea (Tg) muito abaixo RT e abaixo da resolução da nossa DSC, mas um pico claro é observado cerca de 90 ° C corresponde à transição nemático-a-isotrópico. Um pico semelhante é observado no LCE nanocomposites. No caso de os LCEs à base de epoxi presentes, uma temperatura de transição de vidro próximo de 20 ° C não se observa e uma temperatura de transição esmética-a-isotrópica próximo de 60 ° C. É importante notar que a temperatura de transição de vidro e isotrópica pode ser modificada alterando a composição dos elastómeros e o grupo de ligação.

Análise mecânica dinâmica fornece uma medida quantitativa da alteração de forma LCE como uma função da temperatura e, no caso de nanocompósitos LCE, como uma função da tensão aplicada (Figura 3). Os contratos de amostras com o aumento da temperatura, até a transição para a fase isotrópica. No caso de uma tensão eléctrica pulsada, nanocompósitos LCE exibem estirpe cíclico em fase com o potencial eléctrico.

Experiências de cultura de células activas são realizadas utilizando um costume, 3-D vaso impressa (Figura 4). Os furos de passagem para permitir a colocação das hastes condutoras de carbono, e o recipiente é cheio com meio de cultura celular. Um exemplo de ligação de células numa superfície LCE nanocompósito é mostrado na Figura 5 para uma amostra não-estimuladas após 3 dias de cultura. Cardiomiócitos mostrar boa pega e viabilidade.

figura 1
Figura 1. Forma-resposta de LCEs e nanocompósitos LCE. Contrato LCEs e reversivelmente alongada quando aquecida desde a temperatura ambiente (A) acima da temperatura de transição nemático-a-isotrópico, cerca de 80 ° C (B). Contrato nanocompósitos LCE sobre a aplicação de um potencial eléctrico (C e D). A tensão aplicada é um sinal de 40 V AC. Por favor clique aqui para ver uma largversão er desta figura.

Figura 2
Figura 2. 2-D de difracção de raios X a partir de LCEs alinhadas. Alinhado LCEs exibem padrões de difracção anisotrópicas devido ao alinhamento de cristal líquido. A direção de alinhamento é no sentido vertical, como indicado pela seta branca em quadros (B e D). Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 3
Figura 3. Análise Dinâmica Mecânica (DMA) da forma-responsividade em LCEs. (A) medições termomecânicas de um LCE siloxano para 4 ciclos de aquecimento e resfriamento. A contracção máxima é de 35% ao longo do comprimento da amostra. (B) estirpe Eletromecânica medido em um nanocompósito LCE com um AC potencial eléctrico 40 V ligada e desligada a cada 15 segundos. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 4
Figura 4. Esquema do recipiente personalizado para cultura celular activa. Através de buracos permitem a inserção de varetas de carbono condutoras, que são fixados e vedados nas bordas usando um adesivo de silicone, a bio-grau. As duas placas são usadas para proteger a LCE em uma ou ambas as extremidades. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 5
Figura 5. A análise da fluorescência de cardiomiócitos em uma superfície LCE nanocompósito. As células são coradas com calceína AM e células vivas aparecem em verde. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Acknowledgments

Este trabalho foi financiado pela Fundação Nacional de Carreira (CBET-1336073 para RV), o Fundo de Investigação Petroleum ACS (52345-DN17 a RV), a American Heart Association (BGIA para JGJ), a National Science Foundation (CARREIRA CBET-1055942 para JGJ), o National Institutes of Health / National Heart, Lung and Blood Institute (1R21HL110330 para JGJ), Louis e Peaches Owen e Hospital infantil do 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).

Tags

Bioengenharia Edição 108 Cristais Líquidos Polímeros Revestimentos os estímulos responsivos forma-Responsive cultura de células biomateriais
Preparação de Monodomain cristal líquido elastômeros e de cristal líquido Elastomer nanocompósitos
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