Waiting
Login processing...

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

Bioengineering

Framställning av monodomän Liquid Crystal Elastomers och Liquid Crystal Elastomer Nanokompositer

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 är form svarar material med helt reversibel formförändring och potentiella tillämpningar inom medicin, tissue engineering, artificiella muskler, och som mjuka robotar. Här visar vi framställning av form svarar flytande elastomerer kristaller (LCEs) och LCE nanokompositer tillsammans med karakterisering av deras form-respons, mekaniska egenskaper och mikrostruktur. Två typer av LCEs - polysiloxan-baserade och epoxibaserade - syntetiseras, i linje, och karakteriseras. Polysiloxan-baserade LCEs framställs genom två tvärbindningssteg, den andra under en pålagd belastning, vilket resulterar i monodomän LCEs. Polysiloxan LCE nanokompositer är förberedd genom tillsättning av ledande kolsvart nanopartiklar, såväl i hela bulken av LCE och till LCE ytan. Epoxibaserade LCEs är förberedd genom en reversibel förestringsreaktion. Epoxibaserade LCEs är inriktade genom tillämpning av en enaxlig belastning vid förhöjd (160 ° C) temperatures. Aligned LCEs och LCE nanokompositer kännetecknas med avseende på reversibel töjning, mekanisk stelhet och vätskekristall beställning med användning av en kombination av avbildning, tvådimensionella röntgendiffraktionsdata mätningar, differentiell svepkalorimetri, och dynamisk mekanisk analys. LCEs och LCE nanokompositer kan stimuleras med värme och / eller elektrisk potential för att reglerbart alstra stammar i cellkulturmedia, och vi visar tillämpningen av LCEs som formkänsliga substrat för cellodling med användning av en skräddarsydd anordning.

Introduction

Material som kan uppvisa snabba, reversibla och programmerbara formförändringar är önskvärda för ett antal nya tillämpningar 1-9. Shape-responsiva stentar kan hjälpa till med sårläkning och behandling 7. Konstgjorda robotar kan hjälpa till prospektering eller att utföra uppgifter i miljöer som är skadliga eller farliga för människor 10. Shape känsliga elastomerer är önskvärda för användning i aktiv cellkultur, där celler odlas i en aktiv miljö. 11-14 Andra användningsområden är förpackningar, avkänning, och läkemedelstillförsel.

Flytande kristaller elastomerer (LCE) är polymernätverk med flytande kristall beställning 15-20. LCEs görs genom att kombinera en flexibel polymernätverk med flytande kristaller molekyler som kallas mesogener. Lyhördhet LCEs härrör från kopplingen av flytande kristaller för att stammar i det polymera nätverket, och stimuli som påverkar beställning av mesogener kommer genenhastighetsnätverks stammar, och vice versa. För att uppnå stora och reversibla form-förändringar i frånvaro av en yttre belastning, måste mesogener riktas i en enda riktning i LCE. En vanlig praktisk utmaning att arbeta med LCEs genererar monodomän LCEs. En annan utmaning är att generera formförändringar som svar på stimuli annat än direkt uppvärmning. Detta kan ske genom tillsats av nanopartiklar eller färgämnen till LCE nätverk 21-28.

Här visar vi framställning av monodomän LCEs och LCE nanokompositer. Först visar vi framställning av monodomän LCEs använder två-stegsmetoden först rapporterades av Kupfer et al. 29 Detta är fortfarande den mest populära och välkänd metod för framställning av monodomän LCEs, men att uppnå en enhetlig inriktning och konsekvens mellan prover kan vara en utmaning . Vi visar ett tillvägagångssätt som lätt kan genomföras med hjälp av standardlaboratorieutrustning, inklusive fullständiga uppgifter om provtagninghantering och beredning. Nästa, visar vi hur ledande kolsvart nanopartiklar kan tillsättas till LCEs att producera ledande, elektriskt responsiva LCEs. Vi visar sedan syntes och anpassningen av epoxibaserade LCEs. Dessa material uppvisar utbytbara nätverksbindningar och kan anpassas genom upphettning till förhöjda temperaturer och tillämpa en jämn belastning. Alla LCEs kännetecknas genom makroskopisk prov imaging, röntgendiffraktion mätningar och dynamisk mekanisk analys. Slutligen visar vi en potentiell tillämpning av LCEs som form svarar substrat för aktiv cellodling.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Syntes av Aligned Polysiloxan LCEs

  1. Kombinera 166.23 mg reaktiv mesogen (4-metoxifenyl 4- (3-butenyloxi) bensoat), 40 mg poly (hydromethylsiloxane), och 12,8 mg av tvärbindningsmedlet (1,4-di (10-undecenyloxybenzene) 30 med 0,6 ml vattenfri toluen i en liten flaska (ungefär 13 mm i diameter och 100 mm i längd) tas ut med en omrörningsstav. Rör om lösningen vid 35 ° C under 25 min för att lösa upp.
  2. I en separat flaska, förbereda en lösning av 1 vikt% dikloro (1,5-cyklooktadien) -platina (II) katalysator i diklormetan. Tillsätt 30 pl katalysatorlösning till reagenserna från steg 1,1 via pipett, rör för att blanda och häll lösningen i en skräddarsydd (3 cm x 2 cm x 1 cm) rektangulär polytetrafluoretylen (PTFE) mögel. Täck formen löst med en glasskiva och placera i värmeugn vid 60 ° C under 30 min under periodvis skakning för att avlägsna bubblor under den första 15 min.
  3. Ta bort mögel från värmeugn och cool med flytande kväve genom att hälla flytande kväve i en liten behållare och bringa botten av PTFE formen med flytande kväve under 2 sek.
    1. När blandningen har svalnat, försiktigt bort elastomer från mögel med hjälp av en metallspatel och placera ovanpå en PTFE-ark. Trimma kanterna på LCE med ett rakblad och skär LCE längs dess längd i tre lika stora bitar (ca. 2,7 cm längd och 0,5 cm bredd).
  4. Hänga varje bit med en ände till en horisontell stång och fäst 10 gem (4,4 g) till den andra änden av LCE. Håll LCE på plats med hjälp av tejp, och tillsätt paperclips en i taget i 10 min i taget. Häng LCE under 7 dagar vid RT, notera förändringar i längd och enhetlighet. Kasta något prov som tårar eller raster. Ta prover och lagra i rumstemperatur.

2. Framställning av elektricitet svarande Polysiloxan LCE Nanokompositer

  1. För att förbereda LCE nanokompositer med kolsvart dispergerat genomhuvuddelen av provet, första upprepa steg från 1,1 till 1,4 ovan. Lägga 4,38 mg kimrökpartiklar nanopartiklar till reaktionslösningen innehåller reaktiv mesogen, tvärbindningsmedel och siloxan. Använda totalt 5 gem i stället för 10 för lastning.
  2. I syfte att lägga till ytterligare kimrök nanopartiklar till LCE ytan, förbereda en% vikt / volym lösning av kimrök nanopartiklar i toluen. Sonikera under 20 min för att dispergera nanopartiklar och häll sedan dispersionen i en petriskål. Doppa LCEs från steg 2,1 i nanopartikel dispersion sex timmar.
  3. Efter 6 h, använd en pipett för att dra tillbaka lösning från petriskålen och låta elastomeren torka i luft. Rengör försiktigt överskott kolpartiklar på ytan med hjälp av tejp eller en bomullspinne.

3. Framställning av Reversible epoxibaserade LCEs

  1. Blanda 246,15 mg av 4,4'-diglycidyloxybiphenyl 31, 101 mg sebacinsyra, 71,6 mg hexadecanedioic syra och 76 mg karboxidecyl-terminerad polydimetylsiloxan i en skräddarsydd (3 cm x 2 cm x 1 cm) rektangulär PTFE mögel. Värma proverna genom att placera på en värmeplatta vid 180 ° C.
    1. Lägga 11,48 mg (1,5,7-triazabicyklo [4.4.0] dek-5-en) katalysator och rör om med hjälp av metall pincett förvärmts till 180 ° C. Fortsätta reagera tills blandningen bildar en gel, efter ca 20 min, och rör om med jämna mellanrum för att ta bort bubblor som alstras av reaktionen.
  2. Avlägsna PTFE båt från kokplattan och låt den svalna till RT. Använda ett rakblad för att separera elastomeren från PTFE formen.
  3. Placera två PTFE-ark i en polymer press vid 180 ° C. Placera elastomeren från steg 3,2 mellan PTFE-ark och komprimera provet till en tjocklek av 0,3 - 0,5 mm. Fortsätta värmning vid 180 ° C under 4 h.
  4. Ta bort provet och kyl till RT. Skär provet i rektangulära bitar (ca 2,5 cm längd och 0,5 cm bredd). Hänga provet vid en ände med användning av polyimid tejp inuti en värmeugn. Fäst 12 paperclips (8,88 g) för den fria änden av provet. Ställa in temperaturen hos värme ugnen till 165 ° CO / N, eller för 12-16 timmar.
  5. Ta elastomeren från värmeugnen och notera förändringen i längd. Provet uppvärms till 80 ° C på en värmeplatta för att avlägsna restspänning sedan svalna tillbaka till RT.

4. Provning och karakterisering av LCEs

  1. Mäta reversibel stammen genom upphettning av proverna på en värmeplatta till 120 ° C och avbildning med en kamera. Notera den initial provlängd vid RT, provlängden efter upphettning till 120 ° C, och längden efter kylning tillbaka till RT. LCEs bör minska med cirka 30% och återgå till sin ursprungliga längd vid kylning. Se exempel bilder som visas i figur 1A och 1B.
  2. Analysera fasövergångstemperatur och glasövergångs med differentiell svepkalorimetri (DSC) genom att skära en liten bit från varje LCE och scanning från 0 ° C till 150 ° C vid en uppvärmnings / coÖling hastighet av 10 ° C / min 32,33.
  3. Kvantifiera graden av vätskekristallinriktnings genom röntgendiffraktionsdata mätningar. Placera provexemplar i en röntgendiffraktometer med 2D avbildningsfunktioner. 33 Se exempel diffraktionsbilder som visas i figur 2.
    Obs! Diffraktion bilden bör vara anisotropa, vilket återspeglar inriktningen av LCE 33. Polysiloxan LCEs är nematiska och epoxibaserade LCEs uppvisar en smektisk fas.
  4. Mät styvhet LCE och förändring i längd och bredd med hjälp av dynamisk mekanisk analys (DMA). Postlängd och styvhet ändras som en funktion av temperaturen för LCEs och som en funktion av elektrisk potential för LCE nanokompositer.
    1. För termomekaniska mätningar, använda ett rakblad för att manuellt skära prover mått på 2 cm x 0,3 cm och försiktigt fast mellan spännklämmor. Applicera en kraft 1 mN för att avlägsna eventuella slack.
      1. Värme jämvikt prover vid 30 ° C followed genom uppvärmning och avkylning vid 5 ° C / min. Värme prov från 30 ° C upp till 120 ° C. Förändringar i temperatur producerar förändringar i längden och bredden av provet, som registreras under DMA mätningen. Se figur 3A för termo mätningar av en LCE prov.
    2. För elektromekaniska mätningar, skär manuellt LCE nanokomposit prov till dimensionerna 2 cm x 0,3 cm och limma en koppartråd vid motsatta ändar av de LCE nanokompositer med användning av en silver epoxi. Fäst LCE nanokomposit med hjälp av spänning klämmor med en mN spänning.
      1. Applicera en elektrisk potential genom koppartrådarna vid en spänning sträcker sig från 0 - 60 V, en frekvens på 60 Hz, och en på / av pulsvaraktigheten som sträcker sig från 0,1 sek - 30 sek.
      2. Skivformförändringar som svar på den elektriska potentialen. Applicera en fast kraft 1 mN att avlägsna slack. Förändringen i läget av klämmorna motsvarar formförändringar i provet. se Figure 3B för elektromekaniska mätningar av en LCE nanokomposit prov.

5. Aktiv cellodling genom elektrisk stimulering av LCE Nanokompositer

  1. Behandla en yta av LCE nanokompositer under syreplasma under 30 sekunder. Spin cast 300 ul av en lösning av polystyren i toluen (1% vikt / volym) vid 3300 rpm under 1 min på toppen av plasma rengjorda ytan. Torka elasten under vakuum under 12 h för att avlägsna toluen, och behandla den polystyren-belagda ytan av LCE nanokomposit med användning av syreplasma under 30 sek.
  2. Placera LCE nanokompositer i 70% etanollösning under 30 min för att sterilisera ytan.
    1. Tvätta LCE nanokomposit med fosfatbuffrad saltlösning och överföra LCE till en torr petriskål med polystyren belagda sidan uppåt. Belägga hela ytan av LCE genom nedsänkning i 5 ml av en råttsvanskollagen typ I-lösning (50 ng / ml i 0,02 N ättiksyra). Inkubera LCE nanocomposite vid 37 ° C och 5% CO2 under åtminstone 30 min.
  3. Isolera neonatala råttventrikulära kardiomyocyter och suspendera i hög serum plätering media som tidigare rapporterats 11.
    1. Platt celler på toppen av LCE substrat beskrivs som ovan vid en densitet av 100.000 - 600.000 celler / cm 2. Omkring 24 h senare, överföra celler till låg serumunderhållsmedium (DMEM, 18,5% M199, 5% HS, 1% FBS och antibiotika). Tillåt kardiomyocyter att fästa och proliferera på ytan av LCE i 4 dagar.
  4. Design och tillverkning av en anpassad kärl med användning av en 3-D-skrivare och använda den schematiska av kärlet som visas i figur 4 med användning av tillverkarens protokoll.
    Obs: 3D tryckta fartyg är en rektangulär behållare med yttermått 60 mm x 40 mm x 20 mm och inre dimensioner 50 mm x 30 mm x 15 mm. På två sidoytor, finns det två uppsättningar av 5 mm hål som används för insättning av konduktiva kolstavar. Hackes runt hålen och upp till den övre kanten av behållaren möjliggör placering av en rektangulär plaststycke (dimensionerna 52,5 mm x 12 mm x 4 mm) över kärlet för att hålla LCE på plats i båda ändar. Avståndet mellan hålen är 3 mm på en sida av fartyget, och skåror är belägna runt hålen som visas i figur 4. Detta är utformat för att vara kompatibel med storleken på LCE substrat som beskrivits ovan. Konduktiva kolstavar erhålls genom en kommersiell leverantör såsom visas i Materials Supplement.
    1. Sätt kolstavar genom hålen över fartygen och hålls på plats med hjälp av medicinsk silikon lim. Härda limmet O / N.
  5. Överföring LCE nanokompositer med kardiomyocyter till en anpassad 3D-tryckt kärl fyllt med cellodlingsunderhållsmedia och med parallella ledande kolstavar som är anslutna till en elektrisk källa. Placera LCE över kolstavar och fäst i ena änden för att säkerställa elektrisk kontakt.
    1. Sätt i ett rektangulärt plastbiten genom skårorna i 3-D fartyg att hålla LCE på plats vid en eller båda ändar, men placera denna löst över LCE provet. Elektriskt stimulera LCE genom tillämpning av en 40 V AC elektrisk potential med en 5 sek on / off tid för totalt 24 timmar.
  6. Färga membranet av levande celler med hjälp av kalcein AM som beskrivits tidigare 11.
  7. För kärnor färgning, täcka cellerna med DAPI-innehållande monteringsmedium innan avbildning under ett inverterat fluorescerande mikroskop. Använd ImageJ att räkna antalet levande celler och bestämma vinkeln av celljustering med hjälp av bästa passform funktion.

6. Aktiv Cell Culture med LCEs Använda direkt uppvärmning

  1. Upprepa steg 5,1-5,3 ovan med hjälp av en ren LCE utan kimrök nanopartiklar tillsätts. Detta förfarande beskrivs också i detalj i en tidigare publikation. 11
  2. Överför LCE med cardiomyocytes till en Petri dish med cellodlingsunderhållsmedier och en 0,5 "x 2" Kapton resistiva värmaren. Supply värme till LCE genom att vrida på den resistiva värmaren med värmeeffekt av 12 W. slås på och av värmen med 5 sek intervall under minst 24 timmar.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Monodomän LCEs är form reagerar på grund av koppling av nätverkskonforma med flytande kristaller beställning. Uppvärmnings LCEs resulterar i en minskning i den parameter vätskekristall ordning, som producerar en sammandragning av det polymera nätverket längs den primära orienteringsriktningen. Detta är lätt visualiseras genom att placera ett LCE på en värmeplatta, som visas i figur 1A och 1B. Vid uppvärmning från RT, de LCE kontrakt längs längden av provet, och över den isotropiska övergångstemperaturen kontraktionen är ett maximum. Provet kommer också att bli optiskt klar över den isotropiska övergångstemperatur, medan vissa grumlighet observeras för ännu perfekt inriktade LCEs under isotropization temperaturen. LCE nanokompositer kommer också uppvisa shape-förändringar som svar på värme, såsom visas i figur 1C och 1D. LCE nanokompositer kan värmas antingen på en värmeplatta (ej visad) eller genomapplicering av en elektrisk potential över provet. Provet kommer att dra ihop sig när spänningen är påslagen. Om lite eller ingen formförändring observeras, är detta sannolikt en återspegling av dålig inriktning av flytande kristall regissör och syntes av LCE bör upprepas. Som en kontroll, kan dubbelbrytningen av rena LCE proverna testas med ett polariserat ljusmikroskop. Inriktade prov bör uppvisa maximal dubbelbrytning när orienterade vid 45 grader i förhållande till korsade polararizers och bör finnas mörkt när orienterade längs eller vinkelrätt mot antingen analysatorn eller polarisatorn.

Direkt information om flytande kristall beställning kan erhållas genom röntgendiffraktion 33. Som visas i figur 2, uppvisar en linje LCE anisotropa flytande kristaller diffraktionstoppar på grund av anpassningen av de mesogener. Toppar vid breda vinklar är på grund av intermolekylär avstånd utmed bredden av molekylen. I fallet med epoxy-LCEs med smektisk beställning är ytterligare toppar observerades vid låga vinklar återspeglar smektisk skiktavståndet. I alla prover, är den diffraktion anisotrop i den flytande kristallfasen och oordnat ovanför isotropization temperaturen. Såsom visas i figur 2, kommer siloxanen LCE uppvisar nematiska XRD- toppar längs orienteringsriktningen medan de epoxi-LCEs är huvudkedjan LCEs och uppvisar vidvinkel XRD- toppar vinkelrätt mot orienteringsriktningen och låg vinkeltoppar längs inriktnings riktning motsvarande den smektiska skiktavståndet.

Differentiell svepkalorimetri (DSC) ger fasövergångar i LCEs 32. Silikonbaserade LCEs har en glasövergångstemperatur (Tg) väl under RT och under upplösningen av vår DSC, men en tydlig topp observeras i närheten av 90 ° C, motsvarande den nematiska-till-isotropisk övergång. En liknande topp observeras i LCE nanocomposites. I fallet med de epoxibaserade LCEs som presenteras, är en glasövergångstemperatur i närheten av 20 ° C observeras och en smektisk-till-isotropisk övergångstemperatur i närheten av 60 ° C. Det är viktigt att notera att glaset och isotropa övergångstemperaturen kan modifieras genom att förändra sammansättningen av de elaster och den länkande gruppen.

Dynamisk mekanisk analys ger ett kvantitativt mått på LCE formförändring som en funktion av temperaturen och, i fallet med LCE nanokompositer, som en funktion av pålagd spänning (Figur 3). Prov kontrakt med ökande temperatur, upp till övergången till den isotropiska fasen. I fallet med en pulsad elektrisk spänning, LCE nanokompositer uppvisar cyklisk påkänning i fas med den elektriska potentialen.

Aktiva cellodlingsexperiment utförs med hjälp av en anpassad, 3-D tryckt fartyg (Figur 4). De genomgående hålen möjliggör placering av konduktiva kolstavar, och kärlet är fyllt med cellodlingsmedia. Ett exempel på cellbindning på ett LCE nanokomposit yta visas i fig 5 för en icke-stimulerad prov efter 3 dagars odling. Kardiomyocyter visar god vidhäftning och livskraft.

Figur 1
Figur 1. Form-svaret hos LCEs och LCE Nanokompositer. LCEs kontrakt och långsträckt reversibelt vid upphettning från RT (A) till över den nematiska-till-isotropisk övergångstemperatur, ungefär 80 ° C (B). LCE nanokompositer kontrakt om tillämpningen av en elektrisk potential (C och D). Spänningen som används är en 40 V AC-signal. Klicka här för att se en larger version av denna siffra.

figur 2
Figur 2. 2-D röntgendiffraktion från inriktade LCEs. Aligned LCEs uppvisar anisotropa diffraktionsmönster på grund av vätskekristallinriktning. Inriktningsriktningen är i vertikal riktning som indikeras av den vita pilen i ramar (B och D). Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 3
Figur 3. Dynamisk mekanisk analys (DMA) av form respons i LCEs. (A) termo mätningar av en siloxan LCE för 4 uppvärmning och avkylning. Den maximala kontraktion är 35% längs provlängden. (B) Elektro stammen mätt i en LCE nanokomposit med en 40 V AC elektrisk potential slås på och av varje 15 sek. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

figur 4
Figur 4. Schematisk anpassade fartyg för aktiv cellkultur. Genomgående hål möjliggör införande av ledande kolstavar, som är säkrade och förseglade vid kanterna med en silikon, bio-adhesiv. De två plattorna används för att fästa LCE på ena eller båda ändarna. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

figur 5
Figur 5. Fluorescens analys av hjärtmuskelceller på en LCE nanokomposit yta. Cellerna färgas med kalcein AM och levande celler verkar grön. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Acknowledgments

Detta arbete stöddes av National Career Foundation (CBET-1.336.073 till RV), ACS Petroleum Research Fund (52345-DN17 till RV), American Heart Association (BGIA till JGJ), National Science Foundation (KARRIÄR CBET-1.055.942 till JGJ), National Institutes of Health / National Heart, Lung and Blood Institute (1R21HL110330 till JGJ), Louis och persikor Owen och Texas Barnsjukhus.

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 Liquid Crystals Polymers Elastomerer Stimuli-Responsive form-Responsive cellodling Biomaterials
Framställning av monodomän Liquid Crystal Elastomers och Liquid Crystal Elastomer Nanokompositer
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