Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

Chemistry

ميكروفلويديك التوليف القائم على الأطر العضوية التساهمية (كوفس): أداة للإنتاج المستمر للألياف كوف والطباعة المباشرة على سطح

doi: 10.3791/56020 Published: July 10, 2017

Summary

نقدم طريقة مستندة ميكروفلويديك الرواية لتوليف الأطر العضوية التساهمية (كوفس). نوضح كيف يمكن استخدام هذا النهج لإنتاج ألياف كوف المستمر، وأيضا هياكل 2D أو 3D كوف على الأسطح.

Abstract

الأطر العضوية التساهمية (كوفس) هي فئة من المواد التساهمية التي يسهل اختراقها والتي غالبا ما يتم تصنيعها كمساحيق بلورية غير قابلة للتجهيز. وقد تم الإبلاغ عن أول صندوق كوف في عام 2005 مع تركيز الكثير من الجهود على إنشاء طرق اصطناعية جديدة لإعداده. حتى الآن، تستند معظم الأساليب الاصطناعية المتاحة لتوليف كوف على الخلط السائبة في ظل ظروف سولفوثرمال. ولذلك، هناك اهتمام متزايد بوضع بروتوكولات منهجية لتوليف كوف التي تنص على التحكم الدقيق في ظروف التفاعل وتحسين قابلية التشغيل كوف على الأسطح، وهو أمر ضروري لاستخدامها في التطبيقات العملية. هنا، نقدم طريقة جديدة ميكروفلويديك القائم على توليف كوف حيث رد فعل بين اثنين من اللبنات المكونة، 1،3،5-بنزينتريكاربالديهيد (بتسا) و 1،3،5 تريس (4 أمينوفينيل) البنزين (تاب)، يحدث تحت ظروف الانتشار التي تسيطر عليها وفي درجة حرارة الغرفة. استخدام مثل هذا النهج يعطي الاسفنج مثل، البكاءألياف تالينية من المواد كوف، ويسمى فيما بعد مف-كوف. تسمح الخواص الميكانيكية ل مف-كوف والطبيعة الديناميكية للنهج بالإنتاج المستمر للألياف مف-كوف والطباعة المباشرة على الأسطح. تفتح الطريقة العامة تطبيقات جديدة محتملة تتطلب طباعة متقدمة لهياكل كوف ثنائية الأبعاد أو ثلاثية الأبعاد على أسطح مرنة أو صلبة.

Introduction

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

الأطر العضوية التساهمية (كوفس) هي فئة راسخة من المواد المسامية والبلورية التي يتم فيها تثبيت لبنات البناء العضوية معا معا بواسطة السندات التساهمية 1 ، 2 ، 3 ، 4 ، 5 . يتم تجميع كوفس عادة بعد مبادئ الكيمياء سوبرامولكولار، حيث يتم رد فعل اللبنات الجزيئية المكونة بشكل انتقائي لتحديد التجمع النهائي مسامية ومحددة سلفا. مثل هذا النهج يسمح بتوليف المواد مع هيكل التحكم والمرتبة (على سبيل المثال ، مع أبعاد المسام محددة) والتكوين 3 ، 6 ، 7 ، 8 . بالمقارنة مع غيرها من المواد التي يسهل اختراقها، كوفس هي فريدة من نوعها لأنها تتألف من العناصر الخفيفة (C، H، B، N و O) ولها بورو الانضباطي سيتس 1 ، 5 . مستوحاة من هذه الخصائص الفريدة والجوهرية، وقد تم تقييم كوفس للتطبيق المحتمل في الفصل الكيميائي 9 ، تخزين الغاز 10 والحفز 11 ، وأجهزة الاستشعار 12 ، الإلكترونيات الضوئية 13 ، تكنولوجيات الطاقة النظيفة 14 وأجهزة الطاقة الكهروكيميائية 15 .

حتى الآن، فإن الغالبية العظمى من الأساليب المستخدمة لإعداد مواد كوف تقوم على التكثيف الذاتي للحرارة والتفاعلات التكثيف المشترك، حيث درجات الحرارة العالية والضغوط هي المعيار. على الرغم من أن كوفس قوية حراريا، فإنها تعاني عادة من محدودية عملية، أي كوفس وعادة ما تكون غير قابلة للذوبان وغير قابلة للتجهيز مساحيق بلورية، وهذا يحد بشكل كبير من استخدامها في مجموعة من التطبيقات المحتملة والعمليةسس = "كريف"> 2 ، 6 ، 8 ، 16 ، 17 . وعلى الرغم من التقدم الملحوظ الذي تحقق في توليف كوف، فإن أحد التحديات الرئيسية في هذا المجال هو تطوير طريقة تمكن من إعداد كوف في ظروف التفاعل المناسبة ( مثل درجة الحرارة والضغط)، والتي يمكن بعد ذلك تسهيل قابليتها للتجهيز على الأسطح.

في الآونة الأخيرة، أظهرت الدراسات أن الكيمياء شيف قاعدة يمكن استخدامها لتجميع كوف القائم على إيمين في درجة حرارة الغرفة. تم إنتاج كوف، واسمه رت-كوف-1، أشكال بسبب رد فعل سريع وفعال بين 1،3،5 تريس (4-أمينوفينيل) البنزين (تاب) و 1،3،5-بينزينتريكاربالهيد (بتسا) 17 ( الشكل 1A ). وقد أثبتت فعالية هذه الطريقة الاصطناعية من خلال الطباعة المباشرة للميكرون وأنماط سوبيكرون من رت-كوف-1 على كل من الأسطح الصلبة والمرنة باستخدام الطباعة الحجرية أوتقنيات الطباعة النافثة للحبر. في الآونة الأخيرة، والاستفادة من ميكروفلويديكش، أثبتنا نهجا فعالا للتوليف المستمر للألياف من نفس إيمين القائم على كوف الآخرة يسمى مف-كوف 6 . خلافا لغيرها من النهج الاصطناعية ذكرت لتوليد كوفس 18 ، مكنت هذه الطريقة الاصطناعية ميكروفلويديك التوليف السريع للألياف مف-كوف في درجات الحرارة المحيطة والضغوط في غضون ثوان قليلة. وعلاوة على ذلك، ونظرا للاستقرار الميكانيكي للألياف مف-كوف توليفها، أثبتنا كيف يمكن لهذه الطريقة القائم على ميكروفلويديك تمكين الطباعة المباشرة للهياكل 2D و 3D على الأسطح. هنا، ونحن نبرهن على أن هذه الطريقة يمكن استخدامها لرسم هياكل كوف على الأسطح المختلفة التي لها خصائص كيميائية ومادية مختلفة. ونعتقد أن هذه الطريقة الجديدة تفتح آفاقا جديدة للنمط الجيد التحكم والطباعة المباشرة ل كوف في اتجاهات مختلفة وعلى أسطح مختلفة.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

1. ماستر تصنيع القالب

  1. أداء تصنيع فوتوليثوغرافيك من 4 بوصة السيليكون العفن الرئيسي كما هو موضح بالتفصيل سابقا 19 ؛ وقد تم ملفقة العفن الرئيسي المستخدمة في هذه الدراسة باستخدام نفس البروتوكول.
    ملاحظة: عادة ما يتم ملفقة الأجهزة ميكروفلويديك من خلال عملية متعددة الخطوات. الخطوة الأولى هي تصميم قناة ميكروفلويديك باستخدام برنامج الرسم التقليدية. ثم، يتم إنتاج عالية الدقة فوتوماسكس فيلم تحتوي على شبكة ميكروفلويديك مع دقة ميزة ما يقرب من 5 ميكرون. بعد ذلك، يتم تصنيع القوالب الرئيسية على رقاقة السيليكون 4 في السيليكون من خلال تقنيات ضوئية قياسية. سو-8، مقاوم للضوء السلبية، ويعمل لتصنيع القوالب الرئيسية في التحقيقات الحالية. يتم تعريف ارتفاع الهياكل سو-8 ليكون 50 ميكرون في أجهزتنا. وأخيرا، ملفقة الأجهزة ميكروفلويديك عن طريق صب مباشرة البوليمر شفافة، بوليديميت عادةهيلزيلوكسان (بدمس)، ضد العفن الرئيسي.

2. تصنيع الأجهزة ميكروفلويديك طبقة واحدة

ملاحظة: يتطلب البروتوكول فرن يعمل في 70 درجة مئوية. يجب استقرار درجة حرارة الفرن عند 70 درجة مئوية قبل بدء تشغيل بروتوكول التصنيع. ويمكن أن تؤدي درجات الحرارة المنخفضة إلى أجهزة ضعيفة الترابط وغير وظيفية.

  1. وضع العفن الرئيسي ملفقة في المجففة، ومجهزة مضخة فراغ. ثم، صب 100 ميكرولتر من كلوروتريميثيلزيلان في قارورة زجاجية ووضع هذا داخل المجففة.
    ملاحظة: تنبيه! كلوروتريميثيلزيلان مادة تآكل، خطرة وسامة. وفقا لذلك، يجب أن يتم تنفيذ جميع خطوات المناولة تحت غطاء جيد الدخان التهوية، ونظارات واقية المناسبة، والقفازات ومعطف المختبر يجب أن ترتديه.
  2. إغلاق المجفف ووضع تحت فراغ (في هذه التجربة، 51 ملي بار). انتظر لمدة ساعة واحدة على الأقل لضمان ترسب الكلوروتريميثيل المتبخرسيلاني على سطح القالب الرئيسي. بعد 1 ساعة، فتح بلطف صمام الهواء من المجفف لتوازن ذلك إلى الضغط الجوي وفتحه.
    ملاحظة: تنبيه! حالما يتم فتح المجفف، تسرب كلوروتريميثيلزيلان خارج؛ لا التنفس مباشرة فوق المجففة ودائما أداء ما سبق في غطاء محرك السيارة التهوية الدخان.
  3. بعناية اتخاذ القالب سيلانيزد الرئيسي باليد وإغلاق المجفف. تخزين العفن الرئيسي في صندوق مغلق (أو داخل غطاء تدفق الصفحي) لتجنب ترسب الجسيمات على سطحه.
    ملاحظة: يجب تنفيذ جميع خطوات المتابعة تحت غطاء تدفق الصفحي تعمل مع سرعة الهواء موحدة.
  4. إعداد خليط من بدمس قبل البوليمر وكيل علاج (10: 0.9 في الوزن) في كوب المتاح ومزيج بقوة مع ملعقة بلاستيكية. كدليل، واستخدام 20 غرام من المطاط الصناعي و 1.8 غرام وكيل علاج لافتعال أربعة أجهزة ميكروفلويديك بدمس حوالي 5 مم.
  5. ضع الكأس الذي يحتوي على بد مختلطة جيدامس في مجفف تحت فراغ إلى ديغاس وإزالة فقاعات الهواء. وبمجرد أن بدمس هو ديغاسد، افتح المجفف وإزالة الكأس.
    ملاحظة: في هذه التجربة، يستغرق حوالي 30 دقيقة في 51 ميغا بار.
  6. وضع بلطف أربعة إطارات مربع (على سبيل المثال ، بوليتيترافلورثيلين (بتف) إطارات مع أبعاد الداخلية 24 مم × 24 مم) على العفن الرئيسي بحيث أن كل شكل جدار حول بنية منقوشة واحدة على العفن الرئيسي.
  7. صب بدمس ديغاسد في الإطارات وعلى رأس القالب الرئيسي حتى الكامل. وضع العفن الرئيسي مع إطارات مربع شغل في فرن في 70 درجة مئوية لمدة 2 ساعة.
  8. بعد 2 ساعة، قم بإزالة القالب الرئيسي من الفرن واترك التجميع ليبرد إلى درجة حرارة الغرفة.
  9. تقشر يدويا ألواح بدمس منظم (أو رقائق بدمس) وإطارات مربع من قبل فصلها بعناية من العفن الرئيسي والانزلاق رقائق بدمس من إطارات مربع.
  10. لكمة مدخل ومخرج الثقوب باستخدام 1.5 مم الخزعة الناخس في ديومواقع متلقاة في التصميم، على سبيل المثال ، في نهاية القنوات ميكروفلويديك. قطع قطع إضافية من بدمس وإزالة أي الحطام من سطح رقائق بدمس منظم باستخدام شريط لاصق.
  11. وضع رقائق بدمس (مع قنوات مفتوحة مواجهة) وكذلك كوفرسليبس الزجاج، في غرفة مولد البلازما وإغلاق الغرفة.
  12. وضع مولد البلازما تحت فراغ (1.4 ميليبار هنا)؛ تبديل مولد البلازما لمدة 1 دقيقة.
  13. بعد 1 دقيقة، تبديل مولد البلازما قبالة، تهوية الغرفة وإخراج رقائق بدمس المعالجة والزجاج كوفرسليبس. السندات رقائق بدمس (من الجانب مع قنوات منظمة) والزجاج كوفرسليبس معا لإغلاق القنوات. عند هذه النقطة هي ملفقة الأجهزة ميكروفلويديك طبقة واحدة.
  14. وأخيرا، ضع الأجهزة ميكروفلويديك المستعبدين في فرن في 70 درجة مئوية لمدة 4 ساعات على الأقل لتعزيز الترابط بين بدمس والزجاج، إلى حد كبير.

3 - الإعدادأيون من مجموعة ميكروفلويديك والحلول السلائف

  1. إعداد حل 0.040 M من بتكا في حامض الخليك.
    ملاحظة: تنبيه! حمض الخليك هو مركب خطير، تآكل وقابل للاشتعال وبخاره هو مزعجة للغاية للعيون والجهاز التنفسي. وفقا لذلك، يجب أن يتم تنفيذ خطوات التعامل في غطاء الدخان. أيضا، يجب على المستخدم ارتداء معطف مختبر واقية، نظارات وقفازات.
  2. إعداد محلول 0.040 M من تاب في حمض الخليك.
    ملاحظة: جهاز ميكروفلويديك المستخدمة في التجارب الحالية لديها أربع قنوات مدخل ( الشكل 1B والشكل 2 ).
  3. تحميل بكا وحلول تاب في اثنين من المحاقن المختلفة (5 مل محاقن محملة 3 مل محلول هنا)، مكان وتأمين الحقن على مضخة حقنة وربطها إلى اثنين من مداخل الوسطى من رقاقة ميكروفلويديك ملفقة (كاشف واحد لكل مدخل) باستخدام أنابيب بتف (0.8 مم القطر الداخلي).
  4. تحميل اثنين من المحاقن الأخرى مع نقيةحمض الخليك (هنا 5 مل محاقن محملة بالكامل)، مكان وتأمين الحقن على مضخة حقنة وربطها إلى مداخل الجانب اثنين من رقاقة ميكروفلويديك باستخدام نفس النوع من أنابيب بتف.
  5. ربط أنابيب بتف طويلة بما فيه الكفاية (في التجربة الحالية، ~ 15 سم) إلى مخرج رقاقة ميكروفلويديك. استخدام مضخة الحقن التي تسيطر عليها الكمبيوتر لتحفيز تدفق السوائل كما هو موضح في الخطوات التالية.

4. التوليف المستمر للألياف مف-كوف

  1. باستخدام مضخة حقنة إدخال تدفق اثنين غمد من حامض الخليك كل بمعدل تدفق 100 ميكرولتر / دقيقة. وتقع التدفقات غمد على الجانب الخارجي لتدفقات كاشف ( الشكل 2 ).
  2. انتظر لمدة دقيقة واحدة وحقن الكواشف اثنين (تاب و بتسا) عن طريق مدخلين الوسطى (كاشف واحد لكل مدخل) كل بمعدل تدفق 50 ميكرولتر / دقيقة. انتظر لمدة دقيقة واحدة حتى يتم تأسيس تدفقات مستقرة.
  3. مراقبة تشكيل المجهرية ليفي الأصفرأوريز التي سبق وصفها بأنها مف-كوف التي كتبها فورييه تحويل الأشعة تحت الحمراء (فت-إر) التحليل الطيفي، التحليل العنصري والحالة الصلبة 13 C كب-ماس-نمر 6 ؛ في ظل هذه الظروف تشكيل مف-كوف ليست مستمرة.
  4. زيادة معدل تدفق تاب و بتكا إلى 200 ميكرولتر / دقيقة والحفاظ على تدفقات غمد اثنين من حمض الخليك في 100 ميكرولتر / دقيقة. الآن انتظر لمدة 1 دقيقة حتى يستقر تدفق. مراقبة تشكيل تعليق مركزة للغاية من الألياف الأصفر مف-كوف، الأمر الذي يؤدي في نهاية المطاف إلى انسداد من منفذ.
  5. كما أنابيب رقاقة ومخرج الآن غير وظيفية، واستخدام شريحة جديدة وإعداده للتجربة وفقا للخطوات 3.3-3.6.
  6. إدخال اثنين من التدفقات غمد من حمض الخليك كل بمعدل تدفق 100 ميكرولتر / دقيقة والانتظار لمدة 1 دقيقة. تعيين تدفقات تب و بتسا لكل 100 ميكرولتر / دقيقة ومراقبة تشكيل الأصفر المستمر الألياف مف-كوف.
  7. وضع منفذ من الأنابيب في طبق بتري تحتوي على خلاتحمض. على سبيل المثال، ضع 10 مل من حمض الخليك في طبق بيتري زجاج مستدير (60 ملم في القطر). وبمجرد أن الألياف الاصطناعية يخرج الأنبوب الموجود في مخرج الجهاز ميكروفلويديك، نقل الأنبوب على سطح لتسهيل الخروج من الألياف مف-كوف المستمر.

5. الطباعة المباشرة من 2D و 3D مف-كوف الهياكل

ملاحظة: كما الألياف سينثتيزد قد لا تكون متجانسة تماما، يجب تعديل سرعة ترسب لضمان الطباعة المستمرة.

  1. إعداد ميكروفلويديك انشاء كما هو موضح في القسم 3 وحقن جميع الحلول الأربعة كل بمعدل تدفق 100 ميكرولتر / دقيقة.
  2. انتظر لمدة 1 دقيقة حتى تستقر التدفقات والألياف مف-كوف توليف تخارج الأنبوب الموجود في مخرج الجهاز ميكروفلويديك. إعداد الركيزة نظيفة بجانب مخرج الأنبوب الموجود في مخرج جهاز ميكروفلويديك للطباعة المباشرة للألياف مف-كوف.
    ملاحظة: في تحقيقاتنا، 24 ملمتم استخدام x 76 كوفرسليبس الزجاج مم لجميع التجارب الطباعة.
  3. عقد أنبوب متصلا مخرج الجهاز ميكروفلويديك بحيث نهايته هو بضعة ملليمترات فوق ساترة الزجاج. تحرك ببطء الأنبوب على ساترة الزجاج لتسهيل الخروج من الألياف مف-كوف وتجنب التجميع.
  4. وبمجرد أن تستقر التدفقات، ورفع ببطء الأنبوب الموجود في مخرج الجهاز ميكروفلويديك حوالي 2-3 سم بعيدا عن ساترة الزجاج لمراقبة الألياف قائما بذاته ومستقرة مف-كوف.
  5. لمواصلة الطباعة، وجلب منفذ الأنبوب مرة أخرى نحو ساترة الزجاج وتحريك الأنبوب يدويا على السطح لرسم 2D أو 3D مف-كوف المطلوب هيكل.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

يتم ملفقة الجهاز ميكروفلويديك المستخدمة في تحقيقاتنا باستخدام بدمس نسخة طبق الأصل التقليدية صب 20 ويتضمن أربعة قنوات مدخل ميكروفلويديك التي تندمج في متناهية الرئيسي. يتكون الجهاز ميكروفلويديك النهائي من طبقة بدمس منظم وزجاج ساترة تستخدم لإغلاق ميكروشانلز مطبوع، كما هو مبين في الشكل 1B .

شكل 1
الشكل 1: اللبنات الجزيئية وجهاز ميكروفلويديك طبقة واحدة. ( A ) الهياكل الكيميائية من تاب و بتسا. ( ب ) صورة من جهاز ميكروفلويديك تستخدم لتوليف ألياف كوف. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذاالشكل.

قنوات ميكروفلويديك مدخل أربعة هي 50 ميكرون عالية و 50 ميكرون واسعة وتتلاقى في قناة ميكروفلويديك الرئيسية 50 ميكرون عالية و 250 ميكرون واسعة. يتم حقن اثنين من التدفقات كاشف (بتكا و تاب في كل من حامض الخليك) في اثنين من قنوات الإدخال المتوسطة، في حين يتم إدخال اثنين من التدفقات غمد من حمض الخليك النقي في القنوات الجانبية ( الشكل 2 ، منطقة التوليف). جميع التدفقات الأربعة تتلاقى في قناة ميكروفلويديك الرئيسية، حيث يحدث رد فعل تحت السيطرة نشر. في هذا العمل، يتم تعديل جميع تدفقات المدخلات الأربعة بمعدل تدفق 100 ميكرولتر / دقيقة. هذا الشرط، من ناحية، يضمن تشكيل ألياف مف-كوف المستمر (مع معدل إنتاج ما يقرب من 2 ملغ / دقيقة من الألياف المجففة كوف مف)، ومن ناحية أخرى، يتجنب انسداد كل من قناة ميكروفلويديك الرئيسية وكذلك الأنبوب الموجود في مخرج الجهاز ميكروفلويديك. مثل هذا التدفق الأمثل جتسمح األجزاء بإنتاج ألياف صفراء متواصلة من مادة مف-كوف ذات خصائص ميكانيكية مناسبة للطباعة المباشرة على األسطح) الشكل 2 ، منطقة الطباعة (.

الشكل 2
الشكل 2: التوضيح التخطيطي من ميكروفلويديك انشاء تستخدم لتوليف الألياف مف-كوف. ويشار إلى مناطق التوليف والطباعة. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

تقدم دراستنا السابقة 6 دراسات مفصلة توصيف المواد الكيميائية وكذلك تحليل الاستقرار الحراري للألياف مف-كوف الاصطناعية. ويبين الشكل 3 بيانات الانعكاس الكلي الموهوبة فت-إر (أتر-فت-إر) أ د مسحوق حيود الأشعة السينية (بسرد) أنماط مونومرات تاب و بتكا وكذلك الألياف مف-كوف. وتشير قياسات أتر-فت-إر إلى اختفاء نطاقات التمديد نه (3،300-3،500 سم -1 ) في ألياف الموجات الديكامترية (مف-كوف) وظهور نطاق جديد يقع عند 1،689 سم -1 ، وهو ما يقابل تشكيل السندات الإيمينية. وعلاوة على ذلك، فإن البيانات بسرد من الألياف مف-كوف مقارنة جيدا إلى نمط محاكاة. ومن المثير للاهتمام أن التوصيف المورفولوجي للموجات الديكامترية (مف-كوف) كشف عن أن الموجات الهكتومترية (مف-كوف) تختلف عن رت-كوف-1 (التي يتم تركيبها في ظل الظروف السائبة) حيث أن الموجات الهكتومترية (مف-كوف) تتكون من ألياف متناوبة صغيرة النانو تشكل منظمات مسامية تشبه الإسفنج ثلاثي الأبعاد رت-كوف-1 أشكال الأفلام التي تحتوي على المجهرية محددة 17 . هذا الاختلاف التشكل يفسر أيضا زيادة ملحوظة في N 2 الامتزاز في مف-كوف، كما يتضح من مجموع المناطق السطحية المحددة التي حددها برونور-إيميت-تيلر (بيت) تحليلات 6 .

_content "فو: كيب-together.within-بادج =" 1 "> الشكل 3
الشكل 3: التحليل الكيميائي والهيكلي للكواشف والألياف مف-كوف. ( أ ) أتر-فت-إر أطياف مونومرات تاب و بتكا وكذلك الألياف مف-كوف. ( B ) أنماط بسرد من الألياف مف-كوف (مع نمط محاكاة) و تاب و بتسا. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

هذه النتائج تثبت أن كوفس المصنعة باستخدام تفاعلات ميكروفلويديك هي فريدة من نوعها، وأن خصائص مف-كوف والأداء لا يمكن أن يتحقق باستخدام النهج الاصطناعية البديلة. الخواص الميكانيكية، المستمدة من منظمة ميكروسكوبيك من مف-كوف، تسمح الطباعة المطابقة للألياف مف-كوف على الأسطح. الشكل 4

الشكل 4
الشكل 4: هياكل 2D و 3D مف-كوف على الأسطح الزجاجية. صور من ( أ ) كتابة التجارب (بعبارة "إيث" و "3D كوف") وكذلك تجارب الطباعة من ( ب ) ثنائية الأبعاد و ( C ) هياكل ثلاثية الأبعاد مف-كوف على الزجاج. مقياس الحانات = 1 سم. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

وعلاوة على ذلك، فإن الخواص الميكانيكية للألياف مف-كوف توليفها، جنبا إلى جنب مع بساطة ومرونة نهج الطباعة، تسمح للخدعترسب مصبوب من مف-كوف على ركائز مرنة ومرنة مختلفة. وكما هو مبين في الشكل 5 ، يمكن طباعة مف-كوف على أسطح مختلفة مثل الزجاج وورق المناديل والكرتون وألواح الألومنيوم والبوليستيرين.

الشكل 5
الشكل 5: طباعة ألياف مف-كوف على ركائز مختلفة. صور من مف-كوف مطبوعة على ( A ) الزجاج، ( ب ) ورقة الأنسجة، ( C ) من الورق المقوى، ( D ) رقائق الألومنيوم و ( E ) السطوح البوليسترين. جميع القضبان مقياس 1 سم. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

الأسلوب الاصطناعي القائم على ميكروفلويديك ذكرت هنا يوفر نهجا جديدا وبسيطة للطباعة المباشرة للمواد كوف على الأسطح. يتم تنفيذ التجميع باستخدام جهاز ميكروفلويديك طبقة واحدة، تتألف من رقاقة مدمفلويديك بدمس المستعبدين إلى ساترة الزجاج. تلفيق الجهاز ميكروفلويديك لا يمكن أن يتحقق من خلال الصب التقليدي من بدمس ضد العفن الرئيسي السيليكون والترابط في وقت لاحق بدمس مع ميكروشانلز مطبوع ضد ساترة الزجاج.

للتجميع الناجح للجهاز ميكروفلويديك، فمن المهم أن افتعال العفن الرئيسي في بيئة غرف الأبحاث لتجنب التلوث والعيوب أثناء ضوئيه. ونتيجة لظروف غير مناسبة، والقوالب الرئيسية المعيبة تؤدي إلى أجهزة ميكروفلويديك غير وظيفية. بالإضافة إلى ذلك، فإن نسبة بدمس قبل البوليمر لعامل علاج، الذي يسيطر على صلابة بدمس، وقد تم تحسين لافتعال قوي بدمس ديفي سيس التي لا تزال لديها مرونة كافية. مرونة رقاقة بدمس مهم في تسهيل الإدراج مستقر من أنابيب بتف في فتحات مدخل ومخرج من الجهاز ميكروفلويديك.

ظروف تدفق الصفحي موجودة في أجهزة ميكروفلويديك تسمح للسيطرة على التفاعلات الكيميائية التي تجري في واجهة بين تدفق تيارات كاشف المتدفقة. الخلط المتقدم من ريجنتس يسهل داخل الأجهزة ميكروفلويديك يسهم بنشاط في تشكيل وعزلة الصغرى النانو التي لا يمكن الوصول إليها من خلال أساليب الاصطناعية الأخرى 6 ، 21 ، 22 ، 23 . في هذه الدراسة، وتبين لنا أيضا أن التوليف ميكروفلويديك يمكن أن يؤدي إلى تشكيل المواد كوف مثل الإسفنج 3D مع المجهرية ليفي مترابطة، مختلفة لتلك التي تم الحصول عليها من قبل الأساليب الاصطناعية السائبة التقليدية.

s = "jove_content"> يوضح الوصف الكيميائي والفيزيائي للألياف مف-كوف أن المادة المنتجة تتفق مع كوف المتوقع الحصول عليه من النهج الاصطناعية السائبة 6 . ومع ذلك، فإن التوليف ميكروفلويديك يسهل تشكيل ماكروبيكوبيك والتي يسهل اختراقها مف-كوف الألياف التي يمكن طباعتها بشكل مستمر على الأسطح المختلفة. هذه الطريقة الرواية للتوليف والطباعة المباشرة يخلق فرصا جديدة في البحوث كوف.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

الكتاب ليس لديهم ما يكشف.

Acknowledgments

يقر المؤلفون المؤسسة الوطنية السويسرية للعلوم (سنف) للحصول على الدعم المالي من خلال مشروع رقم. 200021_160174.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
High resolution film masks Microlitho, UK - Features down to 5um
Silicon wafers Silicon Materials Inc., Germany 4" Silicon Wafers Front surface: polished, back surface: etched
Silicone Elastomer KIT (PDMS) Dow Corning, USA Sylgard 184 -
Chlorotrimethylsilane Sigma-Aldrich, Switzerland 386529 ≥97%, CAUTION: Handle it only under fume hood.
Biopsy puncher Miltex GmBH, Germany 33-31A-P/25 1.5 mm
Glass coverslip Menzel-Glaser, Germany BB024040SC 24 mm × 40 mm, #5
Plasma generator instrument Diener Zepto B Frequency: 40 kHz and plasma generator power: 0-30 W
PTFE tubing PKM SA, Switzerland AWG-TFS-XXX AWG 20TFS, roll of 100 m
neMESYS Syringe Pumps Cetoni GmbH, Germany Low Pressure (290N) -
Disposable Cup Semadeni, Switzerland 8323 PS, 200 ml
Plastic Spatula Semadeni, Switzerland 3340 L × W : 135 mm x 14 mm
Disposable Scalpels B. Braun, Switzerland 233-5320 Nr. 20
Disposable Syringes VWR, Switzerland 613-3951 5 ml, Discardit II
Acetic Acid Sigma-Aldrich, Switzerland 695092-500 >=99.7%, CAUTION: Handle it only under fume hood.
1,3,5-benzenetricarbaldehyde Aldrich-Fine Chemicals 753491 97%
1,3,5-Tris(4-aminophenyl)benzene Tokyo Chemical Industry T2728-5G >93.0%

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Cote, A. P., et al. Porous, crystalline, covalent organic frameworks. Science. 310, 1166-1170 (2005).
  2. Ding, S. Y., Wang, W. Covalent organic frameworks (COFs): from design to applications. Chem Soc Rev. 42, 548-568 (2013).
  3. Huang, N., Wang, P., Jiang, D. L. Covalent organic frameworks: a materials platform for structural and functional designs. Nat Rev Mater. 1, 16068 (2016).
  4. Xu, H., Gao, J., Stable Jiang, D. L. crystalline, porous, covalent organic frameworks as a platform for chiral organocatalysts. Nat Chem. 7, 905-912 (2015).
  5. Wan, S., Guo, J., Kim, J., Ihee, H., Jiang, D. L. A Belt-Shaped, Blue Luminescent, and Semiconducting Covalent Organic Framework. Angew Chem Int Edit. 47, 8826-8830 (2008).
  6. Rodriguez-San-Miguel, D., et al. Crystalline fibres of a covalent organic framework through bottom-up microfluidic synthesis. Chem Commun. 52, 9212-9215 (2016).
  7. Bisbey, R. P., DeBlase, C. R., Smith, B. J., Dichtel, W. R. Two-dimensional Covalent Organic Framework Thin Films Grown in Flow. J Am Chem Soc. 138, 11433-11436 (2016).
  8. Spitler, E. L., Dichtel, W. R. Lewis acid-catalysed formation of two-dimensional phthalocyanine covalent organic frameworks. Nat Chem. 2, 672-677 (2010).
  9. Keskin, S. Adsorption, Diffusion, and Separation of CH4/H-2 Mixtures in Covalent Organic Frameworks: Molecular Simulations and Theoretical Predictions. J Phys Chem C. 116, 1772-1779 (2012).
  10. Tilford, R. W., Mugavero, S. J., Pellechia, P. J., Lavigne, J. J. Tailoring microporosity in covalent organic frameworks. Adv Mater. 20, 2741-2746 (2008).
  11. Hasegawa, S., et al. Three-dimensional porous coordination polymer functionalized with amide groups based on tridentate ligand: Selective sorption and catalysis. J Am Chem Soc. 129, 2607-2614 (2007).
  12. Das, G., et al. Chemical sensing in two dimensional porous covalent organic nanosheets. Chem Sci. 6, 3931-3939 (2015).
  13. Guo, J., et al. Conjugated organic framework with three-dimensionally ordered stable structure and delocalized pi clouds. Nat Commun. 4, 2736 (2013).
  14. Furukawa, H., Yaghi, O. M. Storage of Hydrogen, Methane, and Carbon Dioxide in Highly Porous Covalent Organic Frameworks for Clean Energy Applications. J Am Chem Soc. 131, 8875-8883 (2009).
  15. Xu, F., et al. Electrochemically active, crystalline, mesoporous covalent organic frameworks on carbon nanotubes for synergistic lithium-ion battery energy storage. Sci Rep-Uk. 5, 8225 (2015).
  16. El-Kaderi, H. M., et al. Designed synthesis of 3D covalent organic frameworks. Science. 316, 268-272 (2007).
  17. Ruigomez, A. D., et al. Direct On-Surface Patterning of a Crystalline Laminar Covalent Organic Framework Synthesized at Room Temperature. Chem Eur J. 21, 10666-10670 (2015).
  18. Segura, J. L., Mancheno, M. J., Zamora, F. Covalent organic frameworks based on Schiff-base chemistry: synthesis, properties and potential applications. Chem Soc Rev. 45, 5635-5671 (2016).
  19. Abrishamkar, A., et al. Microfluidic Pneumatic Cages: A Novel Approach for In-chip Crystal Trapping, Manipulation and Controlled Chemical Treatment. J Vis Exp. (113), e54193 (2016).
  20. Duffy, D. C., McDonald, J. C., Schueller, O. J. A., Whitesides, G. M. Rapid prototyping of microfluidic systems in poly(dimethylsiloxane). Anal Chem. 70, 4974-4984 (1998).
  21. Rubio-Martinez, M., et al. Freezing the Nonclassical Crystal Growth of a Coordination Polymer Using Controlled Dynamic Gradients. Adv Mater. 28, 8150-8155 (2016).
  22. Liu, H., et al. A Catalytic Chiral Gel Microfluidic Reactor Assembled via Dynamic Covalent Chemistry. Chem Sci. 6, 2292-2296 (2015).
  23. Puigmarti-Luis, J., et al. Stepwise Template Growth of Functional Nanowires from an Amino Acid-Supported Framework in a Microfluidic Chip. ACS Nano. 8, (1), 818-826 (2014).
ميكروفلويديك التوليف القائم على الأطر العضوية التساهمية (كوفس): أداة للإنتاج المستمر للألياف كوف والطباعة المباشرة على سطح
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Abrishamkar, A., Rodríguez-San-Miguel, D., Rodríguez Navarro, J. A., Rodriguez-Trujillo, R., Amabilino, D. B., Mas-Ballesté, R., Zamora, F., deMello, A. J., Puigmarti-Luis, J. Microfluidic-based Synthesis of Covalent Organic Frameworks (COFs): A Tool for Continuous Production of COF Fibers and Direct Printing on a Surface. J. Vis. Exp. (125), e56020, doi:10.3791/56020 (2017).More

Abrishamkar, A., Rodríguez-San-Miguel, D., Rodríguez Navarro, J. A., Rodriguez-Trujillo, R., Amabilino, D. B., Mas-Ballesté, R., Zamora, F., deMello, A. J., Puigmarti-Luis, J. Microfluidic-based Synthesis of Covalent Organic Frameworks (COFs): A Tool for Continuous Production of COF Fibers and Direct Printing on a Surface. J. Vis. Exp. (125), e56020, doi:10.3791/56020 (2017).

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