Monodomain Sıvı Kristal Elastomerler ve Likit Kristal Elastomer Nanokompozitlerinin Hazırlanması

Bu prosedürün genel amacı, hizalanmış, şekle duyarlı, sıvı kristal elastomerler ve nanokompozitler hazırlamaktır. Bu nedenle sıvı kristal elastomerler, ortamdaki uyaranlara yanıt olarak şekil değiştiren uyaranlara duyarlı malzemelerdir. Ve hücrelerin çevredeki streslere ve gerilmelere tepki verdiğini bildiğimiz doku mühendisliği gibi çeşitli uygulamalarda kullanılabilirler.

Göstereceğimiz bu prosedürde, düşük maliyetli malzemelere güveniyoruz. Gösterdiğimiz yöntem güvenilirdir ve pahalı veya özel ekipmana ihtiyaç duymadan herhangi bir laboratuvarda uygulanabilir. Bu materyaller, gerilmelerin ve zorlanmaların kalp kası hücrelerinin farklılaşmasını, olgunlaşmasını ve işlevini etkileyebileceğini bildiğimiz kalp hücresi tabakalarının geliştirilmesine uygulanabilir.

Bu prosedürün görsel olarak gösterilmesi önemlidir, çünkü işlemin öğrenilmesi zor olabilir ve numuneler özellikle onu asarken, yüklerken ve çapraz bağlarken hassastır. Bu nedenle, prosedürü göstermek için laboratuvarımızdan ve Jeff Jaycot Laboratuvarı'ndan öğrenciler olan Hojin Kim, Bohan Zhu ve Huiying Chen olacak. 166.23 miligram reaktif mezojen, 40 miligram siloksan ve 12.8 miligram çapraz bağlayıcıyı 0.6 mililitre susuz toluen ile bir karıştırma çubuğu ile doldurulmuş küçük bir şişede birleştirerek başlayın.

Reaktiflerin tamamen çözünmesi için çözeltiyi 35 santigrat derecede 25 dakika karıştırın. Ayrı bir şişede, diklorometan içinde bir platin katalizörün ağırlıkça yüzde bir çözeltisini hazırlayın. Daha sonra, önceden hazırlanmış çözeltiye 30 mikrolitre katalizör çözeltisi ekleyin ve karışımı karıştırma çubuğu ile karıştırın.

Ardından, çözeltiyi özel yapım, dikdörtgen bir politetrafloroetilen kalıba dökün. Kalıbı bir cam sürgü ile gevşek bir şekilde örtün ve 30 dakika boyunca 60 santigrat derecede bir fırına koyun. İlk 15 dakika boyunca kabarcıkları çıkarmak için kalıbı periyodik olarak sallayın.

Kalıbı fırından çıkarın ve sıvı nitrojeni küçük bir kaba dökerek ve PTFE kalıbın altını sıvı nitrojen ile 2 saniye temas ettirerek sıvı nitrojen ile hızlı bir şekilde soğutun. Karışım soğuduktan sonra, bir PTFE tabakası yerleştirin ve elastomeri kalıptan dikkatlice çıkarmak ve tabakanın üzerine yerleştirmek için metal bir spatula kullanın. Ardından, sıvı kristal elastomerin kenarlarını kesmek için bir tıraş bıçağı kullanın ve uzunluğu boyunca üç eşit büyüklükte parçaya kesin.

Her parçayı yatay bir çubuğa asın ve elastomeri bant kullanarak yerinde tutun. Elastomerlerin sonuna 10 dakikalık artışlarla her seferinde bir ataş ekleyin. Oda sıcaklığında yedi gün boyunca asılı kalmalarına izin verin ve uzunluk veya homojenlikteki herhangi bir değişikliği not edin.

Yırtılan veya kırılan herhangi bir numuneyi atın. Elektriksel olarak duyarlı, sıvı kristal elastomer bir nanokompozit hazırlamak için, reaktif mezojen, çapraz bağlayıcı ve siloksan içeren reaksiyon çözeltisine 4.38 miligram karbon siyahı nanopartikül ekleyin. İmalatın asma adımı sırasında, numuneyi yüklemek için 10 yerine toplam beş ataş kullanın.

Sıvı kristal elastomer yüzeyine ek karbon siyahı nanopartiküller ekleyin. Toluen içinde hacim başına% 1 ağırlıkta karbon siyahı nanopartikül çözeltisi hazırlayın. Karbon nanopartiküllerini dağıtmak için çözeltiyi 20 dakika boyunca sonikleştirin ve ardından dispersiyonu bir petri kabına dökün.

Daha sonra sıvı kristal elastomerleri altı saat boyunca nanopartikül dispersiyonuna daldırın. Solüsyondan çıkarıldıktan sonra, petri kabından fazla solüsyonu çekmek için pipeti kullanın ve elastomerin havada kurumasını bekleyin. Yüzeydeki fazla karbon parçacıklarını bant veya pamuklu çubuk kullanarak nazikçe temizleyin.

Tersinir epoksi bazlı sıvı kristal elastomerler hazırlamak için, dikdörtgen PTFE kalıpta 246.15 miligram dört adet prime diglisidil diloksi bifenil, 101 miligram sebasik asit, 71.6 miligram hekzadekanedioik asit ve 76 miligram karboksidesil sonlu PDMS'yi karıştırın. Numuneleri 180 santigrat derecede bir ocak gözüne koyarak ısıtın. Daha sonra 11.48 miligram katalizör ekleyin ve karışımı karıştırmak için önceden 180 dereceye ısıtılmış metal cımbız kullanın.

Reaksiyon tarafından üretilen kabarcıkları gidermek için karışımı periyodik olarak karıştırmaya devam edin. Karışımı yaklaşık 20 dakika boyunca reaksiyona sokmaya devam edin. Jelleştikten sonra, PTFE teknesini ocak gözünden çıkarın ve karışımın oda sıcaklığına soğumasını bekleyin.

Ardından, elastomeri PTFE kalıbından ayırmak için bir tıraş bıçağı kullanın. Ardından, iki PTFE tabakasını 180 santigrat derecede bir polimer presine yerleştirin. Elastomeri PTFE levhaların arasına yerleştirin ve numuneyi 0,3 ila 0,5 milimetre kalınlığa kadar sıkıştırın.

Elastomeri dört saat boyunca 180 santigrat derecede ısıtmaya devam edin. Dört saat sonra numuneyi çıkarın ve oda sıcaklığına soğutun. Daha sonra numuneyi 2,5 santimetre uzunluğunda ve 0,5 santimetre genişliğinde dikdörtgen parçalar halinde kesin.

Numuneyi bir ısıtma fırınının içine poliimid bant kullanarak bir ucuna asın. Numunenin serbest ucuna toplam ağırlığı 8,88 gram olan 12 ataş takın. Ardından fırının sıcaklığını 165 santigrat dereceye ayarlayın ve numuneleri gece boyunca ısıtın.

Elastomeri fırından çıkarın ve uzunluktaki değişikliğe dikkat edin. Ardından, kalan gerilimi gidermek için numuneyi bir ocak gözü üzerinde 80 santigrat dereceye ısıtın, ardından tekrar oda sıcaklığına soğutun. Numuneleri bir ocak gözüne yerleştirerek ve plakayı tekrar 120 santigrat dereceye kadar ısıtarak tersinir gerinim ölçün.

Numuneyi 120 santigrat dereceye kadar ısıttıktan sonra ve tekrar oda sıcaklığına soğuduktan sonra oda sıcaklığında görüntüleyin. Her adımda numune uzunluğunu ölçmek için görüntüleri kullanın. Termomekanik ölçümler için, numuneleri iki santimetreye 0,3 santimetre boyutlarında manuel olarak kesmek için bir tıraş bıçağı kullanın ve bunları gergi kelepçeleri arasına birer birer dikkatlice sabitleyin.

Önce herhangi bir gevşekliği gidermek için numuneye bir milinewtonluk bir kuvvet uygulayın. Ardından, numuneleri 30 santigrat derecede termal olarak dengeleyin, ardından ısıtma ve soğutma döngüleri izleyin. Numuneyi dakikada beş santigrat derecede, 30 santigrat dereceden 120 santigrat dereceye kadar ısıtın.

Sıcaklık değişimi sırasında numunenin uzunluk ve genişliğindeki değişiklikleri kaydedin. Sıvı kristal elastomer nanokompozitlerin bir yüzeyini oksijen plazması altında 30 saniye boyunca işlemden geçirin. Daha sonra, plazma ile temizlenmiş yüzeyin üzerine bir dakika boyunca 3.300 rpm'de toluen içinde hacim başına ağırlıkça %1 polistiren çözeltisinin 300 mikrolitresini sıkın.

Tolueni çıkarmak için elastomeri 12 saat vakum altında kurutun. Daha sonra LCE nanokompozitin polistiren kaplı yüzeyini 30 saniye boyunca oksijen plazması kullanarak işlemden geçirin. Plazma ile işlenmiş elastomer nanokompozitleri 30 dakika boyunca% 70 etanol içinde sterilize edin.

Ve sonra onları fosfat tamponlu tuzlu su ile yıkayın. Yıkanmış elastomer nanokompozitleri, polistiren kaplı tarafı yukarı bakacak şekilde kuru bir petri kabına aktarın. Daha sonra, bir tabağa beş mililitre tip bir kollajen solüsyonu ekleyin ve numunelerin tüm yüzeyini kollajen solüsyonuna batırarak kaplayın.

Daha sonra numunelerin üzerini örtün ve 37 santigrat derece ve% 5 karbondioksitte en az 30 dakika inkübe edin. Plaka izole edilmiş neonatal sıçan ventriküler kardiyomiyositler, santimetre kare başına 100.000 ila 600.000 hücre yoğunluğunda substratların üstünde. Hücreleri, eşlik eden metin protokolünde açıklandığı gibi kültürleyin.

Hücreler sıkıca bağlandıktan sonra, tohumlanmış sıvı kristal elastomer nanokompozitleri özel, 3D baskılı bir kaba aktarın. Ardından, sıvı kristal elastomeri bir veya her iki uçta yerinde tutmak için 3D kaptaki çentiklerden dikdörtgen bir plastik parça yerleştirin. Numuneyi karbon çubukların üzerine yerleştirin ve iyi bir elektrik teması sağlamak için bir ucuna sabitleyin.

Kabın hücre kültürü bakım ortamı ile doldurulduğundan ve bir elektrik kaynağına bağlı paralel iletken karbon çubuklarla donatıldığından emin olun. Toplam 24 saat boyunca beş saniyelik bir kapanma süresine sahip 40 volt klima elektrik potansiyeline sahip sıvı kristal elastomerleri elektriksel olarak uyarın. Sıvı kristal elastomerler, oda sıcaklığından nematikten izotropik geçiş sıcaklığına, kabaca 80 santigrat dereceye kadar ısıtıldığında geri dönüşümlü olarak büzülür ve uzar.

Dinamik mekanik analiz, sıcaklığın bir fonksiyonu olarak sıvı kristal elastomer şekil değişiminin nicel bir ölçümünü sağlar. Burada gösterilen grafikte açıklanan örnek, dört döngü boyunca ısıtıldı ve soğutuldu. Isıtıldıktan sonra, numuneler imalat sırasında asıldığı yönde yaklaşık% 35'lik bir kısalma gösterir.

Numune ayrıca dikey yönde %25 ila %30 oranında genişler. Sıvı kristal elastomer nanokompozitler, bir elektrik potansiyelinin uygulanmasıyla sözleşme yapar. 40 volt klimaya maruz kaldığında, sıvı kristal elastomer nanokompozitler, imalat sırasında asıldıkları yönde yaklaşık% 22 1/2 oranında kısalır.

Burada, numuneler her 15 saniyede bir açma kapama döngüsüne maruz bırakıldı. Bu nedenle, prosedüre hakim olduktan sonra, iki saat içinde tamamlanabilir ve tüm sentez, numuneyi astıktan bir hafta sonra tamamlanacaktır. Bu prosedürü denerken, LC'yi doğru miktarda ağırlıkla asmayı unutmamanız önemlidir.

Aksi takdirde, imalat sırasında numuneyi düzgün şekilde hizalayamayabilir veya kıramayabilirsiniz. Bu prosedürü takiben, hangi uyaran tepkisine sahip olabileceğini anlamak için LCE'ye karbon nanotüpler gibi başka türde katkı maddeleri ekleyebilirsiniz. Bu araştırmanın, biyologların ve biyomühendislerin, stres ve zorlanmanın hücre büyümesi, hücre hizalaması ve hücre davranışı üzerindeki etkisini araştırmak için duyarlı substratları şekillendirmelerinin yolunu açacağını umuyoruz.

Bu videoyu izledikten sonra, hizalanmış, şekle duyarlı sıvı kristal elastomerlerin ve sıvı kristal elastomer nanokompozitlerin nasıl yapıldığını iyi anlamış olmalısınız.