Name: microfluidic preparation of liquid crystalline elastomer actuators
Uploaded: 2018-05-20T13:00:00
Duration: 12 min 4 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Microfluidic Preparation of Liquid Crystalline Elastomer Actuators at JoVE.com

Forfatterne vil gerne takke den tyske Science Foundation støtte dette arbejde (Ze 230/24-1).

1. Sammenfatning af enkelt aktivering LCE partikler
<ol><li>
Montering af enhed Bemærk: Alle materialer til opsætningen af mikrofluid er HPLC forsyning og kommercielt tilgængelige.<ol>
<li>Udstyre et glas vand bad fad [diameter (D): 190 mm, tilslutninger: to 29/24 jorden glas leddene flange-monteret] med to septa. Anstikke begge septa med en syl til at passe et rør med en ydre diameter (OD) på 1/16 tommer gennem åbning hul.</li>
		<li>Vedhæfte en montering til 1/16 tommer OD slanger og den tilsvarende Doppsko til slutningen af en PTFE tube (tube 1.1; OD: 1/16 tommer indre diameter (ID): 0,17 mm, længde (L): 5 cm) og holde spids (ca. 1 cm) af en kapillær polyimid-belagt silica (ID: 100 µm, OD: 165 µm, L: 7 cm) ind i den.</li>
		<li>Skrue røret ind på en af det modsatte våben af en polyestersegmenter ether keton (PEEK) t-kryds til 1/16 tommer OD rør, som er monteret på en lille metal bord. Nu, bør kapillar stikker et par centemeters ud af t-kryds. Bemærk: PTFE rør er bedst skæres ved hjælp af en tube cutter. For kapillærerne er en cleaving sten bedst at bruge.</li>
		<li>Fastgør en egnet montering og Doppsko til slutningen af en anden PTFE tube (tube 1.2; OD: 1/16 tommer, ID: 0,75 mm), som er lang nok til at nå en sprøjten pumpe udenfor vandbadet, og skru det på den laterale arm af t-kryds.</li>
		<li>Holde en tredje PTFE tube (tube 1.3; OD: 1/16 tommer, ID: 0,17 mm) gennem en af septa. Tube 1.3 skal være lang nok til at tilslutte en anden sprøjten pumpe med tube 1.1 inde i et vandbad. Tilføje to kvindelige luer låse til 1/16 tommer OD slanger til ekstra slutningen af rør 1.1 og 1.3, henholdsvis.</li>
		<li>Forberede en fjerde PTFE tube (polymerisering tube 1,4; OD: 1/16 tommer, ID: 0,75 mm) med en passende plus Doppsko og holde det gennem den anden septum. Tube 1.4 skal være lang nok til at forlade vandbadet og passere en præcision varmepladen. Tilslut rør 1.4 via dens montering til de resterende arm af t-kryds og placere slutningen af glasset kapillær inde i røret.</li>
		<li>Sætte et vandbad på en varmeplade, udstyret med et termometer, brug selvklæbende tape til at fastsætte tube 1.4 oven på præcisionen varmepladen og vedhæfte en 5 mL hætteglas til slutningen af rør 1.4. Tilslut den ende af røret 1.2 til en sprøjte fyldt med den kontinuerlige fase (silikone olie; viskositet: 1.000 m2/s), Tilslut rør 1,3 til en sprøjte fyldt med hydraulisk olie til monomere fase (silikone olie, viskositet: 100 m2/s), og sæt begge sprøjter i en sprøjten pumpe. Bemærk: For at forbinde rørene til sprøjter, barb-til-kvinde-luer-lock stik til brug med 3/32 tommer ID rør er bedst at bruge.</li>
		<li>Installere et stereomikroskop med fokus sættes på den kapillar aflæsse hen til muliggøre observation af droplet-dannelse og montere en UV-lyskilde (fx., et 500 W-kviksølv vapor lampe) med lys kegle fokuseret på tube 1.4.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Forberedelse af monomere blanding
	<ol>
<li>For at forberede monomer blanding40, tilføje 200 mg (4-acryloyloxybutyl) - 2,5 - di(4-butyloxybenzoyloxy) benzoate til en pæreformet kolbe på 50 mL.</li>
		<li>Kolben tilsaettes 7,2 mg 1,6-hexandiol dimethacrylate (10 mol %) og 6,2 mg af ethyl(2,4,6-trimethylbenzoyl) phenylphosphinate (photoinitiator, 3 w %). Opløse blandingen i ca. 1 mL dichlormethan. Bemærk: Start fra trin 1.2.2., alle trin skal udføres under UV lys-fri betingelser (f.eks.under gult lys).</li>
		<li>Fjerne opløsningsmiddel helt under vakuum på 313 K og Smelt den resterende solid på 383 K i et oliebad.</li>
		<li>Forberede en sprøjte med barb-til-kvinde-luer-lock stik til brug med 3/32 tommer ID slanger og vedhæfte en PTFE tube (tube 1,5; OD: 1/8 tomme, ID: 1,65 mm) via en tilslutning tube (OD: 1/16 tommer, ID: 0,75 mm). Udarbejde monomer blandingen ind i røret 1.5 ved hjælp af sprøjten. Bemærk: Mængden af monomere bør ikke være mindre end 70 mg. ellers, bliver det meget vanskeligt at drage nok monomer blandingen ind i rør 1,5. Protokollen kan være midlertidigt her. Hvis det er tilfældet, skal du gemme røret i køleskab.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Forberedelse af partikler
	<ol>
<li>Vedhæfte en mandlig luer lock til 1/8 tomme OD slanger til begge ender af røret 1,5 monomer blanding. Bagefter, forbinde begge ender af røret 1.5 med kvindelige luer låse på enderne af rørene 1,1 og 1,3. NOTE: Rør bør skylles med væsker fra sprøjten pumper før syntesen.</li>
		<li>Skal vandbad temperatur til 363 K og angive præcisionen varme pladens temperatur på 338 K.</li>
		<li>Kontroller den kapillar tip er i midten af polymerisering rør 1,5 og ikke røre væggen. Bemærk: De temperaturer, der er givet her er optimeret til denne monomer blanding. Generelt vandbad temperaturen skal være høj nok til at smelte monomer blandingen og den varme plade temperatur skal være i temperaturområde på den flydende krystallinske fase.</li>
		<li>Efter monomert blandingen er smeltet, angive strømningshastigheden af den kontinuerlige fase (Qc) til en værdi mellem 1,5 og 2,0 mL/h og vælge flow sats nøgletal Qc/qd (Qd = strømningshastigheden af hydraulisk olie/monomer fase) mellem 20 og 200. Bemærk: For strømningshastigheder Qc = 1,75 mL/h og Qd = 0,35 mL/h, godt indgreb partikler med en D af 270 µm overholdes, f.eks.</li>
		<li>Efter droplet-dannelse begynder, vente, indtil dråberne er alle af samme størrelse før der tændes UV-lys. Beskrevet monomer blanding, Placer UV kilde 1 cm over polymerisering tube 1.4 i højre ende af præcision varmepladen. Indsamle de forskellige fraktioner af polymeriseret partiklerne i 5 mL hætteglasset for enden af røret 1.4. Mens flyder under UV-lys, bør dråber farve ændre fra transparent til hvid. Forsigtig: Slid UV-beskyttelse beskyttelsesbriller for at beskytte øjnene.</li>
		<li>Sætte et skjold (f.eks. et papir kasse) mellem lyskilden og vandbad for at undgå enhver tilstopning af kapillar. Bemærk: I tilfælde af en tilstopning polymerisering tube, kan det hjælpe for at varme den tilstoppede del med en varmepistol.</li>
		<li>Efter alle monomeren forbruges, rene opsætningen ved at indsprøjte acetone i tube 1.3.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. Sammenfatning af kerne-shell LCE partikler
<ol><li>
Montering af enheden
	<ol>
<li>Følg trin 1.1.1. men i stedet bruge et vand bad fad med en D 190 mm.</li>
		<li>Knytte en montering og Doppsko til begge ender af en fluorholdige ethylen propylen (FEP) slanger ærme (ID: 395 µm, OD: 1/16 tommer, L: 1,55 tommer), henholdsvis. Første, holde en smeltet silica kapillær (ID: 280 µm, OD: 360 µm, L: 8 cm) gennem ærmet på en sådan måde, at det stikker ca 3 mm ud af en side. Derefter holde en tyndere kapillær (ID: 100 µm, OD: 165 µm, L: 11 cm) gennem den større en, så at det stikker et par millimeter ud af sin længere side.</li>
		<li>Skrue ærme på en af de modsatrettede våben af en PEEK t-kryds til 1/16 tommer OD rør (t-kryds 1), som er monteret på en lille metal bord, med kortere slutningen af den større kapillær at nå ind i t-kryds.</li>
		<li>Holde en PTFE tube (tube 2.1; OD: 1/16 tommer, ID: 0,17 mm) der er lang nok til at forbinde en sprøjten pumpe med t-kryds 1 gennem en af vandbad septa. Fastgør en montering og Doppsko til tube's ende inde i vandbadet, tilsluttes den gratis laterale arm af t-kryds 1 og holde den tyndere kapillær inde i rør 2.1.</li>
		<li>Forberede en anden PTFE tube (tube 2.2; OD: 1/16 tommer, ID: 0,5 mm) med en passende og en Doppsko og slutte det til t-kryds 1 ekstra arm. Stick en anden PTFE tube (tube 2.3; OD: 1/16 tommer, ID: 0,5 mm) gennem et andet hul i septum ved siden af røret 2.1. Tube 2.3 skal være lang nok til at tilslutte en anden sprøjten pumpe med tube 2.2.</li>
		<li>Tilføje to kvindelige luer låse til 1/16 tommer OD slanger til de frie ender af rør 2.2 og 2.3 inde i vandbad, henholdsvis.</li>
		<li>Tilslut den frie ende af ærmet til en af modsatrettede armene på en anden PEEK t-kryds (t-kryds 2) der er også monteret på den lille metal bord. Forberede en fjerde PTFE tube (tube 2.4; OD: 1/16 tommer, ID: 0,75 mm) med en passende plus Doppsko. Tube 2.4 er længe nok til at nå frem til en tredje sprøjten pumpe udenfor vandbadet og slutte den til den laterale arm af t-kryds 2.</li>
		<li>Forberede en femte PTFE tube (polymerisering tube 2.5. OD: 1/16 tommer, ID: 0,75 mm) med en passende plus Doppsko og holde det gennem andre septum. Tube 2.5 skal være lang nok til at forlade vandbadet og passere en høj præcision varmepladen. Tilslut montering af rør 2,5 med de resterende arm af t-kryds. Nu skal glas kapillærer tips placeres inde i rør 2,5.</li>
		<li>Sætte et vandbad på en varmeplade, udstyret med et termometer, brug selvklæbende tape til at fastsætte tube 2.5 oven på en præcision varmepladen og tillægger tube's ende en 5 mL hætteglas. Tilslut den ende af røret 2.1 til en sprøjte fyldt med glycerol (indre fase), Tilslut rør 2.3 til en sprøjte fyldt med hydraulisk olie til monomere fase (silikone olie; viskositet: 100 m2/s), Tilslut rør 2.4 til en sprøjte fyldt med den kontinuerlige fase ( silikone olie; viskositet: 1.000 m2/s), og sæt alle sprøjter i sprøjten pumper.</li>
		<li>Følg trin 1.1.7., men læse tube 2.5 i stedet for tube 1.4.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Forberedelse af monomere blanding
	<ol>
<li>Følge alle trin i 1.2.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Forberedelse af kerne-shell partikler
	<ol>
<li>Tillægge begge ender af røret indeholdende monomer blanding, henholdsvis en mandlig luer lock til 1/8 tomme OD rør. Bagefter, forbinde begge ender af dette rør med kvindelige luer låse på enderne af rørene 2.2 og 2.3.</li>
		<li>Følg trin 1.3.2-1.3.4.</li>
		<li>Observere droplet dannelse via et stereo mikroskop.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. Sammenfatning af Janus LCE partikler
<ol><li>
Montering af enheden
	<ol>
<li>Følg trin 1.1.1.</li>
		<li>Knytte en montering og Doppsko til begge ender af en FEP slanger ærme (ID: 395 µm, OD: 1/16 tommer, L: 1,55 tommer), henholdsvis. Stick to parallelt justeret smeltet silica kapillærer (ID: 100 µm, OD: 165 µm, L1: 8 cm, L2: 11 cm) gennem ærmet. Den korte kapillær stikker ca 3 mm ud af den ene side af ærmet. På anden siden af ærmet har begge kapillærer samme længde.</li>
		<li>Super-lim kapillærerne ved at sætte nogle lim den ene ende af ærmet og vente, indtil det er hærdet.</li>
		<li>Forbinde to PEEK t-kryds ved at skrue ærme på en af de modsatrettede arme, henholdsvis, og montere både på en lille metal bord.</li>
		<li>Følg trin 2.1.4-2.1.7.</li>
		<li>Forberede en femte PTFE tube (tube 3.5; OD: 1/16 tommer, ID: 0,75 mm, L: 5 cm) med en passende plus Doppsko og forbinde det med den resterende del af t-kryds 2. Begge tips af glas kapillærer er placeret inde i rør 3.5.</li>
		<li>Stick en anden PTFE tube (tube 3.6; OD: 1/16 tommer, ID: 0,5 mm) gennem andre septum. Tube 2.6 skal være lang nok til at forlade vandbadet og passere en præcision varmepladen. Tilslut rør 3.5 og 3.6 via montering systemer til 1/16 tommer OD slanger.</li>
		<li>Sætte et vandbad på en varmeplade, udstyret med et termometer, brug selvklæbende tape til at fastsætte tube 3.6 oven på en præcision varmepladen og tillægger tube's ende en 5 mL hætteglas. Tilslut den ende af røret 3.1 til en sprøjte fyldt med en vandig monomer blanding (aq. monomer fase), Tilslut rør 3.3 til en sprøjte fyldt med hydraulisk olie for LC-monomer fase (silikone olie; viskositet: 100 m2/s), Tilslut rør 3.4 til en sprøjte fyldt med den kontinuerlige fase (silikone olie; viskositet: 1.000 m2/s), og sæt alle sprøjter i sprøjten pumper.</li>
		<li>Følg trin 1.1.8, men læse tube 3.6 i stedet for tube 1.4.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Forberedelse af den flydende krystallinske (LC) monomer blanding
	<ol>
<li>Følge alle trin i 1.2.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Forberedelse af vandige monomer blanding
	<ol>
<li>Der fremstilles en opløsning af 40 wt % acrylamid i destilleret vand. Tilføje 10 mol % af crosslinking agent N, N'-methylenebis(acrylamide) og 2 wt % af initiativtager 2-hydroxy-2-methylpropiophenone til løsningen. (Begge beløb er vedrørende akrylamid.) Bemærk: For at øge viskositeten af vandige monomer blanding, polyacrylamid kan tilføjes.</li>
		<li>Rør blandingen i 24 timer på RT og fyld den i en 1 mL sprøjte, bagefter.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Forberedelse af Janus partikler
	<ol>
<li>Tillægge begge ender af røret indeholdende LC monomer blanding, henholdsvis en mandlig luer lock til 1/8 tomme OD rør. Bagefter, forbinde begge ender af dette rør med kvindelige luer låse på enderne af rørene 3.2 og 3.3.</li>
		<li>Følg trin 1.3.2-1.3.4.</li>
		<li>Observere droplet dannelse via et stereo mikroskop.</li>
	</ol>
</li>
</ol>4. analyse af partikler
<ol><li>Sætte partikler på en hot scene under et optisk mikroskop er tilsluttet en computer med software til billedbehandling. At analysere partikler aktivering, tage billeder ved temperaturer over og under deres fase overgang temperatur og måle deres D. Bemærk: En dråbe silicium olie forhindrer partikler klistrer på diasset objekt.</li>
	<li>Du skal vurdere partikler clearing temperatur, fastslå temperaturen hvor partiklerne mister deres dobbeltbrydning under et polariseret optisk mikroskop (POM).</li>
</ol>

<ol>
	<li>Ohm, C., Fleischmann, E. K., Kraus, I., Serra, C., Zentel, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Control+of+the+properties+of+micrometer-sized+actuators+from+liquid+crystalline+elastomers+prepared+in+a+microfluidic+setup.">Control of the properties of micrometer-sized actuators from liquid crystalline elastomers prepared in a microfluidic setup.</a> Advanced Functional Materials. 20 (24), 4314-4322 (2010).</li><li>Urbanski, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Liquid+crystals+in+micron-scale+droplets,+shells+and+fibers.">Liquid crystals in micron-scale droplets, shells and fibers.</a> Journal of Physics: Condensed Matter. 29 (13), 133003 (2017).</li><li>Hessberger, T., Braun, L., Zentel, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidic+synthesis+of+actuating+microparticles+from+a+thiol-ene+based+main-chain+liquid+crystalline+elastomer.">Microfluidic synthesis of actuating microparticles from a thiol-ene based main-chain liquid crystalline elastomer.</a> Polymers (Basel). 8 (12), (2016).</li><li>Palagi, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structured+light+enables+biomimetic+swimming+and+versatile+locomotion+of+photoresponsive+soft+microrobots.">Structured light enables biomimetic swimming and versatile locomotion of photoresponsive soft microrobots.</a> Nature Materials. , 1-8 (2016).</li><li>Ohm, C., Brehmer, M., Zentel, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Liquid+crystalline+elastomers+as+actuators+and+sensors.">Liquid crystalline elastomers as actuators and sensors.</a> Advanced Materials. 22, 3366-3387 (2010).</li><li>White, T. J., Broer, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Programmable+and+adaptive+mechanics+with+liquid+crystal+polymer+networks+and+elastomers.">Programmable and adaptive mechanics with liquid crystal polymer networks and elastomers.</a> Nature Materials. 14 (11), 1087-1098 (2015).</li><li>Liu, D., Broer, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Liquid+crystal+polymer+networks:+preparation,+properties,+and+applications+of+films+with+patterned+molecular+alignment.">Liquid crystal polymer networks: preparation, properties, and applications of films with patterned molecular alignment.</a> Langmuir. 30 (45), 13499-13509 (2014).</li><li>Ube, T., Ikeda, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photomobile+polymer+materials+with+crosslinked+liquid-crystalline+structures:+molecular+design,+fabrication,+and+functions.">Photomobile polymer materials with crosslinked liquid-crystalline structures: molecular design, fabrication, and functions.</a> Angewandte Chemie International Edition in English. 53 (39), 10290-10299 (2014).</li><li>Zentel, R., Schmidt, G. F., Meyer, J., Benalia, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=X-ray+investigations+of+linear+and+cross-linked+liquid-crystalline+main+chain+and+combined+polymers.">X-ray investigations of linear and cross-linked liquid-crystalline main chain and combined polymers.</a> Liquid Crystals. 2 (5), 651-664 (1987).</li><li>Kapitza, H., Zentel, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Combined+liquid-crystalline+polymers+with+chiral+phases,+2+Lateral+substituents.">Combined liquid-crystalline polymers with chiral phases, 2 Lateral substituents.</a> Macromolecular Chemistry and Physics. 189, 1793 (1988).</li><li>Li, M. -. H., Keller, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Artificial+muscles+based+on+liquid+crystal+elastomers.">Artificial muscles based on liquid crystal elastomers.</a> Philosophical Transactions of the Royal Society A. Mathematical, Physical, and Engineering Sciences. 364 (1847), 2763-2777 (2006).</li><li>Wiesemann, A., Zentel, R., Pakula, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Redox-active+liquid-crystalline+ionomers:+1.+Synthesis+and+rheology.">Redox-active liquid-crystalline ionomers: 1. Synthesis and rheology.</a> Polymer (Guildford). 33 (24), 5315-5320 (1992).</li><li>Pei, Z., Yang, Y., Chen, Q., Terentjev, E. M., Wei, Y., Ji, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mouldable+liquid-crystalline+elastomer+actuators+with+exchangeable+covalent+bonds.">Mouldable liquid-crystalline elastomer actuators with exchangeable covalent bonds.</a> Nature Materials. 13 (1), 36-41 (2014).</li><li>Wang, Z., Tian, H., He, Q., Cai, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reprogrammable,+reprocessible,+and+self-healable+liquid+crystal+elastomer+with+exchangeable+disulfide+bonds.">Reprogrammable, reprocessible, and self-healable liquid crystal elastomer with exchangeable disulfide bonds.</a> ACS Applied Materials &amp; Interfaces. 9 (38), 33119-33128 (2017).</li><li>Chambers, M., Finkelmann, H., Rem&#353;kar, M., S&#225;nchez-Ferrer, A., Zalar, B., &#381;umer, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Liquid+crystal+elastomer-nanoparticle+systems+for+actuation.">Liquid crystal elastomer-nanoparticle systems for actuation.</a> Journal of Materials Chemistry. 19 (11), 1524-1531 (2009).</li><li>Braun, L. B., Linder, T., Hessberger, T., Zentel, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+a+crosslinker+containing+an+azo+group+on+the+actuation+properties+of+a+photoactuating+LCE+system.">Influence of a crosslinker containing an azo group on the actuation properties of a photoactuating LCE system.</a> Polymers.(Basel). 8 (12), 435 (2016).</li><li>Braun, L. B., Hessberger, T., Zentel, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidic+synthesis+of+micrometer-sized+photoresponsive+actuators+based+on+liquid+crystalline+elastomers.">Microfluidic synthesis of micrometer-sized photoresponsive actuators based on liquid crystalline elastomers.</a> Journal of Materials Chemistry C. 4, 8670-8678 (2016).</li><li>Ikeda, T., Mamiya, J. I., Yu, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photomechanics+of+liquid-crystalline+elastomers+and+other+polymers.">Photomechanics of liquid-crystalline elastomers and other polymers.</a> Angewandte Chemie International Edition. 46, 506-528 (2007).</li><li>Zeng, H., Wani, O. M., Wasylczyk, P., Kaczmarek, R., Priimagi, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Self-regulating+iris+based+on+light-actuated+liquid+crystal+elastomer.">Self-regulating iris based on light-actuated liquid crystal elastomer.</a> Advanced Materials. 29 (30), 1-7 (2017).</li><li>K&#252;pfer, J., Finkelrnann, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nematic+liquid+single+crystal+elastomers.">Nematic liquid single crystal elastomers.</a> Macromolecular Rapid Communications. 12, 717-726 (1991).</li><li>Bergmann, G. H. F., Finkelmann, H., Percec, V., Zhao, M. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Liquid-crystalline+main-chain+elastomers.">Liquid-crystalline main-chain elastomers.</a> Macromolecular Rapid Communications. 18 (5), 353-360 (1997).</li><li>Li, M. H., Keller, P., Yang, J., Albouy, P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+artificial+muscle+with+lamellar+structure+based+on+a+nematic+triblock+copolymer.">An artificial muscle with lamellar structure based on a nematic triblock copolymer.</a> Advanced Materials. 16 (21), 1922-1925 (2004).</li><li>Brehmer, M., Zentel, R., Wagenblast, G., Siemensmeyer, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ferroelectric+liquid-crystalline+elastomers.">Ferroelectric liquid-crystalline elastomers.</a> Macromolecular Chemistry and Physics. 195 (6), 1891-1904 (1994).</li><li>Beyer, P., Terentjev, E. M., Zentel, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Monodomain+liquid+crystal+main+chain+elastomers+by+photocrosslinking.">Monodomain liquid crystal main chain elastomers by photocrosslinking.</a> Macromolecular Rapid Communications. 28 (14), 1485-1490 (2007).</li><li>Ditter, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=MEMS+analogous+micro-patterning+of+thermotropic+nematic+liquid+crystalline+elastomer+films+using+a+fluorinated+photoresist+and+a+hard+mask+process.">MEMS analogous micro-patterning of thermotropic nematic liquid crystalline elastomer films using a fluorinated photoresist and a hard mask process.</a> Journal of Materials Chemistry C. 5, 12635-12644 (2017).</li><li>Lopez-Valdeolivas, M., Liu, D., Broer, D. J., S&#225;nchez-Somolinos, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=4D+printed+actuators+with+soft-robotic+functions.">4D printed actuators with soft-robotic functions.</a> Macromolecular Rapid Communications. 1700710, 3-9 (2017).</li><li>Ohm, C., Kapernaum, N., Nonnenmacher, D., Giesselmann, F., Serra, C., Zentel, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidic+synthesis+of+highly+shape-anisotropic+particles+from+liquid+crystalline+elastomers+with+defined+director+field+configurations.">Microfluidic synthesis of highly shape-anisotropic particles from liquid crystalline elastomers with defined director field configurations.</a> Journal of the American Chemical Society. 133 (14), 5305-5311 (2011).</li><li>Ohm, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preparation+of+actuating+fibres+of+oriented+main-chain+liquid+crystalline+elastomers+by+a+wetspinning+process.">Preparation of actuating fibres of oriented main-chain liquid crystalline elastomers by a wetspinning process.</a> Soft Matter. 7, 3730 (2011).</li><li>Hessberger, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Co-flow+microfluidic+synthesis+of+liquid+crystalline+actuating+Janus+particles.">Co-flow microfluidic synthesis of liquid crystalline actuating Janus particles.</a> Journal of Materials Chemistry C. 4, 8778-8786 (2016).</li><li>Fleischmann, E. -. K., Liang, H. -. L., Kapernaum, N., Giesselmann, F., Lagerwall, J., Zentel, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=One-piece+micropumps+from+liquid+crystalline+core-shell+particles.">One-piece micropumps from liquid crystalline core-shell particles.</a> Nature Communications. 3, 1178 (2012).</li><li>Khan, I. U., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidic+conceived+drug+loaded+Janus+particles+in+side-by-side+capillaries+device.">Microfluidic conceived drug loaded Janus particles in side-by-side capillaries device.</a> International Journal of Pharmaceutics. 473 (1-2), 239-249 (2014).</li><li>Vennes, M., Martin, S., Gisler, T., Zentel, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Anisotropic+particles+from+LC+polymers+for+optical+manipulation.">Anisotropic particles from LC polymers for optical manipulation.</a> Macromolecules. 39 (24), 8326-8333 (2006).</li><li>Serra, C. a., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Engineering+polymer+microparticles+by+droplet+microfluidics.">Engineering polymer microparticles by droplet microfluidics.</a> Journal of Flow Chemistry. 3 (3), 66-75 (2013).</li><li>Seo, M., Nie, Z., Xu, S., Lewis, P. C., Kumacheva, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidics:+from+dynamic+lattices+to+periodic+arrays+of+polymer+disks.">Microfluidics: from dynamic lattices to periodic arrays of polymer disks.</a> Langmuir. 21 (11), 4773-4775 (2005).</li><li>Kim, K., Pack, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microspheres+for+drug+delivery.">Microspheres for drug delivery.</a> BioMEMS and Biomedical Nanotechnology. 2, 19-50 (2006).</li><li>Kim, J. -. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Titanium+dioxide/poly(methyl+methacrylate)+composite+microspheres+prepared+by+in+situ+suspension+polymerization+and+their+ability+to+protect+against+UV+rays.">Titanium dioxide/poly(methyl methacrylate) composite microspheres prepared by in situ suspension polymerization and their ability to protect against UV rays.</a> Colloid and Polymer Science. 280 (6), 584-588 (2002).</li><li>Serra, C., Berton, N., Bouquey, M., Prat, L., Hadziioannou, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+predictive+approach+of+the+influence+of+the+operating+parameters+on+the+size+of+polymer+particles+synthesized+in+a+simplified+microfluidic+system.">A predictive approach of the influence of the operating parameters on the size of polymer particles synthesized in a simplified microfluidic system.</a> Langmuir. 23 (14), 7745-7750 (2007).</li><li>Chang, Z., Serra, C. a., Bouquey, M., Prat, L., Hadziioannou, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Co-axial+capillaries+microfluidic+device+for+synthesizing+size-+and+morphology-controlled+polymer+core-polymer+shell+particles.">Co-axial capillaries microfluidic device for synthesizing size- and morphology-controlled polymer core-polymer shell particles.</a> Lab on a Chip. 9, 3007-3011 (2009).</li><li>Braun, L. B., Hessberger, T., Serra, C. A., Zentel, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=UV-free+microfluidic+particle+fabrication+at+low+temperature+using+ARGET-ATRP+as+the+initiator+system.">UV-free microfluidic particle fabrication at low temperature using ARGET-ATRP as the initiator system.</a> Macromolecular Reaction Engineering. 10 (6), 611-617 (2016).</li><li>Thomsen, D. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Liquid+crystal+elastomers+with+mechanical+properties+of+a+muscle.">Liquid crystal elastomers with mechanical properties of a muscle.</a> Macromolecules. 34, 5868-5875 (2001).</li><li>Ohm, C., Serra, C., Zentel, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+continuous+flow+synthesis+of+micrometer-sized+actuators+from+liquid+crystalline+elastomers.">A continuous flow synthesis of micrometer-sized actuators from liquid crystalline elastomers.</a> Advanced Materials. 21 (47), 4859-4862 (2009).</li></ol>

Forfatterne har ikke noget at oplyse.

Vi har beskrevet fabrikation af partikler med forskellige morfologier via en mikrofluid tilgang til at producere LCE microactuators. Til dette formål, blev kapillær-baserede mikrofluid opsætninger bygget som tillader droplet dannelse efterfulgt af photopolymerization ved definerede temperaturer.
Her er et kritisk aspekt af en vellykket syntese den korrekte montering af opsætningen. Alle forbindelser mellem de enkelte dele skal være faste korrekt at forhindre enhver udsivning af væske, og enheden skal være rene inden hver syntese til at forhindre tilstopning. Det er også afgørende, at forsøget er udført under UV-fri betingelser, siden, ellers Præmatur polymerisering af monomere blanding og dermed igen tilstopning af setup ville være resultatet.
Til denne dag, er den mikrofluid metode beskrevet her den eneste metode at producere indgreb LCE partikler. Hermed, opfylder mikrofluid proces to krav på samme tid. Udover fremstilling af et væld af samme størrelse mikro-objekter, er en orientering af den flydende krystallinske direktør induceret i disse partikler. Det er derudover en ganske enkel procedure, da et stort antal aktuatorer kan syntetiseres i et enkelt trin. Anvendelse af andre metoder, kræver orientering af mesogens normalt et ekstra trin som udspænding af prøven eller anvendelsen af foto-justering lag. Derudover er disse processer manuel, hvilket betyder, at produktionen af mange aktuatorer er meget tidskrævende. Derudover LCE morfologi er-i de fleste tilfælde begrænset til polymer film. Ulemperne ved metoden mikrofluid er begrænsning af partikel størrelse (som diameteren er begrænset til værdier mellem 200 og 400 µm), sårbarhed over for tilstopning af kapillar og nødvendigheden af UV-fri betingelser forberedelsen partikel i setup.
På chip systemer bruges ofte til mikrofluid partikel påfund, da de kan nemt fremstilles og er lavet af bare ét stykke. Disse opsætninger, dog ikke kun mangler de nødvendige indstillingsmuligheder af forskellige temperaturer under strømmen men også er ikke fleksibel nok til let udveksle tilstoppede eller ødelagte dele af microreactor. Derfor, kapillær-baserede opsætninger bruger vi er mere velegnede til syntesen af LCE aktuatorer, så de opfylder de afgørende krav.
Bortset fra vores præsenteres resultaterne af aktivering af Janus-partikler og core-shell micropumps, mere komplekse aktivering af partikler med nye egenskaber kan syntetiseres i fremtiden og åbne nye muligheder for blød aktuator applikationer. Den yderligere ændring af Janus partikler multi lydhør partikler er allerede i gang. Vi tilstræber derfor indførelsen af en anden temperatur lydhør polymer udover de indgreb LCE. Yderligere muligheder for nye partikel design kan også opstå som følge af brugen af flydende krystallinske azo-monomerer, hvilket resulterer i en lys-drevne aktivering LCE-partikler17,18. I så fald kan vi tænke på Janus partikler der indeholder både en temperatur-responderende samt en foto-aktivering del. Syntesen af lys-drevet core-shell partikler eller rør-lignende strukturer tilbyder en anden mulig partikel design, hvilket ville føre til foto-responderende micropumps. Ændring af princippet mikrofluid procedurer, som vi præsenterede ovenfor bør tillade en række nye aktuatorer.

Mikrofluid synteser er blevet en kendt metode til fremstilling af flydende krystallinske elastomer (LCE) aktuatorer i de sidste par år1,2,3. Denne tilgang ikke kun giver mulighed for fremstilling af et stort antal godt indgreb partikler, men giver også mulighed for fabrikation af figurer og morfologier, som ikke er tilgængelige ved hjælp af andre metoder. Da LCE aktuatorer er lovende kandidater til et program som kunstige muskler i mikro-robotics, er nye metoder til at syntetisere disse partikler af stor betydning for dette fremtidige teknologi4.
I produktvedligeholdelse, er mesogens af en flydende krystaller (LC) knyttet til polymer kæder af en elastomere netværk5,6,7,8. Sammenkædning af mesogens til polymer kæde kan således ske i form af en sidekæde, en main-kæde eller et kombineret LC-polymer9,10,11. Afstanden mellem punkterne crosslinking skal være langt nok til at give en gratis omlægning af polymer kæde i mellem (i virkeligheden, dette er sandt for enhver elastomer, som adskiller dem fra "hærdeplast"). Dermed kan crosslinking være permanent eller reversibel på grund af stærk non-kovalente interaktioner12,13,14. Slags materiale kombinerer egenskaber af både, den anisotrope adfærd i et flydende krystal med en elastomer entropic elasticitet. I temperaturområdet af den flydende krystallinske fase vedtage polymer kæder en (mere eller mindre) strakte kropsbygning forårsaget af anisotropy af den flydende krystallinske fase, som er kvantificeret ved parameteren nematisk rækkefølge. Når prøven er anlagt over nematisk til isotropic fase overgang temperatur, anisotropy forsvinder, og netværket slapper til energisk begunstiget tilfældige coil kropsbygning. Dette fører til en makroskopisk deformation og dermed aktivering5,15. Udover opvarmning af prøven, kan denne fase overgang også være fremkaldt af andre stimuli som lys eller opløsningsmiddel diffusion i produktvedligeholdelse16,17,18,19.
For at opnå en stærk deformation, er det nødvendigt, at stikprøven enten danner en monodomain eller funktioner mindst en foretrukne orientering af de enkelt domæne direktører under crosslinking trin20. For produktion af LCE film opnås dette ofte ved at strække en pre polymeriseret prøve via orientering af domæner i en elektrisk eller magnetfelt, ved hjælp af foto-justering lag eller via 3D-udskrivning21 ,22,23,24,25,26.
En anden tilgang er den løbende forberedelse af LCE partikler med kapillar-baserede mikrofluid droplet generatorer. Flydende krystallinske monomer dråber er spredt i en meget tyktflydende kontinuerlig fase, der løber i nærheden af dråber og gælder en shear rate på dråber overflade. Derfor er et omløb inde monomer droplet observeret, som forårsager en generel justering af flydende krystallinske fase27. Dermed, har omfanget af shear satser på dråberne en stærk indflydelse på både denne droplet form og størrelse, og på orientering af feltet flydende krystallinske direktør. Disse godt orienteret dråber kan derefter være polymeriserede længere nedstrøms i opsætningen af mikrofluid. Forberedelse af aktuatorer med varierende former (fx, partikler og fibre) og mere komplekse morfologier som kerne-shell og Janus partikler er således muligt28,29,30,31. Det er endda muligt at forberede fladtrykt partikler, som strækker sig langs deres symmetri akse og meget prolate, fiber-lignende partikler, som krymper ved fase overgangen. Begge typer af partikler kan foretages med den samme slags mikrofluid setup, bare ved at variere shear rate27. Vi præsenterer her, protokollen af hvordan til at producere sådanne LCE aktuatorer af forskellige morfologier i selvstændige fremstillet kapillær-baserede mikrofluid enheder.
Foruden effekten af mesogen justering i LCE dråber og tilgængelighed af polymerer med varierende former har mikrofluid tilgange yderligere fordele. I forhold til andre partikel fabrikation metoder som nedbør i en ikke-opløsningsmiddel eller suspension polymerisering32 (som fører til partikler med en bred størrelse-distribution), monodisperse partikler (koefficienten for variationen af partikelstørrelsen er < 5%) kan syntetiseres ved hjælp af mikrofluidik33,34. Desuden er det let at bryde sfære symmetri af dråberne af et flow. Således er store partikler med en cylindrisk symmetri tilgængelige, der er nødvendige for aktuatorer. Dette er forskelligt fra LC-partikler af suspension polymerisering32. Derudover partikelstørrelse er godt justerbar af mikrofluidik i et område fra flere mikrometer til hundredvis af mikron, og tilsætningsstoffer kan nemt blive bragt ind i partikler eller på deres overflade. Det er derfor mikrofluid partikel forberedelse er ofte brugt i emner som drug delivery35 eller fremstilling af kosmetik36.
Mikrofluid opsætninger anvendes i denne artikel blev indført ved Serra et al. 33 , 37 , 38 . Disse er selvstændige fremstillet og består af high-performance væskekromatografi (HPLC) polytetrafluorethylene (PTFE) rør samt t-kryds og smeltet silica kapillærer, som giver de enkelte faser. Således, setup kan nemt ændres, og enkelte dele kan simpelthen byttes, som de er kommercielt tilgængelige. En photoinitiator tilføjes monomer blandinger, som giver mulighed for brug af en passende lyskilde til at fremkalde polymerisering af dråber on-the-fly, efter de forlod kapillar. Bestråling bortset fra kapillærerne er nødvendig for at forhindre en tilstopning af opsætningen. Andre typer af polymerisering først starte polymerisering efter slipværktøjet har forladt kapillær (f.eks.med initiatorer baseret på redox processer)39. Men på grund af hurtighed af foto-induceret crosslinking polymerisation og evnen til at være fjernstyrede photoinitiation er den mest fordelagtige.
Da den LCE monomer blanding er krystallinsk ved stuetemperatur, er en omhyggelig temperaturstyring af opsætningen af hele mikrofluid nødvendigt. Derfor, del af opsætningen hvor droplet-dannelse forekommer er placeret i et vandbad. Her dannes dråber ved høje temperaturer i isotropic smelter af blandingen. Til orientering, skal dråberne nedkøles til den flydende krystallinske fase. Derfor er polymerisering rør placeret på en varm tallerken, der er indstillet til den nederste temperaturområde af LC-fasen (figur 1).
Her beskriver vi en fleksibel og enkel metode til fabrikation af LCE aktuatorer i et flow. Denne protokol giver de nødvendige skridt til at opbygge mikrofluid setup for syntese af én partikler samt Janus og core-shell partikler i et par minutter. Næste, vi beskriver, hvordan du kører en syntese og vise det typiske resultat samt egenskaberne for indgreb partikler. Endelig vil diskutere vi fordelene ved denne metode, og hvorfor vi mener, at det kan bringe fremskridt til feltet LCE aktuatorer.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:877px;" width="877">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:363px;">NanoTight fitting for 1/16&#39;&#39; OD tubings</td>
			<td style="width:220px;">Postnova_IDEX</td>
			<td style="width:128px;">F-333N</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:363px;">NanoTight ferrule for 1/16&#39;&#39; OD tubings</td>
			<td style="width:220px;">Postnova_IDEX</td>
			<td style="width:128px;">F-142N</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:363px;">PEEK Tee for 1/16&#8221; OD Tubing</td>
			<td style="width:220px;">Postnova_IDEX</td>
			<td style="width:128px;">P-728</td>
			<td>T-junction</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:363px;">Female Fitting for 1/16&#8221; OD Tubing</td>
			<td style="width:220px;">Postnova_IDEX</td>
			<td style="width:128px;">P-835</td>
			<td>female luer-lock</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:363px;">Male Fitting for 1/8&#8221; OD Tubing</td>
			<td style="width:220px;">Postnova_IDEX</td>
			<td style="width:128px;">P-831</td>
			<td>male luer-lock</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:363px;">Female Luer Connectors for use with 3/32&#8221; ID tubings</td>
			<td style="width:220px;">Postnova_IDEX</td>
			<td style="width:128px;">P-858</td>
			<td>for the syrringe&#39;s tip</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:363px;">NanoTight FEP tubing sleeve ID: 395 &#181;m OD: 1/16&#39;&#39;</td>
			<td style="width:220px;">Postnova_IDEX</td>
			<td style="width:128px;">F-185</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:363px;">Fused Silica Capillary Tubing ID: 100 &#181;m OD: 165 &#181;m</td>
			<td style="width:220px;">Postnova</td>
			<td style="width:128px;">Z-FSS-100165</td>
			<td>glass capillary</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:363px;">Fused Silica Capillary Tubing ID: 280 &#181;m OD: 360 &#181;m</td>
			<td style="width:220px;">Postnova</td>
			<td style="width:128px;">Z-FSS-280360</td>
			<td>glass capillary</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:363px;">&#8216;&#8216;Pump 33&#8217;&#8217; DDS</td>
			<td style="width:220px;">Harvard Apparatus</td>
			<td>70-3333</td>
			<td>syringe pump</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:363px;">Precision hot plate</td>
			<td style="width:220px;">Harry Gestigkeit GmbH</td>
			<td style="width:128px;">PZ 28-2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:363px;">Stereomicroscope stemi 2000-C</td>
			<td style="width:220px;">Carl Zeiss Microscopy GmbH</td>
			<td style="width:128px;">455106-9010-000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:363px;">Mercury vapor lamp Oriel LSH302</td>
			<td style="width:220px;">LOT</td>
			<td style="width:128px;"></td>
			<td>Intensity: 500 W</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:363px;">Teflon Kapillare, 1/16&#39;&#39; x 0,75mm</td>
			<td style="width:220px;">WICOM</td>
			<td style="width:128px;">WIC 33104</td>
			<td>teflon tube</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:363px;">Teflon Kapillare, 1/16&#39;&#39; x 0,50mm</td>
			<td style="width:220px;">WICOM</td>
			<td style="width:128px;">WIC 33102</td>
			<td>teflon tube</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:363px;">Teflon Kapillare, 1/16&#39;&#39; x 0,17mm</td>
			<td style="width:220px;">WICOM</td>
			<td style="width:128px;">WIC 33101</td>
			<td>teflon tube</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:363px;">Silicion oil 1.000 cSt</td>
			<td style="width:220px;">Sigma Aldrich</td>
			<td align="right">378399</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:363px;">Silicion oil 100 cSt</td>
			<td style="width:220px;">Sigma Aldrich</td>
			<td align="right" style="width:128px;">378364</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:363px;">1,6-hexanediol dimethacrylate</td>
			<td style="width:220px;">Sigma Aldrich</td>
			<td align="right" style="width:128px;">246816</td>
			<td>Crosslinker</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:363px;">Lucirin TPO</td>
			<td style="width:220px;">Sigma Aldrich</td>
			<td align="right" style="width:128px;">415952</td>
			<td>Initiator</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:363px;">Polarized optical microscope BX51</td>
			<td style="width:220px;">Olympus</td>
			<td style="width:128px;"></td>
			<td>For analysis</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:363px;">Hotstage TMS 94</td>
			<td style="width:220px;">Linkam</td>
			<td style="width:128px;"></td>
			<td>For analysis</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:363px;">Imaging software Cell^D</td>
			<td style="width:220px;">Olympus</td>
			<td style="width:128px;"></td>
			<td>For analysis</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

microfluidic preparation of liquid crystalline elastomer actuators

Dette papir fokuserer på mikrofluid processen (og dens parametre) til at forberede indgreb partikler fra flydende krystallinske elastomerer. Forberedelsen består normalt i dannelsen af dråber, der indeholder lav molar masse flydende krystaller ved forhøjede temperaturer. Efterfølgende er disse partikel prækursorer orienteret i feltet flow af kapillær og størknede af en crosslinking polymerisering, som producerer de endelige indgreb partikler. Optimering af processen er nødvendig for at opnå de indgreb partikler og den rette variation af procesparametre (temperatur og flow sats) og giver mulighed for variationer i størrelse og form (fra fladtrykt til kraftigt prolate morfologier) samt den omfanget af aktivering. Det er derudover muligt at variere typen af aktivering fra brudforlængelse til sammentrækning afhængigt af profilen direktør induceret til dråber under flow i kapillær, som igen afhænger af mikrofluid processen og dens parametre. Derudover kan partikler af mere komplekse figurer, som kerne-shell strukturer eller Janus partikler, tilberedes ved at justere opsætningen. Ved variation af den kemiske struktur og tilstand af crosslinking (størkning) af den flydende krystallinske elastomer er det også muligt at forberede indgreb partikler udløses af varme eller UV-vis bestråling.

I denne protokol præsenterer vi syntesen af LCE partikler med forskellige morfologier via en mikrofluid tilgang. Mikrofluid opsætninger for fabrikation af enkelt, core-shell, og Janus partikler er vist i figur 129,38,41. En fordel ved kontinuerlig flow produktion er den meget god kontrol over både størrelse og form af partikler. Figur 2 en illustrerer fordelen, at den enkelte dråbe setup: en meget smal størrelse distribution med alle partikler med samme form41. Herved, kan størrelsen af kugler nemt justeres ved at ændre forholdet mellem strømningshastigheder for de forskellige faser. Efter den protokol, partikel diametre mellem 200 og 400 µm kan produceres i en velkontrollerede måde ved at vælge strømmen sats nøgletal, som vist i figur 2b1. De bedste resultater opnås for strømningshastigheder af den kontinuerlige fase (Qc) mellem 1,5 og 2,0 mL/h og flow sats nøgletal QC/qd (Qd = strømningshastigheden af monomere fase) mellem 20 og 200. For strømningshastigheder Qc = 1,75 mL/h og Qd = 0,35 mL/h, godt indgreb partikler med en diameter på 270 µm overholdes, f.eks. Hvis højere nøgletal Qc/qd er valgt, er droplet-dannelse mindre kontrolleret og partikler størrelse distribution bliver meget bredere. For lavere nøgletal er partiklerne ikke sfærisk længere. Ud over flow hastighed justeringer, afstand af UV-lampe til polymerisering tube samt position mellem venstre og højre ende af varmepladen præcision kan ændre egenskaberne aktivering af LCE partikler, som sker for eksempel, hvis den polymerisering kinetik ændre på grund af at vælge monomer blanding kompositioner eller anvendt polymerisering temperaturer forskellig fra værdierne beskrevet her.
Figur 3 en viser et indgreb partikel, som elongates op til 70%, når det opvarmes over sin fase overgang temperatur, hvilket beviser, at kravet i overtalelse en orientering af den flydende krystallinske direktør før polymerisering er opfyldt. Denne justering af mesogens resultater fra shear mellem den meget tyktflydende kontinuerlige fase og monomer dråber overflade. Hvis silicon olier af lavere viskositet anvendes, reduceres den partikel aktivering.
Derudover giver enhedens mikrofluid kontrol over forskellige former for aktivering mønstre, såsom brudforlængelse eller sammentrækning under fase overgangen, ved at variere den shear rate handler på dråber under polymerisering. Dette kan behandles let på konstant strømningshastigheder af den kontinuerlige fase ved hjælp af forskellige indre diameter af polymerisering tube. Figur 3 en viser en prolate formet partikel, som elongates langs sin rotationsakse og blev syntetiseret til lavere shear priser i en bredere polymerisering tube (ID: 0,75 mm). De flydende krystallinske molekyler (mesogens) er afstemt langs en koncentrisk direktør felt i denne sag. På anden siden har stang-lignende partikler (som illustreret i figur 3b) en sammentrækning under fase overgangen og en bipolar justering af mesogens' direktør felt. Denne partikel blev produceret til højere shear priser i en tyndere polymerisering tube (ID: 0,5 mm).
Protokollen beskriver en anden fordel ved mikrofluid processen. Udover én partikler, kan prøver af mere komplekse morfologier også blive syntetiseret. Figur 3 c viser et indgreb core-shell partikel og figur 3d et Janus-partikel, som begge blev produceret efter del 2 og 3 i protokol29,30.
Hvis alle trin i protokollen er udført korrekt, bør partikler med de egenskaber, der er vist i figur 4 opnås3,41. I figur 4enafbildes opvarmning og nedkøling kurver for én partikler syntetiseret på forskellige strømningshastigheder. Ved opvarmning partikel fra stuetemperatur, er - den flydende krystallinske rækkefølge først - reduceret til en lille smule, hvilket resulterer i en lille deformation af partiklen. Men tæt på fase overgang temperatur, alle orientering er pludselig tabt og partikel viser en stærk brudforlængelse blot ved at varme det op til et par grader. Ved nedkøling partiklen, en hysterese kan overholdes, og den oprindelige form er opnået. Denne proces er reversibel over mange aktivering cyklusser, som vist i figur 4b.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57715/57715fig1.jpg"> Figur 1 : Mikrofluid opsætninger. (en) generelt opsætning omfatter tre sprøjter, som indeholder hydraulisk silikone olie (1), vandige monomer blanding (3) og den kontinuerlige fase silikone olie (4). Den flydende krystallinske monomer blanding (2) er placeret i et vandbad (5) ved 363 K, som opvarmer det flydende krystal isotropic staten. Denne droplet polymerisering startes på varmepladen (6) på 338 K i nematisk tilstand i det flydende krystal af UV-bestråling (7). (Enkelt partikel setup er lig med den generelle setup, men mangler den anden kapillær, sprøjte (3) og den anden t-kryds). (b) dette panel viser et setup der indeholder to kapillærer side om side med hinanden, som tillader Janus droplet dannelse. (c) core-shell-setup er sammensat af en kapillær, som er telescoped i en bredere anden kapillær. <a href="/files/ftp_upload/57715/57715fig1large.jpg" target="_blank">Venligst klik her for at se en større version af dette tal.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57715/57715fig2.jpg"> Figur 2: repræsentative partikler opnået i mikrofluid enkelt partikel setup. (en) dette panel viser en mikroskopi billede af monodisperse LCE partikler parat i mikrofluid enkelt partikel setup. Skalalinjen = 200 µm. (b) dette panel viser afhængighed af partikler diameter med hensyn til forholdet mellem den olie strømningshastigheden (Qc) monomer blandingen strømningshastigheden (Qd). Størrelsen af de opnåede partikler er kun afhængig af hastighed forholdet mellem begge faser og ikke på deres absolutte værdier. (Dette tal er blevet ændret fra Ohm, Fleischmann, Kraus, Serra, og Zentel1 og Ohm, Serra og Zentel41.) <a href="/files/ftp_upload/57715/57715fig2large.jpg" target="_blank">Venligst klik her for at se en større version af dette tal.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57715/57715fig3.jpg"> Figur 3 : Optisk mikroskopi billeder af fire forskellige partikel morfologier i nematisk tilstand (på 353 K) og efter fase overgangen i den isotropic tilstand (på 413 K). Disse paneler viser (en) strækning af en fladtrykt-formet LCE partikel (koncentriske direktør field), (b) sammentrækning af en rod-lignende formet LCE-partikel (bipolar direktør field), (c) strækning af en fladtrykt-formet kerne-shell partikel og (d) sammentrækning af en prolate-formet Janus partikel (venstre del: LCE, højre del: acrylamid hydrogel). Skalere barer = 100 µm. <a href="/files/ftp_upload/57715/57715fig3large.jpg" target="_blank">venligst klik her for at se en større version af dette tal.</a> 
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57715/57715fig4.jpg"> Figur 4 : Aktivering egenskaber af repræsentative én partikler. (en) dette panel viser opvarmning og nedkøling kurver af LCE partikler forberedes i enkelt partikel mikrofluid setup på forskellige strømningshastigheder for den kontinuerlige fase. Partiklerne forberedt til den højeste sats, flow Vis det stærkeste aktivering (ca. 70%) og begge kurver udgør en hysterese, henholdsvis. (b) Dette er et plot af 10 aktivering cyklusser af LCE partikler viser ingen nedsættelse af deres aktivering over nummeret cyklus. Dette beviser, at partiklerne er crosslinked, og aktivering er fuldstændig reversibel. Bemærk: Denne graf var trukket for en partikel, der er fremstillet af et main-kæde LCE system men ser ens ud for LCE systemet anvendes i denne artikel. (Dette tal er blevet ændret fra Ohm, Serra og Zentel41.) <a href="/files/ftp_upload/57715/57715fig4large.jpg" target="_blank">Venligst klik her for at se en større version af dette tal.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Microfluidic Preparation of Liquid Crystalline Elastomer Actuators at JoVE.com

Microfluidic Preparation of Liquid Crystalline Elastomer Actuators

Mikrofluid fremstilling af flydende krystallinske Elastomer aktuatorer

I denne artikel beskrives den mikrofluid proces og parametre til at forberede indgreb partikler fra flydende krystallinske elastomerer. Denne proces giver mulighed for forberedelse af aktivering af partikler og variation af deres størrelse og form (fra fladtrykt til kraftigt prolate, kerne-shell, og Janus morfologier) samt omfanget af aktivering.

This paper focuses on the microfluidic process (and its parameters) to prepare actuating particles from liquid crystalline elastomers. The preparation ...

Research

JoVE Journal

Chemistry

Isolation and Preparation of Bacterial Cell Walls for Compositional Analysis by Ultra Performance Liquid Chromatography

Isolering og forberedelse af bakteriecellevægge til kompositorisk analyse af ultraperformet væskekromatografi

The bacterial cell wall is critical for the determination of cell shape during growth and division, and maintains the mechanical integrity of cells in the ...

Manufacturing of Three-dimensionally Microstructured Nanocomposites through Microfluidic Infiltration

Fremstilling af tredimensionelt Mikrostrukturerede Nanocomposites gennem Mikrofluid Infiltration

Microstructured composite beams reinforced with complex three-dimensionally (3D) patterned nanocomposite microfilaments are fabricated via nanocomposite ...

Synthesis and Exfoliation of Discotic Zirconium Phosphates to Obtain Colloidal Liquid Crystals

Syntese og Eksfoliering af Discotic Zirconium Fosfater fås Kolloid Flydende Krystaller

Due to their abundance in natural clay and potential applications in advanced materials, discotic nanoparticles are of interest to scientists and ...

Synthesis of Programmable Main-chain Liquid-crystalline Elastomers Using a Two-stage Thiol-acrylate Reaction

Syntese af programmerbare Main-kæde Liquid-krystallinske Elastomerer hjælp af en to-trins Thiol-acrylat Reaktion

This study presents a novel two-stage thiol-acrylate Michael addition-photopolymerization (TAMAP) reaction to prepare main-chain liquid-crystalline ...

CN-GELFrEE - Clear Native Gel-eluted Liquid Fraction Entrapment Electrophoresis

CN-GELFrEE - Klar Native Gel-elueres væskefraktion Fastklemning Elektroforese

Protein complexes perform an array of crucial cellular functions. Elucidating their non-covalent interactions and dynamics is paramount for understanding ...

Microfluidic Dry-spinning and Characterization of Regenerated Silk Fibroin Fibers

Mikrofluid tør-spinning og karakterisering af folier silke Fibroin fibre

The protocol demonstrates a method for mimicking the spinning process of silkworm. In the native spinning process, the contracting spinning duct enables ...

Liquid-cell Transmission Electron Microscopy for Tracking Self-assembly of Nanoparticles

Væske-celle transmissions elektronmikroskopi til sporing samlesæt af nanopartikler

Drying a nanoparticle dispersion is a versatile way to create self-assembled structures of nanoparticles, but the mechanism of this process is not fully ...

Novel Techniques for Observing Structural Dynamics of Photoresponsive Liquid Crystals

Nye teknikker til at observere strukturdynamik Photoresponsive flydende krystaller

We discuss in this article the experimental measurements of the molecules in liquid crystal (LC) phase using the time-resolved infrared (IR) vibrational ...

An Electrochemical Cholesteric Liquid Crystalline Device for Quick and Low-Voltage Color Modulation

En elektrokemisk Cholesteric flydende krystallinske enhed for hurtig og simpel-spænding farve graduering

We demonstrate a method for fabricating a prototype reflective display device that contains cholesteric liquid crystal (LC) as an active component. The ...

Preparation of Graphene-Supported Microwell Liquid Cells for In Situ Transmission Electron Microscopy

Preparation of Graphene-Supported Microwell Liquid Cells for In Situ Transmission Electron Microscopy

Fremstilling af Graphene-understøttede Microwell Liquid-celler til in situ -Transmissionselektronmikroskopi

The fabrication and preparation of graphene-supported microwell liquid cells (GSMLCs) for in situ electron microscopy is presented in a stepwise protocol. ...