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

De auteurs bedanken de Duitse Science Foundation voor de financiering van dit werk (Ze 230/24-1).

1. synthese van enkele bedieningsrichting LCE deeltjes
<ol><li>
Montage van het apparaat Opmerking: Alle materialen die worden gebruikt voor het microfluidic-setup zijn HPLC leveringen en commercieel beschikbaar.<ol>
<li>Een glas water bad schotel uitrusten [diameter (D): 190 mm, verbindingen: twee 29/24 ingeslepen gewrichten flens gemonteerde] met twee septa. Beide septa aansnijden met een priem aan een buis met een buitendiameter (OD) van 1/16 inch via de opening gat.</li>
		<li>Hechten van een montage voor 1/16 inch OD buizen en de bijbehorende verlengstuk aan het uiteinde van een PTFE-buis (buis 1.1; OD: 1/16 inch, binnendiameter (ID): 0,17 mm, lengte (L): 5 cm) en vasthouden van de tip (ca. 1 cm) van een capillaire polyimide beklede silica (ID: 100 µm, OD: 165 µm, L: 7 cm) erin.</li>
		<li>Schroef de buis op één van de tegengestelde takken van een polyether ether keton (PEEK) t-splitsing voor 1/16 inch OD buizen, die is gemonteerd op een metalen tafeltje. Het capillair moet nu, een paar centemeters uit de t-splitsing uitsteken. Opmerking: PTFE buizen worden best gesneden met behulp van een cutter buis. Voor de haarvaten is een verbrijzelen steen het beste om te gebruiken.</li>
		<li>Een geschikte montage en verlengstuk koppelen aan het einde van een tweede PTFE-buis (buis 1.2; OD: 1/16 inch, ID: 0,75 mm), die is lang genoeg om te bereiken een spuitpomp buiten het waterbad, en schroef het op de laterale arm van de t-splitsing.</li>
		<li>Stok een derde PTFE-buis (buis 1.3; OD: 1/16 inch, ID: 0,17 mm) via een van de septa. Buis 1.3 moet lang genoeg zijn om een tweede spuitpomp verbinden met buis 1.1 binnen het waterbad. Twee vrouwelijke luer sloten voor 1/16 inch OD buizen aan de vrije einde van buizen 1.1 en 1.3, respectievelijk toevoegen.</li>
		<li>Bereiden van een vierde PTFE-buis (polymerisatie buis 1.4; OD: 1/16 inch, ID: 0,75 mm) met een fitting plus verlengstuk en plak het via het tweede septum. Buis 1.4 moet lang genoeg zijn om verlaten van het waterbad en passeren een precisie verwarming plaat. Verbind buis 1.4 via de montage aan de resterende tak van de t-splitsing en plaats het uiteinde van de glazen capillaire in de buis.</li>
		<li>Zet het waterbad op een hete plaat uitgerust met een thermometer, plakband vast buis 1.4 op de top van de precisie verwarming plaat te gebruiken en een glazen ampul van 5 mL hechten aan het einde van de buis 1.4. Sluit het uiteinde van de buis 1.2 te een spuit gevuld met de continue fase (siliconenolie, viscositeit: 1.000 m2/s), verbinding buis 1.3 te een spuit gevuld met de hydraulische olie voor de monomeer-fase (siliconenolie, viscositeit: 100 m2/s) en sluit u zowel spuiten in een spuitpomp. Opmerking: Om de buizen verbinden met de spuiten, barb-naar-vrouwelijke-luer-lock connectoren voor gebruik met 3/32 inch ID buizen zijn het beste te gebruiken.</li>
		<li>Een stereomicroscoop met de focus wordt ingesteld op van het capillair tip inschakelen van de waarneming van de vorming van de druppel en monteren van een UV-licht-bron installeren (bv., een 500 W-kwik-damp lamp) met de lichtkegel gericht op tube 1.4.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Voorbereiding van het monomeer mengsel
	<ol>
<li>Ter voorbereiding van het monomeer mengsel40, het toevoegen van 200 mg (4-acryloyloxybutyl) - 2,5 - di(4-butyloxybenzoyloxy) benzoate in een peervormige maatkolf van 50 mL.</li>
		<li>7.2 mg 1,6-hexanediol dimethacrylaat (10% van de mol) en 6.2 mg ethyl(2,4,6-trimethylbenzoyl) phenylphosphinate (photoinitiator, 3 w %) Voeg aan de maatkolf. Los van het mengsel in ongeveer 1 mL dichloormethaan. Opmerking: Vanaf stap 1.2.2., alle stappen moeten worden uitgevoerd onder UV licht-vrij voorwaarden (bijvoorbeeldonder geel licht).</li>
		<li>Verwijder het oplosmiddel volledig onder vacuüm bij 313 K en smelten van de resterende vaste op 383 K in een oliebad.</li>
		<li>Bereiden van een spuit met een barb-naar-vrouwelijke-luer-lock connector voor gebruik met 3/32 inch ID tubing en bevestig een PTFE-buis (buis 1,5; OD: 1/8 inch, ID: 1.65 mm) via een verbinding maken met de tube (OD: 1/16 inch, ID: 0,75 mm). Opstellen van het monomeer mengsel in de buis 1,5 met behulp van de spuit. Nota: Het bedrag van het monomeer mag niet minder dan 70 mg. anders, het wordt zeer moeilijk om te trekken genoeg monomeer mengsel in buis 1,5. Het protocol kan hier worden gepauzeerd. Als zo, slaat u de buis in een koelkast.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Voorbereiding van de deeltjes
	<ol>
<li>Een mannelijke luer-lock voor 1/8 inch OD buizen aan beide uiteinden van de buis 1,5 met het monomeer mengsel toevoegen. Daarna, Verbind beide einden van de tube 1.5 met de vrouwelijke luer sloten op de uiteinden van buizen 1.1 en 1.3. Opmerking: De buizen moeten worden gespoeld met de vloeistoffen die geboden door de pompen van de spuit vóór de synthese.</li>
		<li>Het waterbad temperatuur ingesteld op 363 K en de precisie verwarming plaat de temperatuur 338 K.</li>
		<li>Zorg ervoor dat de het capillair uiteinde ligt in het centrum van de polymerisatie buis 1,5 en raakt niet aan de muur. Opmerking: De temperaturen hier gegeven zijn geoptimaliseerd voor dit monomeer-mengsel. In het algemeen, van het waterbad temperatuur moet hoog genoeg te smelten het monomeer mengsel en moet de verwarmingsplaat de temperatuur in het temperatuurbereik van de kristallijne vloeistoffase.</li>
		<li>Nadat het monomeer mengsel is gesmolten, het debiet van de continue fase (Qc) ingesteld op een waarde tussen 1,5 en 2,0 mL/h en kies flow rate ratio's van Qc/qd (Qd = het debiet van de hydraulische olie/monomeer fase) tussen 20 en 200. Opmerking: Voor spuitsnelheid van Qc = 1,75 mL/h en Qd = 0,35 mL/h, goed geregelde deeltjes met een D 270 µm worden waargenomen, bijvoorbeeld.</li>
		<li>Nadat de druppel vorming begint, wacht u totdat de druppels allemaal dezelfde grootte zijn vóór het inschakelen van het UV-licht. Bij de beschreven monomeer mengsel, plaatst u de UV-bron 1 cm boven polymerisatie buis, 1.4 aan de rechterkant van de precisie verwarming plaat. Het verzamelen van de verschillende fracties van de gepolymeriseerde deeltjes in de 5-mL glazen ampul aan het einde van de buis 1.4. Terwijl het stroomt onder de UV-licht, moet de druppels kleur wijzigen van transparant wit. Let op: Draag bril van de UV-bescherming om ogen te beschermen.</li>
		<li>Zet een schild (bijvoorbeeld een doos papieren) tussen de lichtbron en het waterbad, om te voorkomen dat eventuele verstopping van het capillair. Opmerking: In geval van een clogging buis van de polymerisatie, kan het helpen om te verwarmen het verstopte deel met een warmte-pistool.</li>
		<li>Nadat alle het monomeer wordt verbruikt, reinig de setup door het injecteren van aceton in buis 1.3.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. synthese van de Core-shell LCE deeltjes
<ol><li>
Montage van het apparaat
	<ol>
<li>Volg stap 1.1.1. maar in plaats daarvan een waterschotel bad met een D van 190 mm gebruiken.</li>
		<li>Een passend en verlengstuk koppelen aan beide uiteinden van een gefluoreerde ethyleen propyleen (FEP) buis mouw (ID: 395 µm, OD: 1/16 inch, L: 1,55 inch), respectievelijk. Eerst, stok een capillair gesmolten siliciumdioxide (ID: 280 µm, OD: 360 µm, L: 8 cm) door de mouw, op zodanige wijze dat het ongeveer 3 mm van de ene kant steekt. Dan steek een dunner capillair (ID: 100 µm, OD: 165 µm, L: 11 cm) door de groter, dus dat het steekt een paar millimeter uit de langste zijde.</li>
		<li>Schroef de mouw op een van de andere takken van een PEEK T-junction voor 1/16 inch OD buizen (t-splitsing 1) die is gemonteerd op een metalen tafeltje, met de kortere einde van het grotere capillair bereiken in de t-splitsing.</li>
		<li>Houden van een PTFE-buis (buis 2.1; OD: 1/16 inch, ID: 0,17 mm) die is lang genoeg om een spuitpomp verbinden met T-junction 1 t/m een van het waterbad septa. Een passend en verlengstuk koppelen aan het einde van de buis binnen het waterbad, sluit hem aan op de vrije laterale arm van de t-splitsing 1, en plak het dunner capillair in buis 2.1.</li>
		<li>Bereiden van een tweede PTFE-buis (buis 2.2; OD: 1/16 inch, ID: 0,5 mm) met een montage en een verlengstuk en sluit deze aan op de vrije arm van de t-splitsing 1. Stok een ander PTFE-buis (buis 2.3; OD: 1/16 inch, ID: 0,5 mm) door een tweede gat in het septum naast buis 2.1. Buis 2.3 moet lang genoeg zijn om een ander spuitpomp verbinden met buis 2.2.</li>
		<li>Twee vrouwelijke luer sloten voor 1/16 inch OD buizen aan de vrije uiteinden van buizen 2.2 en 2.3 binnen het waterbad, respectievelijk toevoegen.</li>
		<li>Sluit het vrije uiteinde van de mouw aan op een van de tegengestelde takken van een tweede PEEK t-splitsing (t-splitsing 2) die ook op de kleine metalen tabel is gemonteerd. Bereiden van een vierde PTFE-buis (buis 2.4; OD: 1/16 inch, ID: 0,75 mm) met een montage plus verlengstuk. Buis 2.4 is lang genoeg om te bereiken een derde spuitpomp buiten het waterbad en sluit deze aan op de laterale arm van de t-splitsing 2.</li>
		<li>Bereiden van een vijfde PTFE-buis (polymerisatie buis 2,5; OD: 1/16 inch, ID: 0,75 mm) met een fitting plus verlengstuk en plak het via het andere septum. Buis 2,5 moet lang genoeg zijn om verlaten van het waterbad en een hoge precisie verwarming plaat doorgeven. De montage van buis 2.5 verbinden met de resterende arm van de t-splitsing. Nu moeten het glas haarvaten tips in buis 2,5 zich bevinden.</li>
		<li>Zet het waterbad op een hete plaat uitgerust met een thermometer, plakband vast buis 2,5 bovenop een precisie verwarming plaat te gebruiken en bevestig een glazen ampul van 5 mL aan einde van de buis. Sluit het uiteinde van de buis 2.1 tot een spuit gevuld met glycerol (innerlijke fase), verbinding buis 2.3 naar een spuit gevuld met de hydraulische olie voor de monomeer-fase (siliconenolie, viscositeit: 100 m2/s), verbinding buis 2.4 naar een spuit gevuld met de (continue fase siliconenolie; Viscositeit: 1.000 m2/s) en sluit alle spuiten in injectiespuit pompen.</li>
		<li>Volg stap 1.1.7., maar lees buis 2.5 in plaats van buis 1.4.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Voorbereiding van het monomeer mengsel
	<ol>
<li>Volg alle stappen van 1.2.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Voorbereiding van de deeltjes van de kern-shell
	<ol>
<li>Een mannelijke luer-lock voor 1/8 inch OD buizen aan beide uiteinden van de buis met het monomeer mengsel, respectievelijk koppelen. Daarna, Verbind beide einden van deze buis met de vrouwelijke luer sloten op de uiteinden van de buizen 2.2 en 2.3.</li>
		<li>Volg stappen 1.3.2-1.3.4.</li>
		<li>Observeer de druppel vorming via een stereomicroscoop.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. synthese van Janus LCE deeltjes
<ol><li>
Montage van het apparaat
	<ol>
<li>Volg stap 1.1.1.</li>
		<li>Een passend en verlengstuk koppelen aan beide uiteinden van de mouw van een FEP tubing (ID: 395 µm, OD: 1/16 inch, L: 1,55 inch), respectievelijk. Twee parallelly uitgelijnde gesmolten siliciumdioxide haarvaten stok (ID: 100 µm, OD: 165 µm, L1: 8 cm, L2: 11 cm) door middel van de mouw. Het korte capillair steekt ongeveer 3 mm, van de ene kant van de mouw. Aan de andere kant van de mouw hebben beide haarvaten dezelfde lengte.</li>
		<li>Super lijm de haarvaten doordat sommige lijm aan het ene uiteinde van de mouw en wachten tot het is uitgehard.</li>
		<li>Sluit twee PEEK nog door de schroeven van de mouw op een van de tegengestelde armen, respectievelijk, en zowel op een kleine metalen tafel mount.</li>
		<li>Volg stappen 2.1.4-2.1.7.</li>
		<li>Bereiden van een vijfde PTFE-buis (buis 3.5; OD: 1/16 inch, ID: 0,75 mm, L: 5 cm) met een fitting plus verlengstuk en verbinding te maken met de resterende arm van de t-splitsing 2. Beide uiteinden van de haarvaten glas bevinden zich in de buis 3.5.</li>
		<li>Stok een ander PTFE-buis (buis 3.6; OD: 1/16 inch, ID: 0,5 mm) door middel van de andere tussenschot. Buis 2.6 moet lang genoeg zijn om verlaten van het waterbad en passeren een precisie verwarming plaat. Verbinding buizen 3.5 en 3.6 via montage van systemen voor 1/16 inch OD buizen.</li>
		<li>Zet het waterbad op een hete plaat uitgerust met een thermometer, plakband vast buis 3.6 bovenop een precisie verwarming plaat te gebruiken en bevestig een glazen ampul van 5 mL aan einde van de buis. Sluit het uiteinde van de buis 3.1 naar een spuit gevuld met een mengsel van waterige monomeer (aq. monomeer fase), verbinding buis 3.3 aan een spuit gevuld met de hydraulische olie voor de LC-monomeer fase (siliconenolie, viscositeit: 100 m2/s), verbinding buis 3.4 tot een spuit gevuld met de continue fase (siliconenolie, viscositeit: 1.000 m2/s) en sluit alle spuiten in injectiespuit pompen.</li>
		<li>Volg stap 1.1.8, maar gelezen buis 3.6 in plaats van buis 1.4.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Voorbereiding van de vloeibare kristallijnen monomeer mengsel (LC)
	<ol>
<li>Volg alle stappen van 1.2.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Voorbereiding van het mengsel van waterige monomeer
	<ol>
<li>Bereid een oplossing van 40 wt % acrylamide in gedestilleerd water. Toevoegen van 10% van de mol van het crosslinking agent N, N'-methylenebis(acrylamide) en 2 wt % van de initiatiefnemer 2-hydroxy-2-methylpropiophenone aan de oplossing. (Beide bedragen zijn met betrekking tot de acrylamide.) Opmerking: Om de viscositeit van het mengsel van waterige monomeer, polyacrylamide kan worden toegevoegd.</li>
		<li>Roer het mengsel gedurende 24 uur op RT en vul het in een spuit van 1 mL, daarna.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Voorbereiding van de Janus-deeltjes
	<ol>
<li>Een mannelijke luer-lock voor 1/8 inch OD buizen aan beide uiteinden van de buis met het mengsel van LC monomeer, respectievelijk koppelen. Daarna, Verbind beide einden van deze buis met de vrouwelijke luer sloten op de uiteinden van buizen 3.2 en 3.3.</li>
		<li>Volg stappen 1.3.2-1.3.4.</li>
		<li>Observeer de druppel vorming via een stereomicroscoop.</li>
	</ol>
</li>
</ol>4. analyse van de deeltjes
<ol><li>Zet de deeltjes op een warm podium onder een optische Microscoop, aangesloten op een computer met imagingsoftware. Analyseren van de deeltjes bediening, fotograferen bij temperaturen boven en onder hun fase overgang temperatuur en meten van hun overleden Opmerking: Een daling van silicone olie verhindert de deeltjes plakken op de dia-object.</li>
	<li>Bepalen voor het inschatten van de deeltjes clearing temperatuur, de temperatuur waarbij de deeltjes hun dubbele breking onder een gepolariseerde optische Microscoop (POM verliezen).</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>

De auteurs hebben niets te onthullen.

Wij hebben de fabricage van deeltjes met verschillende morphologies via een microfluidic benadering tot LCE microactuators beschreven. Voor dit doel, werden capillair gebaseerde microfluidic opstellingen gebouwd waarmee druppel vorming gevolgd door photopolymerization bij bepaalde temperaturen.
Een kritisch aspect van een succesvolle synthese is hier de juiste montage van de setup. Alle verbindingen tussen de interne onderdelen naar behoren moeten worden vastgesteld om te voorkomen dat eventuele lekken van vloeistoffen, en moet het apparaat schoon voordat elke synthese ter voorkoming van verstoppingen. Het is ook van cruciaal belang dat het experiment wordt uitgevoerd onder zonder UV-voorwaarden, sinds, anders voorbarig polymerisatie van het monomeer mengsel en dus weer verstoppingen van de instellingen zou het resultaat.
Tot op de dag, is de hier beschreven aanpak van de microfluidic de enige methode kunnen produceren geregelde LCE deeltjes. Hierbij het microfluidic-proces voldoet aan twee eisen op hetzelfde moment. Naast de fabricage van een veelheid van even grootte micro-objecten, wordt een oriëntatie van de vloeibaar kristallijne directeur geïnduceerd in deze deeltjes. Daarnaast, is het een vrij eenvoudige procedure, omdat een groot aantal actuatoren kan gesynthetiseerd worden in een enkele stap. Andere methoden toe te passen, vereist de oriëntatie van de mesogens gewoonlijk een extra stap als het oprekken van het monster of de toepassing van foto-uitlijning lagen. Bovendien, zijn deze processen handmatige, wat betekent dat de productie van veel actuatoren is zeer tijdrovend. Anderzijds de LCE morfologie is-in meeste gevallen-beperkt tot polymeerlagen. Nadelen van de microfluidic benadering zijn de beperking van het deeltje grootte (zoals de diameter beperkt tot waarden tussen 200 en 400 µm is), de kwetsbaarheid voor verstopping van het capillair en de noodzaak van zonder UV-voorwaarden tijdens de voorbereiding van de deeltjes in de setup.
Op de chip systemen worden vaak gebruikt voor microfluidic deeltjes verzinsels omdat zij gemakkelijk kunnen worden geproduceerd en zijn gemaakt van slechts één stuk. Deze opstellingen, echter niet alleen gebrek aan de nodige verstelbaarheid van verschillende temperaturen tijdens de stroom maar ook zijn niet flexibel genoeg is om gemakkelijk uitwisselen verstopte of gebroken onderdelen van de microreactor. Vandaar, de capillaire gebaseerde opstellingen die we gebruiken zijn meer geschikt voor de synthese van LCE actuatoren, als zij voldoen aan de essentiële eisen.
Naast onze gepresenteerde resultaten van de bedieningsrichting Janus-deeltjes- en core-shell micropumps, complexere bedieningsrichting deeltjes met nieuwe eigenschappen in de toekomst kunnen worden gesynthetiseerd en opent nieuwe mogelijkheden voor zachte actuator toepassingen. De verdere wijziging van Janus deeltjes bij multi responsieve deeltjes is reeds aan de gang. We streven er dan ook voor de invoering van een tweede temperatuur responsieve polymeer naast de geregelde LCE. Verdere mogelijkheden voor nieuwe ontwerpen van de deeltjes kunnen ook voortvloeien uit het gebruik van vloeibaar kristallijne azo-monomeren, wat in de licht gestuurde bediening van LCE-deeltjes17,18 resulteert. In dat geval kunnen we denken aan Janus deeltjes met zowel een temperatuur-responsieve als een foto-bedieningsrichting deel. De synthese van licht-gedreven core-shell deeltjes of buis-achtige structuren biedt een ander mogelijk deeltje ontwerp, hetgeen tot foto-responsieve micropumps leiden zou. De wijziging van de procedures voor het microfluidic van beginsel die we hierboven mag een verscheidenheid van nieuwe aandrijvingen.

Microfluidic syntheses geworden een bekende methode voor de fabrikatie van vloeibaar kristallijne elastomeer (LCE) actuatoren in de laatste paar jaar1,2,3. Deze aanpak kan niet alleen de productie van een groot aantal goed geregelde deeltjes maar maakt het ook mogelijk de fabricage van vormen en morphologies die niet toegankelijk zijn door andere methoden. Aangezien LCE aandrijvers veelbelovende kandidaten voor een toepassing als kunstspieren in micro-robotica zijn, zijn nieuwe methoden voor het synthetiseren van dergelijke deeltjes van groot belang dat deze technologie van de toekomst-4.
In LCEs, de mesogens van vloeibare kristallen (LC) gekoppeld aan de polymeerketens van een elastomere netwerk5,6,7,8. De koppeling van de mesogens aan de keten van het polymeer kan daardoor gebeuren in de vorm van een zijketen, een main-keten of een gecombineerde LC-polymeer9,10,11. De afstand tussen de punten van het crosslinking moet worden ver genoeg om een gratis heroriëntering van de polymeer-keten tussendoor (in feite, dit geldt voor elke elastomeer, die hen van "thermoharders onderscheidt"). Daarmee kunnen crosslinking permanente of omkeerbaar als gevolg van de sterke niet-covalente interacties12,13,14. Dit soort materiaal combineert de eigenschappen van beide, het anisotrope gedrag van vloeibare kristallen met de entropische elasticiteit van een elastomeer. In het temperatuurbereik van de vloeibaar kristallijne fase vast de polymeerketens een (min of meer) gestrekt conformatie veroorzaakt door de anisotropie van de vloeibaar kristallijne fase, die wordt gekwantificeerd door de nematic orde parameter. Wanneer het monster boven de nematic-naar-isotrope fase overgang temperatuur wordt gebracht, de anisotropie verdwijnt en het netwerk ontspant aan de conformatie energiek favoriete willekeurige spoel. Dit leidt tot een macroscopische vervorming en dus bediening5,15. Naast de verwarming van het monster, kan deze faseovergang ook worden veroorzaakt door andere prikkels zoals licht of oplosmiddel diffusie in de LCEs16,17,18,19.
Met het oog op een sterke vervorming, is het noodzakelijk dat het monster ofwel een monodomain of functies de stand van ten minste een voorkeur voor het interne domein bestuurders tijdens het crosslinking stap20 vormt. Voor de productie van LCE films, wordt dit vaak bereikt door het uitrekken van een vooraf gepolymeriseerde monster, via de oriëntatie van de domeinen in een elektrische of magnetische veld, met de hulp van foto-uitlijning lagen of via 3D-printing21 ,22,23,24,25,26.
Een andere benadering is de continue voorbereiding van LCE deeltjes met capillaire gebaseerde microfluidic druppel generatoren. Vloeibare kristallijnen monomeer druppels zijn gedispergeerd in een zeer viskeuze continue fase, die stroomt rond de druppels en een schuintrekken tarief is van toepassing op de druppels oppervlak. Daarom wordt een oplage binnen de monomeer-droplet waargenomen, waardoor een algehele aanpassing van de kristallijne vloeistoffase27. Daarmee is de omvang van de shear tarieven op de druppels heeft een sterke invloed op zowel de druppel de vorm en de grootte, evenals op de richting van de vloeibaar kristallijne directeur veld. Deze goed georiënteerde druppels kunnen vervolgens worden polymeervorm verder stroomafwaarts in de microfluidic-instellingen. De voorbereiding van aandrijvingen met verschillende vormen (bijvoorbeeld, deeltjes en vezels) en meer complexe morphologies zoals kern-shell en Janus deeltjes zijn dus mogelijk28,29,30,31. Het is zelfs mogelijk om te bereiden oblate deeltjes, die uit te breiden langs hun symmetrie-as en zeer prolate, vezel-achtige deeltjes, die tijdens de faseovergang krimpen. Beide soorten deeltjes kunnen worden gemaakt met het zelfde soort microfluidic opstelling, enkel door het variëren van de shear rate27. Hier presenteren we het protocol over het produceren van dergelijke LCE aandrijvingen van verschillende morphologies in de microfluidic van zelf vervaardigde capillair gebaseerde apparaten.
Naast het effect van mesogen uitlijning in LCE druppels en de toegankelijkheid van polymeren met uiteenlopende vormen hebben microfluidic benaderingen verdere voordelen. In vergelijking met andere deeltje fabricage methoden zoals neerslag in een niet-solvent of schorsing polymerisatie32 (wat leidt tot deeltjes met een brede grootteverdeling), monodispers deeltjes (de variatiecoëfficiënt van de deeltjesgrootte is < 5%) kan worden gesynthetiseerd met behulp van microfluidics33,34. Daarnaast is het gemakkelijk te breken van de symmetrie van de bol van de druppels door een stroom. Grote deeltjes met een cilindrische symmetrie zijn dus toegankelijk, die nodig is voor de actuatoren. Dit verschilt van LC-deeltjes gemaakt door schorsing polymerisatie32. Bovendien, de deeltjesgrootte is goed verstelbaar door microfluidics in een bereik van enkele micrometers tot honderden micron, en additieven kunnen gemakkelijk worden gebracht in de deeltjes of aan hun oppervlak. Dit is de reden waarom microfluidic deeltje voorbereiding vaak in onderwerpen als drug delivery35 of het vervaardigen van cosmetica36 gebruikt wordt.
De opstellingen van de microfluidic gebruikt in dit artikel werden geïntroduceerd door Serra et al. 33 , 37 , 38 . Deze zijn zelf vervaardigd en bestaat uit het krachtige vloeibare chromatografie (HPLC) polytetrafluorethylene (PTFE) buizen en realiseren, evenals gesmolten siliciumdioxide haarvaten waarmee de afzonderlijke fasen. Dus de setup kan eenvoudig worden aangepast en enkele onderdelen eenvoudig kunnen worden uitgewisseld, zoals ze commercieel verkrijgbaar zijn. Een photoinitiator wordt toegevoegd aan het monomeer mengsels, waardoor het gebruik van een geschikte lichtbron voor het opwekken van de polymerisatie van de druppels on-the-fly, nadat zij het capillair verlaten. Bestraling afgezien van de haarvaten is noodzakelijk om te voorkomen dat een verstopping van de setup. Andere soorten de polymerisatie start alleen de polymerisatie nadat de druppel heeft verlaten het capillair (b.v.met initiatiefnemers op basis van redox processen)39. Echter, als gevolg van de snelheid van de foto-geïnduceerde crosslinking polymerisatie en de mogelijkheid om op afstand worden gecontroleerd, photoinitiation is de voordeligste.
Aangezien van de LCE monomeer mengsel kristallijn bij kamertemperatuur is, is het noodzakelijk een nauwkeurige temperatuurregeling van de hele microfluidic setup. Daarom wordt het deel van de installatie waarin de droplet-vorming optreedt in een waterbad geplaatst. Hier, worden de druppels gevormd bij hoge temperaturen in de isotrope smelt van het mengsel. Voor de oriëntatie, moeten de druppels worden gekoeld in de vloeibaar kristallijne fase. Daarom is de polymerisatie buisje wordt geplaatst op een hete plaat die is ingesteld op de lagere temperatuurbereik van de LC-fase (Figuur 1).
Hier beschrijven we een flexibele en eenvoudige methode voor de fabrikatie van LCE actuatoren in een stroom. Dit protocol biedt de vereiste stappen voor het bouwen van het microfluidic-setup voor de synthese van enkele deeltjes evenals Janus en core-shell deeltjes in een paar minuten. Vervolgens beschrijven we hoe u een synthese en de typische resultaten evenals de eigenschappen van de geregelde deeltjes tonen. Tot slot bespreken we de voordelen van deze methode en waarom we denken dat het misschien vooruit op het gebied van LCE actuatoren.

<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

Dit document richt zich op het microfluidic-proces (en bijbehorende parameters) voor te bereiden van geregelde deeltjes uit vloeibaar kristallijne elastomeren. De voorbereiding bestaat meestal in de vorming van druppels met lage molaire massa vloeibare kristallen bij verhoogde temperaturen. Vervolgens zijn deze precursoren deeltje georiënteerd op het gebied van de stroom van het capillair en verhard door een crosslinking polymerisatie, die de definitieve geregelde deeltjes produceert. De optimalisatie van het proces is nodig om de geregelde deeltjes en de juiste variatie van de procesparameters (temperatuur en debiet tarief) te verkrijgen en kan verschillen van grootte en vorm (van oblate te sterk prolate morphologies), alsmede de omvang van de bediening. Het is bovendien mogelijk te variëren van het soort frontale rek tot contractie afhankelijk van het profiel van de directeur aan de druppels geïnduceerde tijdens de stroom in het capillair, die weer afhangt van het microfluidic-proces en de bijbehorende parameters. Deeltjes van meer complexe vormen, zoals kern-shell structuren of Janus deeltjes, kunnen bovendien worden voorbereid door het aanpassen van de installatie. Door de variatie van de chemische structuur en de wijze van crosslinking (stolling) van de vloeibaar kristallijne elastomeer is het ook mogelijk om te bereiden geregelde deeltjes veroorzaakt door warmte of UV-vis bestraling.

In dit protocol presenteren wij de synthese van LCE deeltjes met verschillende morphologies via een microfluidic benadering. De opstellingen van de microfluidic voor de fabrikatie van één, kern-shell, en Janus deeltjes worden weergegeven in Figuur 129,38,41. Een voordeel van de continue stroom productie is de zeer goede beheersing van zowel de grootte en de vorm van de deeltjes. Figuur 2 een illustreert het voordeel van de setup van één druppel: een zeer smalle grootteverdeling met alle deeltjes met dezelfde vorm41. Hierbij kan de grootte van de bollen gemakkelijk worden aangepast door het veranderen van de verhouding van de stroomsnelheid van de verschillende fasen. Na het protocol, deeltje diameters tussen 200 en 400 µm kan worden geproduceerd in een goed gecontroleerde wijze door te kiezen voor de stroom tarief verhoudingen, zoals weergegeven in Figuur 2b1. De beste resultaten worden verkregen voor de stroomsnelheid van de continue fase (Qc) tussen de 1,5 en 2,0 mL/uur en voor stroom tarief verhoudingen van QC/qd (Qd = het debiet van de monomeer-fase) tussen 20 en 200. Voor het debiet van Qc = 1,75 mL/h en Qd = 0,35 mL/h, goed geregelde deeltjes met een diameter van 270 µm worden waargenomen, bijvoorbeeld. Als hogere ratio's Qc/qd zijn geselecteerd, is de vorming van de druppel minder gecontroleerd en grootteverdeling van de deeltjes wordt veel breder. Voor lagere verhoudingsgetallen zijn de deeltjes niet sferisch meer. Naast de stroom tariefaanpassingen, de afstand van de UV-lamp tot de polymerisatie buis evenals de positie tussen de linkerkant en de rechterkant van de verwarmingsplaat precisie kunt wijzigen de eigenschappen van de bediening van LCE deeltjes, die gebeurt, bijvoorbeeld als de polymerisatie kinetiek wijzigen wegens kiezen monomeer mengsel composities of polymerisatie temperaturen verschillen van de hier beschreven waarden toegepast.
Figuur 3 een toont een geregelde deeltjes die tot 70% kieuwopeningenvorm wanneer het wordt verwarmd boven de fase overgang temperatuur, waaruit blijkt dat aan de eis van een oriëntatie van de vloeibaar kristallijne directeur voordat polymerisatie inducerende is voldaan. Deze aanpassing van de resultaten van de mesogens van de shear tussen de zeer viskeuze continue fase en de monomeer druppels oppervlak. Als silicium van lagere viscositeit oliën worden gebruikt, wordt van het deeltje bediening verminderd.
Bovendien, de microfluidic-apparaat kan de controle over de verschillende soorten bediening patronen, zoals rek of krimp tijdens de faseovergang, door het variëren van het tarief van de shear handelend op de druppels gedurende de polymerisatie. Dit kan gemakkelijk verwerkt worden bij constant debiet van de continue fase met behulp van verschillende innerlijke diameters van de polymerisatie-buis. Figuur 3 een toont een prolate gevormd deeltje, die kieuwopeningenvorm langs de roterende as en werd gesynthetiseerd tegen lagere tarieven van de shear in een bredere polymerisatie-buis (ID: 0,75 mm). De vloeibaar kristallijne moleculen (mesogens) zijn in dit geval langs een concentrische directeur veld uitgelijnd. Aan de andere kant beschikken staafvormige deeltjes (zoals wordt geïllustreerd in Figuur 3b) over een contractie tijdens de faseovergang en een bipolaire uitlijning van de mesogens directeur veld. Dit deeltje werd geproduceerd tot een hoger niveau van schuintrekken in een dunnere polymerisatie-buis (ID: 0,5 mm).
Het protocol beschrijft een ander voordeel van het microfluidic-proces. Naast enkele deeltjes, kunnen monsters van meer complexe morphologies ook worden gesynthetiseerd. Figuur 3 c toont een geregelde core-shell deeltje en Figuur 3d een Janus deeltje die beide werden geproduceerd na deel 2 en 3 van het protocol van29,30.
Als alle stappen van het protocol worden correct gedaan, moeten deeltjes met de eigenschappen die zijn afgebeeld in Figuur 4 3,41worden verkregen. In Figuur 4een, worden de verwarming en koeling van curven uitgezet voor enkele deeltjes gesynthetiseerd bij verschillende debieten. Door het verhitten van het deeltje van kamertemperatuur, de vloeibaar kristallijne volgorde - aanvankelijk - teruggebracht voor een beetje, wat resulteert in een kleine misvorming van het deeltje. Dicht bij de fase overgang temperatuur, alle oriëntatie is echter plotseling verloren en het deeltje toont een sterke rek alleen door verwarming van het voor een paar graden. Door het deeltje afkoeling, een hysteresis kan worden waargenomen, en de oorspronkelijke shape is verkregen. Dit proces is omkeerbaar over vele bediening cycli, zoals weergegeven in Figuur 4b.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57715/57715fig1.jpg"> Figuur 1 : Microfluidic opstellingen. (een) de algemene setup bevat drie spuiten, waarin de hydraulische siliconenolie (1), het waterige monomeer mengsel (3), en de continue fase siliconenolie (4). Het mengsel van vloeibare kristallijnen monomeer (2) wordt geplaatst in het waterbad (5) bij 363 K, die de vloeibare kristallen aan de isotrope staat warmt. De druppel de polymerisatie is gestart op de verwarmingsplaat (6) bij 338 K in de nematic van de vloeibare kristallen door UV-bestraling (7). (De installatie van één deeltje is gelijk aan de algemene instellingen, maar mist het tweede capillair, spuit (3) en de tweede t-splitsing). (b) dit paneel toont een opstelling met twee haarvaten naast elkaar met elkaar, waardoor de vorming van de druppel Janus. (c) de kern-shell setup is samengesteld uit een capillair die in een bredere tweede capillair is telescoped. <a href="/files/ftp_upload/57715/57715fig1large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57715/57715fig2.jpg"> Figuur 2: vertegenwoordiger deeltjes, verkregen in de microfluidic één deeltje setup. (een) dit paneel toont een beeld van de microscopie van monodispers LCE deeltjes voorbereid in de microfluidic één deeltje setup. Schaal bar = 200 µm. (b) dit paneel toont de afhankelijkheid van de deeltjes diameter ten aanzien van de verhouding van de olie de stroomsnelheid (Qc) aan het monomeer mengsel van debiet (Qd). De grootte van de deeltjes die verkregen is alleen afhankelijk van de verhouding van de snelheid van beide fasen en niet op hun absolute waarden. (Dit cijfer is gewijzigd van Ohm, Fleischmann, Kraus, Serra en Zentel1 en Ohm, Serra en Zentel41.) <a href="/files/ftp_upload/57715/57715fig2large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57715/57715fig3.jpg"> Figuur 3 : Optische microscopie beelden van vier verschillende deeltje morphologies in de nematic staat (op 353 K) en na de faseovergang in de isotrope staat (bij 413 K). Deze panelen tonen (een) het rek van een oblate-vormige LCE deeltje (concentrische directeur veld), (b) de samentrekking van een staafvormige gevormde LCE-deeltje (bipolaire directeur veld), (c) de rek voor een oblate-vormige core-shell deeltje, en (d) de samentrekking van een prolate-vormige Janus deeltje (deel links: LCE, recht deel: acrylamide hydrogel). Schaal bars = 100 µm. <a href="/files/ftp_upload/57715/57715fig3large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a> 
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57715/57715fig4.jpg"> Figuur 4 : Actuation eigenschappen van representatieve enkele deeltjes. (een) dit paneel toont de verwarming en koeling van de curven van LCE deeltjes in de setup van één deeltje microfluidic bij verschillende debieten voorbereid voor de continue fase. De deeltjes voorbereid op het hoogste debiet Toon de sterkste bediening (ongeveer 70%) en beide curven vormen een hysteresis, respectievelijk. (b) Dit is een complot van 10 bediening cycli van LCE deeltjes tonen geen daling van hun bediening via het nummer van de cyclus. Dit bewijst dat de deeltjes kruisverwijzende en de bediening volledig omkeerbaar is. Opmerking: Deze grafiek voor een deeltje gemaakt van een systeem van main-keten LCE was getekend maar ziet er hetzelfde uit voor de LCE-systeem dat wordt gebruikt in dit artikel. (Dit cijfer is gewijzigd van Ohm, Serra en Zentel41.) <a href="/files/ftp_upload/57715/57715fig4large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>

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

Microfluidic Preparation of Liquid Crystalline Elastomer Actuators

Microfluidic voorbereiding van vloeibaar kristallijne elastomeer actuatoren

Dit artikel beschrijft het proces van de microfluidic en de parameters te bereiden geregelde deeltjes uit vloeibaar kristallijne elastomeren. Dit proces maakt de voorbereiding van de bedieningsrichting deeltjes en de variatie van de grootte en de vorm (van oblate te sterk prolate, kern-shell, en Janus morphologies) evenals de omvang van de bediening.

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

Isolatie en bereiding van bacteriële celwanden voor compositorische analyse door Ultra Performance Liquid Chromatography

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

Productie van drie-dimensionaal Microgestructureerde Nanocomposieten door Microfluidic Infiltratie

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

Synthese en afschilfering van discotische zirkonium Fosfaten om colloïdale vloeibare kristallen te verkrijgen

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

Synthese programmeerbare hoofdketen Vloeibaar-kristallijne Elastomers Met een tweetraps thiol-acrylaat Reaction

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 - Clear Inheems Gel-uitgewassen vloeibare fractie Entrapment 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

Microfluidic droog-spinnen en karakterisering van geregenereerde zijde Fibroin vezels

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

Vloeistof-cel transmissie-elektronenmicroscopie voor Tracking zelf-assemblage van nanodeeltjes

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

Nieuwe technieken voor het observeren van structurele dynamica van Photoresponsive vloeibare kristallen

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

Een elektrochemische Cholesteric vloeibaar kristallijne apparaat voor snelle en Low-Voltage kleur modulatie

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

Bereiding van met grafeen ondersteunde Microwell vloeistof cellen voor in-situ transmissie elektronenmicroscopie

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