Name: drawing and hydrophobicity-patterning long polydimethylsiloxane silicone filaments
Uploaded: 2019-01-07T14:00:00
Duration: 7 min 56 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Drawing and Hydrophobicity-patterning Long Polydimethylsiloxane Silicone Filaments at JoVE.com

המחברים להכיר בהכרת תודה תובנה וסיוע קוק. W, S. J. ס' רובין, ג'יי Zehner, Barraugh ג, ג פוקושימה, מסיה מאליגן, מ Keckley, א Bosshardt ו תמיכה כספית קרן גבעות רוז, ג'ונסון הקיץ תלמיד מחקר גרנט.  המחברים גם להכיר עבודה ראשונית על צמיגות כאמצעי מעקב סיליקון פלמור של התלמידים מתקדמים מעבדה בכימיה (סתיו 2017).

1. PDMS חוטים
<ol><li>הרכבה הכבשן, שחול<ol>
<li>לצרף מ"מ 1.59 בטמפרטורה גבוהה בקוטר פנימי סיליקון גומי צינורות אספקת אוויר הבית דרך שסתום מדידה (ראה איור 1). חבר את הקצה השני של הצנרת מתאם ההבלטה המורכב נדן מסביב ברדיוס מ מ 1.08 הפתיחה, אשר יפיקו כלפי מטה זרימת אוויר קבועה סביב חוט הלהט (למשל, נדן פליז במכונה מותאם אישית-זרם האוויר של 1.4 L/min ; ראה איור משלים 1 מפרט). הערה: רצוי לייצר חוטים בסביבת זרימת אויר מופחתת עם מטף לכיבוי אש בקרבת מקום.</li>
		<li>לכסות את המשטח מתחת תנור שפופרת גליל קרמיקה (למשל., הקוטר הפנימי 17 מ"מ, 107.7 מ מ אורך) בנייר כסף כדי ללכוד כל עודף PDMS.</li>
		<li>לטעון את מתאם ההבלטה מעל הכבשן צינור אנכי, מרכוז הפתח אל התנור ואיזון בכבשן אז יעברו הסיב.</li>
		<li>להתחבר. המתקן ההבלטה מתאם באמצעות בטמפרטורה גבוהה סיליקון גומי למחצה לנקות את הצנרת.</li>
		<li>מחממים את התנור עד הטמפרטורה הפנימית היא כ 250 ° C, כפי שהיא נמדדת על ידי מד חום אינפרא אדום, באמצעות שנאי משתנה כדי לווסת את הטמפרטורה.</li>
		<li>להזיז את הכבשן החוצה מתחת מתאם ההבלטה כך המתאם שחול לא לחמם לפני פילמנט הייצור.</li>
	</ol>
</li>
	<li>PDMS חלקית מראש ריפוי<ol>
<li>מחממים צינור מדגם חד פעמיות כדי 65.0 מעלות צלזיוס מד צמיגות עם בקרת טמפרטורה. להשתמש מד צמיגות המתאים פלך, כך ניתן למדוד צמיגויות בטווח של 200-10000 mPa·s.</li>
		<li>ביסודיות לערבב 18.0 g של PDMS הבסיס עם 1.8 g של הסוכן שלה בריפוי בסירה שוקלים, מניחים את התערובת desiccator ואקום בטמפרטורת החדר (RT) למשך 15 דקות, או עד אין בועות להישאר. לפרוק את desiccator מדי פעם כדי פופ הבועות קרוב לפני השטח. הערה: התזמון הבאות ההנחה היא השימוש PDMS הבסיס, ריפוי הסוכן שמצוין בטבלה של חומרים.</li>
		<li>שופכים 17.7 גר' התערובת לתוך הצינור מדגם טרופה על השיש (קצת אובד המסוכן לסירה שוקלים). הכנס מחדש את הצינור מדגם מד צמיגות.</li>
		<li>לקחת מידות צמיגות פעם לדקה, מחזיק את מד צמיגות מסתובב לאט (5 סל ד).</li>
		<li>צמיגות מגיע ל 4000 mPa·s, הסר את הצינור מדגם עם צבת, ומיד שופכים לתוך המתקן בטמפרטורת החדר. לייצר חוטים בחלון זמן שמתחיל כ- 4.5 דקות מן החום להסרת נמשך דקה 4 עוקבות.</li>
	</ol>
</li>
	<li>הבלטת ממד PDMS על טופס חוטים<ol>
<li>בזמן השהיה, ודא התנור ב 250 מעלות צלזיוס באמצעות מד חום אינפרא אדום.</li>
		<li>כ 4 דקות לאחר הסרת ברכבת התחתית הדגימה מד צמיגות, להזיז את הכבשן בחזרה מתחת המתאם ההבלטה ויישר את המחט הפנימי של המתאם ההבלטה עם החימום צינור באמצעות כפפה חסיני חום.</li>
		<li>מעת לעת לסובב את הבורג על המתקן, ומאפשר של זרם קבוע של PDMS לטפטף דרך הכבשן. הערה: אם טיפות יוצרים במקום חוטים, חכה 30 s עבור לקדם ריפוי RT ונסה שוב. פיתול קבוע דוחף את PDMS דרך בכבשן מהר מדי. באופן כללי, התלקחויות קטנות יכולות להיות מטופלות על ידי ביטול החימום באמצעות מקל הלא מוליך מכך כל PDMS בנוי מן הכבשן. התראה: אם PDMS נוטפת לתוך קירות או העליון של הכבשן, יש האפשרות של לך התלקחות.</li>
		<li>ברגע הנחל PDMS מתחיל דק, טוויסט. המתקן חצי-המהפכה נוספים. בכל ניסוי יש מהפכות על 16 באמצעות המתקן נתון.</li>
		<li>לאסוף את חוטים על מקלות עץ מתחת בכבשן לאחר כל טוויסט ולהניח אותן על פני לוחות עץ לסיים ריפוי במשך כ 12 שעות.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. תכנים משטחי PDMS חוטים עם הפרשות Corona מבוקר-מחשב
<ol><li>מערכת בקרת שבשליטת Arduino פילמנט מיצוב והפטר קורונה: להרכיב את המנוע stepper שבשליטת המיקרו-מעבד של פתוח Arduino שמושכת את הסיב תחת התקן corona פריקה לכל חיווט דיאגרמה ב- הדו ח המשלים חומרים. להעלות את התוכנה קוד מותאם אישית Arduino את החומרים משלימה המערכת.</li>
	<li>תכנים פילמנט משטח עם המכשיר<ol>
<li>התבנית הרצויה להזין קוד ("דפוס" מערך) ולהעלות Arduino באמצעות כבל USB.</li>
		<li>לשטוף עם נימה כבושה עם 1% נתרן גופרתי dodecyl ולשטוף עם מים טהורים מוגזמת. יבש את הסיב באוויר.</li>
		<li>המקום הלהט ב לוח שאינו-ניצוח עם לגזור את (למשל., אקריליק בחיתוך לייזר, ראה איור משלים 3A) המאפשר את הסיב להיות מושעים באוויר. השתמש סרט הדבקה דו-צדדי כדי לאבטח את הקצוות של חוט הלהט לחדר המתים.</li>
		<li>מקום המתים בקופסה מאוורר corona הפרשות בין רצועות אקרילי ולהבטיח כי היא רמה. מניחים על לוח מתכת משותק תחת אקריליק, יישור את הסיב לאורך הקצה של לוח מתכת.</li>
		<li>מקום האלקטרודה corona פריקה (למשל, טיפ אלקטרודה האביב) כ- 3 מ מ מעל חוט הלהט וחבר את פרירים corona לשקע שבשליטת Arduino.</li>
		<li>לקשור את קו הלא מוליך מעגלי לגזור את שולחן הניתוחים אקרילי. דבקים בצד השני של הקו stepper שבשליטת Arduino מנוע (ראה איור משלים 3BC).</li>
		<li>לחץ על הלחצן במעגל Arduino להתחיל המתבנת עם הקוד מתוכנתים. קורונה פריקה הוא המיוצר על ידי נמוך הנוכחי 4.5 מגה-הרץ חשמלי שדה עם מתח של 10-40 kV שמשנה את פני השטח של PDMS כדי להפוך אותם הידרופילית. התראה: הזרם נמוך, אבל המכשיר מייצר האוזון קרינת UV באוויר. רצוי להשתמש בו בשכונה fume, מאחורי מגן אקרילי פרקו.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol>
	<li>Bossi, M. L., Daraio, M. E., Aramend&#305;&#769;a, P. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Luminescence+quenching+of+Ru+(II)+complexes+in+polydimethylsiloxane+sensors+for+oxygen.">Luminescence quenching of Ru (II) complexes in polydimethylsiloxane sensors for oxygen.</a> Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry. 120 (1), 15-21 (1999).</li><li>Toepke, M. W., Beebe, 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=PDMS+absorption+of+small+molecules+and+consequences+in+microfluidic+applications.">PDMS absorption of small molecules and consequences in microfluidic applications.</a> Lab on a Chip. 6 (12), 1484-1486 (2006).</li><li>Haubert, K., Drier, T., Beebe, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=PDMS+bonding+by+means+of+a+portable,+low-cost+corona+system.">PDMS bonding by means of a portable, low-cost corona system.</a> Lab on a Chip. 6 (12), 1548-1549 (2006).</li><li>Bhattacharya, S., Datta, A., Berg, J. M., Gangopadhyay, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Studies+on+surface+wettability+of+poly+(dimethyl)+siloxane+(PDMS)+and+glass+under+oxygen-plasma+treatment+and+correlation+with+bond+strength.">Studies on surface wettability of poly (dimethyl) siloxane (PDMS) and glass under oxygen-plasma treatment and correlation with bond strength.</a> Journal of Microelectromechanical Systems. 14 (3), 590-597 (2005).</li><li>Efimenko, K., Wallace, W. E., Genzer, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface+modification+of+Sylgard-184+poly+(dimethyl+siloxane)+networks+by+ultraviolet+and+ultraviolet/ozone+treatment.">Surface modification of Sylgard-184 poly (dimethyl siloxane) networks by ultraviolet and ultraviolet/ozone treatment.</a> Journal of Colloid and Interface Science. 254 (2), 306-315 (2002).</li><li>Johnston, I. D., McCluskey, D. K., Tan, C., Tracey, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanical+characterization+of+bulk+Sylgard+184+for+microfluidics+and+microengineering.">Mechanical characterization of bulk Sylgard 184 for microfluidics and microengineering.</a> Journal of Micromechanics and Microengineering. 24 (3), 035017 (2014).</li><li>Xue, R., Behera, P., Xu, J., Viapiano, M. S., Lannutti, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Polydimethylsiloxane+core&#8211;polycaprolactone+shell+nanofibers+as+biocompatible,+real-time+oxygen+sensors.">Polydimethylsiloxane core&#8211;polycaprolactone shell nanofibers as biocompatible, real-time oxygen sensors.</a> Sensors and Actuators B: Chemical. 192, 697-707 (2014).</li><li>Kiessling, R., 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=Gravity-Drawn+Silicone+Filaments:+Production,+Characterization,+and+Wormlike+Chain+Dynamics.">Gravity-Drawn Silicone Filaments: Production, Characterization, and Wormlike Chain Dynamics.</a> ACS Applied Materials &amp; Interfaces. 9 (46), 39916-39920 (2017).</li><li>Roca-Cusachs, P., 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=Stability+of+microfabricated+high+aspect+ratio+structures+in+poly+(dimethylsiloxane).">Stability of microfabricated high aspect ratio structures in poly (dimethylsiloxane).</a> Langmuir. 21 (12), 5542-5548 (2005).</li><li>Yang, 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=Electrospinning+of+poly+(dimethylsiloxane)/poly+(methyl+methacrylate)+nanofibrous+membrane:+Fabrication+and+application+in+protein+microarrays.">Electrospinning of poly (dimethylsiloxane)/poly (methyl methacrylate) nanofibrous membrane: Fabrication and application in protein microarrays.</a> Biomacromolecules. 10 (12), 3335-3340 (2009).</li><li>Niu, H., Wang, H., Zhou, H., Lin, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrafine+PDMS+fibers:+preparation+from+in+situ+curing-electrospinning+and+mechanical+characterization.">Ultrafine PDMS fibers: preparation from in situ curing-electrospinning and mechanical characterization.</a> Rsc Advances. 4 (23), 11782-11787 (2014).</li><li>Ramakrishna, 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=Electrospun+nanofibers:+solving+global+issues.">Electrospun nanofibers: solving global issues.</a> Materials Today. 9 (3), 40-50 (2006).</li><li>Blyler, L. L., Gieniewski, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Melt+spinning+and+draw+resonance+studies+on+a+poly+(&#945;&#8208;methyl+styrene/silicone)+block+copolymer.">Melt spinning and draw resonance studies on a poly (&#945;&#8208;methyl styrene/silicone) block copolymer.</a> Polymer Engineering &amp; Science. 20 (2), 140-148 (1980).</li><li>Carroll, B. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+accurate+measurement+of+contact+angle,+phase+contact+areas,+drop+volume,+and+Laplace+excess+pressure+in+drop-on-fiber+systems.">The accurate measurement of contact angle, phase contact areas, drop volume, and Laplace excess pressure in drop-on-fiber systems.</a> Journal of Colloid and Interface Science. 57 (3), 488-495 (1976).</li><li>Eaton, J. W., Bateman, D., Hauber, S., Wehbring, 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> GNU Octave version 4.2.2 manual: a high-level interactive language for numerical computations. , (2018).</li><li>Ziabicki, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Fundamentals of fibre formation: the science of fibre spinning and drawing. , (1976).</li><li>Haji, K., Zhu, Y., Otsubo, M., Honda, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface+modification+of+silicone+rubber+after+corona+exposure.">Surface modification of silicone rubber after corona exposure.</a> Plasma Processes and Polymers. 4 (S1), S1080 (2007).</li></ol>

המחברים אין לחשוף.

הבסיס של שיטה זו? מנצל את תכונות חומר של ריפוי PDMS ולכן הם מתאימים עבור הכבידה ציור. כוח המשיכה טיפות הציור לתוך חוטים יציב נשלטת על ידי שלושה פרמטרים שהוא16. הם מתייחסים אינרציה של ה-droplet יחסית הכבידה (פראוד), מתח (וובר), צמיגות (ריינולדס). השלב הקריטי של crosslinking PDMS עד שזה השפעול עדויות סיומת יציבה לפי השיטה שלנו באופן משמעותי ביותר משנה שלה מספר ריינולדס, לצמצם אותו לפי יותר בסדר גודל, מ 0.83 ל 0.07. לעומת זאת, השינוי הגדול ביותר הבא באחד הפרמטרים האחרים שהוא הוא המספר וובר, שמכפילה בלבד. זה תומך בשימוש של צמיגות כמדד רגיש למעקב אחר PDMS spinnability.
שיפור קריטי על שיטת ייצור קודמות שלנו הלהט הוא כי הפרופיל צמיגות במהלך הפרוטוקול משמש כדי לקבוע זמני עבודה ניסויית. כדי לקבוע את המגבלות של הטכניקה, אנו מראש נרפא אוסף של PDMS לפי הפרוטוקול, להסירו מהאש ולקחו צמיגות מדידות בטמפרטורת החדר כמו PDMS המשך cross-linking. הפרופיל צמיגות וכתוצאה מכך (איור 4) עולה כי החלון עבור spinnability מורחב באופן דרמטי על-ידי הסרת PDMS את מד צמיגות 65 מעלות צלזיוס מחומם. פרוטוקול שלנו כרוך הסרת PDMS לפני הזנת החלון spinnability, ולאחר מכן ומאפשר המדגם להמשיך crosslinking למשך כ- 4.5 דקות כפי שהוא מתקרר לטמפרטורת החדר. לאחר מכן, הנסיין יש כ 4 דקות לשלוף. אותה לפני crosslinking שוטף מעבד את PDMS כבר לא drawable.
השיטה כפי שמוצג בקלות מייצר חוטים עם קטרים גודל 100 s של מיקרומטר, אורכי הסדר 0.5 m. האורך פילמנט מוגבל על-ידי נגיש שטח מתחת ההבלטה שפופרת הכבשן. שינוי סביר של הטכניקה יהיה להתקין אותו בארובה יותר לייצר חוטים ארוכים יותר. שינוי זה עדיין לא עסקנו מכנית מושך חוטים במקום להסתמך על ירידה כוח המשיכה, אשר תניב חוטים דקים.
שלב קריטי כדי hydrophobically תכנים את הסיב הוא חשיפה corona פריקה בתנאי הסביבה. זה מציג כמה עמימות, כפי הצורה/האינטנסיביות של השחרור מושפע תנאי הסביבה, מוליכות מקומיים. ניתן לכוונן לפי מהצבת מנצחים מוארק תחת הלהט, כמו גם התאמת את המתח של המכשיר קורונה (10-40 kV). המנגנון של קורונה השטח-השינוי הוא העברת האנרגיה של אלקטרונים סביר lysing את שרשראות צד PDMS ואת עמוד השדרה. לשבור חוב אלו, אלקטרונים צריך פחות אנרגיה מאשר הממוצע האנרגיה הדרושה להפקת חומר דיאלקטרי-מכשול פריקה17. לפיכך, פריקה הנצפה שאופפת את הסיב סביר לייצר את השינוי משטח והוא יכול להיות בקלות נבדק באמצעות מדידות זווית מגע של מים droplet.
שיטה זו מאפשרת ייצור יחסית נתיישב סיליקון PDMS חוטים ו הבאים המתבנת הידרופוביות מורכבים. המטרה הראשונית היא לייצר מערכת foldamer מודל שבו ניתן לעצב תבניות הידרופובי לייצר מסלולים מתקפלים פילמנט הנצפה ומבנים מקופל. Testbed הזה עשוי לספק כללי עיצוב להכליל הנדסה קיפול מסלולים. חוטים אלה עשויות להיות גשמי יישומים כמו חלק הידרופובי או תגובתי מבחינה כימית אורגת באמצעות הממיס נפיחות, או השימוש של תרכובות תגובתי הושעו ב PDMS גז-חדיר.

Polydimethylsiloxane (PDMS) סיליקון הוא חומר בהרחבה בשימוש עם יישומים הייצור ומחקר רבים. זה חום עמיד במים, בידוד חשמלי, הידרופוביות, גז חדיר, מזון מתאימים, מסתיימים, וגמיש עם יחס פואסון כמעט אידיאלית. בנוסף, הוא יכול בקלות לשמש כמארח של מולקולות פונקציונליים שונים, הוסיף לפני או אחרי ריפוי1,2. פני השטח שלו הוא ברצון לשינוי על-ידי UVO, חמצן פלזמה או קורונה הפרשות כדי להחליף בין hydrophobicity שלה לבין זירוז עצמי-אדהזיה3,לטווח קצר4,5. בפרט, זה שימש גם מיקרופלואידיקה6.
חוטים של PDMS שימושיים בעיקר בהפקת שוזרת גבוה פני-שטח סיליקון, סיליקון סיבים חיישנים7וחומרים מבוססי סיליקון הייצור מוספים (הדפסת תלת-ממד). במעבדות שלנו, אנו משתמשים בדוגמת hydrophobically חוטים של PDMS כפלטפורמה ללמוד קיפול. הצוות לימודי סטטיסטיקה הסתגלותי של הלהט ב סביבה מימית באמצעות עירור אקוסטית athermal, מערכת הדמיה דיווח בעבר8.
יוצרים חוטים יחסי גבוה של PDMS דרך מסורתית טופס הליהוק הוא מאתגר. חוטים יש גדול יחסי נפח באיזור פני השטח, אשר מסבך את שחרור תבניות9. החוקרים היו הצלחה לנדן PDMS עם מנשא פולימרים עבור electrospinning רציף לתוך ננו חוטים10,11,12, למרות שנוצר הזירים לא PDMS טהור.
השיטה הדומיננטית ייצור כדי לייצר חוטים macroscale מחומרים אחרים כרוך ב"משיכת נוזל צמיגה של מאגר דרך נקבובית. בדרך כלל, הנוזל צמיגה הוא תרמופלסטיים או זכוכית כי הוא נוזל בטמפרטורות גבוהות אגירה, מתקרר לתוך פילמנט מוצק (לעיתים קרובות אמורפי) כפי הם נשאבים דרך ארובה. תהליך זה מכונה לעתים נמסים ספינינג, וזה תואם ל- PDMS כי PDMS לא מוצג נזילות לטווח ארוך-נמס. בלוק פולימרים שיתוף של סיליקון, alpha-methyl styrene הוכחו לייצר חוטים דרך להמיס ספינינג, אבל שוב, וכתוצאה מכך הזירים לא טהור PDMS13.
השיטה שאנו מכינים כאן הוא נמס-ספינינג, מלבד הטמפרטורה היחסית של המאגר, ארובה מוחלפות. PDMS הוא נוזל מאגר בטמפרטורת החדר, כמו זה טרם השלימה cross-linking. צמיגות של PDMS משתנה כמו crosslinks שמן סיליקון עם סוכן ריפוי, תהליך זה יכול להיות מואץ תרמית. לפני הנחתו בתוך המאגר, אנחנו מחממים את PDMS ריפוי עד שהוא מגיע צמיגות מתאים כוח משיכה רב-טיפות, אז התרופה זה פוסט-לטפטף באמצעות תנור חם צינור בארובה. הגישה היא דומה במקצת "יבש-ספינינג", בפולימרים אילו הם מומס ממסים נדיפים זה להתאדות במהלך ציור.
הידע שלנו, היא השיטה היחידה שדווחה של ייצור חוטים ארוכים של PDMS טהור הפרסום הקודם שלנו8 . השיטה הציג כאן היא שיפור משמעותי על הגישה המקורית, עם כוונה למזער את האומנות של התהליך. בעיקר, על ידי מדידת צמיגות במהלך שלב טרום ריפוי ואת התזמון לרמתו תקופות, אנחנו יכולים לדווח על חלון נגיש השפעול של הלהט spinnability. אנחנו מוסיפים גם אמצעי לייצר שינויים פני הדיר, המותאמות לשפות אחרות על פילמנט דרך Arduino שבשליטת בקורונה תכנים למערכת, הפעלת האורך הידרופוביות המתבנת לאורך חוט הלהט.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>2 part PDMS Silicone</td>
			<td>Dow Corning Sylgard 184</td>
			<td>4019862</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thermosel</td>
			<td>Brookfield</td>
			<td>HT-110 115, HT-115A DP</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>viscometer</td>
			<td>Brookfield</td>
			<td>RVT115</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Disposible sample chamber</td>
			<td>Brookfield</td>
			<td>HT-2DB-100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Disposible spindle</td>
			<td>Brookfield</td>
			<td>SC4-27D-100, SC4-DSY</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Extruder</td>
			<td>Makin&#39;s</td>
			<td>35055</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High-temperature silicone tubing</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td>51135K16</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cylindrical Tube heater (Ceramic)</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Ours is a custom: 17.0 mm inner diameter, 38.7 mm outer diameter, 107.7 mm length, 150 Ohm. Companies include Watlow and Omega. Critical design considerations: smaller inner diameters will require better furnace-filament alignment, longer tubes should also be sufficient.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Variable Transformer for heater</td>
			<td>Variac</td>
			<td>3PN1010</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Metering valve</td>
			<td>Swagelok</td>
			<td>SS-2MA1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Corona Discharge Device</td>
			<td>Electro-Technic</td>
			<td>BD20A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Arduino Kit</td>
			<td>Elegoo</td>
			<td>EL-KIT-003</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nylon Fishing Line</td>
			<td>EoongSng</td>
			<td>B075DYVC3F</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pasta Drying Rack</td>
			<td>Norpro</td>
			<td>B00004UE7U</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Infrared thermometer</td>
			<td>Nubee</td>
			<td>81175535214</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Flatbed scanner</td>
			<td>Canon</td>
			<td>CanoScan 9000F MKII</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

drawing and hydrophobicity-patterning long polydimethylsiloxane silicone filaments

סיליקון Polydimethylsiloxane (PDMS) הוא פולימר רב-תכליתי זה לא יכול להיווצר בקלות לתוך חוטים ארוכים. מסתובבים מסורתיים שיטות להיכשל, מאחר PDMS לא מוצג נזילות לטווח ארוך-נמס. אנחנו מציגים שיטה משופרת כדי לייצר חוטים של PDMS על ידי פרופיל הטמפרטורה המדורג של הפולימר כמו זה cross-links של נוזל אלסטומר. על-ידי ניטור צמיגות חמים בטמפרטורה שלו, אנו מעריכים את חלון הזמן כאשר תכונותיו גשמי amendable לציור לתוך חוטים ארוכים. חוטים עוברים תנור בטמפרטורה גבוהה צינור, לרפא אותם מספיק כדי להיות נקצרו. חוטים אלה הן הסדר של מיקרון מאות, עשרות ס מ אורך, חוטים ארוכים ודקים אפילו אפשריים. חוטים אלה שומרים על תכונות חומרים של צובר PDMS, כולל hydrophobicity להחלפה רבות. נדגים יכולת זו עם שיטת המתבנת קורונה אוטומטיות-פריקה. אלה חוטים סיליקון PDMS patternable יש שימושים סיליקון אריגים, רכיבים חיישן הגז-חדיר, דגם microscale foldamers.

השיטה (איור 1) בהצלחה מייצרת חוטים כ 200 מיקרומטר קוטר (איור 2), באורכים משתנים גודל 10 ס מ. ארוכים חוטים יכול להיות מיוצר על ידי העלאת את המנגנון הציור, ואת הלהט ממוצע קטרים יכול להשתנות בין 50-300 מיקרומטר לכל הפעלה. זיריהם גמיש וחזק, שלהם מודול האלסטיות הוא להשוות בצובר PDMS8. פרוטוקול זה, זמן העבודה מראש לרפא את PDMS בין ציור של חוטים הוא נוח מספיק זמן עבור הובלת החומר (איור 3).
Hydrophobicity תכנים דרך שהשחרור corona ניתן לאמת באמצעות droplet זוויות. ניתוח זווית מגע היא מסובכת בשל צורת גליל חוט הלהט; טיפות יכולים ליצור צורת חבית סימטרית או צורה סימטרית מעטפת14. עבור חוטים שלנו, באמצעות 1 µL מים טיפות, אלה שתי צורות מתאימות שטופלו corona משטחים הידרופיליות, לא מטופל PDMS הידרופוביות, בהתאמה (איור 4).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58826/58826fig1.jpg"> איור 1: סכימטי של שיטת ייצור נימה. Degassed, PDMS cross-linking מחומם ב 65 ° C עד צמיגות שלה מגיע ל 4000 mPa·s. ואז מקורר, הועבר extruder שדוחפת את החומר דרך פתח כלפי מטה אוויר-זרימה-בנדן, אז דרך כור צינור לפני שנקטפו כמו חוטים. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58826/58826fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58826/58826fig2.jpg"> איור 2: היסטוגרמה של נימה רוחבי של הפגנה של השיטה. רוחב הם לכל ס מ של פילמנט מעל 6 חוטים, אורכו הכולל היה כ 80 ס מ. חוטים היו סרק על ידי סורק משטח הסורק, נותחו על ידי קבצי script מותאמים אישית של אוקטבה15. שיבוץ: תמונת הנציגה של פילמנט מורחבת לצד סרגל. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58826/58826fig2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58826/58826fig3.jpg"> איור 3: צמיגות PDMS vs. זמן. צמיגות מדידות (ב 5 סל ד) של degassed PDMS הבסיס, ריפוי סוכן כפונקציה של הזמן, עם פרופילי טמפרטורה שונות. חימום רציף (אפור יהלומים) הוא 65 ° C, הוכחת לעלייה מהירה של צמיגות. נקודות נתונים שחור הינם 65 ° C, לפני הסרת לטמפרטורת החדר צמיגות מגיע ל 4000 mPa·s לפי השיטה הנ. נקודות נתונים אדומים מייצגים צמיגות של המדגם אותו לאחר קירור ל 25 מעלות צלזיוס. הפער בתביעות הממוצעות מתרחשת בזמן מד צמיגות היא להיות מקורר עד 25 ° C עם זרימת מים קרח. חלון ציאן הוא זמן כאשר ייצור פילמנט מתרחש לפי השיטה. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58826/58826fig3large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58826/58826fig4.jpg"> איור 4: נימה בדוגמת Hydrophobically. (א) נימה היה בדוגמת עם דפוס hydrophobicity לסירוגין, כל ס מ 2, באמצעות השיטה Arduino מבוקר-קורונה שתוארו לעיל, דמיינו µL 1, טיפות מים. (ב) טיפות לאמץ מעטפת (משמאל) או קונפורמציה חבית (מימין) בהתאם hydrophobicity המקומי של הלהט14. מעטפת זוויות מוערך ישירות, ואילו זוויות שוות מישורי-הערך על חבית-טיפות נקבעים על ידי התאמה פתרון אנליטי8. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58826/58826fig4large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Supplemental Figure 1" src="/files/ftp_upload/58826/58826figS1.jpg"> משלימה איור 1: ממדי ההבלטה מתאם עם זרימת אוויר נדן. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58826/58826figS1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Supplemental Figure 2" src="/files/ftp_upload/58826/58826figS2.jpg"> משלימה איור 2: חיווט תרשים עבור Corona patterner. הפרשות corona המכשיר מחובר מקור הכוח אוביקטיביות. חוט הלהט טעון במגש המחוברים על ידי חוט שאינו מוליכי המנוע stepper דרך זה פלך (משלימה איור 3). התבנית מועלה אל המיקרו Arduino על בפינה השמאלית התחתונה. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58826/58826figS2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Supplemental Figure 3" src="/files/ftp_upload/58826/58826figS3.jpg"> משלימה איור 3: סכימטי של חלקים עבור נימה patterner. (א) מגש עם פתיחה איפה הלהט הוא מושעה. (ב) ציר לחוט nonconducting מתחבר המנוע stepper המגש דרך החור 0.8 ס מ. (ג) התחתון מבט בכישור, מציג למתאם הפיר מנועים stepper. אנחנו מפוברק כל החלקים של אקריליק בחיתוך לייזר 3.2 מ מ, אשר היה מודבקות יחד בעת הצורך. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58826/58826figS3large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Supplemental Figure 4" src="/files/ftp_upload/58826/58826figS4.jpg"> משלימה באיור 4: התמונה של patterner הלהט. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58826/58826figS4large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Drawing and Hydrophobicity-patterning Long Polydimethylsiloxane Silicone Filaments at JoVE.com

Drawing and Hydrophobicity-patterning Long Polydimethylsiloxane Silicone Filaments

כאן, אנו מציגים פרוטוקול להפקת חוטים ארוכים של סיליקון polydimethylsiloxane (PDMS) על-ידי כוח הכבידה-ציור באמצעות תנור. חוטים הסדר של מיקרון מאות, עשרות ס מ אורך והם hydrophobically patternable באמצעות מערכת פריקה corona שבשליטת Arduino.

ציור, Hydrophobicity-המתבנת הרבה חוטים Polydimethylsiloxane סיליקון

Polydimethylsiloxane (PDMS) silicone is a versatile polymer that cannot readily be formed into long filaments. Traditional spinning methods fail because ...

Polydimethylsiloxane הוא חומר רב-תכליתי שלא ניתן היה להפוך אותו לתריסים ארוכים עד כה. בעוד סיליקון תריסים עשויים להיות יישומים אריגה או ייצור תוסף, אנו מעוניינים במיוחד בהם כמו foldamer מודל. ייצור מדרגי מופעל על ידי ציור כבר ריפוי סיליקון דרך תנור צינור.אנו גם מדגימים דרך לשנות את פני השטח של תריסי הסיליקון באמצעות משחרר קורונה מבוקר מחשב. תזמון בהליך זה הוא חיוני כי הפולימר הוא ריפוי ברציפות. שמור על שעון חם בקרבת מקום, והיה מוכן לשלב הבא מראש.ללא הדגמה חזותית, התהליך הדינמי של יצירת תריסים לא היה מתרבה בקלות. התהליך כרוך במספר שלבים רגישים לזמן הדורשים ממך להסתגל לתנאים מתפתחים. כדי להתחיל, לחבר 1/8 אינץ' קוטר פנימי צינורות סיליקון בטמפרטורה גבוהה לאוויר דחוס דרך שסתום מדידה.חבר את הקצה השני של הצינור למתאם שאקסטרוזיה מפליז עם צמצם בקוטר 2.15 מ"מ. לאחר מכן, לתקן את תנור צינור קרמי גלילי אנכית ברדס אדים, שני מטרים מעל הרצפה של מכסה המנוע. מניחים רדיד אלומיניום מתחת לכבשן כדי לתפוס PDMS עודף במהלך הבלטה.הר את מתאם ההבלטה מעל תנור הצינור עם הצמצם מרוכז על פתח התנור. ודא כי התנור הוא לא בזווית, כך תריסים מובלטים לא ליצור קשר עם התנור. לאחר מכן, לצרף למות עם חתך עגול extruder ולהשתמש עניבת רוכסן כדי לחבר צינורות גומי סיליקון בטמפרטורה גבוהה קצת extruder.חבר את הקצה השני של הצינור למתאם ההבלטה. לכוון מדחום אינפרא אדום לכיוון התנור ולאחר מכן לחמם את התנור עד הטמפרטורה הפנימית היא כ 250 מעלות צלזיוס. לאחר מכן, להזיז את התנור מתחת למתאם ההבלטה, כך המתאם לא להתחמם לפני ייצור תריס מתחיל.לאחר מכן, להתחיל התחממות מראש צינור מדגם חד פעמי ל 65 מעלות צלזיוס ב viscometer שיכול למדוד 200 עד 10,000 מיליפסקל שניות. בדוק את היתרה, הגדר את קצב הסיבוב לחמישה סל"ד והגדר את קצב המדידה לפעם בדקה. בעוד הצינור מדגם מתחמם, לערבב 18 גרם של בסיס PDMS עם 1.8 גרם של סוכן ריפוי, בסירה שקילה.Degas תערובת PDMS ביודש ואקום בטמפרטורת החדר במשך 15 דקות, או עד שלא נשארות בועות בתערובת. מעת לעת לפרוק את desiccator לבועות פופ ליד פני השטח. לאחר מכן להסיר את הצינור מדגם שחומם מראש מן viscometer.יוצקים לתוכו את תערובת ה-PDMS המוגזת, ומכניסים את הצינור בחזרה לתוך המד הקרביים. התחל מיד את רצף המדידה. כאשר צמיגות PDMS דינמי מגיע ארבעת אלפים מיליפסקל שניות, שים לב לזמן, ולאחר מכן להשתמש צבת כדי להסיר את צינור המדגם מן viscometer.מיד לשפוך את תערובת PDMS לתוך extruder טמפרטורת החדר. אשר כי התנור הוא ב 250 מעלות צלזיוס ולחכות עד PDMS כבר מחוץ ל viscometer במשך כארבע דקות. לאחר מכן, להזיז את התנור מתחת מתאם שאקסטרואציה וליישר את המחט הפנימית של המתאם עם תנור הצינור.לסובב את בורג extruder על ידי חצי מהפכה ולהתחיל לאסוף את התסיסה על מקל עץ. כל שלוש עד חמש שניות, לסובב את extruder עוד חצי מהפכה כדי לשמור על הזרם היציב של PDMS. חלון צמיגות לציור תריסים הוא צר מאוד.אם צמיגות נמוכה מדי, המתן 30 שניות ונסה שוב. ה-PDMS ימשיך להצליב בטמפרטורת החדר. הניחו את התריסים המצוירים על פני מתלי עץ כדי לרפא.תן את תריסים לרפא בטמפרטורת החדר במשך 12 שעות כאשר סיים. כדי להתחיל בתהליך התבניות, הגדר את מכלול הדוגמאות במכסה המנוע של האדים ושלח את התבנית הרצויה למעבד המיקרו. לאחר מכן, לשטוף תריס PDMS נרפא עם 1%נתרן דודצ'יל סולפט.ולשטוף אותו ביסודיות במים טהורים במיוחד. הסר טיפות גלויות של מים עם אוויר דחוס ולתת את התכלת לסיים להתייבש באוויר הסביבה. לאחר מכן, לקשור קו דיג לא מוליך כדי לחתוך עגול מתוך מגש סיבי לא מוליך.הניחו את תריס ה-PDMS היבש מעל החלק המרכזי של המגש ואבטחו אותו במקום עם סרט דו-צדדי. מכניסים את המגש לקופסת פריקה מאווררת של קורונה ומבטיחים שהוא ישר. מניחים לוח מתכת מתחת למגש התריס כך שהתנור מיושר לאורך קצה הלוח.הר אלקטרודה פריקת קורונה כשלושה מילימטרים מעל התסיסה, ולחבר את משתחרר קורונה לבקר מיקרו. תקן את הקצה החופשי של הקו הלא מוליך ל ציר המותקן על מנוע הצעד, ומבטיח שהקו מתוח. הפעל את תוכנית בקר מיקרו כדי דפוס את התסיסה עם חלקים הידרופיליים.חוטי PDMS המיוצרים בשיטה זו היו בקוטר של כ-200 מיקרומטר ובאורך של עד 0.5 מטרים. הסרת ה- PDMS מחום לפני צמיגותו הייתה גבוהה מספיק לציור סדקים, ולתת לו לחצות קישור בטמפרטורת החדר במשך ארבע וחצי דקות, האריך את חלון הזמן שבו ניתן לסובב את הכלים לארבע דקות. ההצלחה של דפוסי הקורונה אושרה באמצעות מדידות זווית מגע טיפה.מים יצרו טיפות סימטריות בצורת חבית על ה-PDMS ההידרופילי שטופל בקורונה, ו טיפות אסימטריות בצורת קליפה על ה-PDMS ההידרופובי הלא מטופל. המפתח להליך זה הוא שאתה מתפעל את צמיגות PDMS עם זמן וטמפרטורה. צמיגות עולה עם הזמן כפי שהוא crosslinks וריפוי מאיץ בטמפרטורות גבוהות יותר.הגישה של ריפוי חלקי פולימר וציורו דרך תנור צינור, עשוי להיות מותאם פולימרים נרפא טמפרטורה אחרים. סיבי אלה גמישים מספיק כדי לאמץ קונפורמציות רבות, ואת האזורים הידרופובי לדבוק רגשית יחד במים. אנו לומדים כיצד דפוס ההידרופוביות של התבלינים משפיע על מסלולי הקיפול שלהם.PDMS יכול לטפטף על הכבשן ולייצר להבה קטנה. בזהירות ליישר את extruder עם הכבשן במהירות לנקות את כל הפסולת מן התנור עם נדוניה עץ.

Research

JoVE Journal

Engineering

Fabricating Metamaterials Using the Fiber Drawing Method

Metamaterials בודה בשיטת ציור הסיבים

Metamaterials are man-made composite materials, fabricated by assembling components much smaller than the wavelength at which they operate 1. They owe ...

Fabrication And Characterization Of Photonic Crystal Slow Light Waveguides And Cavities

ייצור ואפיון של מנחי גלים פוטוניים Crystal להאט את האור וחללים

Slow light has been one of the hot topics in the photonics community in the past decade, generating great interest both from a fundamental point of view ...

Synthesis and Microdiffraction at Extreme Pressures and Temperatures

סינתזה וMicrodiffraction בלחצים וטמפרטורות קיצוניים

High pressure compounds and polymorphs are investigated for a broad range of purposes such as determine structures and processes of deep planetary ...

Fabrication Process of Silicone-based Dielectric Elastomer Actuators

תהליך ייצור של מפעילי אלסטומר דיאלקטרי מבוסס סיליקון

This contribution demonstrates the fabrication process of dielectric elastomer transducers (DETs). DETs are stretchable capacitors consisting of an ...

Reaction Kinetics and Combustion Dynamics of I4O9 and Aluminum Mixtures

Reaction Kinetics and Combustion Dynamics of I4O9 and Aluminum Mixtures

קינטיקה התגובה ו שרפה Dynamics של לי<sub&gt; 4</sub&gt; O<sub&gt; 9</sub&gt; ותערובות אלומיניום

Tetraiodine nonoxide (I4O9) has been synthesized using a dry approach that combines elemental oxygen and iodine without the introduction of hydrated ...

One-Step Approach to Fabricating Polydimethylsiloxane Microfluidic Channels of Different Geometric Sections by Sequential Wet Etching Processes

הגישה של צעד אחד בדיית Polydimethylsiloxane Microfluidic אפיקי מקטעים גיאומטריים שונים בתהליכים רציפים איכול רטוב

Polydimethylsiloxane (PDMS) materials are substantially exploited to fabricate microfluidic devices by using soft lithography replica molding techniques. ...

Synchrotron X-ray Microdiffraction and Fluorescence Imaging of Mineral and Rock Samples

סינכרוטרון Microdiffraction רנטגן והדמיה זריחה של דגימות הסלע המינרלים

In this report, we describe a detailed procedure for acquiring and processing&#160;x-ray microfluorescence (&#956;XRF), and Laue and powder ...

Femtosecond Laser Filaments for Use in Sub-Diffraction-Limited Imaging and Remote Sensing

חוטים לייזר הפמטו-שנייה לשימוש משנה-Diffraction-מוגבלת וחישה מרחוק

Probing remote matter with laser light is a ubiquitous technique used in circumstances as diverse as laser-induced breakdown spectroscopy and barcode ...

Interactive and Visualized Online Experimentation System for Engineering Education and Research

מערכת ניסויים מקוונת אינטראקטיבית ומודמית לחינוך ומחקר הנדסי

Experimentation is crucial in engineering education. This work explores visualized experiments in online laboratories for teaching and learning and also ...

Optimizing Balloon Tag Assembly to Recover Sensor Fish and Live Fish

Balloon Tag Manufacturing Technique for Sensor Fish and Live Fish Recovery

Developing Cost-Effective and Customizable Balloon Tags for Fish Passage Studies (Video) | JoVE

טכניקת ייצור תגי בלון לשחזור דגי חיישן ודגים חיים

Fish may experience injuries and mortality when they pass through hydraulic conveyances at hydropower dams, even if these conveyances are designed to be ...