Name: drawing and hydrophobicity-patterning long polydimethylsiloxane silicone filaments
Uploaded: 2019-01-07T14:00:00
Duration: 7 min 56 s
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저자는 기꺼이 통찰력과 W. 쿡, S. J 도움을 인정합니다. S. 루빈, J. Zehner, C. Barraugh, C. 후쿠시마, M. 멀리 건, M. Keckley, A. Bosshardt, 그리고 로즈 언덕 재단과 존슨 여름 학생 연구 보조금에서 재정 지원.  저자는 또한 실리콘 중 합 화학 (가 2017) 고급 실험실의 학생에 의해 추적 하는 수단으로 점도에 예비 작업을 인정 합니다.

1. PDMS 필 라 멘 트
<ol><li>로 및 압출 조립<ol>
<li>미터링 밸브를 통해 집 공기 공급에 1.59 m m 내부 직경 높은 온도 실리콘 고무 튜브를 연결 ( 그림 1참조). 압출 어댑터, 1.08 m m 반지름 주위 칼 집의 구성 (예: 사용자 정의 가공된 황동 칼 집 약 1.4 L/분의 공기 흐름에서 필 라 멘 트 주위 꾸준한 하향 공기 흐름을 생산할 예정 이다에 튜브의 다른 쪽 끝을 연결 ; 참조 추가 그림 1 사양). 참고: 선호 근처 소화기와 공기 흐름 감소 환경에서 필 라 멘 트를 생성 합니다.</li>
		<li>원통형 세라믹 튜브로 아래 표면을 커버 (예., 17 m m 내경, 107.7 m m 길이) 모든 초과 PDMS를 잡으려고 호.</li>
		<li>로 하 여 중심 고로 필 라 멘 트를 통과할 것 이다 그래서 수평 수직 튜브로 위에 입체 어댑터를 탑재 합니다.</li>
		<li>압출 기는 압출 어댑터를 통해 고온 실리콘 고무 반 취소 튜브에 연결 합니다.</li>
		<li>내부 온도 약 250 ° C로 온도 조절 하는 가변 변압기를 사용 하 여 적외선 온도계로 측정 될 때까지 열.</li>
		<li>압출 어댑터 필 라 멘 트 생산 이전 열 하지 않는 압출 어댑터 아래에서 밖으로 이동 합니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>부분적으로 미리 치료 PDMS<ol>
<li>65.0 ° c 온도 제어와 점도 계에서 일회용 샘플 튜브를 예 열. 적절 한 점도 계 및 스핀 들을 사용 하 여 하나 200-10000 Mpa의 범위에서 점도 측정할 수 있는 그런.</li>
		<li>철저 하 게 무게 보트에는 경화제의 1.8 g 기본 PDMS의 18.0 g을 혼합 하 고 15 분 또는 아무 거품이 남아 때까지 실내 온도 (RT) 진공 desiccator에 혼합물을 놓습니다. 정기적으로 표면 근처에 있는 거품을 팝업 하 desiccator 환기. 참고: 다음 타이밍 재료의 테이블에에서 지정 된 PDMS 기본 및 경화 에이전트의 사용을 가정 합니다.</li>
		<li>(일부 무게 보트 접착 손실 됩니다) 수조에 데워 샘플 튜브에 17.7 g의 혼합물을 붓는 다. 다시는 점도 계에 샘플 튜브를 삽입 합니다.</li>
		<li>천천히 (5 rpm) 회전 점도 계를 유지 한 번 분당 점도 측정을 가져가 라.</li>
		<li>점도 4000 Mpa에 도달 하면 펜 치와 샘플 튜브를 제거 하 고 즉시 실내 온도 압출 기에 부 어. 열 제거 및 후속 4 분 동안 지속에서 약 4.5 분 시작 하는 시간 창에서 필 라 멘 트를 생성 합니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>PDMS 폼 필 라 멘 트를 압출<ol>
<li>지연 시간 동안 보일 러는 적외선 온도계를 사용 하 여 250 ° C에 확인 합니다.</li>
		<li>점도 계에서 샘플 튜브의 제거 후 약 4 분 압출 어댑터 아래 다시로 이동한 압출 어댑터의 내부 바늘 튜브로 열 안전 장갑을 사용 하 여 정렬 합니다.</li>
		<li>주기적으로 수로 통해 똑 PDMS의 꾸준한 스트림 압출 기에는 나사를 트위스트. 참고: 방울 대신 필 라 멘 트 형성, 대기 30의 RT 치료 추가 및 다시 시도 하십시오. 상수 왜곡 못 살게 굴지는 PDMS로 통해 너무 빨리. 일반적으로, 작은 플레어로 및 용광로에서 어떤 건설된 PDMS를 꺼내 려 비 전도성 막대기를 사용 하 여 처리할 수 있습니다. 주의: PDMS drips 벽 또는 보일 러의 정상에, 있다는 조명탄의 가능성.</li>
		<li>PDMS 스트림 시작 되 면 얇은, 압출 기는 추가 반-혁명을 트위스트. 각 시험 주어진된 압출 기를 사용 하 여 약 16 혁명 있다.</li>
		<li>각 트위스트 후로 아래 나무 막대기에는 필 라 멘 트를 수집 하 고 약 12 h에 대 한 치료 완료 나무 선반에 걸쳐 그들을 하다.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. 컴퓨터 제어 코로나 방전 PDMS 필 라 멘 트의 표면 패턴화
<ol><li>필 라 멘 트 위치 Arduino 제어 및 코로나 방전 제어 시스템: Supplemental 에서 코로나 방전 장치 배선 다이어그램 당 필 라 멘 트를 당긴 다 오픈 소스 Arduino 마이크로프로세서 제어 스테퍼 모터 조립 자료. 보충 자료에 사용자 지정 Arduino 코드 소프트웨어 시스템에 업로드 합니다.</li>
	<li>장치와 필 라 멘 트 표면 패턴화<ol>
<li>코드 ("패턴" 배열)에 원하는 패턴을 입력 하 고 업로드는 Arduino USB를 통해 .</li>
		<li>1% 나트륨 라우릴 황산 염으로 치료 필 라 멘 트를 세척 하 고 과도 한 순수한 물으로 린스. 건조 공기 필 라 멘 트.</li>
		<li>컷 아웃와 전기 비 전도성 석판에 장소 필 라 멘 트 (예., 레이저 컷 아크릴 보충 그림 3A참조) 허용 하는 공중에 정지 하 필 라 멘 트. 양면 테이프를 사용 하 여 슬 래 브에 필 라 멘 트의 끝을 확보.</li>
		<li>아크릴 트랙 사이 통풍이 코로나 방전 상자에서 슬 래 브를 놓고 수준 인지 확인 합니다. 아크릴, 금속 석판의 가장자리를 따라 필 라 멘 트 정렬 아래 움직이지 금속 석판을 놓습니다.</li>
		<li>코로나 방전 전극 (예를 들어, 봄 전극 팁) 약 3 m m는 필 라 멘 트 위에 놓고 코로나 방 전자 Arduino 제어 콘센트에 연결 합니다.</li>
		<li>원형 아크릴 슬 래 브에 컷 아웃에 비 전도성 라인 넥타이. Arduino 제어 스테퍼에 라인의 다른 쪽 끝을 준수 모터 ( 보충 그림 3BC참조).</li>
		<li>Arduino 회로 모방 하는 프로그램된 코드와 함께 시작 단추를 누릅니다. 코로나 방전은 친수성 렌더링 PDMS의 표면 수정 10-40 k v의 출력 전압으로 낮은 현재 4.5 MHz 전기 분야에 의해 생산. 주의: 현재 낮습니다, 하지만 오존과 자외선 공기에서를 생산 하는 장치. 가급적 이면 연기 후드, 배기 아크릴 방패 뒤에 그것을 사용 합니다.</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>

저자는 공개 없다.

이 방법의 기초 그래서 그들은 중력 그리기에 적합 PDMS를 치료의 재료 특성 조작 이다. 안정 된 필 라 멘 트에 중력 드로잉 방울 3 크기가 없는 매개 변수16적용 됩니다. 중력 (Froude), 상대적으로 작은 물방울의 관성과 관련 된 표면 장력 (웨버), 고 점도 (레이놀즈). 가교까지 실험적으로 가장 극적으로 우리의 방법 당 안정적인 확장 증거 PDMS의 중요 한 단계에 0.07 0.83에서 크기 순서, 보다 더 감소는 레이놀즈 수를 변경 합니다. 반면, 다른 크기가 없는 매개 변수 중 하나에 다음 가장 큰 변화는 단지 배로 베버 번호입니다. PDMS spinnability 추적에 대 한 민감한 프록시 점도의 사용을 지원 합니다.
우리의 이전 필 라 멘 트 제조 방법에 중요 한 향상은 실험적인 작업 시간을 결정 하는 프로토콜 중 점도 프로필이 사용 됩니다. 기술의 한계를 확인 하려면 우리는 프로토콜 당 PDMS의 일괄 처리를 미리 치료, 열에서 제거 하 고는 PDMS cross-linking 지속적으로 실내 온도에서 점도 측정을 했다. 결과 점도 프로필 (그림 4) spinnability에 대 한 창에서 65 ° C 온수 점도 계는 PDMS를 제거 하 여 극적으로 확장은 나왔다. 우리의 프로토콜 샘플의 실내 온도에 냉각으로 약 4.5 분 가교를 계속 수 있도록 한 다음 spinnability 창 입력 전에 PDMS의 제거를 포함. 그 후,는 실험은 약 4 분 지속적인 가교 이상 drawable는 PDMS를 렌더링 하기 전에 그것을 그릴.
방법은 쉽게 같이 필 라 멘 트 직경 100의 순서를 생성의 µ m 및 길이 0.5 m의 순서. 필 라 멘 트 길이 압출 및 튜브로 아래 액세스할 수 공간에 의해 제한 됩니다. 기술의 합리적인 수정 긴 필 라 멘 트를 생산 하는 더 긴 굴뚝에 설치 하는 것입니다. 우리가 아직 탐험 하지 않은 수정 기계적으로 얇은 필 라 멘 트를 얻을 수 있습니다 중력 방울에 의존 하는 대신 필 라 멘 트를 당기고 있다.
Hydrophobically는 필 라 멘 트를 패턴화 하는 중요 한 단계는 주변 조건에 코로나 방전에 노출 됩니다. 이 방전의 모양/강도 주변 조건 및 로컬 전도도 의해 영향을 일부 모호함을 소개 합니다. 그것은 필 라 멘 뿐 아니라 코로나 장치 (10-40 킬로 볼트)의 전압을 조정 배치 접지 도선에 의해 조정 될 수 있습니다. 코로나 표면 수정 메커니즘 PDMS 사이드 체인 및 백본 lysing 가능성이 전자 에너지 전송입니다. 이러한 채권을 휴식, 전자 유 전체 장벽 방전17를 생산 하는 데 필요한 평균 에너지 보다 적은 에너지가 필요 합니다. 따라서, 그는 필 라 멘 트 봉투 관찰 방전 표면 처리 생산 있으며 쉽게 테스트 를 통해 물 작은 물방울 접촉 각 측정 될 수 있습니다.
이 메서드는 실리콘 PDMS 필 라 멘 트 및 이후의 복잡 한 소수 성 패턴의 상대적으로 손쉬운 생산 수 있습니다. 초기 목표는 소수 패턴 관찰할 필 라 멘 트 접히는 통로 접힌된 구조를 생산 하기 위해 디자인 될 수 있다 모델 foldamer 시스템을 생산 하는. 이 테스트 베드 엔지니어링 경로 접는 받아들이기는 디자인 규칙을 제공할 수 있습니다. 소수 성 또는 화학적 반응의 일부를 통해 용 매 팽 윤, 치 게 되죠 또는 가스 투과성 PDMS에 반응성 화합물의 사용에이 필 라 멘이 트 소재 응용 프로그램을 있을 수 있습니다.

입니다 (PDMS) 실리콘은 많은 제조 및 연구 응용 프로그램을 광범위 하 게 사용 되는 소재. 그것은 열과 물 저항, 전기 절연 성, 소수 성, 가스 투과성, 식품 안전, 생체, 그리고 유연한 거의 이상적인 포아송 비율. 또한, 그것은 쉽게 하기 전에 또는1,2치료 후 추가 다양 한 기능성 분자에 대 한 호스트 될 수 있습니다. 그것의 표면은 UVO, 산소 플라즈마, 또는 코로나 방전의 hydrophobicity를 전환 단기 자체 접착3,,45를 유도 하 여 쉽게 수정할 수 이다. 특히, 그것은 또한 마이크로6에서 사용 되었습니다 했다.
PDMS의 필 라 멘 트 생산 높은 표면 지역 실리콘 weaves, 실리콘 섬유 센서7및 실리콘 기반으로 첨가제 제조 재료 (3D 인쇄)에 특히 유용 하다. 우리의 실험실에서 우리를 접는 플랫폼으로 PDMS의 hydrophobically 패턴된 필 라 멘 트 사용. 팀 연구는 수성 환경 통해 athermal 음향 여기에 필 라 멘 트의 구조적 통계와 이미징 시스템 이전 보고8.
PDMS 통해 전통적인 양식-주조에서 높은 종횡비 필 라 멘 트를 형성 하는 것은 도전적 이다. 필 라 멘 트 큰 표면 영역 볼륨 비율, 금형9릴리스를 복잡 하 게 있다. 하지만 결과 필 라 멘 트 순수 PDMS 연구팀은 나노 필 라 멘 트10,,1112에 연속 전기에 대 한 캐리어 폴리머와 PDMS를 넣는 성공을 했다.
주된 제조 방법 다른 자료 없음 macroscale 필 라 멘 트를 생산 하는 기 공 통해 저수지에서 점성 액체를 밖으로 그리기 포함 됩니다. 일반적으로, 점성 액체는 열가 소성 또는 유리 하 저수지와 냉각 (종종 아 몰 퍼스) 솔리드 필 라 멘 트로 높은 온도에서 액체는 굴뚝을 통해 밖으로 그려집니다. 이 과정은 때때로 회전, 용융 불리고 PDMS 녹는에서 장거리 유동성을 전시 하지 않습니다 때문에 PDMS와 호환 되지 않습니다. 필 라 멘 트 생산을 통해 용 해 회전, 하지만 다시, 결과 필 라 멘 트 순수 PDMS13블록 공동 고분자 실리콘과 알파-메 틸 스 티 렌의 표시 되었습니다.
방법은 우리가 여기 개요 저수지와 굴뚝의 상대 온도 전환 제외 하 고 용융-회전에 가깝다. 그것은 아직 완료 되지 cross-linking는 PDMS 실내 온도 저수지에서 액체 이다. 점도 PDMS의 경화제, 열 가속 될 수 있다 프로세스와 실리콘 오일 crosslinks로 다릅니다. 저수지에 그것을 배치 하기 전에 우리가 열 치료 PDMS 긴 중력 드립, 다음 치료 후 통해 굴뚝에서 뜨거운 튜브로 물방울에 적합 한 점도 도달할 때까지. 방식은 다소 "드라이-회전", 어떤 고분자 그리기 동안 증발 휘발성 용 매에 녹아는 비교 합니다.
우리의 지식, 순수 PDMS의 긴 필 라 멘 트 생산의 유일한 보고 방법은 우리의 이전 게시8 이다. 여기 소개 하는 메서드는 프로세스의 아트를 최소화의 목적으로 원래의 접근 방식 따라 상당한 개선 이다. 특히, 미리 치료 단계와 타이밍 휴지 기간 중 점도 측정 하 여 우리 보고서 필 라 멘 트 spinnability의 실험적으로 액세스할 수 있는 창 수 있습니다. 또한 경도 소수 모방 하는 필 라 멘 트에 따라 활성화 반복, 지역화 된 표면 수정 코로나 필 라 멘 트 통해 Arduino 제어 시스템, 패턴화에 생산 하는 수단을 소개 합니다.

<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

입니다 (PDMS) 실리콘은 긴 필 라 멘 트에 쉽게 형성 될 수 없는 다재 다능 한 중합체 이다. 전통적인 회전 방법 실패 PDMS 녹는에서 장거리 유동성을 전시 하지 않습니다. 그것는 탄성 중합체에는 액체에서 상호 링크는 폴리머의 단계별된 온도 프로 파일에 의해 PDMS의 필 라 멘 트를 생산 하는 향상 된 방법을 소개 합니다. 그 따뜻한 온도 점도 모니터링 함으로써 시간 때의 소재 속성은 긴 필 라 멘 트로 도면에 amendable의 창 예상. 필 라 멘 트 고온 튜브 오븐, 수확 하는 충분히 그들을 치료 하는 것은 통과 한다. 이 필 라 멘이 트 직경에 마이크로미터의 수백 및 수십 센티미터 길이, 순서는 고도 길고 얇은 필 라 멘 트 가능 하다. 이 필 라 멘이 트 대량 전환 hydrophobicity를 포함 하 여, PDMS의 재료 특성의 많은 유지 합니다. 자동화 된 코로나 방전 패터 닝 방법으로이 기능을 보여 줍니다. 이러한 patternable PDMS 실리콘 필 라 멘 트 실리콘 weavings, 가스 투과 센서 구성 요소, 그리고 모델 미 foldamers 응용 프로그램 있다.

방법 (그림 1)는 성공적으로 약 200 µ m 직경 (그림 2)에서 필 라 멘 트를 생산 하 고 다양 한 길이의 순서 10 cm. 이상 필 라 멘 트 드로잉 기구, 및 평균 필 라 멘 트를 올려서 생산 될 수 있습니다. 실행 당 50-300 µ m 사이 직경 달라질 수 있습니다. 필 라 멘 트 유연 하 고 강력한, 있으며 그들의 탄성 계수는 대량 PDMS8비교. 이 프로토콜에서 미리 경화 된 PDMS는 필 라 멘 트를 그리기와 작업 시간 자료 (그림 3) 수송을 위해 편리 하 게 오래입니다.
통해 코로나 방전 수 패턴화 hydrophobicity 물방울을 통해 접촉 각도 확인 합니다. 접촉 각 분석 필 라 멘 트; 원통형 모양으로 복잡 하 게 대칭형 배럴 모양 또는 비대칭 쉘 모양14방울 형성할 수 있다. 저희 필 라 멘 트에 대 한 방울을 물 1 µ L를 사용 하 여,이 두 셰이프 친수성 표면 코로나 처리와 치료 소수 PDMS, 각각 해당 (그림 4).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58826/58826fig1.jpg"> 그림 1: 필 라 멘 트 제조 방법의 도식. Degassed, PDMS cross-linking는 열 65 ° C에서의 점도 4000 Mpa에 도달할 때까지. 그것은 다음 냉각 하 고 필 라 멘 트로 수확 되 고 전에 자료 관으로 통해 다음 하향 공기 흐름 끼우고 개방을 통해 못 살게 굴지는 압출 기를 전송. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58826/58826fig1large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58826/58826fig2.jpg"> 그림 2: 히스토그램 방법의 데모에서 필 라 멘 트 폭의. 너비는 필 라 멘 트의 cm 당 이상의 6 필 라 멘 트, 총 길이가 했다 약 80 cm. 필 라 멘 트 평판 스캐너로 스캔 하 고 사용자 지정 옥타브 스크립트15분석 했다. 삽입: 통치자 옆 확장된 필 라 멘 트의 대표 이미지. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58826/58826fig2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58826/58826fig3.jpg"> 그림 3: PDMS 점도 vs. 시간. 제의 degassed PDMS 기본 및 경화 시간, 다른 온도 프로 파일의 기능으로 (5 RPM)에서 점도 측정 연속 난방 (회색 다이아몬드) 점도에 급속 한 증가 보여주는 65 ° C 이다. 검은 데이터 요소 실내 온도 점도 위의 방법 당 4000 Mpa에 도달 하면 제거 전에 65 ° C에서 있습니다. 붉은 데이터 포인트는 25 ° c에 냉각 후 동일한 샘플의 점도를 나타냅니다. 데이터에 표시 된 차이 점도 계는 얼음 물 흐름으로 25 ° C에 냉각 되는 동안 발생 합니다. 시안색 창 때 필 라 멘 트 생산 방법에 의하여 발생 하는 시간 이다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58826/58826fig3large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58826/58826fig4.jpg"> 그림 4: Hydrophobically 패턴된 필 라 멘 트. (필 라 멘 트 A) 위에서 설명한 고 물 1 µ L 방울과 시각 Arduino 코로나 제어 방법을 사용 하 여 대체 hydrophobicity 패턴, 모든 2 cm, 모방 했다. (B) 방울 셸 (왼쪽) 또는 필 라 멘 트의 로컬 hydrophobicity14에 따라 배럴 (오른쪽) 구조를 채택 한다. 배럴-방울에 평면에 해당 연락처 각도 분석 솔루션8을 기준으로 결정 됩니다 반면 쉘 연락처 각도 직접, 견적 된다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58826/58826fig4large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Supplemental Figure 1" src="/files/ftp_upload/58826/58826figS1.jpg"> 보충 그림 1: 공기 칼 집과 압출 어댑터의 크기. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58826/58826figS1large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Supplemental Figure 2" src="/files/ftp_upload/58826/58826figS2.jpg"> 보충 그림 2: 코로나 patterner에 대 한 배선 다이어그램. 코로나 방전 장치는 릴레이 전원 소스에 연결 됩니다. 필 라 멘 스테퍼 모터는 스핀 들 (보충 그림 3)를 통해에 비 전도성 철사에 의해 연결 된 용지함에 로드 됩니다. 패턴은 왼쪽 하단에 Arduino 마이크로프로세서에 업로드 됩니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58826/58826figS2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Supplemental Figure 3" src="/files/ftp_upload/58826/58826figS3.jpg"> 보충 그림 3: 필 라 멘 트 patterner에 대 한 부품의 도식. (A)는 필 라 멘 트 일시 중단 하는 오프닝 트레이. (B) 전도성 와이어는 트레이 통해 0.8 c m 구멍에 연결 하는 스테퍼 모터에 대 한 스핀 들. 스테퍼 모터 샤프트에 어댑터를 표시 하는 스핀 들의 (C) 아래 보기. 우리는 필요할 때 함께 붙어있다 레이저 컷 3.2 m m 아크릴에서 모든 부품을 조작. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58826/58826figS3large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Supplemental Figure 4" src="/files/ftp_upload/58826/58826figS4.jpg"> 보충 그림 4: 필 라 멘 트 patterner의 이미지. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58826/58826figS4large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>

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Drawing and Hydrophobicity-patterning Long Polydimethylsiloxane Silicone Filaments

여기, 우리가 현재로 통해 여 중력입니다 (PDMS) 실리콘의 긴 필 라 멘 트를 생산 하는 프로토콜. 필 라 멘 트 직경에 마이크로미터의 수백 및 길이 센티미터의 10의 순서 이며 코로나 방전 Arduino 제어 시스템 hydrophobically patternable 통해 있습니다.

드로잉과 Hydrophobicity 패턴화 오래입니다 실리콘 필 라 멘 트

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

폴리디메틸실록산은 지금까지 긴 필라멘트로 형성될 수 없는 다재다능한 소재입니다. 실리콘 필라멘트는 직조 또는 적층 제조에 응용 프로그램이있을 수 있지만, 우리는 모델 foldamer로 특히 관심이 있습니다. 확장 가능한 생산은 튜브 용광로를 통해 이미 경화 실리콘을 그려서 가능하게 합니다.또한 컴퓨터 제어 코로나 방전기를 사용하여 실리콘 필라멘트의 표면을 수정하는 방법을 시연합니다. 이 절차의 타이밍은 중합체가 지속적으로 경화하기 때문에 중요합니다. 타이머를 근처에 두고 다음 단계를 미리 준비하십시오.시각적 데모가 없으면 필라멘트를 만드는 동적 프로세스를 쉽게 재현할 수 없습니다. 이 프로세스에는 진화하는 조건에 적응해야 하는 몇 가지 시간에 민감한 단계가 포함됩니다. 먼저 1/8인치 내경 고온 실리콘 튜브를 계량 밸브를 통해 압축 공기에 연결합니다.튜브의 다른 쪽 끝을 2.15 mm 직경 조리개와 황동 압출 어댑터에 연결합니다. 그런 다음, 원통형 세라믹 튜브 로를 후드 바닥 2피트 위에 있는 연기 후드로 수직으로 고정합니다. 압출 시 과도한 PDMS를 잡기 위해 용광로 아래에 알루미늄 호일을 놓습니다.용광로 개구부를 중심으로 한 개구를 통해 튜브 용광로 위에 압출 어댑터를 장착합니다. 압출 된 필라멘트가 용광로에 접촉하지 않도록 용광로가 비스듬히 있지 않았는지 확인하십시오. 다음으로, 압출기에 원형 절단으로 다이를 부착하고 압출기 비트에 고온 실리콘 고무 튜브를 연결하는 지퍼 넥타이를 사용합니다.튜브의 다른 쪽 끝을 압출 어댑터에 연결합니다. 적외선 온도계를 용광로쪽으로 직접 한 다음 내온이 섭씨 약 250도 가 될 때까지 용광로를 가열합니다. 그런 다음 필라멘트 생산이 시작되기 전에 어댑터가 가열되지 않도록 압출 어댑터 아래에서 용광로를 이동합니다.다음으로 일회용 샘플 튜브를 200~10,000밀리파스칼 초를 측정할 수 있는 비스혜성에서 섭씨 65도로 예열하기 시작합니다. 밸런스를 확인하고 회전 속도를 5RPM으로 설정하고 측정 속도를 분당 한 번으로 설정합니다. 샘플 튜브가 가열되는 동안 18 그램의 PDMS 베이스를 계량 보트에 1.8 그램의 경화제와 혼합하십시오.실온 진공 건조기에서 15분 동안 또는 혼합물에 거품이 남아 있지 않습니다. 주기적으로 건조기를 통풍구하여 표면 근처에서 거품을 터뜨립니다. 그런 다음 비스혜성에서 예열된 샘플 튜브를 제거합니다.탈가스 PDMS 혼합물을 붓고 튜브를 비스혜성에 다시 넣습니다. 즉시 측정 순서를 시작합니다. PDMS 동적 점도가 4천 밀리파스칼 초에 도달하면 시간을 기록하고 펜치를 사용하여 비스코머에서 샘플 튜브를 제거합니다.즉시 실온 압출기에 PDMS 혼합물을 붓습니다. 용광로가 섭씨 250도에 있는지 확인하고 PDMS가 비스코커에서 약 4 분 동안 빠져 나올 때까지 기다립니다. 그런 다음 압출 어댑터 아래에 용광로를 이동하고 어댑터의 내부 바늘을 튜브 용광로와 정렬합니다.압출기 나사를 반 혁명으로 비틀고 나무 막대기에 필라멘트를 수집합니다. 3~5초마다 압출기를 또 다른 반회전으로 비틀어 PDMS의 꾸준한 흐름을 유지합니다. 필라멘트를 그리기 위한 점도 창은 매우 좁습니다.점도가 너무 낮으면 30초 를 기다렸다가 다시 시도하십시오. PDMS는 실온에서 계속 교차합니다. 나무 선반에 그려진 필라멘트를 놓아 치료하십시오.필라멘트가 실온에서 12시간 동안 치료하게 하십시오. 패터닝 공정을 시작하려면 패터닝 어셈블리를 연기 후드에 설정하고 원하는 패턴을 마이크로 프로세서로 보냅니다. 다음으로, 1%의 나트륨 도데딜 황산염으로 경화 PDMS 필라멘트를 씻는다.그리고 철저하게 초순수로 헹구십시오. 압축 공기로 눈에 보이는 물 방울을 제거하고 필라멘트가 주변 공기에서 건조를 완료할 수 있습니다. 그런 다음, 비 전도성 낚시 라인을 비 전도성 필라멘트 트레이에서 잘라 원형에 묶는다.트레이에서 잘라 중앙에 건조 PDMS 필라멘트를 놓고 양면 테이프로 제자리에 고정합니다. 트레이를 통풍이 잘 되는 코로나 방전 상자에 삽입하고 레벨이 있는지 확인합니다. 필라멘트가 슬래브의 가장자리를 따라 정렬되도록 필라멘트 트레이 아래에 금속 슬래브를 놓습니다.코로나 방전 전극을 필라멘트 위로 약 3밀리미터 높이로 마운트하고 코로나 방전기를 마이크로 컨트롤러에 연결합니다. 비전도성 라인의 자유 단부를 스테퍼 모터에 장착된 스핀들로 고정하여 라인이 팽팽하게 변하도록 합니다. 소닉 컨트롤러 프로그램을 실행하여 필라멘트를 친수성 섹션으로 패턴화합니다.이 방법에 의해 생성된 PDMS 필라멘트는 직경 약 200 마이크로미터, 길이는 0.5m였다. 점도가 나오기 전에 열에서 PDMS를 제거하고 필라멘트를 그리기에 충분했고, 4분 반 동안 실온에서 교차하여 필라멘트가 약 4분으로 바클링할 수 있는 시간 창을 연장했습니다. 코로나 패터닝의 성공은 액적 접촉 각 측정을 통해 확인되었습니다.물은 코로나 처리 된 소수성 PDMS에 대칭, 배럴 모양의 물방울을 형성하고, 비대칭, 처리되지 않은 소수성 PDMS에 쉘 모양의 물방울. 이 절차의 핵심은 시간과 온도로 PDMS의 점도를 조작한다는 것입니다. 교차 링크및 경화는 더 높은 온도에서 가속으로 시간이 지남에 따라 점도가 증가합니다.중합체를 부분적으로 경화시키고 튜브 오븐을 통해 그리는 접근법은 다른 온도 경화 폴리머에 적응될 수 있다. 이 필라멘트는 많은 적합성에 채택하기에 충분히 유연하며 소수성 영역은 정서적으로 물에 함께 부착됩니다. 우리는 필라멘트의 소수성 패턴이 접는 통로에 어떻게 영향을 미치는지 연구하고 있습니다.PDMS는 용광로에 떨어지고 작은 불꽃을 생성 할 수 있습니다. 압출기와 용광로를 조심스럽게 정렬하고 용광로의 잔해를 나무 다웰로 신속하게 지웁춥다.

Research

JoVE Journal

Engineering

Fabricating Metamaterials Using the Fiber Drawing Method

섬유 그리기 방법을 사용하여 제조 Metamaterials

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

연구

공학

Fabrication And Characterization Of Photonic Crystal Slow Light Waveguides And Cavities

광자 크리스탈 느린 경 Waveguides 그리고 안의 공간의 제조 및 특성

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

극단적 인 압력과 온도에서 합성 부위 회절

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Reaction Kinetics and Combustion Dynamics of I4O9 and Aluminum Mixtures

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1 단계 접근입니다 미세 채널 순차적 습식된 에칭 프로세스에 의해 다른 형상 섹션의 조작

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

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

하위 Diffraction 제한 이미징 및 원격 탐사에 사용 하기 위해 펨 레이저 필 라 멘 트

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