Name: drawing and hydrophobicity-patterning long polydimethylsiloxane silicone filaments
Uploaded: 2019-01-07T14:00:00
Duration: 7 min 56 s
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Os autores reconhecem com gratidão insight e assistência de W. Cook, S. J. S. Rubin, J. Zehner, C. Barraugh, C. Fukushima, M. Mulligan, M. Keckley e r. Bosshardt e apoio financeiro da Fundação de Rose Hills e o Johnson verão Student Research Grant.  Os autores também reconhecem o trabalho preliminar sobre a viscosidade como um meio de polimerização do silicone de rastreamento pelos alunos do laboratório avançado em química (queda 2017).

1. PDMS filamentos
<ol><li>Montagem do forno e extrusão<ol>
<li>Anexar o tubo de borracha 1,59 mm diâmetro interno de alta temperatura do silicone para suprimento de ar de casa através de uma válvula de medição (ver Figura 1). Conecte a outra extremidade do tubo para um adaptador de extrusão, constituído por uma bainha em torno de um raio de 1,08 mm de abertura, que irá produzir um fluxo de ar descendente constante em torno do filamento (por exemplo, uma bainha de latão usinado personalizado em um fluxo de ar de aproximadamente 1,4 L/min ; Veja Figura suplementar 1 especificações). Nota: De preferência produzir filamentos em um ambiente de fluxo de ar reduzido com um extintor de incêndio nas proximidades.</li>
		<li>Cubra a superfície abaixo de uma fornalha de tubo cilíndrico de cerâmica (EG., 17 mm de diâmetro interno, 107,7 mm de comprimento) com papel alumínio para capturar qualquer excesso PDMS.</li>
		<li>Monte o adaptador de extrusão acima a fornalha de tubo vertical, centrando a abertura para o forno e nivelamento da fornalha para que o filamento vai passar.</li>
		<li>Conecte a extrusora para o extrusão adaptador através de alta temperatura do silicone tubo de borracha semi claro.</li>
		<li>Aqueça o forno até a temperatura interna é de aproximadamente 250 ° C, medida por um termômetro infravermelho, usando um transformador variável para regular a temperatura.</li>
		<li>Mova a fornalha para fora debaixo do adaptador de extrusão para o adaptador de extrusão não aquece antes da produção do filamento.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Parcialmente pré-cura PDMS<ol>
<li>Pré-aqueça um tubo de amostra descartável para 65,0 ° C em um viscosímetro com controle de temperatura. Use um viscosímetro apropriado e o eixo, tal que um pode medir viscosidades na faixa de 200-10000 mPa · s.</li>
		<li>Homogeneizar a 18,0 g de PDMS base com 1,8 g de seu agente de cura em um barco de pesar bem e coloque a mistura em temperatura ambiente (RT) exsicador de vácuo por 15 min ou até ficar sem bolhas. Ventilar o dessecador periodicamente para estourar as bolhas perto da superfície. Nota: O seguinte calendário pressupõe o uso do agente de cura e base de PDMS especificado na Tabela de materiais.</li>
		<li>Despeje o tubo de amostra pré-aquecido na bancada (alguns está perdido para adesão ao barco pesa) 17,7 g da mistura. Re-inserir o tubo de amostra para o viscosímetro.</li>
		<li>Faça as medições de viscosidade uma vez por minuto, mantendo o viscosímetro girando lentamente (5 rpm).</li>
		<li>Quando a viscosidade atinge 4000 mPa · s, remover o tubo de amostra com um alicate e imediatamente despeje a temperatura da extrusora. Produzir filamentos em uma janela de tempo que começa aproximadamente 4,5 min de remoção de calor e tem a duração de uma subsequente 4 min.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Extrusão de PDMS para filamentos de forma<ol>
<li>Durante o tempo de atraso, certifique-se que o forno está a 250 ° C, usando um termômetro infravermelho.</li>
		<li>Cerca de 4 min após a remoção do tubo amostra do viscosímetro, mova a fornalha volta por baixo do adaptador de extrusão e alinhar a agulha interna do adaptador de extrusão com a fornalha de tubo usando uma luva de calor-seguro.</li>
		<li>Periodicamente, gire o parafuso na extrusora, permitindo um fluxo constante de PDMS gotejar através da fornalha. Nota: Se as gotas formam em vez de filamentos, espera 30 s para promover a cura de RT e tente novamente. Constante de torção empurra o PDMS através da fornalha muito rapidamente. Geralmente, pequenas flare-ups podem ser tratadas por desligar o forno e usando um stick-condutores para desalojar qualquer PDMS acumulado da fornalha. Cuidado: Se PDMS pinga na paredes ou no topo do forno, há a possibilidade de uma crise.</li>
		<li>Uma vez que o fluxo PDMS começa a fina, torção da extrusora uma meio adicional-revolução. Cada tentativa tem cerca de 16 revoluções usando a extrusora determinada.</li>
		<li>Reunir os filamentos em varas de madeira por baixo do forno após cada torção e colocá-las em prateleiras de madeira para terminar a cura para cerca de 12 h.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. modelação superfícies de PDMS filamentos com descarga de Corona controlado por computador
<ol><li>Sistema de controle de Arduino-controlado do filamento-posicionamento e descarga de corona: montar o motor de passo controlado por microprocessador de Arduino do código-fonte aberto que puxa o filamento de um dispositivo de descarga de corona por diagrama de fiação no suplementar Materiais. Upload do software de código personalizado do Arduino nos materiais complementares ao sistema.</li>
	<li>Superfície de filamento de padronização com o dispositivo<ol>
<li>Entra o padrão desejado em código (matriz de "Padrão") e enviá-lo para o Arduino via USB.</li>
		<li>Um filamento curado com sulfato dodecyl de sódio de 1% de Lave e enxágue com água pura excessiva. Seque o filamento com ar.</li>
		<li>Filamento de lugar numa mesa com um corta-circuito de eletricamente não condutor (EG., acrílico cortado a laser, consulte Supplemental figura 3A) que permite que o filamento fica suspensa no ar. Use fita dupla-face para proteger as extremidades do filamento para a laje.</li>
		<li>Coloque a placa em uma caixa de descarga de corona ventilada entre as faixas de acrílico e certifique-se de que é nível. Coloque uma laje de metal imóvel sob o acrílico, alinhando o filamento ao longo da borda da placa de metal.</li>
		<li>Coloque o eletrodo de descarga de corona (por exemplo, uma ponta de eletrodo de primavera), cerca de 3 mm acima do filamento e ficha eléctrica controlada Arduino com o descarregador de corona.</li>
		<li>Amarre uma linha não-condutora para a circular recortada na placa de acrílico. Aderir a outra extremidade da linha para o escalonador Arduino-controlado motor (ver Figura suplementar 3BC).</li>
		<li>Pressione o botão no circuito Arduino para começar a padronização com o código programado. Descarga de Corona é um produzido por um baixa corrente 4,5 MHz campo elétrico com uma tensão de saída de 10-40 kV que modifica a superfície do PDMS a torná-los hidrófilo. Atenção: A corrente é baixa, mas o dispositivo produz ozônio e radiação UV no ar. De preferência, usá-lo em uma coifa, atrás de um escudo acrílico exalada.</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. 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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. 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Os autores não têm nada para divulgar.

A base desse método é manipular as propriedades de material de PDMS de cura, então eles são adequados para a gravidade de desenho. Gotículas de desenho de gravidade em filamentos estáveis é regida por três parâmetros adimensionais16. Eles se relacionam a inércia da gota em relação à gravidade (Froude), tensão superficial (Weber) e viscosidade (Reynolds). O passo crítico de reticulação do PDMS até experimentalmente provas extensão estável por nosso método mais drasticamente altera seu número de Reynolds, reduzindo-o em mais de uma ordem de magnitude, de 0,83 para 0,07%. Em contraste, a próxima mudança maior em um dos outros parâmetros adimensionais é o número de Weber, que simplesmente dobra. Isto suporta o uso de viscosidade como um proxy sensível para acompanhamento de spinnability PDMS.
Uma melhoria crítica sobre nosso método de produção de filamento anterior é que o perfil de viscosidade durante o protocolo é usado para determinar os tempos de trabalho experimental. Para determinar as limitações da técnica, nós pre-curado um lote de PDMS por protocolo, removido-lo do calor e tomou medidas de viscosidade à temperatura ambiente como o PDMS continuou cross-linking. O perfil de viscosidade resultante (Figura 4) sugere que a janela para spinnability é estendida drasticamente removendo o PDMS o viscosímetro de 65 ° C aquecida. Nosso protocolo envolve a remoção do PDMS antes de entrar pela janela de spinnability e, em seguida, permitindo que da amostra para continuar ligando para cerca de 4,5 min como esfria à temperatura ambiente. Posteriormente, o experimentador tem aproximadamente 4 min para desenhá-lo antes que a reticulação contínua processa o PDMS já não drawable.
O método conforme mostrado prontamente produz filamentos com diâmetros da ordem de 100 s de µm e comprimentos da ordem de 0,5 m. O comprimento do filamento é limitado pelo espaço acessível abaixo da extrusão e fornalha de tubo. Uma razoável modificação da técnica seria instalá-lo em uma chaminé de mais tempo para produzir filamentos mais longos. Uma modificação que ainda não exploramos mecanicamente está puxando os filamentos em vez de depender de uma queda de gravidade, que pode render mais finos filamentos.
Um passo fundamental para a padronização hydrophobically o filamento é exposição a descarga de corona em condições ambiente. Isto introduz uma certa ambiguidade, como a forma/intensidade da descarga é afetada por condições ambientais e condutividade local. Isso pode ser ajustado por condutores aterrados colocação sob o filamento, bem como ajustar a tensão do dispositivo corona (10-40 kV). O mecanismo de modificação de superfície da corona é transferência de energia de elétrons provável lise as cadeias laterais PDMS e espinha dorsal. Para quebrar estes laços, elétrons precisaria de menos energia do que a energia necessária para produzir uma descarga barreira dielétrica17. Assim, uma descarga observável que envolve o filamento é susceptível de produzir a modificação da superfície e pode ser facilmente testada através de medições de ângulo de contato de gotículas de água.
Esse método permite a produção relativamente facile de filamentos de silicone PDMS e posterior padronização hidrofóbica complexa. O objectivo inicial é produzir um sistema de foldamer de modelo no qual padrões hidrofóbicos podem ser projetados para produzir o dobramento vias filamento observáveis e estruturas dobradas. Este testbed pode prever regras de design generalizável engenharia vias de dobramento. Estes filamentos também podem ter aplicações materiais como parte do hidrofóbicas ou quimicamente reativos tece através do solvente inchaço, ou o uso de substâncias reativas suspenso no PDMS permeável ao gás.

Polydimethylsiloxane (PDMS) silicone é um material amplamente utilizado com muitas aplicações de fabricação e pesquisa. É calor e resistente à água, eletricamente isolante, hidrofóbico, gás permeável, alimentos seguros, biocompatível e flexível com uma relação de Poisson quase ideal. Além disso, ele pode facilmente servir como um host para várias moléculas funcionais, adicionado antes ou após a cura1,2. Sua superfície é facilmente modificável pelo UVO, plasma de oxigênio ou descarga de Corona para mudar sua hidrofobicidade e induzir a curto prazo auto-adesão3,4,5. Em particular, ele também tem sido usado em microfluídica6.
Filamentos de PDMS são particularmente úteis na produção de materiais de fabricação de aditivo à base de silicone (impressão 3D), de sensores de fibra de silicone7e tece de silicone de alta área de superfície. Em nossos laboratórios, usamos hydrophobically modelados filamentos de PDMS como uma plataforma para o estudo de dobramento. A equipe estuda as estatísticas conformacional do filamento, em um ambiente aquoso através de uma excitação acústica atérmico e sistema de imagem relatado anteriormente8.
Formar filamentos de alta proporção de PDMS via tradicional-carcaça do formulário é um desafio. Filamentos têm grandes superfície rácios de área e o volume, que dificulta a liberação dos moldes9. Pesquisadores tiveram sucesso bainha PDMS com polímeros de transportadora por eletrofiação contínua em nanoescala filamentos10,11,12, embora os filamentos resultantes não são puro PDMS.
O método predominante de fabricação para produzir filamentos macroescala fora outros materiais envolve desenhando um líquido viscoso de um reservatório através de um poro. Normalmente, o líquido viscoso é um termoplástico ou vidro que é fluido a altas temperaturas no reservatório e esfria em um filamento contínuo (muitas vezes amorfo) como ele é desenhado para fora através de uma chaminé. Este processo é às vezes chamado de derreter a fiação, e é incompatível com PDMS porque PDMS não apresentam fluidez de longo alcance no derretimento. Co de bloco de polímeros de silicone e alfa-metil estireno foram mostrados para produzir filamentos através de derreter a fiação, mas, novamente, os filamentos resultantes não são puro PDMS13.
O método que nós esboçamos aqui é semelhante ao derretimento da fiação, exceto a temperatura relativa do reservatório e chaminé são comutados. O PDMS é fluido em um reservatório de temperatura, como ele ainda não concluiu cross-linking. A viscosidade do PDMS varia como as óleo de silicone ligações cruzadas com um agente de cura, um processo que pode ser acelerado termicamente. Antes de o colocar no reservatório, nós aquecer o PDMS cura até atingir uma viscosidade apropriada para a gravidade-goteja longo e, em seguida, cura-pós-gotejamento através de uma fornalha de tubo quente na chaminé. A abordagem é um tanto comparável ao "seco-spinning", no quais polímeros são dissolvidos em solventes voláteis que evaporam durante o desenho.
A nosso conhecimento, o único método relatado de produção de longos filamentos de PDMS puro é nosso anterior publicação8 . O método apresentado aqui é uma melhoria significativa sobre a abordagem original, com a intenção de minimizar a arte do processo. Mais notavelmente, através da medição da viscosidade durante a fase de pré-cura e períodos de arrefecimento de sincronismo, somos capazes de relatar uma janela acessível experimentalmente de spinnability do filamento. Apresentamos também um meio de produzir modificações de superfície repetíveis, localizadas sobre o filamento através de um Arduino controlada corona padronização sistema, permitindo a padronização hidrofóbica longitudinal ao longo do filamento.

<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

Silicone polidimetilsiloxano (PDMS) é um polímero versátil que não pode prontamente ser formado em longos filamentos. Métodos de fiação tradicional falharem porque PDMS não apresentam fluidez de longo alcance no derretimento. Apresentamos um método melhorado para produzir filamentos de PDMS por um perfil de temperatura escalonado do polímero como que ligações cruzadas de um fluido de um elastômero. Monitorando sua viscosidade temperatura morna, estimamos que uma janela de tempo, quando suas propriedades materiais são alteráveis ao desenho em longos filamentos. Os filamentos passam por um forno de alta temperatura do tubo, curá-las suficientemente para ser colhido. Estes filamentos são da ordem de centenas de micrômetros de diâmetro e dezenas de centímetros de comprimento, e filamentos ainda mais longos e mais finos são possíveis. Estes filamentos retém muitas das propriedades materiais de granel PDMS, incluindo hidrofobicidade comutável. Vamos demonstrar essa capacidade com um método de padronização de descarga de corona automatizado. Estes filamentos de silicone patternable PDMS têm aplicações em tecelagens do silicone, componentes de sensor de gás-permeável e modelo microescala foldamers.

O método (Figura 1), com sucesso, produz filamentos de aproximadamente 200 µm de diâmetro (Figura 2) e de diferentes comprimentos da ordem de 10 cm. mais longos filamentos poderiam ser produzidos por criar o desenho do aparelho e média do filamento diâmetros podem variar entre 50 a 300 µm por execução. Filamentos são flexíveis e robustas, e seu módulo de elasticidade é comparável a granel PDMS8. Neste protocolo, o tempo de trabalho entre pre-cura o PDMS e puxando os filamentos é convenientemente o tempo suficiente para o transporte do material (Figura 3).
Hidrofobicidade padronização através que da descarga de corona pode ser verificado através de gotículas ângulos de contacto. A análise do ângulo de contato é complicada pela forma cilíndrica do filamento; as gotas podem formar uma forma simétrica barril ou escudo assimétrico forma14. Para nossos filamentos, usando 1 µ l de gotículas de água, estas duas formas correspondem às superfícies hidrofílicas corona-tratados e não tratados PDMS hidrofóbicos, respectivamente (Figura 4).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58826/58826fig1.jpg"> Figura 1: esquemático do método de produção de filamento. Desgaseificados, cross-linking PDMS é aquecido a 65 ° C até sua viscosidade atinge 4000 mPa · s. Em seguida, é refrigerado e transferido para uma extrusora que empurra o material através de uma abertura para baixo ar-fluxo-bainha e, em seguida, através de uma fornalha de tubo antes de ser colhida como filamentos. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58826/58826fig1large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58826/58826fig2.jpg"> Figura 2: histograma das larguras do filamento de uma demonstração do método. As larguras são por cm do filamento por 6 filamentos, cujo comprimento total foi de aproximadamente 80 cm. filamentos foram digitalizados por um scanner de mesa e analisados pelo personalizado Octave scripts15. Baixo-relevo: uma imagem representativa de um filamento estendido ao lado de uma régua. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58826/58826fig2large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58826/58826fig3.jpg"> Figura 3: PDMS viscosidade vs. tempo. Medições de viscosidade (a 5 RPM) de desgaseificado agente de cura e base PDMS em função do tempo, com perfis de temperatura diferentes. O aquecimento contínuo (cinzento diamantes) é a 65 ° C, demonstrando um aumento rápido na viscosidade. Pontos de dados preto são a 65 ° C, antes da remoção à temperatura quando viscosidade atinge 4000 mPa · s pelo método acima. Pontos de dados vermelho representam a viscosidade da mesma amostra após arrefecimento a 25 ° C. Lacuna mostrada nos dados ocorre enquanto o viscosímetro é sendo resfriado a 25 ° C, com fluxo de água gelada. Ciana janela é o tempo quando ocorre a produção de filamento conforme o método. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58826/58826fig3large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58826/58826fig4.jpg"> Figura 4: filamento Hydrophobically estampado. (A) filamento foi padronizado com um padrão de hidrofobicidade alternadas, cada 2 cm, usando o método de Arduino-controlada-Corona descrito acima e visualizado com gotas de 1 µ l de água. (B) gotas adotam uma concha (à esquerda) ou conformação de barril (à direita) dependendo hidrofobicidade local14 do filamento. Ângulos de contacto de casca são estimados directamente, Considerando que os ângulos de contacto planar-equivalente no barril-gotículas são determinados por meio de montagem para uma solução analítica de8. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58826/58826fig4large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Supplemental Figure 1" src="/files/ftp_upload/58826/58826figS1.jpg"> Suplementar Figura 1: dimensões do adaptador de extrusão com bainha de fluxo de ar. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58826/58826figS1large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Supplemental Figure 2" src="/files/ftp_upload/58826/58826figS2.jpg"> Suplementar Figura 2: diagrama de fiação para patterner Corona. Dispositivo de descarga de Corona é conectado a fonte de energia retransmitida. O filamento é carregado em uma bandeja, ligada por um fio não condutor para o motor de passo através de um eixo (Supplemental Figura 3). O padrão é carregado no microprocessador Arduino no canto inferior esquerdo. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58826/58826figS2large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Supplemental Figure 3" src="/files/ftp_upload/58826/58826figS3.jpg"> Suplementar Figura 3: esquemático de peças para patterner de filamento. (A) bandeja com uma abertura onde o filamento está suspenso. (B) o eixo para o fio não condutor ligar o motor de passo para a bandeja através do buraco de 0,8 cm. Vista de (C) inferior do eixo, mostrando o adaptador ao eixo do motor deslizante. Nós fabricados todas as peças de acrílico cortado a laser 3,2 mm, que foi colada juntos quando necessário. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58826/58826figS3large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Supplemental Figure 4" src="/files/ftp_upload/58826/58826figS4.jpg"> Suplementar Figura 4: imagem de patterner o filamento. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58826/58826figS4large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>

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Drawing and Hydrophobicity-patterning Long Polydimethylsiloxane Silicone Filaments

Aqui, apresentamos um protocolo para produzir longos filamentos de silicone polidimetilsiloxano (PDMS) por gravidade-desenho através de um forno. Filamentos são da ordem de centenas de micrômetros de diâmetro e dezenas de centímetros de comprimento e são hydrophobically patternable através de um sistema de descarga de corona Arduino-controlado.

Desenho e hidrofobicidade-padronização longos filamentos de Silicone polidimetilsiloxano

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

Polidimtilsiloxano é um material versátil que não poderia ser formado em filamentos longos até agora. Embora os filamentos de silicone possam ter aplicações na tecelagem ou fabricação aditiva, estamos particularmente interessados neles como um dobrador de modelo. A produção escalável é habilitada pelo desenho já curando silicone através de um forno de tubo.Também demonstramos uma maneira de modificar a superfície dos filamentos de silicone usando um descarregador corona controlado por computador. O tempo neste procedimento é crucial porque o polímero está se curando continuamente. Mantenha um temporizador por perto, e esteja preparado para o próximo passo com antecedência.Sem demonstração visual, o processo dinâmico de fabricação de filamentos não seria facilmente reproduzido. O processo envolve várias etapas sensíveis ao tempo que exigem que você se adapte às condições em evolução. Para começar, conecte tubos de silicone de alta temperatura de 1/8 polegadas de diâmetro interno ao ar comprimido através de uma válvula de medição.Conecte a outra extremidade da tubulação a um adaptador de extrusão de latão com uma abertura de 2,15 milímetros de diâmetro. Em seguida, fixar o forno de tubo de cerâmica cilíndrica verticalmente em um capô de fumaça, dois metros acima do chão do capô. Coloque a folha de alumínio sob o forno para pegar pdms em excesso durante a extrusão.Monte o adaptador de extrusão acima do forno do tubo com a abertura centrada na abertura do forno. Certifique-se de que o forno não está em um ângulo para que os filamentos extrudados não entrem em contato com o forno. Em seguida, conecte um dado com um corte circular a uma extrusora e use uma gravata zip para conectar tubos de borracha de silicone de alta temperatura ao bit extrusor.Conecte a outra extremidade da tubulação ao adaptador de extrusão. Direcione um termômetro infravermelho em direção ao forno e aqueça o forno até que a temperatura interna seja de aproximadamente 250 graus Celsius. Em seguida, mova o forno para fora sob o adaptador de extrusão para que o adaptador não aqueça antes do início da produção de filamentos.Em seguida, comece a pré-aquecimento de um tubo de amostra descartável a 65 graus celsius em um viscometro que pode medir de 200 a 10 milipascal segundos. Verifique o saldo, defina a taxa de rotação para cinco RPM e defina a taxa de medição para uma vez por minuto. Enquanto o tubo de amostra aquece, misture 18 gramas de base PDMS com 1,8 gramas de agente de cura, em um barco de pesagem.Desgas a mistura PDMS em um desiccador de vácuo de temperatura ambiente por 15 minutos, ou até que não restem bolhas na mistura. Desiccador periodicamente vente o desiccador para bolhas pop perto da superfície. Em seguida, remova o tubo de amostra pré-aquecido do viscometro.Despeje a mistura PDMS desgaseada nele e coloque o tubo de volta no viscometro. Inicie imediatamente a sequência de medição. Quando a viscosidade dinâmica do PDMS atingir quatro milimétricos segundos, observe a hora e use alicate para remover o tubo de amostra do viscometro.Despeje imediatamente a mistura PDMS na extrusora de temperatura ambiente. Confirme que o forno está a 250 graus celsius e espere até que o PDMS esteja fora do viscometro por cerca de quatro minutos. Em seguida, mova o forno sob o adaptador de extrusão e alinhe a agulha interna do adaptador com o forno do tubo.Torça o parafuso extrusor por uma meia revolução e comece a coletar o filamento em uma vara de madeira. A cada três ou cinco segundos, torça a extrusora outra meia revolução para manter o fluxo constante de PDMS. A janela de viscosidade para desenhar filamentos é muito estreita.Se a viscosidade estiver muito baixa, espere 30 segundos e tente novamente. O PDMS continuará se cruzando à temperatura ambiente. Coloque os filamentos desenhados em racks de madeira para curar.Deixe os filamentos curarem à temperatura ambiente por 12 horas quando terminarem. Para iniciar o processo de padronização, configure o conjunto de padrões em um capô de fumaça e envie o padrão desejado para o micro processador. Em seguida, lave um filamento PDMS curado com sulfato de dodecyl de 1%sódio.E enxágüe-o completamente com água ultra pura. Remova gotas visíveis de água com ar comprimido e deixe o filamento terminar de secar no ar ambiente. Em seguida, amarre a linha de pesca não condutora ao corte circular da bandeja de filamento não condutora.Coloque o filamento PDMS seco sobre o corte central da bandeja e fixe-o no lugar com fita dupla face. Insira a bandeja em uma caixa de descarga de coroa ventilada e certifique-se de que está nivelada. Coloque uma laje metálica sob a bandeja de filamento para que o filamento esteja alinhado ao longo da borda da laje.Monte o eletrodo de descarga da coroa cerca de três milímetros acima do filamento, e conecte o descarregador de corona ao microcontrole. Fixar a extremidade livre da linha não condutora ao eixo montado no motor do estepe, garantindo que a linha esteja esticada. Execute o programa micro controlador para padronizar o filamento com seções hidrofílicas.Os filamentos PDMS produzidos por este método tinham aproximadamente 200 micrômetros de diâmetro e até 0,5 metros de comprimento. Remover o PDMS do calor antes de sua viscosidade era alto o suficiente para desenhar filamentos, e deixá-lo cruzar a temperatura ambiente por quatro minutos e meio, ampliou a janela de tempo em que os filamentos podem ser girados para cerca de quatro minutos. O sucesso da padronização da corona foi confirmado através de medições de ângulo de contato de gotícula.A água formava gotículas simétricas em forma de barril no PDMS hidrofílico tratado pela coroa, e gotículas em forma de concha assimétricas no PDMS hidrofóbico não tratado. A chave para este procedimento é que você está manipulando a viscosidade do PDMS com tempo e temperatura. A viscosidade aumenta com o tempo à medida que se cruza e a cura acelera a temperaturas mais altas.A abordagem de curar parcialmente um polímero e desenhá-lo através de um forno de tubo, pode ser adaptada a outros polímeros curados de temperatura. Esses filamentos são flexíveis o suficiente para adotar em muitas conformações, e as regiões hidrofóbicas afetivamente aderem na água. Estamos estudando como o padrão de hidroofobidade dos filamentos afeta suas vias dobráveis.PDMS pode gotejar no forno e produzir uma pequena chama. Alinhe cuidadosamente a extrusora com o forno e limpe rapidamente os detritos do forno com um dowel de madeira.

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