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

Авторы с благодарностью признать, понимание и помощь от W. Кук, S. J. S. Рубин, J. Zehner, C. Barraugh, C. Фукусима, м. Mulligan, м. Keckley и A. Bosshardt и финансовой поддержке Фонд Роуз холмы и Джонсон летних студенческих исследовательских грантов.  Авторы также признают предварительные работы по вязкости как средство отслеживания силиконовые полимеризации студентами передовые лаборатории химии (осень 2017).

1. PDMS нитей
<ol><li>Сборка печи и экструзии<ol>
<li>Прикрепить 1,59 мм внутренний диаметр Высокотемпературный силиконовый резиновой трубки для подачи воздуха дом через дозирующего клапана (см. Рисунок 1). Подключите другой конец шланга к экструзии адаптер, состоящий из оболочки вокруг 1,08 мм радиус открытия, которая будет производить стабильный вниз воздуха вокруг нити накаливания (например, пользовательские механически обработанный латунный ножен на воздуха приблизительно 1,4 Л/мин ; Смотрите Дополнительные рисунок 1 для характеристики). Примечание: Желательно производить нити в среде уменьшение воздушного потока с огнетушителем поблизости.</li>
		<li>Покрытие поверхности ниже цилиндрические трубки керамические печи (например., внутренний диаметр 17 мм, Длина 107,7 мм) с фольгой, чтобы захватить любой избыток PDMS.</li>
		<li>Подключите адаптер экструзии выше вертикальной трубчатая печь, центрирующее отверстие печи и выравнивания печи так накаливания будет проходить через.</li>
		<li>Подключите экструдера к экструзии адаптер через высокой температуры силиконовая резина полу очистить трубы.</li>
		<li>Топить печь до тех пор, пока внутренняя температура составляет около 250 ° C как измеряется инфракрасный термометр, с помощью переменной трансформатора для регулирования температуры.</li>
		<li>Переместите печи из-под экструзии адаптер, так что экструзии адаптер не нагревают до накаливания производства.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Частично до отверждения PDMS<ol>
<li>Разогрейте одноразовые образец трубки 65.0 ° c в вискозиметром с контролем температуры. Используйте соответствующие вискозиметра и шпинделя, таким образом, что одно может измерить вязкость в диапазоне 200-10000 МПа·с.</li>
		<li>Тщательно смешайте 18.0 g PDMS базы с 1.8 g его отвердителя в лодке весят и поместите смесь в комнатной температуре (RT) вакуумного эксикатора за 15 минут или до тех пор, пока остаются без пузырей. Вент Эксикатор периодически для поп пузыри на поверхности. Примечание: Следующие сроки предполагает использование PDMS базы и отверждения агента, указанные в Таблице материалов.</li>
		<li>Залейте 17,7 г смеси в разогретой образец трубки на столешницу (некоторые теряется для адгезии к лодки весят). Повторно вставьте образец трубки вискозиметра.</li>
		<li>Возьмите измерения вязкости один раз в минуту, сохраняя вискозиметр, медленно спиннинг (5 оборотов в минуту).</li>
		<li>Когда вязкость достигает 4000 МПа·с, удалить образец трубки с помощью плоскогубцев и сразу же влить в комнатной температуре экструдера. Производят нитей в окно времени, который начинается приблизительно 4,5 мин от отвода тепла и длится в течение последующих 4 мин.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Экструзия PDMS формы нитей накала<ol>
<li>Во время задержки убедитесь, что печь при температуре 250 ° C с использованием инфракрасный термометр.</li>
		<li>Около 4 мин после снятия трубки вискозиметра, на пример перемещения печи обратно под экструзии адаптер и выравнивание внутренней иглы адаптер экструзии с трубчатая печь с использованием тепла Сейф перчатку.</li>
		<li>Периодически, поверните винт на экструдер, позволяя устойчивый поток PDMS капать через печь. Примечание: Если капельки формируют вместо нитей, подождите 30 s для дальнейшего лечения RT и повторите попытку. Постоянный крутящий проталкивает PDMS печи слишком быстро. Как правило небольшие вспышки могут обрабатываться выключение печи и использованием непроводящих палку выбить любой застройки PDMS из печи. Предупреждение: Если PDMS капает на стенах или верхней части печи, существует возможность вспышки.</li>
		<li>После того, как поток PDMS начинает редеть, твист экструдер дополнительные половины революции. Каждое судебное разбирательство имеет около 16 витков, с использованием заданного экструдера.</li>
		<li>Соберите нитей на деревянные палочки под печи после каждого твист и заложить их через деревянные стойки для завершения лечения для приблизительно в 12 ч.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. структурирования поверхности PDMS нитей с компьютерным управлением коронного разряда
<ol><li>Система управления Arduino контролируемых накаливания позиционирование и коронным разрядом: собрать открытым исходным кодом Arduino микропроцессорным управлением шаговый двигатель, который тянет накаливания под коронного разряда устройства в электрической схеме в дополнительный Материалы. Загрузите код заказного Arduino в дополнительных материалах к системе.</li>
	<li>Кучность накаливания поверхности с устройством<ol>
<li>Введите нужный шаблон в код (массив «План») и загрузить его на Arduino через USB.</li>
		<li>Вымойте вылечить накаливания с лаурилсульфат натрия 1% и ополосните чистой водой чрезмерным. Сухие накаливания с воздухом.</li>
		<li>Место накаливания на электрически-проведение плиты с вырезом (например., лазерная резка акрила, см. Дополнительные рисунок 3а) накаливания может быть приостановлено в воздухе, что позволяет. Использование двухсторонней ленты для обеспечения нити накала на плиту.</li>
		<li>Установите плиту вентилируемых коронного разряда между акриловой треков и убедитесь, что это уровень. Место неподвижной металлические плита под акрил, совместив накаливания вдоль края металлические плита.</li>
		<li>Место коронным разрядом электрода (например, весной электрода) примерно в 3 мм выше накаливания и подключите к розетке, Arduino контролируемых Корона молниеотвода.</li>
		<li>Галстук непроводящих линии для круговой вырез на Акриловые плиты. Придерживаются другой конец линии для Arduino контролируемых шагового электродвигателя (см. дополнительный рисунок 3BC).</li>
		<li>Нажмите кнопку в контуре Arduino начать патронирования запрограммирован кодом. Коронный разряд является продюсером низкий текущее электрическое поле 4.5 МГц с выходным напряжением 10-40 кв, изменяющий поверхности PDMS для визуализации гидрофильные. Предупреждение: Текущий низкий, но устройство производит озона и ультрафиолетового излучения в воздухе. Предпочтительно используйте в вытяжного шкафа, за вентилируемые акриловый щит.</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>

Авторы не имеют ничего сообщать.

Основой этого метода является управление свойства материала отверждения PDMS, поэтому они подходят для гравитации. Гравитация рисования капельки на стабильной нити регулируется три безразмерные параметры16. Они касаются капелька инерции относительно гравитации (Фруд), поверхностное натяжение (Вебер) и вязкость (Reynolds). Важнейшим шагом сшивки PDMS до тех пор, пока он экспериментально подтверждают стабильное расширение за наш метод наиболее резко изменяет свою число Рейнольдса, сокращение более чем на порядок величины, от 0,83 до 0,07. В отличие от следующего по величине изменения в одном из других безразмерных параметров является Вебер номер, который просто удваивает. Это поддерживает использование вязкости как чувствительных прокси для отслеживания PDMS spinnability.
Критических улучшение над нашей ранее метода производства накаливания является, что профиль вязкости во время протокол используется для определения экспериментальных рабочего времени. Чтобы определить ограничения метода, мы предварительно вылечить партии PDMS в протокол, удалены от жары и взял измерений вязкости при комнатной температуре, как PDMS продолжение сшивки. В результате вязкость профиль (рис. 4) свидетельствует о том, что окна для spinnability резко расширяется, удалив PDMS из 65 ° C подогревом вискозиметра. Наш протокол включает в себя удаление PDMS до входа в spinnability окно, а затем позволяет образца продолжать сшивки около 4,5 мин, как он остынет до комнатной температуры. Впоследствии экспериментатор имеет около 4 мин нарисовать его, прежде чем текущие сшивки оказывает PDMS больше не катры.
Метод, как показано легко производит волокна с диаметром порядка 100 мкм и длиной порядка 0,5 м. Длина нити ограничен доступной пространства под экструзии и трубчатая печь. Разумные модификация метода бы установить его в более дымохода производить больше нитей. Изменения, которые мы еще не исследовали механически потянув нитей не полагаясь на падение гравитации, который может принести тоньше нитей.
Важнейшим шагом к hydrophobically кучность накаливания является воздействия коронного разряда в условиях окружающей среды. Это вносит некоторую двусмысленность, как форма/интенсивности разряда зависит от условий окружающей среды и местных проводимости. Это могут быть настроены путем размещения заземленной проводников под нити накала, а также регулировка напряжения устройства Корона (10-40 кв). Механизм, Корона поверхности-модификации является вероятно электрона передачи энергии лизировать PDMS боковых цепей и позвоночника. Чтобы разорвать эти облигации, электроны потребуется меньше энергии, чем средняя энергия, необходимая для производства диэлектрического барьерного разряда17. Таким образом наблюдаемый разряд, который обволакивает накаливания может производить модификации поверхности и может быть легко протестированных через воды капля контактный угол измерения.
Этот метод позволяет сравнительно легким производство силиконовые PDMS филаментов и последующих комплекс гидрофобные кучность. Первоначальная цель-производить модели foldamer системы, в которых гидрофобные шаблоны могут быть спроектированы для производить наблюдаемых накаливания складной пути и складчатых структур. Этот стенд может предоставить обобщаемым Дизайн правила для техники складывания пути. Эти волокна также могут иметь материал приложения как часть гидрофобные или химически активных ткет через растворителя опухоль, или в использовании реактивных соединений, приостановлено в газопроницаемой PDMS.

Полидиметилсилоксан (PDMS) силиконовые является широко используемым материалом с многих производственных и исследовательских приложениях. Это тепло и влагонепроницаемые, электроизоляционное, гидрофобный, газа проницаемыми, еда Сейф, биосовместимых и гибкий с почти идеальной коэффициента Пуассона. Кроме того он легко может служить для размещения различных функциональных молекул, добавил до или после полимеризации1,2. Его поверхность легко изменяемые УВО, кислородной плазмы или коронного разряда для переключения его гидрофобность и побудить краткосрочных self адгезии3,4,5. В частности он также был использован в микрофлюидика6.
Нити PDMS особенно полезны в производстве ткет высокая площадь поверхности силикона, силиконовые волокна датчики7и силиконовой основе аддитивного производства материалов (3D печать). В нашей лаборатории мы используем hydrophobically рисунком нитей PDMS как платформы учиться складывать. Команда исследований накаливания конформационные статистики в водной среде через атермическими акустического возбуждения и съемочной системы сообщалось ранее8.
Формирование высокой пропорции нитей от PDMS через традиционные формы литья является сложной задачей. Нити имеют большие поверхности площадь и объем коэффициенты, которые усложняет релиз от плесени9. Исследователи имели успех, обрешетки PDMS с перевозчиком полимеров для непрерывного electrospinning в наноразмерных нити10,11,12, хотя результирующая нитей не являются чисто PDMS.
Преобладает производство метод производить macroscale нитей из других материалов включает в себя растягивая вязкой жидкости из резервуара через поры. Как правило вязкая жидкость является термопластичных или стекла, что жидкости при высоких температурах в водохранилище и охлаждает в (часто аморфный) твердых накаливания как она вытягивается через дымоход. Этот процесс иногда называется расплава спиннинг, и оно несовместимо с PDMS потому что PDMS не проявляют большой дальности текучесть плавления. Блок сополимеры силикона и альфа метил стирола было показано производить нити через расплава спиннинг, но опять же, результирующий нитей не чисто PDMS13.
Метод, который мы приводим здесь сродни расплава спиннинг, за исключением относительная температура водохранилища и дымоходов включены. PDMS является жидкости в резервуаре комнатной температуре, как он еще не завершил сшивки. Вязкость PDMS варьируется как силиконовые масла сшивки с отвердителя, процесс, который может быть термически ускорен. Прежде чем поместить его в водохранилище, мы тепло отверждения PDMS, пока достигнет вязкость, подходит для длительного гравитации капает, то вылечить его пост капельно через горячие трубчатая печь в дымоходе. Этот подход несколько сопоставим с «сухим спиннинг», в котором полимеров растворяются в летучих растворителей, которые испаряются во время рисования.
Насколько нам известно единственным сообщил метод производства длинные нити чистого PDMS является нашей предыдущей публикации8 . Метод, представленный здесь является значительное улучшение на оригинальный подход, с целью сведения к минимуму искусства этого процесса. Прежде всего путем измерения вязкости во время стадии предварительного лечения и периодов времени охлаждения, мы имеем возможность экспериментально доступным окно накаливания spinnability отчетов. Мы также ввести средства производства повторяемые, локализованные поверхностных модификаций на нити через Arduino контролируемых corona, кучность системы, позволяя продольной гидрофобные патронирования вдоль нити накала.

<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

Полидиметилсилоксан (PDMS) силикон является универсальным полимер, который легко не может быть сформирован в длинные нити. Традиционными спиннинг методы не потому, что PDMS не проявляют большой дальности текучесть плавления. Мы представляем усовершенствованный метод производить нити PDMS ступенчатыми температура профиль полимера как он cross-links от жидкости для эластомера. Путем наблюдения за его теплые температуры вязкость, мы оцениваем окно времени, когда его свойств материала исправимый чертеж в длинные нити. Волокна проходят через трубы высокой температуры печи, лечить их достаточно, чтобы быть найденным. Эти волокна составляет порядка сотен микрометров в диаметре и десятки сантиметров в длину, и даже длиннее и тоньше нитей возможны. Эти нити сохраняют многие свойства материала навалом PDMS, включая переключаемый гидрофобность. Мы продемонстрировать эту возможность с помощью метода патронирования автоматизированной коронным разрядом. Эти patternable силиконовые волокна PDMS находят применение в Силиконовой переплетений, газопроницаемой датчик компоненты и модели микромасштабной foldamers.

Метод (рис. 1) успешно производит нити около 200 мкм в диаметре (рис. 2) и различной длины 10 см по распоряжению. больше нитей могут производиться путем повышения рисования аппарат и средняя накаливания диаметры может варьироваться от 50-300 мкм в перспективе. Волокна, гибкие и надежные, и их модуль упругости сопоставима с массовых PDMS8. В этом протоколе рабочее время между предварительной вулканизации PDMS и рисование нитей удобно достаточно долго, для транспортировки материала (рис. 3).
Гидрофобность, кучность через коронного разряда могут быть проверены через капли контактных углов. Контактный угол анализ осложняется цилиндрическую форму нити накала; капельки могут образовывать симметричный баррель формы или асимметричные оболочки форме14. Для наших нитей, используя 1 мкл капельки воды, эти две формы соответствуют Корона лечение гидрофильные поверхностей и неочищенных гидрофобные PDMS, соответственно (рис. 4).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58826/58826fig1.jpg"> Рисунок 1: схема метода производства накаливания. Дегазации, cross-linking PDMS нагревается при 65 ° C до тех пор, пока ее вязкость достигает 4000 МПа·с. Он затем охлаждается и переведен в экструдере, которая толкает материал через отверстие вниз обшивается воздуха потока, а затем через трубчатая печь до собирают как нитей. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58826/58826fig1large.jpg" target="_blank">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58826/58826fig2.jpg"> Рисунок 2: гистограмма накаливания шириной от демонстрации метода. Ширина составляет см нити 6 нитей, Общая длина которых было около 80 см. нити были просканированы планшетный сканер и анализируемой пользовательских скриптов Octave15. Врезные: образ представителя расширенного накаливания рядом с правителем. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58826/58826fig2large.jpg" target="_blank">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58826/58826fig3.jpg"> Рисунок 3: PDMS вязкость против. время. Измерения вязкости (на 5 мин) дегазацию PDMS базы и отверждения агента как функцию от времени, с различных температурных профилей. Постоянное отопление (серые алмазы) — на 65 ° C, демонстрируя быстрый рост в вязкости. В 65 ° C, до удаления до комнатной температуры, когда вязкость достигает 4000 МПа·с, в описанный выше метод черный данных точек. Красный данных точки представляют того же образца вязкости после охлаждения до 25 ° C. Разрыв в данных происходит во время вискозиметра охлаждается до 25 ° C с поток ледяной воды. Голубой окно — время, когда производство накаливания происходит согласно методу. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58826/58826fig3large.jpg" target="_blank">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58826/58826fig4.jpg"> Рисунок 4: Hydrophobically рисунком накаливания. (A) накаливания был рисунком с попеременного гидрофобность, каждые 2 см, с помощью метода Arduino контролируемых Corona описано выше и визуализированы с 1 мкл капельки воды. (B) капельки принять конформации баррель (справа) в зависимости от накаливания местных гидрофобность14или оболочки (слева). Контактные углы оболочки оцениваются непосредственно, в то время как Вселенский эквивалент контактные углы на ствол капли определяются фитинга аналитического решения8. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58826/58826fig4large.jpg" target="_blank">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.</a>
<img alt="Supplemental Figure 1" src="/files/ftp_upload/58826/58826figS1.jpg"> Дополнительные рисунок 1: размеры адаптера экструзии с воздуха оболочкой. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58826/58826figS1large.jpg" target="_blank">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.</a>
<img alt="Supplemental Figure 2" src="/files/ftp_upload/58826/58826figS2.jpg"> Дополнительные рисунок 2: схема для Corona patterner. Коронный разряд устройство подключено к источнику питания ретрансляции. Нить накала загружается на подносе,-проведение проволока придает шагового двигателя через шпиндель (Дополнительные рис. 3). Шаблон загружены на микропроцессор Arduino на нижней левой. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58826/58826figS2large.jpg" target="_blank">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.</a>
<img alt="Supplemental Figure 3" src="/files/ftp_upload/58826/58826figS3.jpg"> Дополнительная цифра 3: схема частей для нити patterner. (A) лоток с отверстием, где накаливания приостанавливается. (B) шпиндель для непроводящей провода подключения шагового двигателя к лоток через отверстие 0,8 см. (C) снизу вид шпинделя, показаны адаптер вала шагового двигателя. Мы изготовлены все части от лазерного надреза 3,2 мм акрил, который был склеены вместе при необходимости. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58826/58826figS3large.jpg" target="_blank">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.</a>
<img alt="Supplemental Figure 4" src="/files/ftp_upload/58826/58826figS4.jpg"> Дополнительные рисунок 4: изображение нити patterner. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58826/58826figS4large.jpg" target="_blank">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.</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

Здесь мы представляем протокол производить длинные нити полидиметилсилоксан (PDMS) силикона, гравитация рисунок через печь. Волокна являются порядка сотен микрометров в диаметре и десятки сантиметров в длину и hydrophobically patternable через систему Arduino контролируемых коронным разрядом.

Рисование и гидрофобность кучность Лонг полидиметилсилоксан силиконовые волокна

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

Polydimethylsiloxane является универсальным материалом, который не может быть сформирован в длинные нити до сих пор. В то время как силиконовые нити могут иметь применение в ткацком или аддитивном производстве, мы особенно заинтересованы в них в качестве модели foldamer. Масштабируемое производство позволяет рисовать уже излечивая силикон через трубчатую печь.Мы также демонстрируем способ изменения поверхности силиконовых нитей с помощью управляемого компьютером разгрузщика короны. Сроки в этой процедуре имеет решающее значение, потому что полимер лечит непрерывно. Держите таймер рядом, и будьте готовы к следующему шагу заранее.Без визуальной демонстрации динамический процесс изготовления нитей будет нелегко воспроизвести. Этот процесс включает в себя несколько чувствительных к времени шагов, которые требуют адаптации к меняющимся условиям. Для начала подключите 1/8-й дюймовый внутренний диаметр высокотемпрессионых силиконовых труб к сжатому воздуху через измерительный клапан.Соедините другой конец трубки с латунным экструзионным адаптером с диафрагмой диаметром 2,15 миллиметра. Затем, исправить цилиндрической керамической трубки печи вертикально в дым капот, два фута над полом капота. Положите алюминиевую фольгу под печь, чтобы поймать избыток PDMS во время экструзии.Накрепляй экструзионные адаптеры над трубчатой печью с диафрагмой, сосредоточенной на открытии печи. Убедитесь, что печь находится не под углом, чтобы экструдированная нить не соедилась с печью. Затем прикрепите умереть с круговой разрез экструдера и использовать почтовый галстук для подключения высокой температуры силиконовой резины трубки экструдер бит.Подключите другой конец трубки к адаптеру экструзии. Навемить инфракрасный термометр к печи, а затем нагреть печь до внутренней температуры составляет около 250 градусов по Цельсию. Затем вывихни печь из-под экструзионного адаптера так, чтобы адаптер не нагревается до начала производства нити.Затем начните разогревать одноразовую пробную трубку до 65 градусов по Цельсию в вискометре, который может измерять от 200 до 10 тысяч миллипаскаля секунд. Проверьте баланс, установите скорость вращения до пяти об/мин и установите скорость измерения до одного раза в минуту. В то время как образец трубки нагревается, смешать 18 граммов PDMS базы с 1,8 грамма лечебного средства, в лодке для взвешивания.Дега смеси PDMS в вакууме комнатной температуры desiccator в течение 15 минут, или до тех пор, пока пузырьки остаются в смеси. Периодически вентиляционные desiccator поп пузыри вблизи поверхности. Затем удалите разогретую пробную трубку с вискометрового.Налейте дегазированную смесь PDMS в него, и положить трубку обратно в вискометр. Немедленно запустите последовательность измерений. Когда динамическая вязкость PDMS достигает четырех тысяч миллипаскальных секунд, обратите внимание на время, а затем используйте плоскогубцы, чтобы удалить образец трубки из вискометра.Немедленно вылейте смесь PDMS в экструдер комнатной температуры. Подтвердите, что печь находится на 250 градусов по Цельсию и ждать, пока PDMS был из вискометра в течение четырех минут. Затем перемести печь под экструзионные адаптеры и выровнять внутреннюю иглу адаптера с трубчатой печью.Твист экструдер винт на половину революции и начать собирать нить на деревянной палке. Каждые три-пять секунд, крутить экструдер еще половину революции для поддержания устойчивого потока PDMS. Окно вязкости для рисования нитей очень узкое.Если вязкость слишком низкая, подождите 30 секунд и попробуйте еще раз. PDMS будет продолжать перекрестные при комнатной температуре. Положите нарисованные нити через деревянные стеллажи, чтобы вылечить.Пусть нити вылечить при комнатной температуре в течение 12 часов, когда закончите. Чтобы начать процесс шаблонирования, навести сборку узоров в дымовом капоте и отправьте нужный шаблон микропроцессору. Затем вымойте вылеченную нить PDMS с 1% додекилового сульфата натрия.И тщательно промойте его ультра чистой водой. Удалите видимые капли воды со сжатым воздухом и пусть нить закончить сушки в окружающем воздухе. Затем привяжут непроводяную леску к круговой, вырезанной из непроводяющей нити лотка.Положите сухую нить PDMS над центральной вырезать из лотка и закрепить его на месте с двойной односторонней лентой. Вставьте лоток в вентилируемую коробку для сброса короны и убедитесь, что он находится на уровне. Поместите металлическую плиту под нить лоток так, чтобы нить выровнена вдоль края плиты.Намонтировать электрод разряда короны примерно на три миллиметра над нитью и соединить разгрузщик короны с микроконтроллером. Зафиксировать свободный конец непроводяющей линии на шпиндель, установленный на степпер-моторе, гарантируя, что линия натянута. Запустите программу микроконтроллера для узора нити с гидрофильных секций.Нити PDMS, производимые этим методом, были примерно 200 микрометров в диаметре и до 0,5 метров в длину. Удаление PDMS от тепла, прежде чем его вязкость была достаточно высока для рисования нитей, и давая ему пересечь связь при комнатной температуре в течение четырех с половиной минут, продлил время окно, в котором нити могут быть закручены примерно до четырех минут. Успех коронного узора был подтвержден с помощью измерений угла контакта капель.Вода образуется симметричной, баррель формы капель на корона обработанных гидрофильных PDMS, и асимметричные, оболочки формы капель на необработанных гидрофобных PDMS. Ключом к этой процедуре является то, что вы манипулируете вязкостью PDMS со временем и температурой. Вязкость увеличивается со временем, как он пересекает и лечения ускоряется при более высоких температурах.Подход частичного лечения полимера и рисования его через трубчатую печь, может быть адаптирован к другим полимерам, вылеченным температурой. Эти нити достаточно гибки, чтобы принять во многих конформациях, и гидрофобные регионы аффективно придерживаются вместе в воде. Мы изучаем, как гидрофобность нитей влияет на их складные пути.PDMS может капать на печь и производить небольшое пламя. Аккуратно выровняйте экструдер с печкой и быстро очистите любой мусор от печи деревянным дюбелем.

Research

JoVE Journal

Engineering

Fabricating Metamaterials Using the Fiber Drawing Method

Изготовление метаматериалов с использованием метода вытяжки

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

Изготовление и характеристика фотонного кристалла медленно волноводы Света и полостей

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

Синтез и микродифракции при экстремальных давлениях и температурах

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

Изготовление Процесс силиконовой основе диэлектрических эластомеров приводов

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

Реакции кинетики и горения Динамика I<sub&gt; 4</sub&gt; O<sub&gt; 9</sub&gt; И алюминиевые смеси

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

Одноэтапный подход к фабрикации полидиметилсилоксан Microfluidic каналы различных геометрических секций путем последовательных мокрой офорт процессов

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

Синхротрона рентгеновских Microdiffraction и флуоресценции изображений минеральных и образцов скальных пород

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

Фемтосекундный лазер волокна для использования в суб-Diffraction-ограниченной изображений и дистанционного зондирования

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

Интерактивная и визуализированная онлайн-система экспериментов для инженерного образования и исследований

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

Технология изготовления бирок для воздушных шаров для извлечения сенсорной рыбы и живой рыбы

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