Deformation of structure-mediated droplet networks with kirigami-like structure

具有剪纸状结构的结构介导的液滴网络的变形

基本信息

批准号：
19K23498
负责人：
矢菅浩規
金额：
$ 1.83万
依托单位：
Waseda University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-08-30 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19K23498/
关键词：
液滴脂質二分子膜マイクロ構造液滴ネットワーク微細加工

项目摘要

近年、微小な油中水滴を脂質二分子膜等で接続して形成される液滴のネットワーク中に、膜タンパク質等の生体分子を統合したセンサ等のシステムが研究されている。研究代表者等は、これまでの研究で、連結したピラーからなる格子構造を用いる事で各液滴を3次元で配列可能な液滴ネットワーク（構造介在型液滴ネットワーク）の構築方法を提案した。本研究では、構造的な工夫を施す事によって、構造介在型液滴ネットワークの機械特性を変調させる方法を検討した。具体的には、本来伸張しない紙に切込を入れる事で全体として伸長変形ができる“切り紙”のように、構造介在型液滴ネットワークの連結ピラー格子構造部分に構造的な工夫を施す事で、液滴ネットワークを伸張させる事が可能かを検討した。連結ピラー格子構造が隙間なく配列した構造と、“切り紙”構造のように一部が取り除かれた構造の2種類を準備し、引張試験を行った。尚、連結ピラー格子構造は、UV硬化樹脂を材料として光造形方式の3Dプリンタで製作した。引張試験時、前者は伸張と共に大きな荷重が生じたのに対し，後者では緩やかな荷重の増加が確認された。また、構造崩壊が開始する伸びにおいても、構造工夫がある後者の方が、1.5 mm程度伸張可能である事が分かった。続いて、アガロースゲルを含む連結ピラー格子構造2層を重ねた試験片の引張を行った。尚、連結ピラー構造中に硬化前のアガロース水溶液を満たし、界面活性剤を含む鉱油で置換する事で液滴を生成し、その後冷却する事で水溶液をゲル化した。引張試験では、全体の9%程度の引張を実証した。

近年来，人们对诸如传感器之类的系统进行了研究，这些系统将膜蛋白等生物分子整合到通过将微小的油包水液滴与脂质双层膜连接而形成的液滴网络中。在之前的研究中，研究人员提出了一种构建液滴网络（结构介导的液滴网络）的方法，该方法可以利用由连接的柱子组成的晶格结构在三个维度上排列每个液滴。在这项研究中，我们研究了一种通过应用结构改进来调节结构介导的液滴网络的机械性能的方法。具体来说，我们正在对结构介导的液滴网络的连接柱晶格结构进行结构改进，类似于“kirigami”，通过在不自然拉伸的纸张上进行切割，可以使其整体拉伸和变形我们研究了是否可以扩展液滴网络。对两种类型的结构进行了拉伸测试：一种是连接的柱格结构无间隙排列，另一种是像“剪纸”结构一样去除了部件。连接的柱状网格结构是通过使用 UV 固化树脂的立体光刻 3D 打印机制造的。在拉伸试验中，在前一种情况下，随着伸长而产生大的载荷，而在后一种情况下，确认了载荷逐渐增加。此外，即使在结构开始塌陷的地方，结构更好的后者也能拉伸约1.5毫米。接下来，对由含有琼脂糖凝胶的两层连接的柱状晶格结构构成的试验片施加张力。注意，连接的柱结构在硬化之前充满琼脂糖水溶液，并用含有表面活性剂的矿物油代替以产生液滴，然后通过冷却使水溶液凝胶化。拉伸试验表明拉伸强度约为总拉伸强度的9%。