characterization of ferrofluid-based stimuli-responsive elastomers

Charakterisierung ferrofluidbasierter, stimuli-responsiver Elastomere

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2016
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Abstract
Stimuli-responsive materials undergo physicochemical, and/or structural changes when a specific actuation is applied. They are heterogeneous composites, consisting of a non-responsive matrix where functionality is provided by the filler. Surprisingly, the synthesis of Polydimethylsiloxane (PDMS)-based stimuli-responsive elastomers (SRE) has seldomly been presented. Here we present the structural, biological, optical, magnetic and mechanical properties of several magnetic SRE (M-SRE) obtained by combining PDMS and isoparafin-based ferrofluid (FF). Independently of the FF concentration, results shown a similar aggregation level, with the nanoparticles (NP) mostly isolated (>60%). In addition to the superparamagnetic behaviour, the samples show no cytotoxicity except the sample with the highest FF concentration. Spectral response shows FF concentrations where both optical readout and magnetic actuation can simultaneously be used. The Young’s modulus increases with the FF concentration until the elastomeric network is distorted. Our results demonstrate that PDMS can host up to 24.6% FF. When applied to soft microsystems, a large displacement for relatively low magnetic fields (< 0.3 T) is achieved. The herein presented M-SRE characterization can be used for a large number of disciplines where magnetic actuation can be combined with optical detection, mechanical elements and biological samples.
Stimuli-responsive Materialien erfahren physikochemische und/oder strukturelle Veränderungen, wenn eine spezifische Aktuierung erfolgt. Es handelt sich dabei um heterogene Komposite, die aus einer nicht-responsiven Matrix bestehen, deren Funktionalität durch den Füllstoff verliehen wird. Überraschenderweise wurde über die Synthese von Polydimethylsiloxan (PDMS)-basierten stimuli-responsiven Elastomeren (SRE) bisher nur selten berichtet. In dieser Arbeit stellen wir die strukturellen, biologischen, optischen, magnetischen und mechanischen Eigenschaften verschiedener magnetischer SRE (M-SRE) vor, die durch die Kombination von PDMS und einem Ferrofluid auf Isoparaffinbasis (FF) hergestellt wurden. Unabhängig von der FF-Konzentration zeigten die Ergebnisse einen ähnlichen Aggregationsgrad, wobei die Nanopartikel (NP) größtenteils isoliert vorlagen (> 60 %). Neben dem superparamagnetischen Verhalten weisen die Proben – mit Ausnahme der Probe mit der höchsten FF-Konzentration – keine Zytotoxizität auf. Die spektrale Charakterisierung zeigt FF-Konzentrationen auf, bei denen sowohl ein optisches Auslesen als auch eine magnetische Aktuierung gleichzeitig genutzt werden können. Der Elastizitätsmodul nimmt mit steigender FF-Konzentration zu, bis das elastomere Netzwerk gestört wird. Unsere Ergebnisse zeigen, dass PDMS bis zu 24,6 % FF aufnehmen kann. Bei der Anwendung in weichen Mikrosystemen wird eine große Auslenkung bei relativ geringen Magnetfeldern (< 0,3 T) erzielt. Die hier vorgestellte M-SRE-Charakterisierung kann für eine Vielzahl von Disziplinen genutzt werden, in denen magnetische Aktuierung mit optischer Detektion, mechanischen Elementen und biologischen Proben kombiniert werden kann.
Reference Key
depedro2016frontierscharacterization Use this key to autocite in the manuscript while using SciMatic Manuscript Manager or Thesis Manager
Authors ;Sandra dePedro;Xavier Munoz-Berbel;Rosalia Rodríguez-Rodríguez;Jordi Sort;Jose Antonio Plaza;Juergen Brugger;Andreu Llobera;Victor J Cadarso
Journal bmc genetics
Year 2016
DOI
10.3389/fmech.2016.00012
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