Responsive liquid crystal networks

Responsieve polymeren zijn interessant voor een groot aantal toepassingen, omdat de eigenschappen van deze materialen over een breed bereik ingesteld kunnen worden en het bovendien mogelijk is om ze tegen lage kosten en op grote schaal te fabriceren. Vloeibaar-kristallijne netwerken vormen een platformtechnologie voor deze responsieve materialen. Een groot aantal stimulusgevoelige moleculen kunnen worden toegevoegd om het polymeer gevoelig te maken voor warmte, licht, pH, waterdamp of biologische stimuli. De vloeibaar-kristallijne kernen van het polymere netwerk versterken de stimulus, wat snelle en grote responsies tot gevolg heeft. De responsies kunnen zowel mechanische als optische veranderingen zijn, en zijn naar wens reversibel of irreversibel te maken. In dit werk wordt het gebruik van deze materialen in microsystemen, zoals lab-on-a-chip, onderzocht. Actuatie met licht wordt gekozen omdat dit compatibel is met een natte omgeving en van afstand aangestuurd kan worden.Theoretische en experimentele resultaten laten zien dat door een optimalisatie van de moleculaire ordening in een ‘splaybend’ orientatie, de prestaties van buigende actuatoren sterk verbeterd kan worden. Daarnaast is er theorie ontwikkeld die de beweging van de actuator onder invloed van aansturing met licht beschrijft en deze theorie wordt door experimentele resultaten bevestigd. Voor toepassing in microfluidische systemen worden actuatoren ontworpen die gebaseerd zijn op cilia in natuurlijke organismen. Deze actuatoren kunnen dienen als pompen en mixers, maar daarvoor is het noodzakelijk dat de beweging van de cilia asymmetrisch in de tijd is. Verschillende manieren voor het genereren van deze asymmetrische beweging zijn onderzocht. Eén manier maakt gebruik van actuatoren bestaande uit verschillende delen die elk reageren op een andere kleur licht. Een andere manier maakt gebruik van een gradient in compositie van de actuator door de dikte van het materiaal, waardoor een sterk niet-lineaire responsie ontstaat. Verschillende methodes voor het miniaturiseren van deze actuatoren zijn verkend, waaronder lithografie en inkjet printen. Het is aangetoond dat met inkjet printen, actuatoren kleiner dan een millimeter gemaakt kunnen worden, zonder dat de prestaties van de actuatoren daaronder te leiden heeft. Behalve de toepassing van vloeibaar-kristallijne netwerken als actuatoren is de toepassing als sensor ook onderzocht. Als het materiaal een cholesterische ordening heeft, kan dit een gedeelte van het licht reflecteren. Als de reflectieband in het zichtbare gedeelte van het licht ligt, lijkt het materiaal een kleur te hebben. Net als bij de actuatoren kan het netwerk gedeformeerd worden door de moleculaire ordening te verstoren of door het te laten zwellen of krimpen, hetgeen een zichtbare verschuiving van de reflectieband tot gevolg kan hebben. Het is aangetoond dat door gebruik te maken van waterstofbruggen in het netwerk, cholesterische sensoren kunnen reageren op vluchtige amines, pH of temperatuur. Als alternatief voor de licht gestuurde actuatoren zijn magnetisch gedreven, ferromagnetische systemen onderzocht. Magnetische velden zijn net als licht compatibel met een nat milieu en kunnen van afstand aansturen. Twee methodes zijn onderzocht om kunstmatige magnetische cilia te maken: ‘glancing angle’ depositie van nikkel op PDMS scharnieren en electrolytisch gegroeid nikkel in een membraan. De beste resultaten werden bereikt met electrolytische gegroeide staafjes die vrij in een kanaal ronddreven. Toepassingen van de actuatoren uit dit onderzoek liggen in medische applicaties zoals lab-on-a-chip systemen, maar ook in andere toepassingen zoals mechatronica en textiel. Omdat de materialen in een continu proces aan de lopende band verwerkt kunnen worden, hebben ze de potentie om in goedkope systemen zoals slimme verpakkingen of wegwerp applicaties toegepast te worden

Self-assembly of micro/nanosystems across scales and interfaces

Steady progress in understanding and implementation are establishing self-assembly as a versatile, parallel and scalable approach to the fabrication of transducers. In this contribution, I illustrate the principles and reach of self-assembly with three applications at different scales - namely, the capillary self-alignment of millimetric components, the sealing of liquid-filled polymeric microcapsules, and the accurate capillary assembly of single nanoparticles - and propose foreseeable directions for further developments

A novel approach to fabricate bioinspired programmable composite materials: the 3D Printing way

L'abstract è presente nell'allegato / the abstract is in the attachmen

Recent progress in bio-inspired macrostructure array materials with special wettability—from surface engineering to functional applications

Bio-inspired macrostructure array (MAA, size: submillimeter to millimeter scale) materials with special wettability (MAAMs-SW) have attracted significant research attention due to their outstanding performance in many applications, including oil repellency, liquid/droplet manipulation, anti-icing, heat transfer, water collection, and oil–water separation. In this review, we focus on recent developments in the theory, design, fabrication, and application of bio-inspired MAAMs-SW. We first review the history of the basic theory of special wettability and discuss representative structures and corresponding functions of some biological surfaces, thus setting the stage for the design and fabrication of bio-inspired MAAMs-SW. We then summarize the fabrication methods of special wetting MAAs in terms of three categories: additive manufacturing, subtractive manufacturing, and formative manufacturing, as well as their diverse functional applications, providing insights into the development of these MAAMs-SW. Finally, the challenges and directions of future research on bio-inspired MAAMs-SW are briefly addressed. Worldwide efforts, progress, and breakthroughs from surface engineering to functional applications elaborated herein will promote the practical application of bio-inspired MAAMs-SW

Aluminum Oxide Template and Titanium Oxide Nanotubes and their Applications

Ph.DDOCTOR OF PHILOSOPH

Processing of Imine-Based Covalent Organic Frameworks

Tesis doctoral inédita. Universidad Autónoma de Madrid, Facultad de Ciencias, Departamento de Química Inorgánica. Fecha de lectura: 10-09-201

Microfluidic PCR with plasmonic imaging for rapid multiplexed characterization of DNA from microbial pathogens

Bloodstream infections (BSIs) are a critical concern in modern medicine due to their continued prevalence in modern hospitals, along with high costs and attributable mortality, particularly among those who are immunocompromised. The current gold standard for detection and characterization of causative pathogens involves cell culture, which can take 24-48 hours to complete, increasing time to adequate treatment and thus mortality. The rise of antimicrobial resistance in hospital acquired infections has reduced the effectiveness of broad spectrum antimicrobial treatments, resulting in a clear need for a rapid, sensitive technique for characterization of resistance markers in microbial pathogens without cell culture. Here we present the development of a microfluidic platform for polymerase chain reaction (PCR) mediated amplification of microbial gene targets in a continuous flow system for potential coupling with sample preparation systems to reduce time to diagnosis from days to within two hours. This culminated in a thermoelectric cooler mediated fluidic thermocycler with a recirculating assay region for real-time hybridization measurements to minimize assay time. We subsequently demonstrated development of a low-cost optical system for localized surface plasmon resonance imaging using a digital micromirror device and tuned nanoprism monolayers for DNA hybridization with a spectral resolution of 2nm. This LSPR imaging system was integrated in-flow into the microfluidic thermocycler, enabling detection of input E. coli DNA samples at a minimum concentration of 5fg/ [microliter]. We further demonstrated multiplex detection of target markers, indicating potential for assaying target panels for characterization of pathogens. Overall, the studies in this dissertation demonstrate a microfluidic PCR system with built-in sensitive LSPR detection of DNA hybridization. It should serve as a starting point for exploration of and expansion with fluidic sample preparation with a focus on rapid characterization of pathogens.Biomedical Engineerin

Charakterisierung funktionaler Nanomaterialien für biomagnetische Sensoren und Atemanalyse

The presented thesis is covering materials aspects for the development of magnetoelectric sensors for biomagnetic sensing and solid state sensors for breath monitoring. The electrophysiological signals of the human body and especially their irregularities provide extremely valuable information about the heart, brain or nerve malfunction in medical diagnostics. Similar and even more detailed information is contained in the generated biomagnetic fields which measurement offers improved diagnostics and treatment of the patients. A new type of room temperature operable magnetoelectric composite sensors is developed in the framework of the CRC1261 Magnetoelectric Sensors: From Composite Materials to Biomagnetic Diagnostics. This thesis focuses on the individual materials structure-property relations and their combination in magnetoelectric composite sensors studied by electron beam based techniques, at lengths scales ranging from micrometers to atomic resolution. The first part of this thesis highlights selected studies on the structural and analytic aspects of single phase materials and their composites using TEM as the primary method of investigation. With respect to the piezoelectric phase, alternatives to AlN have been thoroughly investigated to seek for improvement of specific sensor approaches. In this context, the alloying of Sc into the AlN matrix has been demonstrated to yield high quality films with improved piezoelectric and unprecedented ferroelectric properties grown under the control of deposition parameters. Lead-free titanate films with large piezo-coefficients at the verge of the morphotropic phase boundary as alternative to PZT films have been investigated in terms of crystal symmetry, defect structure and domains of cation ordering. New morphologies of ZnO and GaN semiconductors envisioned for a piezotronic-based sensor approach were subject of in-depth defect and analytical studies describing intrinsic defects and lattice strains upon deposition as well as hollow composite structures. When the dimensions of a materials are reduced, novel exciting properties such as in-plane piezoelectricity can arise in planar transition-metal dichalcogenides. Here, the turbostratic disorder in a few-layered MoSe2 film has been investigated by nanobeam electron diffraction and Fast Fourier Transformations. From the perspective of magnetic materials, the atomic structure of magnetostrictive multilayers of FeCo/TiN showing stability up to elevated temperatures has been analyzed in detail regarding the crystallographic relationship of heteroepitaxy in multilayer composites exhibiting individual layer thicknesses below 1 nm. Further, magnetic hard layers have been investigated in the context of exchange spring concepts and ME composites based on shape memory alloy substrates have been studied regarding structural changes implied by different annealing processes. The second part of this thesis introduces materials aspects and sensor studies on gas detection in the clinical context of breath analysis. The detection of specific vapors in the human breath is of medical relevance, since certain species can be enriched depending on the conditions and processes within the human body. Hence, they can be regarded as biomarkers for the patients condition of health. The selection of suitable materials and the gas measurement working principle are considered and selected studies on solid state sensors with different surface functionalization or targeted application on basis of ZnO or CuO-oxide and Fe-oxide species are presented

Прва међународна конференција о електронској микроскопији наноструктура ELMINA 2018, 27-29 август 2018. Београд, Србија

ELMINA2018 International Conference organized by the Serbian Academy of Sciences and Arts and the Faculty of Technology and Metallurgy, University of Belgrade, as the first in a series of electron microscopy conferences: Electron Microscopy of Nanostructures. The scope of ELMINA2018 will be focused on electron microscopy, which provides structural, chemical and electronic information at atomic scale, applied to nanoscience and nanotechnology (physics, chemistry, materials science, earth and life sciences), as well as advances in experimental and theoretical approaches, essential for interpretation of experimental data and research guidance. It will highlight recent progress in instrumentation, imaging and data analysis, large data set handling, as well as time and environment dependent processes