コバレント有機骨格（COF）のマイクロ流体ベースの合成：COF繊維の連続生産と表面への直接印刷のためのツール
Summary
本発明者らは、共有有機骨格（COF）の合成のための新規なマイクロ流体ベースの方法を提示する。我々は、このアプローチがどのようにして連続COF繊維を生成し、また表面上に2Dまたは3D COF構造を生成することができるかを実証する。
Abstract
共有結合性有機骨格（COF）は、処理不能な結晶性粉末としてしばしば合成される多孔性共有材料のクラスである。最初のCOFは2005年に報告され、準備のための新しい合成経路の確立を中心に多くの努力がなされた。今日まで、COF合成のための最も利用可能な合成方法は、ソルボサーマル条件下でのバルク混合に基づいている。したがって、実際の用途での使用に不可欠である、反応条件を精密に制御し、表面上のCOF加工性を改善するCOF合成のための系統的プロトコールを開発することに関心が高まっている。本明細書では、2つの構成単位、1,3,5-ベンゼントリカルバルデヒド（BTCA）および1,3,5-トリス（4-アミノフェニル）ベンゼン（TAPB）の間の反応が、COF合成のための新規なマイクロ流体ベースの方法を提示する。制御された拡散条件および室温で行われる。このようなアプローチを用いると、スポンジ状の泣き声以下ではMF-COFと呼ばれるCOF材料の長繊維からなる。 MF-COFの機械的性質およびこのアプローチの動的性質は、MF-COF繊維の連続的生産および表面へのそれらの直接印刷を可能にする。この一般的な方法は、柔軟性または剛性表面上に2Dまたは3D COF構造の高度な印刷を必要とする新しい潜在的なアプリケーションを開く。
Introduction
共有結合有機骨格（COF）は、有機ビルディングブロックが共有結合1,2,3,4,5によってしっかりと保持されている多孔質で結晶質の材料のよく確立されたクラスです。 COFは、代表的には、構成分子ビルディングブロックが選択的に反応して最終的かつ所定の多孔質アセンブリを画定する超分子化学原理に従って組み立てられる。そのようなアプローチは、制御された規則構造（ 例えば 、規定された細孔寸法を有する）および組成物3,6,7,8を有する材料の合成を可能にする。他の多孔質材料と比較して、COFは軽元素（C、H、B、NおよびO）からなり、調整可能なポロ都市1,5。これらのユニークで固有の特性に触発されて、COFは、化学分離9 、ガス貯蔵10および触媒11 、センサ12 、オプトエレクトロニクス13 、クリーンエネルギー技術14および電気化学エネルギー装置15における潜在的な適用について評価されている。
今日まで、COF材料の調製に使用される大部分の方法は、高温および高圧が標準であるソルボサーマル自己縮合および共縮合反応に基づいている。 COFは熱的に頑強であるが、一般に不溶性かつ未処理の結晶性粉末であるCOFは限られた加工性しか持たず、潜在的かつ実用的な用途ss = "xref"> 2,6,8,16,17。 COF合成において顕著な進歩が見られたにもかかわらず、この分野における大きな課題は、適切な反応条件（ 例えば 、温度および圧力）でCOFを調製する方法を開発することであり、これにより表面上での加工性が促進される。
最近、研究はShiff-base化学が室温でイミンベースのCOFを合成するために使用できることを示している。 1,3,5-トリス（4-アミノフェニル）ベンゼン（TAPB）と1,3,5-ベンゼントリカルバルデヒド（BTCA） 17との間の迅速かつ効率的な反応により、生成されたCOFはRT-COF-1と呼ばれる1A ）。この合成方法の有効性は、リソグラフィーを使用して剛性および柔軟性表面上にRT-COF-1のミクロンおよびサブミクロンパターンを直接印刷することによって実証された。インクジェット印刷技術。より最近では、マイクロフルイディクスを利用して、同じイミンベースのCOF（以後、MF-COF6と呼ぶ）の繊維の連続的合成のための有効なアプローチを実証した。 COFの生成に関する他の報告された合成アプローチとは異なり、このマイクロ流体ベースの合成方法は、周囲温度および圧力で数秒以内にMF-COF繊維の迅速な合成を可能にした。さらに、合成されたMF-COF繊維の機械的安定性のために、そのようなマイクロ流体ベースの方法が2Dおよび3D構造の表面上への直接印刷を可能にする方法を実証した。ここでは、この方法を用いて、異なる化学的および物理的特性を有する様々な表面上にCOF構造を描くことができることを示す。この新しい方法は、様々な方向および様々な表面におけるCOFの良好に制御されたパターニングおよび直接印刷のための新たな手段を開くと考えられる。
Protocol
Representative Results
Discussion
ここに報告されたマイクロ流体ベースの合成方法は、表面上にCOF材料を直接印刷するための新規で単純なアプローチを提供する。合成は、ガラスカバースリップに結合されたマイクロ流体PDMSチップを含む単層マイクロ流体装置を用いて行われる。マイクロフルイディックデバイスの製造は、シリコンマスターモールドに対するPDMSの従来のキャスティング、続いてガラスカバースリップに対?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
著者らは、スイス国立科学財団（SNF）に、プロジェクトNo。 200021_160174。
Materials
| High resolution film masks | Microlitho, UK | – | Features down to 5um |
| Silicon wafers | Silicon Materials Inc., Germany | 4" Silicon Wafers | Front surface: polished, back surface: etched |
| Silicone Elastomer KIT (PDMS) | Dow Corning, USA | Sylgard 184 | – |
| Chlorotrimethylsilane | Sigma-Aldrich, Switzerland | 386529 | ≥97%, CAUTION: Handle it only under fume hood. |
| Biopsy puncher | Miltex GmBH, Germany | 33-31A-P/25 | 1.5 mm |
| Glass coverslip | Menzel-Glaser, Germany | BB024040SC | 24 mm × 40 mm, #5 |
| Plasma generator instrument | Diener | Zepto B | Frequency: 40 kHz and plasma generator power: 0-30 W |
| PTFE tubing | PKM SA, Switzerland | AWG-TFS-XXX | AWG 20TFS, roll of 100 m |
| neMESYS Syringe Pumps | Cetoni GmbH, Germany | Low Pressure (290N) | – |
| Disposable Cup | Semadeni, Switzerland | 8323 | PS, 200 ml |
| Plastic Spatula | Semadeni, Switzerland | 3340 | L × W : 135 mm x 14 mm |
| Disposable Scalpels | B. Braun, Switzerland | 233-5320 | Nr. 20 |
| Disposable Syringes | VWR, Switzerland | 613-3951 | 5 ml, Discardit II |
| Acetic Acid | Sigma-Aldrich, Switzerland | 695092-500 | >=99.7%, CAUTION: Handle it only under fume hood. |
| 1,3,5-benzenetricarbaldehyde | Aldrich-Fine Chemicals | 753491 | 97% |
| 1,3,5-Tris(4-aminophenyl)benzene | Tokyo Chemical Industry | T2728-5G | >93.0% |
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