基于微流控技术的共价有机框架材料（COFs）合成：一种用于连续制备COF纤维及在表面直接打印的工具

本方法的总体目标是展示如何利用基于微流控的技术平台制备共价有机框架的连续纤维，并可通过在表面打印形成二维和三维结构。尽管共价有机框架材料的合成已取得显著进展，但开发一种能够提升此类材料可加工性的方法仍具挑战性，因此本方法具有广阔前景。该方法通过引入一种新颖的合成策略，成功制备出共价有机框架的连续纤维，有效促进了结晶材料领域的发展，显著增强了这些材料的可加工性。

开始器件制备时，在通风橱内将由四英寸硅片制备的硅质母模放入真空干燥器中。取100微升三甲基氯硅烷加入玻璃小瓶中，并将该小瓶置于真空干燥器内。关闭干燥器并抽真空。

让三甲基氯硅烷蒸气在母模表面沉积一小时。然后，缓慢打开干燥器通气。取出硅烷化处理的母模，并关闭干燥器。

将硅烷化模具存放在密闭容器中或层流罩内。接着，在一次性杯子中，使用塑料刮刀按10:0.9的质量比混合PDMS弹性体与固化剂。将混合物置于真空干燥器中脱气30分钟。

然后，小心地将四个聚四氟乙烯（PTFE）框架放置在主模具上，使每个框架分别包围模具上的一个图案。将PTMS混合物倒入框架内并覆盖模具，直至填满。将PDMS在70摄氏度的烘箱中固化两小时，随后将模具从烘箱中取出，并在层流罩中让PDMS芯片冷却至室温。

冷却后，用手小心地将模具框与模具分离。轻轻将PDMS芯片从模具框中滑出。使用1.5毫米的活检打孔器，在芯片中微流体通道的末端打出入液口和出液口孔。

修剪芯片上多余的PDMS，并用胶带清洁芯片和盖玻片表面。将清洁后的芯片与四片玻璃盖玻片一同放入等离子发生器中，芯片的开放通道面朝上。抽真空后启动发生器，运行一分钟。

然后，释放腔室压力，取出经等离子处理的芯片和盖玻片。将每个芯片的开口通道朝下，轻轻按压到经处理的盖玻片上，实现芯片与盖玻片的键合。将制得的微流控芯片置于70 °C的烘箱中至少4小时，以增强PDMS与玻璃之间的键合强度。

开始合成前的准备工作时，用一个5毫升注射器吸取3毫升40毫摩尔的BTCA乙酸溶液。再用另一个5毫升注射器吸取3毫升40毫摩尔的TAPB乙酸溶液。使用内径为0.8毫米的聚四氟乙烯（PTFE）管，将管路一端分别连接至两个注射器。

将两个注射器安装在注射泵上。接着，用两个5毫升的注射器吸取乙酸，使用内径为0.8毫米的聚四氟乙烯（PTFE）管，将管路一端连接至注射器。将这些注射器牢固地固定在注射泵中。

然后，取一个单层四通道微流控芯片。将PTFE管的另一端连接到微流控装置的入口，并将注射器连接到外侧通道的入口。将一段15厘米长的PTFE管连接至芯片的出口。

将管路末端固定在含有10毫升乙酸的60毫米培养皿中。在培养皿旁放置一片玻璃盖玻片。将每台注射泵的流速设置为100微升每分钟，并启动泵。

监测芯片中MF-COF纤维的形成，等待一分钟使流速稳定。调节乙酸的流速并检查出口管路。若乙酸的鞘流流速相对于BTCA和TAPB的流速过高，则MF-COF纤维的微结构悬浮液将过于稀薄，无法形成连续纤维。

如果乙酸鞘液的流速相对于试剂流速过低，MF-COF纤维的高浓度会导致出口管路堵塞。将每支注射泵的流速设置为100微升每分钟，并等待一分钟使流速稳定。待流速稳定且连续的MF-COF纤维到达出口管末端时，握住管的末端，使其位于液面以上几毫米处。

缓慢移动试管以拉出MF-COF结构。MF-COF的微观结构赋予其适宜的机械性能，使得MF-COF纤维可用于在鞘膜表面保形构建二维和三维结构。将试管缓慢抬离表面两到三厘米，以形成自支撑且稳定的MF-COF纤维。

缓慢降低试管，以在盖玻片上直接绘制二维或三维结构。MF-COF纤维由TAPB和BTCA通过四通道微流控装置合成。扫描电子显微镜显示，这些纤维由相互连接的微米和纳米纤维组成，形成类似三维海绵的多孔结构，赋予材料打印二维和三维结构所需的机械性能。

通过在玻璃表面连续生成纤维并绘制图形，实现了二维MF-COF结构的打印。在玻璃上的书写实验进一步凸显了该打印过程的相对精度。当纤维相互叠加图案化时不会发生融合，从而实现了三维结构的打印。

除了玻璃之外，MF-COF结构还被打印在滤纸、纸板、铝箔和聚苯乙烯上。在尝试此操作时，请务必在超净工作台内完成微流控装置的全部制备步骤，并在通风橱中进行所有涉及乙酸操作的合成步骤。该技术开发完成后，将为晶体材料领域的研究人员开辟新的途径，以探索需要对由晶态纤维及多种丝蛋白构成的二维和三维结构进行先进图案化处理的技术应用。

观看本视频后，您应能充分理解如何利用微流控平台合成共价有机框架的连续纤维，以及如何打印所制备的纤维并通过交联形成二维和三维结构。