Summary
Den föreslagna tekniken kommer att ge ett nytt, effektivt, sparsamt och icke-invasivt tillvägagångssätt för att avbilda fluidiskt flöde genom en packad pulverbädd, vilket ger hög rumslig och tidsmässig upplösning.
Abstract
Utvecklingen av nya avbildningstekniker för molekylär och kolloidal transport, inklusive nanopartiklar, är ett område för aktiv undersökning i mikrofluidiska och millifluidiska studier. Med tillkomsten av tredimensionell (3D) utskrift har en ny materialdomän uppstått, vilket ökar efterfrågan på nya polymerer. Specifikt upplever polymerpulver, med genomsnittliga partikelstorlekar i storleksordningen en mikron, ett växande intresse från akademiska och industriella samhällen. Att kontrollera materialets tunbarhet vid mesoskopiska till mikroskopiska längdskalor skapar möjligheter att utveckla innovativa material, såsom gradientmaterial. Nyligen har ett behov av polymera pulver i mikronstorlek ökat, eftersom tydliga applikationer för materialet utvecklas. Tredimensionell utskrift ger en process med hög genomströmning med en direkt koppling till nya applikationer, vilket driver undersökningar av fysiokemiska och transportinteraktioner på mesoskala. Protokollet som diskuteras i den här artikeln ger en icke-invasiv teknik för att avbilda vätskeflödet i packade pulverbäddar, vilket ger hög tidsmässig och rumslig upplösning samtidigt som man utnyttjar mobil teknik som är lättillgänglig från mobila enheter, till exempel smartphones. Genom att använda en vanlig mobil enhet elimineras de bildkostnader som normalt skulle vara förknippade med ett optiskt mikroskop, vilket resulterar i ett sparsamt vetenskapligt tillvägagångssätt. Det föreslagna protokollet har framgångsrikt karakteriserat en mängd olika kombinationer av vätskor och pulver, vilket skapar en diagnostisk plattform för snabb avbildning och identifiering av en optimal kombination av vätska och pulver.
Introduction
Bläckstrålebaserad bindemedelssprutning i pulvermedia representerar en viktig teknik inom additiv tillverkning (3D-utskrift). Bindemedelssprutningsprocessen börjar med avsättning av funktionella vätskor i pulvermedia med hjälp av en skanningsbläckstråleutskriftsprocess. Specifikt översätts ett bläckstråleskrivhuvud över pulverytan, avsätter vätskebindemedlet på en pulveryta och bildar därigenom en fast del lager för lager1. Bläckstrålebaserad bindemedelsjettingteknik inkluderar i allmänhet sand, metallpulver och polymerpulver. För att utöka materialens utrymme vid bindemedelssprutning krävs dock ett grundläggande tillvägagångssätt för att undersöka interaktioner mellan vätska och pulver och pulver, tribologi, pulverpackningstäthet och partikelaggregering. Specifikt, för fluid-pulverinteraktioner, finns ett kritiskt behov av förmågan att avbilda vätskeflödet genom pulverbäddar i realtid. Detta lovar att bli ett kraftfullt verktyg för forskare att inkludera som en karakteriseringsteknik och potentiellt som en screeningmetod för olika kombinationer av vätskor och pulver 2,3,4, liksom mer komplexa system, såsom konkreta 3D-utskriftssystem som använder partikelbäddsmetoder.
Utvecklingen av nya avbildningstekniker för molekylär och kolloidal transport, inklusive nanopartiklar, är ett aktivt forskningsområde inom mikrofluidiska och millifluidiska studier. Att undersöka intermolekylära interaktioner genom avbildningstekniker kan vara utmanande, eftersom lite arbete har gjorts för att undersöka dessa typer av interaktioner under förhållandena med omättat och ostadigt vätskeflöde. Många av de studier som redovisas i litteraturen har fokuserat på ett mättat, förfuktat, poröst medium, såsom glaspärla 5,6,7,8,9,10,11,12 och jordar 13,14,15,16,17,18 . Denna teknik ger ett icke-invasivt tillvägagångssätt, vilket resulterar i hög tidsmässig och rumslig upplösning 2,3,4,19. Dessutom ger den utvecklade tekniken en ny metod för att karakterisera och kvantifiera partikeltransport i nanoskala och mikronskala i en mängd olika porösa medier, med fokus på polymera pulver.
Den föreslagna tekniken använder en mobil enhet för att registrera omättad, ostadig fluidisk transport genom porösa polymera medier med partikeldimensioner som är representativa för de pulver som används i 3D-utskriftssystem som använder fluidisk pulverbäddfusionsteknik. Denna teknik är fördelaktig eftersom flödescellerna är kostnadseffektiva, återanvändbara, små och lätthanterade, vilket illustrerar de dominerande aspekterna av sparsam vetenskap. Möjligheten att implementera dessa enkla experiment i en fältstudie är mycket enkel, vilket eliminerar komplikationer, kostnader och tid som krävs i optisk mikroskopi. Med tanke på hur enkelt det är att skapa installationen, tillgången till snabba resultat och det minimala antalet provkrav är denna teknik en optimal plattform för diagnostisk screening.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Förbereda den mikrofluidiska flödescellen
OBS: För detta protokoll kommer en kommersiell mikrofluidisk flödescell att användas. Genom att använda en kommersiell produkt som är utformad för ljusgenomträngning från ett optiskt mikroskop minimeras eventuella utmaningar när det gäller ljusfältsbelysning av mediet.
- Börja förbereda den mikrofluidiska flödescellen genom att täcka utloppet med parafilm för att täta ena änden av kanalen så att den tomma flödescellen kan packas med polymerpulver. Innan du börjar experimentet, bekräfta att mikrofluidkanalen är ren och torr.
- Tejpa fast den metriska papperslinjalen direkt under flödeskanalen.
- Väg den mikrofluidiska flödescellen med parafilmen och linjalen fäst. Flödescellens massa är den uppackade flödescellmassan (mu).
2. Packa pulvret i kanalen
- När du packar pulvret, använd en plastpipett för att överföra pulvret. Observera att partiklar kan fastna på utsidan av pipetspetsen, vilket är ett resultat av triboladdning.
- Medan pulvret införs i kanalen, knacka på flödescellen minst fem gånger för att komprimera pulvret. Fortsätt packa tills pulvret når början av flödeskanalens öppning.
OBS: Tappning komprimerar pulvret i kanalen med målet att tillhandahålla ett reproducerbart diagnostiskt verktyg. För vissa tillämpningar kan denna ansträngning vara en högre, lägre eller likvärdig nivå av pulverkomprimering än den komprimering som observeras vid tillämpningen av intresse. Om det finns problem med tappningens reproducerbarhet eller med förpackningspulver i applikationen kan du överväga att utföra ASTM D7481-1820. - Ta bort pulvret som finns på flödescellens yttre yta med en torkduk blöt i alkohol.
OBS: Vissa typer av partiklar kan vara hydrofoba, så vatten kanske inte tar bort partiklarna väl.
- Medan pulvret införs i kanalen, knacka på flödescellen minst fem gånger för att komprimera pulvret. Fortsätt packa tills pulvret når början av flödeskanalens öppning.
- När pulvret är packat, inspektera flödescellen visuellt för löst packat pulver. Om pulvret i flödescellen verkar löst packat (figur 1), tryck på flödescellen ytterligare fem gånger. Om pulverförpackningen verkar jämn och kompakt, väg flödescellen för att mäta massan av det polymera pulvret (m p-m u; se ekvation 1).
- Beräkna bulkpackningsdensiteten (ρ) med hjälp av skillnaden mellan den uppackade (m u) och packade flödescellmassan (mp) och dividera den med flödescellens volym. Flödescellens volym är då känd [längd (l): 50 mm, bredd (b): 5 mm, kanaldjup (h): 0,8 mm].
Ekv 1 - Bekräfta att förpackningsdensiteten ligger i det typiska intervallet 0,45 g/ml till 0,55 g/ml för polymerpulver 2,3,4,21. Lämna flödescellerna i dragskåpet tills steg 3 och 4 är slutförda.
VARNING: Partiklar med en diameter på mindre än 10 μm kan tränga in i lungorna och potentiellt komma in i blodomloppet, vilket kan orsaka hälsoproblem relaterade till lung- och kardiovaskulära system. De polymera pulver som användes i detta experiment har en partikeldiameter på cirka 50 μm. Därför har inandning av partiklarna mindre potential att orsaka hälsoproblem, men mindre partiklar finns även i smala partikelstorleksfördelningar. För den säkraste miljön bör förberedelse av flödescellerna göras i en dragskåp.
- Beräkna bulkpackningsdensiteten (ρ) med hjälp av skillnaden mellan den uppackade (m u) och packade flödescellmassan (mp) och dividera den med flödescellens volym. Flödescellens volym är då känd [längd (l): 50 mm, bredd (b): 5 mm, kanaldjup (h): 0,8 mm].
Ekv 13. Beredning av lösningsmedlet
- Förbered en 75 vikt% lösning av etanol i vatten. Observera att lösningsmedlet kommer att kallas vätskan i resten av detta manuskript.
VARNING: Se till att bägaren som används för att bereda lösningen är fri från ytaktiva ämnen, eftersom tensider påverkar resultatet.
4. Förbereda det vita ljusbordet
- För att förhindra att detektorn (kameran) fylls med för mycket ljus, täck ljusbordet med ett ogenomskinligt material, till exempel ett 3D-tryckt lock i svart polymjölksyrafilament (PLA) (kompletterande figur 1). Se till att materialet har en öppning som är lika stor som mikrokanalen (5 mm x 55 mm) så att ljus kan belysa pulvret.
OBS: För mycket ljus betyder att kamerans skärm eller bildskärm kommer att se vit ut och mikrokanalen kommer inte att synas. Därför kommer detektorn inte att kunna fokusera linsen på mikrokanalen. - För att säkerställa att kameran på den mobila enheten kan fånga kontrasten mellan det våta och torra pulvret, använd ljusbordet med låg till medelhög ljusintensitet.
OBS: Hög ljusintensitet är vid 100%. De andra två inställningarna är relativa till den höga ljusintensiteten; Inställningen för låg ljusintensitet är på ~ 30% och medelhög ljusintensitet är på ~ 65%. - Rikta in kameran på den mobila enheten direkt ovanför ljusbordet. Kontrollera att kameran är vinkelrät mot ljusbordets ovansida (bild 2).
- Rikta kameran mot den mobila enheten så att den mobila enhetens långa axel ligger i linje med flödescellens längsta axel.
5. Starta experimentet
- Placera flödescellen på ljusbordet och fokusera kameran på den mobila enheten på flödeskanalen.
OBS: För optimala resultat ger ett mörkare (reducerad takbelysning) inspelningsutrymme vanligtvis bättre bildupplösning. Om ett mörkt utrymme inte är tillgängligt bör minimering av förändringar i takbelysning (lampor som tänds, stängs av eller dimmas) under inspelning förbättra grafiska signaler och minimera oönskat brus i experimentet. - När du har fokuserat kameran på den mobila enheten väljer du inspelningsknappen. Tillsätt 125 μL vätska till mikrokanalens öppna inlopp med hjälp av en pipet.
- Registrera flödet i 2 minuter eller tills allt pulver är fuktat synligt.
6. Analysera data
- Överför videofilen från den mobila enheten till datorn för enkel åtkomst. Observera att videor över 2 minuter kanske inte laddas i programvaran just nu, eftersom filstorleken kan vara för stor.
- Ladda ner Tracker, en gratis programvara från Physlets webbplats22. Denna programvara kan spåra position, hastighet och acceleration i följande videofiler: .mov, .avi, .mp4, .flv, .wmv, etc. För följande steg, se Kompletterande fil.
OBS: För Mac-användare, installera den senaste versionen av programvaran för att programvaran ska fungera korrekt. Dessutom kan Mac-användare kräva en videomotor (Xuggle), animerade GIF-filer (.gif) eller bildsekvenser som består av en eller flera digitala bilder (.jpg, .png eller klistras in från Urklipp). - När programvaran är installerad öppnar du Tracker-programvaran. Från Arkiv-menyn väljer du Öppna fil för att ladda den överförda videofilen från steg 6.1 på datorns skrivbord.
- Klicka på ikonen Klippinställningar , som ser ut som filmremsan, för att definiera startramen och stegstorleken.
OBS: Om du placerar musen över en ikon identifieras ikonen.- Definiera startramen. Startramen definieras som ramen där den första kontrasten (kontrasten mellan det våta och torra pulvret) observeras.
- Ställ in stegstorleken. Stegstorlek avser ramstegstorleken, som programvaran skulle analysera. Från tidigare experiment är den optimala stegstorleken 10.
- Klicka på kalibreringsverktyget, ikonen med den blå linjalen, till höger om knappen Klippinställningar . Från Ny väljer du Kalibreringssticka.
- För att zooma in på linjalen i videon, högerklicka på området för att förstora och välj Zooma in från listan. När du har förstorat på rätt sätt definierar du början och slutet på 1 mm på linjalen som är tejpad på mikrokanalen och skriver 1 mm för att definiera avståndet.
- Klicka på koordinataxelverktyget, som är den lila ikonen, till höger om kalibreringsverktyget. Ställ in Origin för x- och y-axeln med hjälp av startramen medan du gör det här steget.
- Om du vill definiera den första analyspunkten skapar du en punktmassa. Klicka på Skapa och välj sedan Punktmassa. Använd Skift + kontroll för att ändra rektangelns storlek. Den första punkten är där inloppet och kanalen ansluts.
OBS: Rektangeln anger domänen, definierad av användaren, som programvaran kommer att skanna för att hitta det kontrasterande våta och torra pulvret. Gränsen tillåter användaren att definiera regionen där den ursprungliga punkten kommer att observeras.- Klicka på Sök nästa ett par gånger för att verifiera att programvaran analyserar rätt område. Om programvaran fungerar korrekt klickar du på Sök och väntar tills programvaran är klar med att analysera videon. Om programvaran inte automatiskt kan hitta en matchande bildintensitet från föregående ram till den aktuella ramen, stannar programvaran och väntar på att användaren ska omdefiniera sökområdet.
OBS: För reproducerbarhet och möjligheten att jämföra olika experimentella resultat, välj den snabbaste eller långsammaste punkten på fluidflödesfronten (kontrastområdet mellan det fuktade och torra pulvret) för varje prov. - Om ett analysfel observeras på de levande plottade data på höger sida av Tracker-skärmen, klicka på datapunkten en gång på steget före den felaktiga datapunkten . På huvudskärmen ändrar du det röda rektangulära sökområdets plats för att söka i området av intresse och upprepar steg 6.8.1.
Om det finns ett fel högerklickar du på den felaktiga datapunkten och avmarkerar punkten för vidare analys.
- Klicka på Sök nästa ett par gånger för att verifiera att programvaran analyserar rätt område. Om programvaran fungerar korrekt klickar du på Sök och väntar tills programvaran är klar med att analysera videon. Om programvaran inte automatiskt kan hitta en matchande bildintensitet från föregående ram till den aktuella ramen, stannar programvaran och väntar på att användaren ska omdefiniera sökområdet.
- När analysen är klar kopierar du och klistrar in resultaten i ett kalkylblad. Resultaten som sparas i kalkylbladet består av avstånds- och tidsdata.
- Plotta kopierade data i kalkylbladet som avståndet för vätsketransport genom pulverbädden som en funktion av tiden.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
I avsnittet om analys av data illustrerar data för de tidsfördröjda bilderna i figur 3 den 75 viktprocent etanollösning som infiltrerar polykarbonatpulvret (PC). Fluorescein tillsattes till lösningen för att förbättra bildkvaliteten för denna publikation. I timelapse-bilderna börjar den tidsupplösta processen när vätskan läggs till inloppet. Tid, t, börjar så snart vätskan börjar tränga in i kanalen. Bildserien visar utvecklingen av vätskan och fluoresceinet. I PC transporteras vätskan och fluoresceinet med samma flödeshastighet. De öppna röda cirklarna i diagrammet i figur 4 representerar den exakta tiden och avståndet för den sammanställda informationen i tabell 1. Infiltrering av vätskan i pulverbädden i kombination med de inkrementella tidsstegen (röda cirklar) representeras visuellt i figur 3.
I intervallet från 1 s till 2 s har avståndet som vätskan reste fördubblats. Under intervallet från 2 s till 5 s fördubblas också avståndet som vätskan har rest. Från 5 s till 10 s rör sig vätskan fortfarande snabbt. Men efter 15 s sänks flödeshastigheten till en hastighet av cirka 2 mm var 5: e s. För en enda pulver- och vätskekombination utförs fem tester i en enda grupp. Det totala antalet tester kan variera för varje grupp. Till exempel, om ett av de fem experimenten misslyckas, kommer en ny packad mikrokanal att analyseras i stället för det misslyckade testet. Fel definieras som en vätska som inte tränger igenom pulverbädden eller endast delvis tränger in i pulverbädden på grund av bubblorna som bildas i kanalen till följd av inkonsekvent pulverförpackning. För att observera standardavvikelsen mellan en uppsättning tester i en grupp, se Donovan 21, särskilt figur 19 och figur 21.
Figur 1: Polymerpulver löst förpackat i en mikrofluidisk flödescell som kan resultera i ett misslyckat experiment om det inte åtgärdas. Klicka här för att se en större version av denna figur.
Figur 2: En tecknad representation av experimentuppställningen. Den här bilden är inte skalenlig. Klicka här för att se en större version av denna figur.
Figur 3: En representativ tidsfördröjningsserie med bilder från ett enda experiment. Bilder från vänster till höger exemplifierar flödet av lösningsmedel (förstärkt med fluorescerande färgämne för visualisering) genom den packade porösa bädden. Observera att den främre fronten inte är enhetlig, så ett genomsnittligt avstånd för förökningsfronten används vanligtvis. Klicka här för att se en större version av denna figur.
Figur 4: Kvantitativ representation av det genomsnittliga utbredningsavståndet (Δl) mot tiden (t) när vätskan tränger igenom den packade pulverbädden. Röda cirklar representerar datapunkter för varje tidsintervall som visas i figur 3. Klicka här för att se en större version av denna figur.
| Tid (er) | Avstånd (mm) |
| 0 | 0 |
| 1 | 2.1 |
| 2 | 4.1 |
| 5 | 8.3 |
| 10 | 12.8 |
| 15 | 15.8 |
| 20 | 17.9 |
| 25 | 20.1 |
| 30 | 22.1 |
Tabell 1: Avstånds- och tidsvärden för de röda prickarna som visas i figur 4.
Kompletterande figur 1: CAD-ritning av det ogenomskinliga 3D-skrivarhöljet i svart polymjölksyrafilament (PLA). Klicka här för att ladda ner den här filen.
Kompletterande fil: Skärmbilder av stegen i dataanalys med spårningsprogrammet. Klicka här för att ladda ner den här filen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Protokollet som tillhandahålls är starkt beroende av materialegenskaperna hos de partiklar som väljs. Materialegenskaper som påverkar flödet inkluderar partikelstorleksfördelning 2,3,4,5,11,21, partikelytans ytjämnhet 11, kemiska egenskaper vid partikelytan 2,3,4,5,11,16,21,23, 24,25, molekylära dipolmoment, partikelform 11 och partikel-partikelinteraktioner 2,3,4,5,11,16,23,24,25,26,27 . Dessa egenskaper påverkar direkt pulverets packningstäthet i den mikrofluidiska kanalen och följaktligen vätskans kapillärflödesbeteende när den fuktar partiklarna 2,3,4,5,7,8,14,15.
Pulverpackningstätheten spelar en mycket viktig roll i denna teknik. Om pulvret inte packas tillräckligt tätt kan luftbubbelbildning eller separering av pulver under avbildning uppstå, vilket förhindrar ett reproducerbart prov. Därför är det ett mycket viktigt steg att knacka på mikrofluidkanalen (steg 2.1.1) medan du packar pulver. Figur 1 visar en mikrofluidisk flödescell med inkonsekvent packat pulver efter att vätskan infiltrerat hela kanalen. Segregeringen av pulvret kan ses mot kanalens ingång. När cellen är packad, innan du kör experimentet, är kontroll av pulverförpackningsdensiteten på ljuslådan ett användbart sätt att undvika dessa typer av misslyckade experiment. Pulvren som presenteras i detta protokoll har analyserats med hjälp av ett standardiserat krandensitetstest, specifikt ASTM D7481-18, för att rapportera bulkpackningstäthet som en funktion av kranar20. ASTM D7481-18 behöver inte utföras för att det föreslagna protokollet ska slutföras, men ASTM kommer att ge kompletterande information om pulvret.
Partikelstorleksfördelning, en mätbar egenskap, påverkar direkt bulkförpackningsdensiteten23,24,25. I ett förpackningssystem kommer större partiklar att skapa ett stort tomrum, vilket ger en position för de små partiklarna att sätta sig. Mätning av förhållandet mellan stora och små partiklar ger insikt i volymen av tomrum för vätskan att tränga igenom pulvret. När du packar den mikrofluidiska flödescellen för ett experiment kommer alla små partiklar att fylla tomrummet som görs av större partiklar. Att minimera de tillgängliga tomrummen kommer att påverka vätsketransporten, samt ge fler platser för molekyl- och partikelretention. För ytterligare teknikförbättring måste partiklarna av liknande storlek (t.ex. de partiklar från 60 μm till 65 μm) undersökas ytterligare för att avgöra om denna teknik har känsligheten att skilja mellan partiklar med en genomsnittlig partikelstorlek på endast ett par mikrons skillnad.
Skrymdensitet är inte en inneboende egenskap hos pulvret, eftersom det är mycket beroende av hur materialet hanteras26. Oavsett om pulvret tillverkades internt eller transporterades med flyg, tåg eller bil kan det i hög grad påverka värdet för bulkförpackningsdensiteten, vilket påverkar partikelstorleksfördelningen. Huruvida pulverproverna väljs från toppen kontra botten av en behållare kan också påverka resultaten. Tänk dig att öppna en låda med spannmål; Materialet högst upp består av alla de stora bitarna, och materialet längst ner i lådan består av alla mindre bitar. På samma sätt kommer ett pulver som har upplevt stress (vibrationer) från resor att ha en partikelstorleksgradient i hela behållaren.
För polymera pulver är verifiering av att flödescellernas inre ytor har fått en hydrofob behandling integrerad. Om väggarna i den mikrofluidiska flödescellen inte har behandlats, uppstår ofta väggeffekter vid avbildning av vätsketransporten. Väggeffekter observeras när vätskan färdas längs väggen mycket snabbare och längre än bulkvätskeflödet genom pulvret av intresse. Om väggen inte är hydrofob möjliggör den en väg med minst motstånd mot form, och vätska kommer att strömma längs den vägen (väggen) och inte genom pulvret. Därför möjliggör användning av hydrofoba celler en mer representativ studie av flödet av vattenhaltiga system genom ett poröst medium, medan hydrofila celler bör användas för organiska system.
För vissa polymera pulver kan en triboladdningseffekt26,27 som uppstår mellan pulverpartiklarna och spetsen på plastpipeten vara närvarande. Som ett resultat kan pulvret fästa på utsidan av pipettspetsen när pipeten laddas med pulverpartiklar. Pulvervidhäftningen har inte orsakat några problem med att överföra pulvret eller partikelförpackningen. Men om partikelvidhäftningen blir ett problem kan ett par modifieringar som kan minska förekomsten av partiklar som fastnar på pipeten försökas. Ett alternativ är att dämpa pipettens yttre spets med vatten och torka spetsen torr för att störa den statiska elektriciteten. Ett annat alternativ är att använda ett glasrör istället för plast. Ett tredje alternativ är att överföra pulverpartiklarna i en fuktigare miljö.
Tekniken är en sparsam metod för en endimensionell (1D) mätning av vätskans inträngningslängd i en 3D-partikelbädd. Därför kommer tekniken endast att kunna redogöra för den föredragna flödesvägen i den riktning som är av intresse.
Det nuvarande protokollet diskuterar fluidisk transport genom ett poröst medium, med hjälp av en sparsam inställning och eliminerar komplikationerna och kostnaderna för ett optiskt mikroskop. Dessutom, med ett UV-transilluminationsbord för att excitera de fluorescerande och fotoluminescerande arterna, kan tekniken också användas för att avbilda molekylära och nanopartikels öde och transport. För denna inställning skulle lösningsmedelsprotokollet behöva modifieras för molekylär- och nanopartikelsystemen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Författarna har inget att avslöja.
Acknowledgments
Ingen.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| µ-Slide I Luer | ibidi | 80191 | Microfluidic flow cell |
| Beaker | Southern Labware | BG1000-800 | Glassware |
| CALIBRE 301-58 LT Natural Polycarbonate Resin | TRINSEO LLC | CALIBRETM 301-58 LT | Natural polycarbonate resin |
| Ethanol | Sigma Aldrich | 1.00983 | Solvent |
| Fume Hood | Kewaunee | Supreme Air LV Fume Hoods | Used with 92 FPM at 18" opening |
| iPhone 7 plus | Apple | Camera | |
| Opaque 3D printed material | The CAD drawing is provided in the supplemental file | ||
| ORGASOL 2002 ES 6 NAT 3 | ARKEMA | A12135 | Polyamide powder |
| Pipet | VWR | 10754-268 | Disposable Transfer Pipet |
| Pipette | Globe Scientific Inc. | 3301-200 | Pipette that can hold 125 µL of fluid |
| Polystyrene | Advanced Laser Materials, LLC. | PS200 | Polystyrene for sintering |
| Tracker | Video analysis and modeling tool | ||
| VariQuest 100 White Light Model 3-3700 | FOTODYNE | 3-3700 | White light |
| Water | Distilled water |
References
- Redwood, B., Schoffer, F., Garret, B. The 3D Printing Handbook. , 3D HUBS. Amsterdam, NL. (2018).
- Chaffins, S., Holden, A., Donovan, K. J., Hinch, G. Three dimensional printing, Patent ID: 20210087418. , Available from: https://uspto.report/patent/app/20210087418 (2021).
- Emamjomeh, A., et al. Three dimensional printing, Patent ID: 20210095152. , Available from: https://uspto.report/patent/app/2021009515.2 (2021).
- Chaffins, S., Holden, A., Donovan, K. J., Midrez, N., Hinch, G. Three dimensional printing, Patent ID: 20210107216. , Available from: https://uspto.report/patent/app/20210107216#C00011 (2021).
- Petosa, A. R., Brennan, S. J., Rajput, F., Tufenkji, N. Transport of two metal oxide nanoparticles in saturated granular porous media: Role of water chemistry and particle coating. Water Research. 46 (4), 1273-1285 (2012).
- Giordano, S. Effective medium theory for dispersions of dielectric ellipsoids. Journal of Electrostatics. 58 (1-2), 59-76 (2003).
- Toloni, I., Lehmann, F., Ackerer, P. Modeling the effects of water velocity on TiO2 nanoparticles transport in saturated porous media. Journal of Contaminant Hydrology. 171, 42-48 (2014).
- Dang-Vu, T., Hupka, J. Characterization of porous materials by capillary rise method. Physicochemical Problems of Mineral Processing. 39, 47-65 (2005).
- Huang, W. E., Smith, C. C., Lerner, D. N., Thornton, S. F., Oram, A. Physical modelling of solute transport in porous media: evaluation of an imaging technique using UV excited fluorescent dye. Water Research. 36 (7), 1843-1853 (2002).
- Zhao, J., Li, H., Cheng, G., Cai, Y. On predicting the effective elastic properties of polymer nanocomposites by novel numerical implementation of asymptotic homogenization method. Composite Structures. 135, 297-305 (2016).
- Seymour, M. B., Chen, G., Su, C., Li, Y. Transport and retention of colloids in porous media: Does shape really matter. Environmental Science and Technology. 47 (15), 8391-8398 (2013).
- Ochiai, N., Kraft, E. L., Selker, J. S. Methods for colloid transport visualization in pore networks. Water Resources Research. 42 (12), (2006).
- Rottman, J., Sierra-Alvarez, R., Shadman, F. Real-time monitoring of nanoparticle retention in porous media. Environmental Chemistry Letters. 11 (1), 71-76 (2013).
- Xing, Y., Chen, X., Chen, X., Zhuang, J. Colloid-mediated transport of pharmaceutical and personal care products through porous media. Scientific Reports. 6 (1), 1-10 (2016).
- Dathe, A., et al. Functional models for colloid retention in porous media at the triple line. Environmental Science and Pollution Research. 21 (15), 9067-9080 (2014).
- Zhang, T., et al. Investigation of nanoparticle adsorption during transport in porous media. SPE Journal. 20 (4), 667-677 (2015).
- Zhang, Q., Karadimitriou, N. K., Hassanizadeh, S. M., Kleingeld, P. J., Imhof, A. Study of colloids transport during two-phase flow using a novel polydimethylsiloxane micro-model. Journal of Colloid and Interface Science. 401, 141-147 (2013).
- Environmental Protection Agency. Health and environmental effects of particulate matter (PM). EPA. , Available from: https://www.epa.gov/pm-pollution/health-and-environmental-effects-particulate-matter-pm (2021).
- Bridge, J. W., Banwart, S. A., Heathwaite, A. L. Noninvasive quantitative measurement of colloid transport in mesoscale porous media using time lapse fluorescence imaging. Environmental Science & Technology. 40 (19), 5930-5936 (2006).
- ASTMInternational. Standard test methods for determining loose and tapped bulk densities of powders using a graduated cylinder. ASTMInternational. , (2018).
- Donovan, K. J. Microfluidic investigations of capillary flow and surface phenomena in porous polymeric media for 3D printing. , Oregon State University. (2019).
- Brown, D., et al. 34;Try Tracker Online." Tracker Video Analysis and Modeling Tool for Physics Education. , Available from: https://physlets.org/tracker/ (2022).
- Janssen, P. H. M., Depaifve, S., Neveu, A., Francqui, F., Dickhoff, B. H. J. Impact of powder properties on the rheological behavior of excipients. Pharmaceutics. 13 (8), 1198 (2021).
- Boschini, F., Delaval, V., Traina, K., Vandewalle, N., Lumay, G. Linking flowability and granulometry of lactose powders. International Journal of Pharmaceutics. 494 (1), 312-320 (2015).
- Yablokova, G., et al. Rheological behavior of β-Ti and NiTi powders produced by atomization for SLM production of open porous orthopedic implants. Powder Technology. 283, 199-209 (2015).
- Lumay, G., Fiscina, J., Ludewig, F., Vandewalle, N. Influence of cohesive forces on the macroscopic properties of granular assemblies. AIP Conference Proceedings. 1542, 995 (2013).
- Lumay, G., et al. Effect of relative air humidity on the flowability of lactose powders. Journal of Drug Delivery Science and Technology. 35, 207-212 (2016).
