Method Article

عملية صنع المجهرية ثلاثي الأبعاد باستخدام تبخير مكون قرباني

DOI:

10.3791/50459

⸱

November 2nd, 2013

 ,  , 
1Department of Physics, University of California, Irvine, 2Department of Chemistry, University of California, Irvine

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يتم استخدام التبخير من مكون (VaSC) عملية قرباني الى افتعال الهياكل الاوعية الدموية الدقيقة. يستخدم هذا الإجراء بولي الألياف حمض الذبيحه (اللاكتيك) لتشكيل microchannels جوفاء مع تحديد المواقع 3D هندسية دقيقة المقدمة من الليزر لوحات دليل مجهريا.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

هياكل الأوعية الدموية في النظم الطبيعية قادرون على توفير وسائل النقل الجماعي عالية من خلال المساحات السطحية العالية والهيكل الأمثل. قليلة الاصطناعية تقنيات تصنيع المواد هي قادرة على تقليد تعقيد هذه الهياكل مع الحفاظ على تطويره. وتبخير مكون (VaSC) عملية قرباني قادرة على القيام بذلك. هذه العملية تستخدم ألياف الذبيحه كقالب لتشكيل أجوف، أسطواني microchannels جزءا لا يتجزأ من داخل مصفوفة. القصدير (II) أكسالات (SnOx) مضمن ضمن بولي (اللبنيك) حمض (جيش التحرير الشعبى الصينى) الألياف التي تسهل استخدام هذه العملية. وSnOx يحفز التحلل من الألياف جيش التحرير الشعبى الصينى في درجات حرارة منخفضة. لمونومرات حامض اللبنيك هي الحالة الغازية في درجات الحرارة هذه، ويمكن إزالتها من المصفوفة المضمنة في درجات الحرارة التي لا تضر المصفوفة. هنا نعرض طريقة لمواءمة هذه الألياف باستخدام لوحات مجهريا وجهاز التوتير لخلق أنماط معقدة من ثلاثة الأبعاد microchannels المحتشدة.عملية تسمح للاستكشاف تقريبا أي ترتيب من الألياف طبولوجيا والهياكل.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

النظم الطبيعية استخدام شبكات الأوعية الدموية واسعة لتسهيل العديد من الوظائف البيولوجية. ويمكن تحقيق كفاءة النقل الجماعي في مثل هذه الأنظمة نظرا لمساحة سطحها عالية لنسب حجم وهياكل التعبئة الأمثل. في حين يمكن أن العديد من تقنيات تصنيع الهياكل الاصطناعية إنتاج الاوعية الدموية الدقيقة، ويمكن أيا إنتاج الأوعية الدموية الدقيقة على نطاق واسع مع الحفاظ على التعقيد والتوافق مع طرق التصنيع القائمة 1-5. هياكل مثل الرئة الطيور توفير مصدر إلهام. كيف نبتدع هياكل هذا التعقيد لتعزيز النقل الجماعي؟

وتبخير مكون قرباني (VaSC) يمكن أن تنتج على نطاق واسع، والهياكل الاوعية الدموية الدقيقة المعقدة 6-7. يستخدم هذا الأسلوب التحلل الحراري والتبخر إزالة بولي (اللبنيك) ألياف حمض لتشكيل قنوات جوفاء التي هي معكوس من القالب الألياف. هذا هو أسلوب الذبيحه متوافقة مع التصنيع القائمةالأساليب. متر طويلة، وأنماط متناهية أسطواني يمكن تشكيلها باستخدام هذه العملية تلفيق. وهذا يمكن أن تستخدم لخلق الأجهزة أوعية دموية مثل البوليمرات الشفاء الذاتي و 3D وحدة التقاط الكربون الاوعية الدموية الدقيقة 7-10.

كانت مستوحاة الوحدات التقاط الكربون من الرئة الطيور التي توفر نسبة غاز الصرف لوزن فعالة بسبب استخدامها في الرحلة. يتكون parabronchus من microchannels منقوشة hexagonally، التي تنص على ارتفاع معدلات تبادل الغازات والوحدات تبادل الغازات مستقرة من الناحية الهيكلية. من أجل إنشاء وحدات الصرف مع ميزات الميكروسكيل الانحياز في ثلاثة أبعاد، قمنا بتطوير طريقة التوتير مستقل الألياف باستخدام العرف مجلس التوتر مصممة مع المستقبلون الغيتار ولوحات الليزر مجهريا. يقام كل الألياف في مكان بالتوتر الخارجية ويتم تعيين نمط من وضع ثقوب في لوحة من خلالها تشغيل الألياف.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. تحفيز ألياف قرباني

  1. التفاف المبلغ المطلوب من بولي (اللبنيك) ألياف الحمض في جميع أنحاء الدنيا ¾ من المغزل حسب الطلب. الحد من التداخل الألياف لتوفير أقصى قدر من التعرض مساحة السطح.
  2. مزيج منزوع الأيونات H 2 O مع 40 مل من Disperbyk 130 في زجاجة مغلقة ويهز حتى يتم الحصول على حل متجانسة. ثم ضع كوب مل 1،000 في حمام الماء عند 37 درجة مئوية، وتصب trifluoroethanol في الدورق. كمية من H 2 O وTFE لاستخدام يعتمد على قطر الألياف المستخدمة جيش التحرير الشعبى الصينى.
    الألياف القطر كمية من H 2 O (ML) كمية من TFE (ML)
    200 400 400
    300 360 440
    500 320 480
  3. إضافةوH 2 O / 187 Disperbyk حل لكوب ويحرك حتى موحدة.
  4. إضافة 1 غرام من المواد المسرطنة إلى الخليط ويقلب حتى يذوب.
  5. وضع المغزل مخصصة مع الألياف في الدورق ½ بوصة من القاع ونعلق المغزل إلى خلاط الرقمية. ثم بدء خلاط الرقمية في 400 دورة في الدقيقة.
  6. إضافة ببطء 1.3 غرام من القصدير (II) أكسالات (SnOx) حافزا إلى الخليط. إضافة SnOx يجب أن تكون تدريجية من أجل منع التجمعات كبيرة من المواد من تحطمها من الحل.
  7. ضبط درجة الحموضة في الخليط باستخدام هيدروكسيد الصوديوم حتى درجة الحموضة ~ 6،8-7،2.
  8. تأمين غطاء للكوب وزيادة دوران المغزل إلى 500 دورة في الدقيقة لمدة 24 ساعة. إذا لوحظ حدوث التكتل من SnOx، وكسر بذلك يدويا حتى ضمن أول ساعة 2.
  9. إزالة عمود الدوران وجاف في الفرن على 35 درجة مئوية خلال الليل.
  10. بسط وإزالة محفز الزائدة من ألياف جيش التحرير الشعبى الصينى المحفزة.

2. الاوعية الدموية الدقيقة الغاز Exchanجنرال الكتريك وحدة التصنيع

  1. الحصول على زوج من النحاس ليزر لقطع لوحات النحاس الزخرفة مع نمط الاوعية الدموية الدقيقة المطلوبة ويضعوا لوحات على أصحاب كليب.
  2. قطع بطول 10 بوصة من الألياف المحفزة لكل متناهية وإزالة أي حافز المتبقية باستخدام لوحة سمكا قطع لقطر الألياف (رسم لوحة).
  3. تفتق حواف الألياف باستخدام غيض من مسدس الغراء الساخن لببطء بثق نصائح الألياف.
  4. الخيط الألياف من خلال مطابقة ثقوب في لوحة الزخرفة النحاس أزواج.
  5. المسمار لوحات على مربع صب. تأكد من عدم والملتوية الألياف عندما ربط لوحات.
  6. سلسلة النصائح الألياف من خلال ضبط أوتاد من المجلس التوتير العرف.
  7. التوتر الألياف جيش التحرير الشعبى الصينى حتى مشدود. يجب الحرص على عدم الإفراط في التوتر والمفاجئة الألياف.
  8. إزالة الجسيمات الزائدة من نمط الألياف باستخدام الهواء المضغوط.
  9. مزيج polydimethylsiloxane (PDMS) قاعدة مع وكيل علاج في 10:01، الخامس: نسبة الخامس.
  10. ديغا الخليط تحت فراغ في جرة المجفف لمدة 10 دقيقة.
  11. صب الخليط PDMS في قالب مربع. لا صب مباشرة عبر الألياف من أجل الحد من محاصرة من فقاعات الهواء.
  12. باستخدام إبرة G 26، وإزالة أي فقاعات داخل مربع صب أو بين الألياف.
  13. علاج الخليط PDMS في 85 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة.
  14. افتحي لوحات النحاس من مربع العفن، والتأكد من عدم ثني لوحات أو سحب من الصعب جدا. إزالة الشفاء 1 المرحلة القديس من قالب مربع.
  15. الخيط الألياف من خلال RTV نهاية الحد الأقصى عن طريق ثقب الثقوب في الحد الأقصى نهاية بإبرة تحت الجلد. اعتمادا على حجم الألياف، واستخدام إبرة قياس أن لديه على الأقل 2X القطر الداخلي من القطر الخارجي للألياف الخاص بك. الحفاظ على نمط مماثلة كما في لوحة الزخرفة النحاس، ولكن تنتشر على نطاق واسع خارج.
  16. ربط نهاية قبعات إلى أقاصي مربع قالب أكبر وتصب مرحلة الثانية 2 من PDMS.
  17. إزالة أي فقاعات الغاز المتبقية وعلاج في 85 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة.
  18. قطع أي ألياف جيش التحرير الشعبى الصينى الزائدة من العينة ومكان في الفرن فراغ في 210 درجة مئوية لمدة 24 ساعة، أو حتى تم اجلاء معظمهم من ألياف جيش التحرير الشعبى الصينى.
  19. إذا لا يمكن إزالة أي جيش التحرير الشعبى الصينى، ويحل بلطف من و microchannels باستخدام حقن 1 مل من الكلوروفورم.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يوفر هذا الإجراء وسيلة لافتعال الهياكل الاوعية الدموية الدقيقة جزءا لا يتجزأ من داخل الراتنج. ويمكن لهذه الهياكل تتوافق مع مجموعة متنوعة من الأنماط (الشكل 2). هيكل شبكة الاوعية الدموية الدقيقة محدود فقط من الهياكل التي يمكن تشكيلها مع الألياف فداء.

باستخدام ترتيب مواز من القنوات الاوعية الدموية الدقيقة، لنقل الغاز بين تيارات السوائل مما يسهل والغازات اجتياز نفاذية الغشاء بين القناة. يمكن أن تكون ...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

إدخال المحفز SnOx في الألياف جيش التحرير الشعبى الصينى تسمح للألياف ليزيل البلمرة في انخفاض درجة الحرارة. هذا يمنع تدهور الراتنج التضمين، في هذه الحالة PDMS. مطلوب المغزل مخصصة لخلط بشكل صحيح الحل العلاج (الشكل 5A). يتكون المغزل من ستة قضبان دعم المحيطة نواة مركزية التي تعلقها على خلاط الرقمية. يتم التفاف ألياف حول قضبان الدعم بحيث المساحة السطحية للألياف التفاف على اتصال مع الحل الحفاز كان مكبر. الجزء السفلي من المغزل يتضمن مجموعة من ريش لتقديم تدفق الفوضى. تدفق ...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

لقد تقدمت بطلب براءة اختراع مؤقتة بشأن هذه التكنولوجيا اوند الولايات المتحدة براءة اختراع أمريكية التطبيق المؤقت المسلسل رقم 61/590، 086.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

وأيد هذا العمل من قبل AFOSR برنامج الباحث الصغير تحت FA9550-12-1-0352 وجائزة كلية غير مثبت 3M. فإن الكتاب أود أن أشكر Lalisa Stutts وجانين توم لمناقشة مفيدة تتعلق بهذا المشروع. المؤلفان بالشكر إلى مركز الميكروسكوب Calit2 ومرفق التحليل الطيفي ليزر في جامعة كاليفورنيا في ايرفين عن السماح باستخدام منشآتها. واعترف هودج هارلاند وUCI العلوم الفيزيائية ورشة ميكانيكا لصنع الأدوات. بولي (اللبنيك) ألياف حمض قدمت بسخاء من قبل تيجين حيدة.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
reagent < / strong>
(II) أكسالاتSigma-Aldrich402761
Disperbyk 130BYK أدوات
ثلاثي فلورو الإيثانولهالوكربون
الملكيت الأخضر (الدرجة الفنية)Sigma-AldrichM6880
هيدروكسيد الصوديوم (& ge ؛ 98٪ ، كريات)Sigma-AldrichS5881
Polydimethylsiloxane (PDMS) DowCorning3097358-1004موزعة من Ellsworth Adhesives
Poly (اللاكتيك) ألياف حمضTeijin Monofilament
RW 20 خلاط رقميIKA3593001
جرةمجففةفرن فراغ بيركس
فيشر العلمي
اليد الثالثةJameco Electronics26690حامل لوحة
مسدس الغراءستانليGR20L
جيش التحرير الشعبى الصينى المغزلمخصص
لوحةالطلب
إضافات < TD colspan = "4" >< قوي> المواد< / قوي> الشد حسب

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Bellan, L. M., Singh, S. P., Henderson, P. W., Porri, T. J., Craighead, H. G., Spector, J. A. Fabrication of an artificial 3-dimensional vascular network using sacrificial sugar structures. Soft Matter. 5 (7), 1354(2009).
  2. Bellan, L. M., Strychalski, E. A., Craighead, H. G. Nano-channels fabricated in polydimethylsiloxane using sacrificial electrospun polyethylene oxide nanofibers. J. Vac. Sci. Technol. B Microelectron. Nanometer Struct. Process. Meas. Phenom. 26 (5), 1728(2008).
  3. Borenstein, J. T., Weinberg, E. J., Orrick, B. K., Sundback, C., Kaazempur-Mofrad, M. R., Vacanti, J. P. Microfabrication of three-dimensional engineered Scaffolds. Tissue Eng. 13 (8), 1837-1844 (2007).
  4. Wu, H., Odom, T. W., Chiu, D. T., Whitesides, G. M. Fabrication of complex three-dimensional microchannel systems in PDMS. J. Am. Chem. Soc. 125 (2), 554-559 (2003).
  5. Trask, R. S., Bond, I. P. Biomimetic self-healing of advanced composite structures using hollow glass fibres. Smart Mater. Struct. 15 (3), 704-710 (2006).
  6. Dong, H., Esser-Kahn, A. P., et al. Chemical treatment of poly(lactic acid) fibers to enhance the rate of thermal depolymerization. ACS Appl. Mater. Interfaces. 4 (2), 503-509 (2012).
  7. Esser-Kahn, A. P., Thakre, P. R., et al. Three-dimensional microvascular fiber-reinforced composites. Adv. Mater. 23 (32), 3654-3658 (2011).
  8. White, S. R., Blaiszik, B. J., Kramer, S. L. B., Olugebefola, S. C., Moore, J. S., Sottos, N. R. Self-healing polymers and composites. Am. Sci. 99 (5), 392(2011).
  9. Nguyen, D. T., Leho, Y. T., Esser-Kahn, A. P. A three-dimensional microvascular gas exchange unit for carbon dioxide capture. Lab Chip. 12 (7), 1246(2012).
  10. Nguyen, D. T., Leho, Y. T., Esser-Kahn, A. P. The effect of membrane thickness on a microvascular gas exchange unit. Adv. Funct. Mater. , (2012).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Vaporization of Sacrificial ComponentSacrificial FibersTin Oxalate CatalystPolylactic Acid FibersThree dimensional PatterningEmbedding ResinPDMS CastingHeat Vacuum EvacuationMicrovascular StructuresFiber Alignment

Related Articles