تصنيع القنوات الدقيقة ذات المقطع العرضي الدائري مع تضيق باستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد بتقنية DLP ونفخ أغشية PDMS لنماذج الأوعية الدموية الميكروفلويدية

Tuan-Hung Pham Do; Tien-Dat Nguyen; Khon Huynh; Thanh-Qua Nguyen

doi:10.3791/69706

مقالة منهجية

تصنيع القنوات الدقيقة ذات المقطع العرضي الدائري مع تضيق باستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد بتقنية DLP ونفخ أغشية PDMS لنماذج الأوعية الدموية الميكروفلويدية

DOI:

10.3791/69706

⸱

مارس 6, 2026

Tuan-Hung Pham Do¹^,² , Tien-Dat Nguyen¹^,² , Khon Huynh¹^,² , Thanh-Qua Nguyen¹^,²

¹School of Biomedical Engineering, International University, ²Vietnam National University Ho Chi Minh City

في هذه المقالة

ملخص

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

تقدم هذه المقالة طريقة تصنيع بسيطة ومنخفضة التكلفة لإنشاء قنوات دقيقة دائرية باستخدام معالجة الضوء الرقمية (DLP) والطباعة ثلاثية الأبعاد، ونفخ أغشية بولي ديميثيل سيلوكسان (PDMS). تنتج الطريقة قنوات ناعمة وقابلة للتحكم ومحاكاة حيوية مناسبة لتطبيقات الأوعية الدموية على الشريحة أو الأعضاء على الشريحة.

الملخص

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

تتطلب النماذج الميكروفلويدية التي تحاكي البنية المعقدة للأوعية البيولوجية قنوات مقطعية دائرية لمحاكاة الظروف الهيموديناميكية، والإجهاد القصي، وسلوك الخلايا بدقة في الأوعية الدموية الأصلية. عادة ما تنتج تقنيات الطباعة الحجرية اللينة التقليدية قنوات مستطيلة، مما يؤدي إلى أنماط تدفق غير فسيولوجية وتقليد ضعيف لجهاز الدورة الدموية البشري. هنا، نقدم طريقة تصنيع هجينة سهلة الوصول تدمج قوالب رئيسية مطبوعة ثلاثية الأبعاد بمعالجة الضوء الرقمي (DLP) مع تقنية نفخ الغشاء متعددة الديميثيل سيلوكسان (PDMS) لإنتاج قنوات دقيقة دائرية عالية الدقة. الهدف الأساسي من هذا البروتوكول هو توفير استراتيجية خالية من الغرف النظيفة لإنشاء نماذج وعائية حيوية بأشكال تضيق قابلة للضبط.

يتكون البروتوكول المقترح من أربع مراحل أساسية: (1) التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) للقوالب الرئيسية مع تعويض ارتفاع بنسبة 10٪ لتعويض انكماش المادة، (2) طباعة DLP ثلاثية الأبعاد ومعالجة قوالب الراتنج، (3) الصب ب PDMS والربط ببلازما الأكسجين بمساعدة الأكسجين على غشاء مرن رقيق، و(4) تضخم غشاء هوائي مسيطر عليه يتبعه صب ثان من PDMS لإغلاق الهيكل الدائري. أثبتنا أن هذا النهج يتيح ضبط أقطار القنوات بدقة، والتي تتراوح بين 300 ميكرومتر إلى 1000 ميكرومتر، عن طريق تعديل ضغط التضخم الداخلي بعناية. تم تقييم أداء القنوات الدقيقة الناتجة من خلال التوصيف الهيكلي، بما في ذلك تحليل الدائرية المقطعية، وقياس خشونة السطح عبر المجهر الإلكتروني الماسح (SEM)، واختبار الانفجار الهوائي لضمان ثبات الروابط. تشير نتائجنا إلى أن هذه الطريقة تدعم تصنيع القنوات الدقيقة الدائرية المتاحة والقابلة للتكرار، مما يوفر منصة قوية للأبحاث المستقبلية في فسيولوجيا الأوعية الدموية، ونمذجة الجلطة، وتطبيقات فحص الأدوية.

المقدمة

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

تعد الأنظمة الميكروفلويدية التي تحاكي الأوعية الدموية البيولوجية ضرورية للأبحاث المستقبلية حول فسيولوجيا الأوعية الدموية، وآليات الأمراض، والتفاعلات الدوائية في المختبر ^1,2. من بين العديد من الهياكل الموجودة في الجسم، تعد الهندسات المقطعية الدائرية ضرورية لتكرار الظروف الهيموديناميكية بدقة مثل إجهاد القص وأنماط التدفق الموجودة في الأوعية الدموية الأصلية³. غالبا ما تنتج طرق التصنيع التقليدية، مثل الطباعة الحجرية اللينة أو التشكيل التضحيمي باستخدام الأسلاك أو الإبر، قنوات مستطيلة أو هندسة دائرية غير مكتملة، مما يؤدي إلى تشويه التدفق وضعف الصلة الفسيولوجية ^4,5,6. بالإضافة إلى ذلك، تستغرق هذه الأساليب وقتا طويلا، وعرضة لعدم المحاذاة أثناء التجميع متعدد الطبقات، وتوفر قابلية توسع محدودة عند تصميم شبكات ميكروقنوات معقدة مجمعة بالأوعية الدموية مع أكثر من فرعين⁷. ومع ذلك، فإن التطورات الحديثة في التصنيع الإضافي، وخاصة الطباعة ثلاثية الأبعاد لمعالجة الضوء الرقمي (DLP)، فتحت فرصا جديدة لتصنيع قوالب القنوات الدقيقة الدقيقة السريعة والسريعة للهياكل المعقدة، بما في^{ذلك القنوات} الدقيقة الدائرية. بالإضافة إلى ذلك، يسمح DLP بطباعة هندسات قوالب مخصصة بدقة استثنائية، رغم عدم الحاجة إلى مرافق غرفة نظيفة.

في هذه الدراسة، نقدم استراتيجية تصنيع جديدة خالية من الغرف النظيفة تدمج قوالب مطبوعة ثلاثية الأبعاد بواسطة DLP، مصحوبة بانتفاخ غشاء بولي ديميثيل سيلوكسان (PDMS). باختصار، يتكون هذا البروتوكول الهجين من: (1) تصميم وتصنيع قالب نصف قناة لإنتاج طبقة نصف دائرية من PDMS، و(2) ربط هذه الطبقة بغشاء بلاستيكي رقيق، يليه النفخ الهوائي وصب الطبقة الثانية لتشكيل قناة دقيقة دائرية كاملة. يقدم هذا الإجراء التجريبي نهجا بسيطا ومنخفض التكلفة وخاليا من الاختلاقات، وهو أكثر فعالية مقارنة بالتقنيات الأخرى في التجميع الميكروفلويديك متعدد الطبقات. علاوة على ذلك، يمكن التحكم بدقة في دائرية القنوات المحصلة عن طريق ضبط ضغط التضخم.

بالإضافة إلى هذه المزايا، يوفر البروتوكول المقترح أيضا وقت تصنيع سريع (أقل من 4 ساعات). البنى الدائرية التي تم الحصول عليها متسقة للغاية عبر أطوال القنوات ذات الأقطار الصغيرة (مثل 300 ميكرومتر). بالإضافة إلى ذلك، أكدت النتائج التجريبية في هذا العمل (مثل قياس خشونة السطح، التصوير البصري، قياس زاوية التلامس، واختبار الانفجار الضغوطي) السلامة الهيكلية والتوافق السائل، مما يوفر مستقبلا واعدا في تصنيع شبكات قنوات وعائية دقيقة معقدة ذات قابلية تكرار وقدرة مذهلة على التكيف. أخيرا، الطريقة المقترحة مناسبة بشكل خاص للمختبرات التي لديها وصول محدود إلى بنية تحتية للغرف النظيفة، وتحمل إمكانات كبيرة لتقدم مستقبلي في تطبيقات الأوعية الدموية على الشريحة، ونمذجة التجلط، وفحص الأدوية.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

البروتوكول

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

1. تصنيع القالب الرئيسي

تصميم القالب الرئيسي
ملاحظة: تم تنفيذ تصميم قالب القناة الدقيقة باستخدام Fusion 360، والذي يمكن تحميله من الموقع الرسمي.
1. صمم قاعدة القالب.
  1. افتح Fusion 360 وأنشئ رسما تخطيطيا جديدا على مستوى Oxy.
  2. ارسم مخطط زاوية مستطيلة تعتمد على Origin (مثلا 30 مم × 30 مم) كمنصة قالب.
  3. استخدم أداة الفيليت لرسم جميع الزوايا بنصف قطر 3 مم.
  4. استخدم أداة الإزاحة لإزاحة حدود القاعدة إلى الداخل بمقدار 3 مم لإنشاء إطار جدار.
  5. استخدم أداة البثق لبروز كل سطح منصة القاعدة للأعلى بمقدار 2 مم لإنشاء قاعدة. قم ببثق منصة الجدار بمقدار 4 مم.
  6. استخدم أداة Chamfer مع خيار المسافة الثنائية في قسم التعديل لإنشاء منحدر.
  7. اختر حواف الجدار الداخلي واضبط المسافات الأولى والثانية إلى 0.5 مم و4 مم على التوالي.
    ملاحظة: هذه الخطوة تسهل عملية إزالة القالب من شريحة PDMS لاحقا.
2. صمم القناة الدائرية الدقيقة.
  1. ابني مستويتين متزاحتين بطول 5 مم و15 مم من مستوى أويز.
  2. على مستوى الإزاحة 5 مم، ارسم دائرة بقطر 1 مم مع إزاحة المركز 2 مم عن مستوى الأوكسي.
    ملاحظة: يجب أن يتوافق مركز الدائرة مع السطح العلوي للقاعدة.
  3. قم ببثق الملف الدائري لمسافة 8 مم باتجاه الجانب الداخلي للقاعدة للحصول على الجانب الأول من القسم المنتظم من القناة الدقيقة.
  4. على مستوى الإزاحة 15 مم، ارسم دائرة بقطر 0.5 مم (أو قطر التضيق المرغوب فيه) مع إزاحة المركز 2 مم عن مستوى الأوكسي.
  5. قم ببثق ملف التضيق الدائري لمسافة 0.25 مم باتجاه المقطع العادي للحصول على نصف تضيق القناة الدقيقة.
  6. استخدم أداة Loft في قسم Create لربط القسم العادي وقسم التضيق للحصول على نصف كامل من القناة الدائرية المنتظمة للتضيق.
  7. استخدم أداة المرآة مع مستوى الإزاحة 15 مم كمستوى مرآة لإنشاء النصف الآخر من القناة الدائرية الدقيقة.
  8. اختر الجسم الدائري الكامل للقناة الدقيقة التي تم الحصول عليها > النقر بزر الفأرة الأيمن > اختيار خيار النقل/النسخ .
  9. قم بنقل جسم القناة الدقيقة بمقدار 0.05 مم إلى الأعلى (أو 10٪ من قطر التضيق) على طول محور Z.
    ملاحظة: توفر هذه الخطوة ارتفاع تعويض لتحمل الطباعة وتؤدي إلى قناة ميكروية دائرية محسنة.
  10. إنشاء أربع قنوات دقيقة دائرية إضافية باستخدام نفس الطريقة لتقليل التضيق من 0.4 مم إلى 0.1 مم.
  11. استخدم أداة النمط في قسم الإنشاء لتكرار أربعة أقسام عادية إضافية و4 ملفات تعريف تضيق دائرية إضافية.
  12. قم بضبط ملفات تعريف قطر التضيق في الرسومات وطبق أداة Loft لكل قناة دقيقة.
  13. ترجم أجسام القنوات الدقيقة إلى موضع ارتفاع تعويض بنسبة 10٪.
3. تصدير تصميم القالب الرئيسي للقناة الدقيقة ك. ملف STL.
الطباعة ثلاثية الأبعاد بتقنية DLP
1. قم بإعداد معايير التشغيل الآلي.
  1. افتح برنامج Chitubox، اختر فتح في شريط الأدوات، واختر القالب الرئيسي في . ملف STL
  2. ضع القالب أفقيا كخيار افتراضي على منصة الطباعة البرمجية.
    ملاحظة: تحقق من مسافة Z = 0، الزاوية = 0°.
    ملاحظة: استخدم خيار "صنع نسخة " لوضع وطباعة عدة قوالب دفعة واحدة.
  3. افتح خيار الطباعة في شريط الأدوات واضبط سمك الطبقة إلى 25 ميكرومتر.
  4. اختر خيار التقطيع وانتظر حتى تكتمل عملية التقطيع في وقت الطباعة المقدر. ثم اختر الطباعة للمتابعة.
2. قم بمعالجة القالب الرئيسي بعد المعالجة.
  ملاحظة: هناك خطوتان للغسل بالكحول لإزالة كل بقايا الراتنج وتحقيق سطح قالب أقل عيبا: (1) الغسل بالإيثانول، و(2) الغسل بكحول الأيزوبروبيل.
  1. قم بإزالة القالب الرئيسي من قاعدة الطابعة ثلاثية الأبعاد.
  2. امسح التركيب المطبوع بمنشفة ورقية، ثم اغسله ب 70٪ إيثانول في كوب لمدة 10 دقائق.
  3. اغسله جيدا بنسبة 99٪ إيثانول لمدة 15 دقيقة في محطة الغسيل.
  4. جفف القالب في درجة حرارة الغرفة لمدة لا تقل عن 10 دقائق.
    ملاحظة: تحقق من وجود بقع بيضاء غير منتظمة على سطح العفن الداخلي. إذا بقيت بقايا بيضاء حول القنوات الدقيقة، كرر خطوة الغسل الدقيق مرة أو مرتين إضافيتين.
  5. عرض القوالب لأشعة فوق البنفسجية بشدة 20 مل/سم² لمدة 5 دقائق لتجبير السطح بالكامل.
  6. جفف القوالب في الفرن على درجة حرارة 65 درجة مئوية لمدة لا تقل عن 12 ساعة لتبخر أي بقايا كيميائية وتثبيت السطح.

2. صب PDMS وتجميع القوالب

ملاحظة: يتكون تصنيع القنوات الدقيقة المعتمدة على PDMS من ثلاث مراحل رئيسية: (1) صب القنوات الدقيقة الدائرية بالنصف الأول، (2) نفخ الغشاء، و(3) صب PDMS للقنوات الدقيقة الدائرية في النصف الثاني.

تحضير PDMS
1. اخلط مادة PDMS الأساسية مع عامل التجفيف (مثل SYLGARD 184) بنسبة وزن 10:1.
2. قم بإزالة الغاز من الخليط في غرفة تفريغ لمدة 10 دقائق أو حتى تزال جميع الفقاعات.
صب شريحة PDMS نصف الدائرية الأولى
1. ضع القالب المطبوع ثلاثي الأبعاد على سطح مستو داخل طبق بتري.
2. صب خليط PDMS المزيل من الغازات فوق القالب حتى يغمر بالكامل (بسماكة 4 مم فوق القناة نصف الدائرية).
3. عالج جهاز PDMS عند 90 درجة مئوية لمدة 40 دقيقة^و9 دقائق.
4. قم بإزالة طبقة PDMS المعالجة بعناية من القالب وقص الحواف إذا لزم الأمر.
  ملاحظة: تحتوي شريحة PDMS الآن على قنوات دقيقة نصف دائرية مقعرة.
الروابط الغشائية
1. اقص الغشاء البلاستيكي بسماكة 25 ميكرومتر كمستطيل بحجم 5 مم × 25 مم وإزالة الطبقة العليا من الغشاء.
2. نظف سطح شريحة PDMS عدة مرات باستخدام شريط شفاف.
3. قم بعمل مدخل بالقرب من طرف القناة الدقيقة باستخدام مثقب خزعة 1 مم.
4. ضع شريحة PDMS والغشاء مواجها للأمام على المنصة المغطاة بورق الألمنيوم. ضع المنصة برفق داخل منظف البلازما.
5. شغل مضخة التفريغ لمدة 60 ثانية ثم اضبط مستوى بلازما الأكسجين على 30 واط مع مستوى ضغط 0.3 تور لمدة 75 ثانية.
6. أوقف مستوى البلازما ومضخة التفريغ.
  ملاحظة: افصل مضخة التفريغ بحذر لمنع الانسكابات الناتجة عن تغير مفاجئ في الضغط.
7. قم فورا بمحاذاة القناة الدقيقة على شريحة PDMS والوجه المعالج للغشاء.
  ملاحظة: ضع المكونين بعناية لضمان المحاذاة الصحيحة.
8. اضغط شريحة PDMS والغشاء برفق معا.
  ملاحظة: تأكد من أن القناة الدقيقة مغلقة بالكامل تحت الغشاء. استخدم الملقط أو العلامات للمساعدة في المحاذاة يدويا. لا تؤخر أكثر من 60 ثانية بعد البلازما، وإلا قد تنخفض كفاءة الربط
9. ضع الجهاز المرتبط في فرن عند درجة حرارة 90 درجة مئوية لمدة 20 دقيقة لتثبيت السطح وتعزيز قوة التثبيت.
انتفاخ الغشاء
1. قم بإعداد نظام تسجيل الضغط.
  ملاحظة: يتكون نظام تسجيل الضغط من ثلاثة مكونات: (1) مضخة الحقنة الكهربائية، (2) جهاز لابتوب، و(3) أردوينو ميغا 2560. الحقنة بسعة 50 مل من نوع لوير-لوك.
  1. قم بتحميل رمز قراءة المستشعر المتوفر في الملف الإضافي 1 ورفعه على لوحة الأردوينو.
    ملاحظة: تحقق مما إذا كان الكود قد تم تجميعه بنجاح.
  2. افتح برنامج Tera Term لتسجيل سجل الضغط. من إعداد > منفذ تسلسلي > السرعة > 115200.
  3. من الملف، اختر سجل لبدء تسجيل الضغط مع مرور الوقت.
  4. اختر التغيير/الكتابة لتسجيل سجل جديد، وحدد مربع الطابع الزمني لكتابة سجل الضغط مع علامات الوقت.
  5. اختر التصفح لاختيار المجلد لحفظ سجل الضغط.
  6. اضغط على زر التشغيل/الإيقاف في مضخة الحقنة الكهربائية لتشغيلها، ثم اضغط << لتبدأ في ضبط مستوى الضغط.
  7. قم بتوصيل إبرة قطرها 1.1 مم بمدخل شريحة PDMS واستخدم أنابيب سيليكون مرنة للاتصال بمخرج مضخة الحقنة.
  8. اضبط مستوى الضغط عند 30 مل/س واضغط على << لبدء عملية النفخ.
2. إجراء نفخ الغشاء وصب PDMS للقنوات الدقيقة الدائرية في النصف الثاني.
  1. ابدأ التضخم وراقب مستوى الضغط في القناة الصغيرة عبر سجل Tera Term .
  2. أوقف عملية التضخم عندما يصل الضغط الداخلي إلى المستوى المطلوب.
    ملاحظة: يوصى بأن يكون نطاق ضغط التضخم بين 0.0-17.5 كيلو باسكال، لأن مستويات الضغط التي تتجاوز 20 كيلو باسكال قد تسبب تمزق الغشاء.
  3. صب طبقة بسماكة 2-3 مم من PDMS فوق بنية الغشاء المنتفخ.
  4. طبق التسخين المستمر عند 90 درجة مئوية لمدة 40 دقيقة لتثبيت الهيكل المنتفخ.
  5. اختر إيقاف تسجيل الشبكة على Tera Term لإيقاف تسجيل مستوى الضغط عندما يتم معالجة الطبقة الثانية من PDMS بالكامل.
  6. احفظ ملف سجل الضغط للسجلات التجريبية والتحقيق الإضافي.

3. توصيف شرائح الميكروفلويديك الوعائية الميكروفلويدية PDMS التي تم الحصول عليها

توصيف خشونة السطح
1. إجراء مجهر رقمي ثلاثي الأبعاد لأسطح العفن والقنوات
  1. استخدم نظام مجهر رقمي ثلاثي الأبعاد لتوصيف تضاريس سطح شرائح PDMS المصنعة وقوالب DLP ثلاثية الأبعاد المطبوعة لها.
  2. حدد وحدد ثلاث مناطق تحليل محددة لكل عينة.
    ملاحظة: قسم تضيق القناة الدقيقة (A1)، قسم القناة العادية (A2)، والسطح الخارجي المسطح للشريحة (التحكم).
  3. قم بتركيب العينة على مرحلة المجهر وضبط التركيز لالتقاط طوبوغرافيا ثلاثية الأبعاد عالية الدقة في كل موقع.
  4. الحصول على بيانات ملف السطح باستخدام برامج مدمجة لإنشاء خرائط خشونة واستخراج متوسط خشونة السطح (Sa) وتغير ارتفاع الذروة إلى الوادي (Sz).
  5. تصدير البيانات الطبوغرافية والتصوير ثلاثي الأبعاد للمقارنة عبر ظروف طباعة مختلفة (مثل الاتجاه وسمك الطبقة).
    ملاحظة: انتبه إلى الجدار المائل داخل منطقة الضيق، حيث يمكن أن تؤثر الميزات السطحية في هذه المنطقة بشكل كبير على سلوك التدفق في الأسفل وتوزيعات إجهاد القص.
2. قم بإجراء المجهر الإلكتروني الماسح (SEM).
  1. استخدم SEM لتحليل الشكل التفصيلي للسطح ودقة البنية الدقيقة للقنوات الدقيقة المبنية على PDMS.
  2. قم بتقسيم منطقة الميكروقناة بعناية باستخدام شفرة حادة وثبت العينة على قطع الألمنيوم باستخدام شريط موصل.
  3. غطي الطلاء بالذهب أو البلاتين لمدة 60 ثانية لتقليل الشحن.
  4. يلتقط صور SEM بتكبيرات متعددة (مثل 200× و400×)، مستهدفة منطقة التضيق.
  5. قارن رؤية خطوط الطبقات، ونعومة الجدران، وانتقالات الشكل بين الشرائح المشتقة من القوالب المطبوعة عموديا وأفقيا.
    ملاحظة: الشوائب على درجات السلم في العينات المطبوعة أفقيا والحواف الاتجاهية في القوالب المطبوعة عموديا هي مؤشرات مهمة على جودة التصنيع ودقة التدفق.
التوصيف الهندسي للقنوات الدقيقة نصف وكاملة الدائرة
1. جهز عينات مقطعية عن طريق تقطيع شريحة PDMS بشكل نظيف عمودي على محور القناة الدقيقة باستخدام شفرة حلاقة.
2. استخدم مجهر فلوري لالتقاط المقطع العرضي للقنوات الدقيقة.
3. قم بتحميل الصور في برنامج ImageJ واستخدم أداة الخط لقياس H1 وH2 وWo يدويا.
  ملاحظة: H₁: ارتفاع القناة نصف الدائرية المصبوبة (الأسفل); H₂: ارتفاع انتفاخ الغشاء (الأعلى). Wo: عرض القناة عند القاعدة.
4. حساب النسب الهندسية (H₁+ H₂≈ Wo) لتقييم الدائرية والتحقق من تصميم العفن مقابل سلوك التضخم.
  ملاحظة: من الناحية المثالية، يكون H₁ و H₂ متساويين، ويجب أن يكون مجموعهما تقريبا W_o في ملف دائري كامل. تشير الانحرافات إلى عدم كفاية التضخم أو زيادة تمدد الغشاء.
قم بإجراء اختبار قوة الربط الهوائي
ملاحظة: يتكون اختبار الانفجار الهوائي من خمسة مكونات: (1) مضخة حقنة كهربائية، (2) حساس ضغط، (3) متحكم دقيق Arduino Mega 2560، (4) كابل اتصال تسلسلي، و(5) لابتوب.
1. قم بتوصيل حساس الضغط بمدخل الميكروقناة PDMS عبر أنبوب سيليكون مرن.
2. قم بتهيئة الأردوينو برفع سكريبت لقراءة البيانات التسلسلية.
3. شغل برنامج Tera Term لمراقبة الضغط.
4. ابدأ بتطبيق الضغط تدريجيا عن طريق تشغيل مضخة الحقنة (مثلا 40 مل/ساعة).
5. سجل بيانات الضغط في الوقت الحقيقي. استمر حتى يحدث تقشر أو تمزق أو تسرب ظاهر.
6. حدد ضغط الانفجار كقيمة الضغط المسجلة النهائية قبل الفشل الهيكلي. تمثل هذه القيمة قوة الارتباط بين الغشاء وشريحة PDMS المصبوبة.
قس زاوية التلامس.
1. قم بتجميع نظام قياس زاوية التلامس باستخدام كاميرا رقمية مثبتة على الجانب، ومصدر ضوء LED حلقي، وجهاز لابتوب لالتقاط الصور.
2. ضع شريحة PDMS معالجة على منصة زجاجية مستوية تحت الكاميرا.
3. قم بإخراج قطرة 2 ميكرولتر من الماء منزوع الأيونات على سطح PDMS باستخدام ميكروبايبت.
4. التقط ملف القطرة فورا باستخدام الكاميرا. تصدير الصورة للتحليل.
5. افتح الصورة في برنامج ImageJ، اختر إضافة تحليل السقوط - LB-ADSA في قسم التحليل .
6. اضبط وصلة المنحنى لتحديد زاوية التلامس.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

النتائج

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

تقدم هذه الدراسة بروتوكولا خاليا من الغرف النظيفة لتصنيع قنوات PDMS الدائرية الكاملة باستخدام قوالب مطبوعة ثلاثية الأبعاد بتقنية DLP ونفخ الغشاء. يتم توضيح تصميم قوالب القنوات الدقيقة نصف الدائرية بأقطار تضيق مختلفة في الشكل 1، بينما يوضح تأثير اتجاه الطباعة على دقة القالب في الشكل 2. يظهر سير عمل كامل للتصنيع من طباعة القوالب إلى النفخ وصب PDMS في الطبقة الثانية في الشكل 3.

تم تقييم قابلية البلل السطحي ل...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

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

في هذا العمل، طورنا بروتوكول تصنيع خال من الغرف النظيفة لقنوات PDMS الدائرية باستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد بتقنية DLP ونفخ الغشاء. خطوة حاسمة ضمن هذا البروتوكول هي دمج تعويض ارتفاع بنسبة 10٪ في تصميم قالب CAD لأخذ في الاعتبار الانكماش المتساوي الخواص في PDMS أثناء المعالجة الحرارية. علاوة على ذلك، فإن اختيار اتجاهات الطباعة، وخاصة الاتجاه الرأسي، أمر حيوي لتقليل التشويهات "الدرج المتحركة" الشائعة في التصنيع الإضافي. من خلال الطباعة عموديا، حققنا أسطح داخلية أكثر نعومة بشكل ملحوظ (Sa ≈ ...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الإفصاحات

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

المؤلفون ليس لديهم ما يعلنون عنه.

شكر وتقدير

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

يرغب المؤلفون في شكر الجامعة الدولية، وجامعة فيتنام الوطنية، مدينة هو تشي منه، على معدات المختبر والدعم المادي.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسم	الشركة	رقم فهرسي	التعليقات
طابعة ثلاثية الأبعاد	إليغو ساتورن 3	لا يوجد	طباعة القوالب المعتمدة على DLP
راتنج الطباعة ثلاثية الأبعاد	جامغ هي، كوريا	لا يوجد	راتنج للطباعة العامة DLP
متحكم دقيق أردوينو	أردوينو ميغا 2560	لا يوجد	يستخدم لمراقبة ضغط الانفجار
المجهر الرقمي ثلاثي الأبعاد	كيينس، الولايات المتحدة الأمريكية	VHX-7100	توصيف خشونة السطح
نظام الكاميرا الرقمية	مصنوعة حسب الطلب	لا يوجد	يستخدم في تصوير زاوية التلامس
مضخة الحقنة الكهربائية	فريسينيوس إس إي & شركة KGaA، ألمانيا	الطيار A2 CE2RS232	يستخدم للنفخ أثناء تشكيل الغشاء
مجهر الفلورة	نيكون إكليبس تي، الولايات المتحدة الأمريكية	لا يوجد	القياس الهندسي للقناة الدقيقة
برنامج فيوجن 360	أوتوديسك، الولايات المتحدة الأمريكية	https://www.autodesk.com/asean/products/fusion-360	برامج التصميم
برنامج ImageJ	المعاهد الوطنية للصحة، الولايات المتحدة الأمريكية	https://imagej.net/ij/	تحليل الصور
قاعدة PDMS وعامل المعالجة	دوويتش، كوريا	https://www.dow.com/en-us/pdp.sylgard-184-silicone-elastomer-kit.01064291z	يستخدم في صب الرقائق
بولي ديميثيل سيلوكسان	مجموعة سيلغارد 184 سيليكون إيلاستومر	1330-20-7	يستخدم في تصنيع الرقائق
حساس الضغط	NXP	MPX5700AP	يقيس الضغط الداخلي أثناء اختبار الانفجار
راتنج سريع	إليغو، الصين	—	يستخدم في تصنيع القوالب الرئيسية
المجهر الإلكتروني الماسح (SEM)	جول، اليابان	JSM T-100	تصوير مورفولوجيا السطح
غشاء السيليكون (25 وميكرو؛ m)	—	—	يستخدم لنفخ الغشاء

المراجع

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

Inagaki, S., Ishida, T. Fabrication of irregularity-free, highly circular cross-sectional microchannel. Micro. 2 (2), 325-333 (2022).
Ma, Q., Ma, H., Xu, F., Wang, X., Sun, W. Microfluidics in cardiovascular disease research: state of the art and future outlook. Microsyst Nanoeng. 7 (1), 19(2021).
Fleischer, S., Tavakol, D. N., Vunjak-Novakovic, G. From arteries to capillaries: approaches to engineering human vasculature. Adv Funct Mater. 30 (37), 1910811(2020).
Li, Z., Hui, J., Yang, P., Mao, H. Microfluidic organ-on-a-chip system for disease modeling and drug development. Biosensors. 12 (6), 370(2022).
Zhang, H., Yang, J., Sun, R., Han, S., Yang, Z., et al. Microfluidics for nano-drug delivery systems: from fundamentals to industrialization. Acta Pharm Sin B. 13 (8), 3277-3299 (2023).
Oh, K. W. Microfluidic devices for biomedical applications: biomedical microfluidic devices 2019. Micromachines. 11 (4), 370(2020).
He, Y., Wu, Y., Fu, J. Z., Gao, Q., Qiu, J. J. Developments of 3D printing microfluidics and applications in chemistry and biology: a review. Electroanalysis. 28 (8), 1658-1678 (2016).
Qiu, J., et al. 3D printing of individualized microfluidic chips with DLP-based printer. Materials. 16 (21), 6984(2023).
Miranda, I., et al. Properties and applications of PDMS for biomedical engineering: a review. J Funct Biomater. 13 (1), (2022).
Kumar, P., Harvie, D. J. E. Energy dissipation during Wenzel wetting via roughness scale interface dynamics. Langmuir. 40 (31), 16190-16207 (2024).
Pandian, N. K. R., Mannino, R. G., Lam, W. A., Jain, A. Thrombosis-on-a-chip: prospective impact of microphysiological models of vascular thrombosis. Curr Opin Biomed Eng. 5 (1), 29-34 (2018).
Nguyen, T. Q., et al. Fabrication method of multi-depth circular microchannels for investigating arterial thrombosis-on-a-chip. Sens Actuators B Chem. 321 (1), 128590(2020).
Nguyen, T. Q., et al. low-cost fabrication of circular microchannels by air expansion into partially cured polymer. Sens Actuators B Chem. 235 (1), 302-308 (2016).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه

طلب إذن

تصنيع القنوات الدقيقة ذات المقطع العرضي الدائري مع تضيق باستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد بتقنية DLP ونفخ أغشية PDMS لنماذج الأوعية الدموية الميكروفلويدية

في هذه المقالة

ملخص

الملخص

المقدمة

البروتوكول

النتائج

المناقشة

الإفصاحات

شكر وتقدير

المواد

المراجع

إعادة الطباعة والأذونات

الوسوم

مقالات ذات صلة