عملية صنع المجهرية ثلاثي الأبعاد باستخدام تبخير مكون قرباني

الهدف العام من هذا الإجراء هو تصنيع هياكل وعائية دقيقة ثلاثية الأبعاد. ويتم تحقيق ذلك أولاً عن طريق إنشاء ألياف تضحية من خلال دمج أوكسالات القصدير الثنائي في ألياف حمض البولي لاكتيك. وتتمثل الخطوة الثانية في تشكيل الألياف ثلاثياً الأبعاد باستخدام ألواح التشكيل.

بعد ذلك، يتم صب الألياف في راتنج التضمين. وتتمثل الخطوة النهائية في تفريغ الألياف من الراتنج تحت تأثير الحرارة والفراغ. وفي نهاية المطاف، يمكن استخدام النظام الوعائي الدقيق لأغراض متعددة، بما في ذلك التبادل الحراري، والنقل الكتلي، وأنظمة الإصلاح الذاتي.

بشكل عام، سيواجه الأشخاص المبتدئون في هذه الطريقة صعوبة نظراً للحاجة إلى درجة عالية من المهارة اليدوية والوعي البصري للعمل مع الألياف. يعد العرض المرئي لهذه الطريقة أمراً بالغ الأهمية، حيث يصعب تعلم المعالجة الكيميائية للألياف وتسوية ألواح النماذج لأنها تتطلب تنسيقاً بين اليد والعين ومعدات متخصصة. ابدأ عملية صب المحفز في الألياف باستخدام مغزل مخصص ومصدر لألياف حمض polylactic acid بقطر معلوم.

هنا، 200 ميكرون. لُف الكمية المطلوبة من الألياف حول الثلاثة أرباع السفلية من المغزل. قلل تداخل الألياف لتوفير أقصى قدر من تعرض مساحة السطح في زجاجة يمكن إحكام غلقها.

اخلط 400 milliliters من الماء منزوع الأيونات مع 40 milliliters من dysbaric. One 30. أغلق الزجاجة ورجّها حتى يتم الحصول على محلول متجانس.

بعد ذلك، ضع دورقاً سعة 1000 مل في حمام مائي عند 37 درجة مئوية. صب 400 مل من tri fluoro ethanol في الدورق. أضف محلول تشتيت الماء إلى الدورق وحرك المزيج حتى يصبح متجانساً.

أضف جرامًا واحدًا من المالاكيت الأخضر أو أي صبغة أخرى إلى الخليط وحرك حتى الذوبان. الآن، قم بتركيب المغزل في الخلاط الرقمي واضبط الارتفاع بحيث يكون المغزل على بُعد نصف بوصة من القاع. اضبط الخلاط على 400 RPM وابدأ الخلط ببطء.

أضف 1.3 grams من محفز أكسالات القصدير إلى الخليط. اضبط الـ pH في الخليط باستخدام هيدروكسيد الصوديوم حتى يصل الـ pH إلى ما يقرب من 6.8 إلى 7.2. بعد ذلك، أحكم إغلاق غطاء الكأس وزد سرعة دوران المغزل إلى 500 RPM.

يُحفظ هذا الخليط لمدة 24 ساعة، مع تفتيت أي تكتلات من أوكسالات القصدير تتكون يدويًا خلال الساعتين الأوليين. وفي نهاية الـ 24 ساعة، يتم تجهيز فرن مُسخن مسبقًا إلى 35 °C.

أخرج المغزل من الخلاط وضعه في الفرن. اتركه ليجف طوال الليل. بعد ثماني ساعات على الأقل من التجفيف، أخرج المغزل من الفرن، وقم بفك الألياف من عليه.

قم بإزالة المحفز الزائد من الألياف. تبدأ عملية تصنيع وحدة تبادل الغازات ذات الأوعية الدقيقة بالحصول على زوج من ألواح التشكيل النحاسية المقطوعة بالليزر وفقاً لنمط الأوعية الدقيقة المطلوب. قم بتثبيت الألواح على حاملات المشابك.

اقطع طولاً قدره 10 inch من الألياف المحفزة لكل قناة مجهرية. استخدم صفيحة مقصوصة بقطر الألياف لإزالة أي محفز متبقٍ من الألياف. استخدم طرف مسدس صمغ ساخن لترقيق حواف الألياف.

قم بذلك عن طريق دفع أطراف الألياف للخارج ببطء. بمجرد الانتهاء، مرر الألياف عبر الثقوب المتطابقة في أزواج لوحات التشكيل النحاسية. بعد ذلك، قم بتثبيت اللوحات على صندوق القولبة باستخدام البراغي.

تأكد من أن الألياف غير ملتوية عند تركيب الصفائح. بعد ذلك، قم بتمرير أطراف الألياف عبر مفاتيح الضبط في لوحة الشد المخصصة، وقم بشد ألياف PLA حتى تصبح مشدودة. توخَّ الحذر من الإفراط في الشد لتجنب قطع الألياف.

أزل الجسيمات الزائدة من نمط الألياف باستخدام الهواء المضغوط. الآن، اخلط poly dimethyl xin base مع عامل المعالجة الخاص به بنسبة حجمية 10 إلى 1، ثم ضع الخليط في وعاء تجفيف. قم بإزالة الغازات من الخليط لمدة 10 دقائق تحت تفريغ هوائي.

صُب خليط PDMS في صندوق القولبة، ولكن ليس مباشرة فوق الألياف. استخدم إبرة بقياس 26 gauge لإزالة أي فقاعات في صندوق القولبة أو بين الألياف. بمجرد الانتهاء، قم بمعالجة التجميع عند 85 °C لمدة 30 دقيقة.

عندما يبرد الصندوق، قم بفك الصفائح النحاسية من صندوق القولبة، مع الحرص على عدم ثني الصفائح أو سحبها بقوة مفرطة. أخرج المرحلة الأولى المتصلدة من صندوق القولبة. استخدم إبرة حقن ذات مقاس يعادل ضعف القطر الخارجي للألياف على الأقل لثقب ثقوب في سدادة طرفية من مادة RTV مع بقاء الإبرة في مكانها، ثم مرر خيط الليف عبر الثقب.

ثم قم بإزالة الإبرة. يجب أن يكون نمط الثقوب مشابهًا للوحة التشكيل النحاسية، ولكن بتباعد أكبر. بعد ذلك، قم بتثبيت الأغطية الطرفية بصندوق قالب أكبر.

صب مرحلة ثانية من PDMS وقم بإزالة أي فقاعات غازية متبقية. مرة أخرى، يتم المعالجة عند 85 degrees Celsius لمدة 30 minutes. بعد عملية المعالجة الثانية، قم بقص أي ألياف PLA زائدة من العينة.

ضعه في فرن تفريغ عند 210 °C لمدة 24 ساعة أو حتى يتم إخلاء معظم ألياف PLA. إذا تعذر إزالة أي من ألياف PLA، قم بحقن 1 mL من الكلوروفورم لإذابة ما تبقى في القنوات الدقيقة. وبهذا تكتمل عملية تصنيع الوحدة.

يوفر هذا الإجراء طريقة لتصنيع هياكل وعائية دقيقة في الراتنج كما هو موضح في وحدة التبادل الغازي. تظهر الوحدة في الأعلى، بينما يظهر في أسفل اليسار تفصيل لجزء من الهيكل.

استُخدمت الأصباغ لتحقيق الوضوح البصري. يظهر على اليمين النمط السداسي للثقوب ذات قطر 200 micron و300 micron المستخدمة لإنشاء القنوات الدقيقة. هذه القنوات الدقيقة مجوفة تماماً ويمكن أن تفصل بينها مسافة تقل عن 50 microns.

تقتصر بنية الشبكة الوعائية الدقيقة فقط على الهياكل التي يمكن تشكيلها بواسطة الألياف المضحى بها. ومن الممكن أن تظهر تسريبات وسدادات داخل القنوات الدقيقة. وتظهر سدادة على الجانب الأيسر من وحدة التبادل الغازي هذه.

وغالباً ما يمكن إزالة هذه الشوائب باستخدام مذيب. ويظهر على الجانب الأيمن مثال على حدوث تسرب، والتي تتكون عندما لا يتم تنظيف الألياف المضحية جيداً أو عند عدم شدها بشكل كافٍ. وبمجرد إتقان هذه التقنية، يمكن تنفيذها في غضون 45 دقيقة لإنشاء الألياف و60 دقيقة لتصنيع الوحدات الوعائية الدقيقة.

بعد مشاهدة هذا الفيديو، ينبغي أن تكتسب فهماً جيداً لكيفية استخدام الألياف المضحية لإنشاء نمط ثلاثي الأبعاد، وكيفية استكشاف الأخطاء وإصلاحها في هذه العملية الواسعة.