Method Article

制作三维微结构，用牺牲部分汽化过程

DOI:

10.3791/50459

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November 2nd, 2013

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

In This Article

Summary

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的汽化一个祭祀元器件（VASC）的过程中，用于制造微血管结构。此过程使用牺牲聚乳酸纤维（乳酸），形成空心微所提供的激光微加工导光板的精确的三维几何定位。

Abstract

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在自然系统中的血管结构通过高比表面积和优化结构，能够提供高质量传输。几个合成材料制造技术保持可扩展性的同时，能够模拟这些结构的复杂性。汽化一个祭祀元器件（VASC）的过程是能够做到这一点。此过程中使用牺牲纤维作为模板，以形成空心的圆筒形的嵌入在一个矩阵中的微通道。锡（II），草酸（SNOX）的嵌入于聚（乳酸）乳酸（PLA）纤维，在此过程中有利于使用。的的SNOX催化解聚的聚乳酸纤维在较低温度下。乳酸的单体气体在这些温度下，可以在不损伤基体的温度从嵌入的矩阵除去。在这里，我们使用微机械板和张紧装置来创建复杂的三维排列的微通道模式使这些纤维的方法。该过程允许任意排列的纤维的探索拓扑和结构。

Introduction

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自然系统使用广泛的血管网络，方便许多生物功能。大众运输可以有效地实现，在这种系统中，由于高的表面积与体积比和优化包装结构。虽然许多合成制造技术可以产生微血管结构，没有人能生产大型微血管的复杂性和兼容性，同时保持与现有的制造方法1-5。如禽流肺的结构提供了灵感。我们如何制造这种复杂的结构，提高大众交通工具吗？

汽化牺牲组件（VASC）的生产规模大，复杂的微血管结构6-7。此方法使用的热解聚和聚（乳酸）乳酸纤维，形成中空纤维模板的逆通道的蒸发除去。这是一个牺牲的技术与现有的制造的方法。米长，可以使用此制造过程中形成的圆筒状微通道型态。这可以被用来创建血管化设备，如自愈7至10的聚合物和三维微血管碳捕获单元。

碳捕获单元灵感禽流肺，提供了一个有效的气体交换 - 重量比，由于在飞行途中使用。 parabronchus组成的六边形图案的微通道，它提供了高瓦斯汇率和结构稳定的气体交换单位。为了创建交换单元微型三维对齐功能，我们开发了使用自定义吉他调谐器和激光微加工板设计张力板独立拉紧纤维的方法。每根纤维由外部的张力保持在适当位置，由放置在板中的孔，通过该纤维的运行模式被设置。

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Protocol

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1。催化牺牲纤维

  1. 包装所需量的聚（乳酸）乳酸纤维围绕降低¾定制的主轴。减少纤维的重叠，以提供最大的表面积暴露。
  2. 剂Disperbyk 130在一个封闭的瓶用40ml去离子H 2 O混合并摇动，直到获得均匀的溶液。然后将1000毫升烧杯中，在37℃水浴中，并放入烧杯中倒入三氟。 H 2 O和TFE使用量取决于，PLA纤维直径。
    光纤直径 量的H 2 O（毫升） 金额TFE（毫升）
    200 400 400
    300 360 440
    500 320 480
  3. 加H 2 O / DISPERBYK 187溶液的烧杯中，并搅拌直至均匀。
  4. 添加1克孔雀石绿的混合物，搅拌至溶解。
  5. 纤维烧杯中的半英寸从底部将安装主轴和主轴连接到数字混频器。然后启动数字调音台每分钟400转。
    6. <....

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Results

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本程序提供了嵌入树脂中的微血管结构的制造方法。这些结构可以符合各种图案（ 图2）。仅受限于微血管网络的结构，可以形成与牺牲纤维结构。

使用平行排列的微血管通道，流体流的气体之间的运输容易气体遍历信道间的可渗透膜。这些设备可以在一个可扩展的方式制造的光刻而不需要（ 图3）。所形成的微通道是完全空心的，可以相隔小于50μm。

这是可能的泄漏和插头内的微通道（ 图4）显示。形成的一个插件将防止任何微通道的流体流过，并且必须手动删除。通道之间的泄漏可形成W母鸡的纤维没有被彻底清洗和张紧。

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Discussion

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的SNOX催化剂的成聚乳酸纤维的引入允许在较低温度下的纤维的解聚。这可以防止嵌入树脂的降解，在这种情况下的PDMS。一个自定义的主轴需要正确地混合处理液（ 图5A）。主轴由六个支撑棒附加到数字混频器的中心纤芯周围。将纤维缠与催化剂溶液接触的包装的纤维的表面积最大化，使支承杆。包含主轴的底部一组叶片引入混沌流动。的乱流，防止附聚的催化剂。

定制张紧板是用来创建一套平行的纤维（ 图5B）。这包括一个吉他调音弦轴板与板边缘沿。电路板的尺寸是不重要的，只要足够的调音弦轴预先选择nt的模式中使用的所有的纤维张力。的枢转点在纤维的加入是有帮助的，以防止纤维从弯曲的角度过大，在导向板界面。最具挑战性的部分可能是制造过程的线程纤维较大的模式。重要的是要保持穿线纤维时，确保有充足的空间，在线程的下一个纤维组织。

对于在50微米以下的微通道分离的模式，它是未能突破导向板。必须小心，在从纤维中除去过量的催化剂常常是多余的板柄孔直径大于。当移除板，硅橡胶板通过已经泄露也必须被删除，因.......

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Disclosures

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我们已经申请了临时专利这项技术和美国专利美国临时申请序列号61/590，086。

Acknowledgements

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AFOSR青年研究者计划下FA9550-12-1-0352和3M非终身制教师奖，这项工作是支持。笔者想，感谢Lalisa Stutts和Janine汤姆有益的讨论，有关这个项目的。作者感谢的Calit2显微镜中心和激光光谱学设施，尔湾加州大学允许使用其设施。霍奇哈兰德与UCI物理科学车间公认的制作工具。聚（乳酸）乳酸纤维帝人单丝慷慨提供。

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
试剂
锡 （II） 草酸盐Sigma-Aldrich402761
Disperbyk 130BYK 添加剂 仪器
三氟乙醇卤代碳孔
雀石绿（技术级）Sigma-AldrichM6880
氢氧化钠 （≥98%，颗粒）Sigma-AldrichS5881
聚二甲基硅氧烷 （PDMS）道康宁3097358-1004由安斯沃思粘合剂分销
聚（乳酸）纤维帝人单丝
<强>材料
RW 20 数字混合器IKA3593001
干燥罐Pyrex
真空烤箱Fisher Scientific
第三只手Jameco Electronics26690板架
胶枪StanleyGR20L
PLA 主轴定制
张紧板定制

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.

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

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