制作三维微结构，用牺牲部分汽化过程
2013年11月2日
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。
该程序的总体目标是制造三维微血管结构。这是通过首先通过将 tin two 草酸盐掺入聚乳酸纤维来制造牺牲纤维来实现的。第二步是使用图案板对纤维进行三维图案化。
接下来，将纤维浇铸在包埋树脂中。最后一步是在加热和真空下将纤维从树脂中排出。最终，微血管系统可用于多种用途，包括热交换、质量传输和自愈系统。
一般来说，刚接触这种方法的人会很费力，因为使用纤维所需的手部灵巧程度和视觉意识很高。这种方法的视觉演示至关重要，因为纤维的化学处理和花样板的穿线很难学习，因为它们需要手眼协调和专门的设备。使用定制的纺锤体和已知直径的聚乳酸纤维源开始纤维催化剂灌注工艺。
这里是 200 微米。将所需量的纤维缠绕在主轴的下部四分之三处。减少纤维重叠，在可密封的瓶子中提供最大的表面积暴露。
将 400 毫升去离子水与 40 毫升减压水混合。一个 30.盖上瓶子并摇晃，直到获得均匀的溶液。
接下来，将一个 1000 毫升的烧杯放入 37 摄氏度的水浴中。将 400 毫升三氟乙醇倒入烧杯中。将水分配溶液加入烧杯中，搅拌至均匀。
在混合物中加入 1 克孔雀石绿或其他染料，搅拌至溶解。现在，将主轴连接到数字混合器上并调整高度，使主轴距离底部半英寸。将混合器设置为 400 RPM 并开始缓慢混合。
向混合物中加入 1.3 克草酸锡催化剂。使用氢氧化钠调节混合物中的 pH 值，直到 pH 值约为 6.8 至 7.2。接下来，将盖子固定在烧杯上，并将主轴旋转速度增加到 500 RPM。
在前 2 小时内保持 24 小时。手动打碎任何形成的草酸锡团聚物。24 小时后，将烤箱预热至 35 摄氏度。
从搅拌机中取出转子并将其放入烤箱中。晾干一夜。干燥至少 8 小时后，从烤箱中取出纺锤，从纺锤上解开纤维。
从纤维中去除多余的催化剂。微血管气体交换装置的制造首先获得一对具有所需微血管图案的激光切割黄铜图案板。将板贴在夹架上。
每个微通道切割 10 英寸长的催化纤维。使用切割到纤维直径的板，从纤维中去除任何残留的催化剂。使用热胶枪的尖端将纤维的边缘逐渐变细。
通过缓慢挤出纤维尖端来执行此作。完成后，将纤维穿过黄铜花纹板对上的匹配孔。接下来，将板拧到成型盒上。
连接板时确保纤维没有扭曲。然后将纤维尖端穿过定制张紧板的调谐钉，将 PLA 纤维拉紧直至拉紧。小心不要过度紧张和折断纤维。
使用压缩空气去除纤维图案中多余的颗粒。现在将聚二甲基鑫碱与其固化剂以 10 比 1 的体积比例混合，将混合物放入干燥罐中。在真空下对混合物进行脱气 10 分钟。
将 PDMS 混合物倒入成型箱中，但不要直接倒在纤维上。使用 26 号针头去除成型盒中或纤维之间的任何气泡。完成后，在 85 摄氏度下固化组件 30 分钟。
当盒子冷却后，从成型盒上解开黄铜板，确保不要弯曲板或用力拉扯。从成型盒中取出固化的第一阶段。使用规格至少为纤维外径两倍的皮下注射针刺穿 RTV 端盖上的孔，针头将纤维线穿过孔。
然后拔掉针头。孔型应与黄铜花纹板相似，但更广泛地展开。接下来，将端盖固定到更大的成型盒上。
倒入 PDMS 的第二阶段并去除任何残留的气泡。再次，在 85 摄氏度下固化 30 分钟。第二次固化后，从样品中切下多余的 PLA 纤维。
将其放入 210 摄氏度的真空烘箱中 24 小时或直到大部分 PLA 纤维被抽空。如果无法去除任何 PLA，则注射 1 毫升氯仿以溶解残留在微通道中的物质。这样就完成了单元的制造。
该程序提供了一种在树脂中制造微血管结构的方法，如气体交换装置所示。显示在顶部。左下角是结构一段的细节。
染料已被用于视觉清晰度。右侧是用于创建微通道的 200 微米和 300 微米孔的六边形图案。微通道是完全空心的，可以分离不到 50 微米。
微血管网络的结构仅受牺牲纤维可形成的结构的限制。泄漏和塞子都可能出现在微通道内。该气体交换装置的左侧是一个插头。
这些通常可以用溶剂去除。右侧是泄漏的示例。当牺牲纤维没有被彻底清洁或没有很好地张紧时，这些就会形成一旦掌握，这种技术可以在 45 分钟内完成，在 60 分钟内制造微血管单位。
看完这个视频，你应该对如何制作牺牲纤维、创造三维图案以及排除庞大的过程有一个很好的了解。
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概述
牺牲成分汽化（VaSC）过程被用于制造三维微血管结构。这种创新方法使用牺牲性聚乳酸纤维来创建空心微通道，通过激光微加工导板实现精确的几何定位。
关键研究组成部分
科学领域
- 神经科学
- 生物材料
- 微加工
背景
- 各种应用中对先进微血管系统的需求。
- 微加工中精确几何定位的重要性。
- 在创建复杂结构中使用牺牲材料。
- 在热交换、质量传输和自愈系统中的应用。
研究目的
- 开发一种可靠的微血管结构制造方法。
- 提高微通道在各种应用中的功能性。
- 探索VaSC过程在生物医学工程中的潜力。
使用的方法
- 通过将草酸锡二元合物掺入聚乳酸中创建牺牲纤维。
- 使用定型板对纤维进行三维定型。
- 将纤维铸造在嵌入树脂中。
- 在热和真空条件下从树脂中抽出纤维。
主要结果
- 成功制造出具有精确几何形状的空心微通道。
- 展示了微血管系统的多功能性。
- 在包括生物医学工程在内的各个领域的潜在应用。
- 为未来的研究和开发验证了VaSC过程。
结论
- VaSC过程对于创建微血管结构是有效的。
- 微通道可以用于多样化的应用。
- 这种方法为微加工和生物材料的研究开辟了新途径。
常见问题
Executive Industry Relevance
The Vaporization of a Sacrificial Component (VaSC) process enables scalable fabrication of three-dimensional microvascular structures with precise geometric control. This capability addresses a critical challenge in replicating complex vascular architectures for advanced biomaterials and tissue engineering. The method supports high-fidelity mass transport systems, directly impacting early discovery and translational research pipelines.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables construction of physiologically relevant microenvironments for hypothesis-driven studies.
- Supports functional validation of vascularized tissue models for mechanistic de-risking.
- Facilitates exploration of structure-function relationships in engineered matrices.
Screening & Assay Development
- Provides reproducible microchannel arrays for standardized compound perfusion assays.
- Enables quantitative assessment of mass transport and exchange in synthetic systems.
- Supports scalable preparation of assay-ready platforms for high-throughput workflows.
Translational & Preclinical Research
- Aligns engineered microvascular networks with disease-relevant tissue models.
- Maintains continuity from discovery-stage validation to preclinical evaluation of biomaterials.
- Reduces translational risk by enabling predictive in vitro testing of vascularized constructs.
Pipeline & Workflow Integration
The VaSC process integrates from early discovery through preclinical model development, supporting both hypothesis testing and assay standardization.
- Discovery Biology: Enables controlled testing of vascularization hypotheses in engineered matrices.
- Screening: Delivers reproducible, quantitative microchannel platforms for compound evaluation.
- Analytics: Provides measurable outputs for comparing mass transport and channel integrity.
- Translational Research: Bridges in vitro model development with preclinical biomaterial validation.
- Enterprise Reuse: Offers a modular fabrication capability adaptable to diverse R&D needs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in engineered tissue models and vascularized systems.
- Operational Value: Standardizes fabrication of complex microstructures for reproducible research.
- Strategic Value: Improves go/no-go decision-making by reducing ambiguity in model performance.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of biomaterial and tissue engineering programs.
Implementation Considerations
- Requires specialized manual dexterity and visual awareness for fiber handling.
- Needs access to micromachined patterning plates and tensioning devices.
- Demands cross-team standardization for reproducible microchannel fabrication.
- Adaptable to various matrix materials and fiber topologies as supported by the process.
- Potential for leaks or plugs necessitates troubleshooting and quality control steps.
