Verfahren zur Herstellung von dreidimensionalen Mikrostrukturen mit Verdampfung eines Opferbauteil

Du T. Nguyen; Y. T. Leho; Aaron P. Esser-Kahn

doi:10.3791/50459

Method Article

Verfahren zur Herstellung von dreidimensionalen Mikrostrukturen mit Verdampfung eines Opferbauteil

DOI:

10.3791/50459

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November 2nd, 2013

Du T. Nguyen¹ , Y. T. Leho² , Aaron P. Esser-Kahn²

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

Summary

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Die Verdampfung eines Sacrificial Komponente (Vasc)-Prozess wird verwendet, um mikrovaskulären Strukturen herzustellen. Bei diesem Verfahren wird Opfer Poly (Milchsäure) Säure Fasern hohl Mikrokanäle mit präzisen geometrischen 3D-Positionierung durch Laser-Mikrobearbeitung Leitbleche vorgesehen bilden.

Abstract

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Vaskulären Strukturen in natürlichen Systemen sind in der Lage, hohe Massentransport durch große Oberfläche und optimierte Struktur bereitzustellen. Wenige Kunststoff Herstellungstechniken können, um die Komplexität dieser Strukturen nachzuahmen, während Skalierbarkeit. Die Verdampfung eines Sacrificial Komponente (Vasc) Prozess ist in der Lage, dies zu tun. Dieses Verfahren verwendet Opferfasern als Vorlage zu hohlen, zylindrischen Mikrokanäle in einer Matrix eingebettet sind. Zinn (II)-oxalat (SnO x) in Poly (Milchsäure) Säure (PLA) Fasern, die die Verwendung dieses Verfahrens erleichtert eingebettet. Die SnOx katalysiert die Depolymerisation des PLA-Fasern bei niedrigeren Temperaturen. Die Milchsäure-Monomeren gasförmig sind bei diesen Temperaturen und kann von der Matrix eingebettet, die bei Temperaturen nicht schaden der Matrix entfernt werden. Hier zeigen wir ein Verfahren zum Ausrichten dieser Fasern mit mikrobearbeiteten Platten und eine Spannvorrichtung komplexe Muster von dreidimensional angeordneten Mikrokanälen zu schaffen.Das Verfahren ermöglicht die Erforschung von praktisch jeder Anordnung von Faser-Topologien und Strukturen.

Introduction

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Natürliche Systeme verwenden umfangreichen Gefäßnetze viele biologische Funktionen zu erleichtern. Der Stofftransport kann effizient in solchen Systemen durch hohen Oberflächen-zu-Volumen-Verhältnisse und optimierte Verpackung Strukturen erreicht werden. Während viele synthetische Herstellungstechniken mikrovaskulären Strukturen erzeugen kann, kann keiner produzieren großen Mikrovaskulatur während Komplexität und Kompatibilität mit bestehenden Herstellungsverfahren ^1-5. Bauwerke wie die Vogellunge bieten eine Inspiration. Wie können wir fabrizieren Strukturen dieser Komplexität für die Verbesserung Stofftransport?

Die Verdampfu....

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Protocol

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1. Catalyzing Opferfasern

Wickeln der gewünschten Menge an Poly (Milchsäure) säure Fasern um den unteren ¾ kundenspezifischer Spindel. Reduzieren Faser Überlappung, um die maximale Fläche Belichtung liefern.
Mix deionisiertes H ₂ O mit 40 ml Disperbyk 130 in einer geschlossenen Flasche und schütteln, bis eine homogene Lösung erhalten wird. Dann legen Sie eine 1.000 ml Becherglas in einem Wasserbad bei 37 ° C und gießen Trifluoräthanol in das Becherglas. Die Menge an H ₂ O und TFE zu verwenden, hängt von der PLA Faserdurchmesser verwendet.
Faserdurchmesser A....

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Results

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Dieses Verfahren stellt ein Verfahren zur Herstellung mikrovaskulären Strukturen in einem Harz eingebettet sind. Diese Strukturen können in einer Vielzahl von Mustern (Fig. 2) entsprechen. Die Struktur des mikrovaskulären Netzwerk nur durch die Strukturen, die mit den Opferfasern gebildet werden können, begrenzt.

Ein paralleler Anordnung der mikrovaskulären Kanäle Gastransport zwischen Fluidströmen erleichtert als Gase durchlaufen eine durchlässige Membran zwischen den Kanäl.......

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Discussion

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Die Einführung des Katalysators in den SnOx PLA-Fasern können die Fasern bei einer niedrigeren Temperatur depolymerisieren. Hierdurch wird der Abbau der Einbettung Harz, in diesem Fall PDMS. Eine benutzerdefinierte Spindel wird benötigt, um richtig mischen die Behandlung Lösung (5A). Die Spindel wird von sechs Tragstäbe um einen zentralen Kern, der mit einem digitalen Mischpult legt zusammen. Die Fasern sind um die Tragstangen, so daß die Oberfläche der Umhüllung Fasern in Kontakt mit der katalytischen .......

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Disclosures

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Wir haben für eine vorläufige Patent auf diese Technologie und US-Patent US Provisional Application Serien Nr. 61/590, 086 eingereicht.

Acknowledgements

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Diese Arbeit wurde von der AFOSR Young Investigator Programm unter FA9550-12-1 bis 0352 und einem 3M Non-Tenured Faculty Award unterstützt. Die Autoren möchten Lalisa Stutts und Janine Tom für hilfreiche Diskussionen zu diesem Projekt danken. Die Autoren danken der Calit2 Microscopy Center und der Laserspektroskopie Einrichtung an der Universität von Kalifornien, Irvine zum Zulassen der Verwendung seiner Anlagen. Hodge Harland und die UCI Physical Sciences Machine Shop werden für die Herstellung von Werkzeugen anerkannt. Poly (Milchsäure) Säure Fasern wurden großzügig von Teijin Monofilament vorgesehen.

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Materials

List of materials used in this article
Name	Company	Catalog Number	Comments
Reagenz
Zinn(II)-oxalat	Sigma-Aldrich	402761
Disperbyk 130	BYK Additives Instruments
Trifluorethanol	Halogenkohlenwasserstoff
Malachitgrün (technische Qualität)	Sigma-Aldrich	M6880
Natriumhydroxid (≥ 98%, Pellets)	Sigma-Aldrich	S5881
Polydimethylsiloxan (PDMS)	Dow Corning	3097358-1004	Vertrieben von Ellsworth Adhesives
Poly(milch-)säurefasern	Teijin Monofilament
Material
RW 20 Digitaler Mischer	IKA	3593001
Exsikkatorglas	Pyrex
Vakuumofen	Fisher Scientific
Dritte Hand	Jameco Electronics	26690	Plattenhalter
Klebepistole	Stanley	GR20L
PLA Spindel			Sonderanfertigung
Spannbrett			Sonderanfertigung

References

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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).
Bellan, L. M., Strychalski, E. A., Craighead, H. G.

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