Name: Vorgeschriebene 3-D direkte Schreiben von Hänge Micron / Sub-Mikrometer-Maßstab Faserstrukturen über eine Robotic Dosiersystem (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-06-12T13:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 36 s
Description: Erfahren Sie die automatisierte 3-D-Direktschreibmethode zur Herstellung frei hängender Polymerfasern im Mikro- und Submikrometerbereich. Dieses Protokoll ermöglicht präzise Kontrolle von Faserdurchmesser und Orientierung für Anwendungen in Biomaterialien und Bioengineering.

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Diese Arbeit wird unterstützt durch das NSF-EPSCoR (grant #0814194) und das Department of Bioengineering.

<html> 1. Ausrüstung Set-up <ol><li> Zubauen Abgabesystem und verbinden Ventilsteuerung und Spritzenkörper zum Pneumatikquelle über einen Druckregler, um den Druck auf 15 psi eingestellt, die Polymerlösung von der Nadelspitze mit einer Fließgeschwindigkeit von 2,45 ml / min abzugeben. </li><li> Legen Sie die 3-Achsen-Roboter und Abgabesystem in eine Wärmekammer, um eine stabile Arbeitsumgebung (Abbildung 2) zu gewährleisten. </li><li> Installieren Joint-Robot Control Points (JR-C-Punkte) Software, die vom Systemhersteller und schließen 3-Achs-Roboter mit einem Computer über serielle Schnittstelle. </li><li> Montieren Sie Zapfventil, um 3-Achsen-Roboter und installieren Nadelspitze auf das Ventil. </li><li> Richten Sie die Roboter-Bühne Platte nach den Richtlinien des Herstellers, um Flachheit in Bezug auf die Höhe der Ventilspitze 15 zu gewährleisten. </li><li> Bauen Sie ein Feedback-gesteuerte Heizung in dem Gehäuse, um das Klima hinzuzufügen. </li></ol>Inhalt &quot;fo: keep-together.within-page =&quot; always &quot;&gt; <img alt="Figur 2" src="/files/ftp_upload/52834/52834fig2.jpg" /> Abbildung 2. (A) 3-Achsen-Roboter mit Abgabe erforderliche Zubehör in einem Gehäuse untergebracht ist; und (B) Nahaufnahme Bild des Abgabeventils mit angeschlossenem USB-Mikroskop für die Visualisierung. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52834/52834fig2large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> 2. Experimentelle Materialien und Controlling Factors <ol><li> Steuern Faktoren und deren Kombination. <ol><li> Variieren von 1% Geschwindigkeit (5 mm / sec) Vorschubgeschwindigkeit bis zu 100% (500 mm / s), die von der JR C-Points-Software. Für diese Anwendung mit einem 2% Geschwindigkeit (10 mm / sec) auf die Herstellung Faserstrukturen in dieser Arbeit vorgestellt. </li><li> Vary Polymerlösung Konzentrationen auf bestimmte Viskosität, Oberflächenspannung und die Volatilität Parameter erforderlich zu erreichenzur gewünschten Anwendung. Für diese Anwendung verwenden eine 24% Polymethylmethacrylat (PMMA) in Chlorbenzol-Lösung, die in dieser Arbeit vorgestellten Faserstrukturen herzustellen. </li><li> Vary Steuerventil Abgabezeit von 0,02 s bis 1 s, um Lösungen über pneumatische Luft auszuwerfen. Für diese Anwendung verwenden, 0,02 sec, um die in dieser Arbeit vorgestellten Faserstrukturen herzustellen. </li><li> Wählen Sie einen Messgröße von hochpräzisen Nadelspitzen zu Polymerlösungen zu verzichten. Für diese Anwendung verwenden eine 30 G (Innendurchmesser (ID) = 152,4 um) Spitze, die in dieser Arbeit vorgestellten Faserstrukturen herzustellen. </li><li> Stellen Sie den Betriebstemperaturbereich zwischen 70 ° F bis 100 ° F in der thermisch isolierten Box, um eine konstante Verdampfungsrate der Polymerprobe zu erhalten. Für diese Anwendung verwenden, eine Temperatur von 70 ° F, die in dieser Arbeit vorgestellten Faserstrukturen herzustellen. </li></ol></li><li> Herstellung von Polymerlösungen. <ol><li> MischenPolymerharze von Polymethylmethacrylat (PMMA; 0,72 g) mit dem Lösungsmittel Chlorbenzol (2,28 g) unter einer chemischen Strömungshaube. </li><li> Berechnen des Gewichts des Polymers (PMMA) und deren Lösungsmittel (Chlorbenzol), um die gewünschte Konzentration des Polymers in Lösung zu erreichen. Für diese Anwendung verwenden eine 24% Polymethylmethacrylat (PMMA) in Chlorbenzol-Lösung, die in dieser Arbeit vorgeFaserStrukturen herzustellen. </li><li> Platzieren gewünschte Menge an Polymer-Pulver / Kunstharz in Glasfläschchen. Für diese Anwendung verwenden 0,72 g PMMA-Harz, um eine 24% ige Konzentration von PMMA zu erreichen. </li><li> Übertragen Sie Lösungsmittel auf Polymer innerhalb Fläschchen mit einer Pipette, bis die Gesamtgewicht von 3 g erreicht ist. </li><li> Mischen Sie das Fläschchen für 1 min auf dem Vortex-Schüttler und mit Ultraschall verarbeiten sie 5 Stunden, um das Polymerpulver / Harz vollständig zu lösen. </li><li> Überprüfen Sie die Transparenz der Lösungen, wenn es irgendeine Trübung oder Opazität zu Probe weiter, bis klar beschallen. </li></ol></li><li> Viskositätsmessung von Polymerlösungen. <ol><li> Measure Lösungsviskositäten über Kegel-Platte-Viskosimeter (zB LVDV-II + und RVDV-II +) 16. </li><li> Last 0,5 ml bekannter Viskosität Standardprobe (a Glycerinbasis und Wasser-Mischung), die vom Hersteller bereitgestellt Viskosimeter, das Viskosimeter, um Fehler bei den Viskositätsmessungen minimiert kalibrieren. Der Hersteller versorgte eine Vielzahl von Standard-Proben für die Kalibrierung des Viskosimeters. Verwenden Sie die Glycerin-basierten Standardprobe mit einer Viskosität von 100.000 cP. </li><li> Verbinden Sie Wassermantel zu Viskosimeter, um die Testflüssigkeit auf einem konstanten Betriebstemperatur zu halten. </li><li> Starten Testflüssigkeit Messung, indem Sie den Ein- / Ausschalter in die Position, um die Drehung der Spindel zu starten. Sobald der Wert des Drehmoments auf der Anzeigetafel stabilisiert hat, aufzeichnen das Drehmoment und die Berechnung der endgültigen Viskositäten unter Verwendung der Beziehung zwischen dem Drehmoment, Spindel Multiplizierer konstant und die Geschwindigkeit der Spindel 16 <img alt="Gleichung 1" src="/files/ftp_upload/52834/52834eq1.jpg" /> wobei die Viskosität ist RPM die Drehzahl der Spindel auf Konus befestigt ist, ist die TK das Drehmoment (0,09373 für LVDV-II +, 1 für RVDV-II +) SMC ist die Spindel Multiplizierer Konstante, die von speziellen Spindel hängt während der Viskosität verwendet Messung. Für diese Studie wurde das CP-52 Spindel verwendet, die eine Spindel Multiplikatorkonstante von 9,83 hat. </li></ol></li><li> Oberflächenspannungsmessung von Polymerlösungen. <ol><li> Messverfahren bezieht sich auf die Wilhelmy-Technik. 14 </li><li> Zeigen 1 ml Testlösungen in einem Glasfläschchen auf eine hochauflösende Waage (Stufenauflösung = 0,001 g). Tauchen Sie einen Glasstab von bekannten Durchmesser in Testlösungen. </li><li> Kontrollieren Sie die Position der Stange über eine Servo- oder Schritt gesteuerte Linearantrieb zur Oberfläche berühren und teilweise in Testlösungen eintauchen mit Null-Kontakt. </li><li> Überwachung und Aufzeichnung der Änderung der Massenmessung auf die Waage, wennEntfernen Stange aus Lösung Oberfläche. </li><li> Berechnen der Oberflächenspannung von Kraftänderung, Umfang des Stabes und der Kontaktwinkel des Fluids an der Stange. <img alt="Gleichung 2" src="/files/ftp_upload/52834/52834eq2.jpg" /> wo ist der benetzte Umfang der Stange (l = 10,05 mm Durchmesser = 3,2 mm), ist θ Kontaktwinkel von Flüssigkeit auf der Stange, ist F Kraftänderung aufgrund der Spannung der Testflüssigkeitsoberfläche an der Spitze der Stange. </li></ol></li><li> Stoffübergangskoeffizienten Messung von Lösungen. <ol><li> Messen Stoffübergangskoeffizienten von Polymerlösungen durch thermogravimetrische Analyse. 14 </li><li> Last 30 ul der 24% (nach Gewicht) PMMA Polymerlösung auf einer Platinplatte vor der Tarierung der Waage. </li><li> Entlüftungskammerprogramm das Gerät auf die gewünschte Arbeitstemperatur (70 ° F) für 2 h durchgeführt, um Masse von der Ziellösungen zu überwachen. </li><li> Berechnen Sie die Stoffübergangskoeffizienten durch Änderungen in der Masse der Lösung,Fläche Lösung / Luft-Grenzfläche und Dichte. <img alt="Gleichung 3" src="/files/ftp_upload/52834/52834eq3.jpg" /> wobei m (t) die Masse der PMMA-Lösungen, A die Fläche der Lösung / Luft-Grenzfläche (entspricht 78,5 mm 2 für Standardplatte) ist mPOLYMER die Polymermasse in der Lösung und die Dichte der Lösung. </li></ol></li></ol> 3. mit Direktschreibversuchsdurchführung <ol><li> Spendersystem Probenbeladung Protokoll. <ol><li> Last 3 ml Polymerlösung in den Spritzenzylinder, legen Kolbens in den Spritzenzylinder zu inkonsistenten Druckluftverteiler eliminieren. </li><li> Drehen Sie die Einlassleitung Adapter auf dem Spritzenzylinder, schließen Sie es an die Source-Leitung Luftschlauch. </li><li> Wählen Sie die gewünschte Messgröße der Präzisionsnadelspitze zu Experiment durchzuführen. </li><li> Auf der Ausgabe Controller Panel, wechseln in den Zustand zu reinigen und klicken Sie auf &quot;Zyklus&quot;, um das Ausgabeventil mit Polymer so zu füllensung, bis von der Nadelspitze ausgestoßen. </li><li> Wischen Restpolymerlösung von der Spitze in der Vorbereitung einer programmierten Faserschreibprozedur. </li></ol></li><li> Direktschreibpolymerfasern mit 3-Achsen-Roboter und Ausgabesystem. <ol><li> Bestimmen Sie den Roboter Stufe versetzt, um die Spitze der Dosiernadel aus der Standard-Ausgangsposition in die Initiationspunkt der vorgeschriebenen Mikro- / Sub-Mikrometer Faserstruktur neu gezeichnet werden soll. Mount ein USB-Mikroskop (Vergrößerung = 200X) zur Abgabesystemventil Halterung, die sich entlang der Z-Achse übersetzt. Auf der Spenderspitze eine manuelle Fokussierung durch Einstellen der Fokussierknopf auf dem USB-Mikroskop, das in genauer Positionierung der Ventilspitze auf die gewünschte Stelle, vorgefertigten Substrats oder Gerät erleichtern. </li><li> Erstellen / Design der gewünschten Faserstrukturmuster (Figuren 3A, 4A und 5A) mit Hilfe eines CAD-Softwarepaket. Eingabe der räumlichen Koordinaten (x, y, z) in der Robot JR-C Steuerungssoftware für alle Einleitung und Beendigung Punkte in sequentieller Reihenfolge in Bezug auf das gewünschte Muster in dem CAD-Programm (3B, 4B und 5B) erstellt. 15 </li><li> Bringen Sie das ausgefüllte Faserstruktur-Design-Programm vom Computer an den Roboter, indem Sie auf &quot;senden C &amp; T Data&quot; unter dem Robot-Menü innerhalb der JR-C-Software 15. </li><li> Last 3 ml PMMA Lösungsprobe bekannter Konzentration (24%) in den Spritzenzylinder, Spülventil und Nadel gesetzt alle Ausgabeparameter für die Ventilsteuerung und Robotersteuersoftware. </li><li> Zeigen vorgefertigten Substrat, auf dem Roboter Bühne Platte, schließen Sie die thermische Gehäusetüren auf Umgebungsluftstrom, der instabilen Verdampfen der Polymerlösung auslösen können zu vermeiden. </li><li> Schreiben beginnen die Fasern auf das Substrat, indem Sie auf den Roboter-Menü von der JR-C-Software und wählen Sie &quot;Test läuft&quot; 15. </li><li> DC-Sputter-Beschichtung eines leitfähigen Goldmetallschicht für 2 min, bis eine 2 nm dicke Goldschicht auf die gezogenen Fasern aufgebracht, um die Visualisierung der Fasern in dem Rasterelektronenmikroskop ermöglichen. </li><li> Der Durchmesser und die Struktur der Fasern mittels Rasterelektronenmikroskop 17. Mikroskopparameter: Hochspannungsebene: 2.00 kV; Ziel: InLens, Arbeitsabstand (9,0 mm). </li></ol></li><li> Führen Sie das Dosiersystem Reinigungsverfahren unter einer chemischen Flow-Haube. <ol><li> Legen Sie das Dosiersystem in einer chemischen Flow-Haube, um den Reinigungsvorgang durchzuführen. </li><li> Zerlegen Nadelventil nach dem Protokoll des Herstellers. </li><li> Ort alle Metallteile in ein Becherglas gießen Aceton in den Becher bis alle Teile eintauchen. </li><li> Becherglas in einem Ultraschallbad für 30 Minuten, um alle Polymerreste zu entfernen. </li><li> Sie alle Teile unter fließendem DI Wasser spülen, dann verwenden Sie Luftpistole, um sie trocken zu blasen. </li></ol></<html> li&gt; </ol><img alt="Figur 3" src="/files/ftp_upload/52834/52834fig3.jpg" /> Abbildung 3. (A) Beispiel entwickelt &quot;quad&quot; Web-Struktur auf einem 10 mm x 10 mm Rahmen, (B) sequentiellen Punkt-zu-Punkt-Raum Anweisungen in JR C-Punkt-Software eingegeben werden. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52834/52834fig3large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um einen Blick Größere Version der Figur.</a> <img alt="Figur 4" src="/files/ftp_upload/52834/52834fig4.jpg" /> Abbildung 4 (A) Beispiel entwickelt &quot;symmetrisch&quot; Web-Struktur auf einem 10 mm x 10 mm Rahmen, (B) sequentiellen Punkt-zu-Punkt-Raum Anweisungen in JR C-Punkt-Software eingegeben werden.blank &quot;&gt; Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen. <img alt="Figur 5" src="/files/ftp_upload/52834/52834fig5.jpg" /> Abbildung 5 (A) Beispiel entwickelt &quot;Dual Chevron&quot; Web-Struktur auf einem 10 mm x 10 mm Rahmen, (B) sequentiellen Punkt-zu-Punkt-Raum Anweisungen in JR C-Punkt-Software eingegeben werden. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52834/52834fig5large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um zu sehen eine größere Version dieser Figur.</a>

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</ol>

Die Autoren haben nichts offenzulegen.

Vor dem Versuch jeden Versuch, ist es entscheidend, daß die Viskosität, Massenübertragungskoeffizienten und Oberflächenspannungstest der Polymerlösungen genau, um zu bestimmen, ob der Roboter und Abgabesystem, das zur Verarbeitung des gewünschten Polymers ist, gemessen werden. Wie zuvor von unserer Arbeitsgruppe beschrieben, muß die Polymerlösungen behalten ausreichende: 1) Oberflächenspannung die Bildung von Flüssigkeitsfäden in Mikron / Submikron-Strukturen ermöglichen; 2) Viskosität zu widerstehen Kapillare aufzubrechen; und 3) Verdampfungsrate zu verbessern Faserverfestigungs 18. Die Synergie zwischen diesen Parametern ist der Schlüssel zu Fasern über einen bestimmten Durchmesserbereich erfolgreich zu produzieren. Gleichzeitig, Instabilität in einer dieser Parameter wird die Bildung von Mikrometer / Submikron-Maßstab Fasern. Um die Synergie zwischen diesen Parameter während der Faserherstellung zu erhalten, ist es wichtig, sicherzustellen, dass die Nadel und das Nadelventil gründlich nach einer Direktschreib s gereinigtession zu verhindern: 1) Verunreinigung der Lösung; 2) eine Verringerung der Polymerlösung Strömungsrate durch die Nadel; und 3) übermäßiges Wachstum der Polymerpartikel an der Spitze der Nadel. Darüber hinaus muss die Temperatur-Steuerung der Heizung auf die gewünschte Temperatur eingestellt, um eine konstante Verdampfungsrate der Polymerlösung zu halten. Der gegabelte Zweig Fasern waren 59%, 41% und 24% im Durchmesser größer als der der Tragstrukturen in den Figuren 6-8, die jeweils mit dem 24% PMMA-Lösung. Dies ist hauptsächlich auf die Entfernung, in welcher die Fasern gezogen werden. Insbesondere werden die Stützstrukturen über die gesamte Breite des Substrats gezogen (10,0 mm in X- und Y-Richtungen; 14,4 mm diagonal). Als Ergebnis sind die längsten Fasern der Gesamthängekonstruktionen. Die gegabelten Zweig Strukturen sind deutlich kürzer, angefangen von 7 mm maximale Länge bis zu 2,5 mm. Diese kürzere Faserziehlänge tut nichtt effektiv die Faserdehnung während des Faserausdünnungsprozess erforderlich, um die Fasern mit kleinem Durchmesser herzustellen induzieren. Auf der anderen Seite werden die Drähte mit größerem Durchmesser erforderlich, um als Trägerfasern, um das Zerren und Verformung während des gegabelten Zweig Ziehprozesses induzierten effektiv aufrecht zu dienen. Zur Bifurkation Zweige sind über die Stützfasern gezogen wird, kann eine Umgestaltung des Tragfasergeometrie aufgrund der Zugkräfte sowie eine lokalisierte Auflösung des PMMA-Polymer an der Grenzfläche zwischen dem Träger und verzweigte Fasern aus dem Lösungsmittel in die auftreten, Polymerlösung. Somit kann in einigen Fällen, müssen die Stützfasern aus einer Polymerlösung, bestehend aus einer höheren Konzentration von Polymer zu größeren Durchmesser und mechanisch stärkeren Fasern hergestellt werden. Es gibt vor allem drei effektivsten Methoden zur Veränderung der bestehenden Protokoll, um ein breiteres Spektrum von Unterstützung und verzweigte Faser erzeugenDurchmesser: 1) das Polymer aus einem größeren Nadelspitze zunächst verzichtet werden (beispielsweise 25 G, ID = 254 um), um die Trägerfasern zu erzeugen, und dann gegen eine kleinere Nadelspitze (zB 32 G; ID = 101,6 &amp; mgr; m) herzustellen die kleineren verzweigten Fasern; 2) wie oben erwähnt, verwenden mehrere Polymerkonzentrationen; und / oder 3) Einstellung der Zufuhrrate, das heißt die Geschwindigkeit, mit der die Bühne durchquert, wobei eine Erhöhung der Vorschubgeschwindigkeit erzeugt Fasern mit kleinerem Durchmesser und eine Verringerung der Vorschubgeschwindigkeit erzeugt Fasern mit grßerem Durchmesser. Bis heute haben wir in der Lage, erfolgreich zu Fasern so klein herzustellen als 90 nm; jedoch die Faserausbeute bei dieser Dimension ist aufgrund der kapillaren Trennung. Eine Einschränkung des automatischen Direktschreibverfahren ist, daß nur eine Konzentration der Polymerlösung kann zu einem Zeitpunkt ausgegeben werden. Dies begrenzt die Komplexität der suspendierten Strukturen ohne entwickelt werden: 1) in einem zweiten Abgabeventil zu dem Roboter;oder, 2) Entfernen Sie die vorhandene Ventil und führen Sie die Reinigungsprotokoll (Abschnitt 3.4) vor der Abgabe der zweiten Polymerlösung, die zusätzliche Zeit in Anspruch nimmt. Eine zweite Einschränkung ist, die Vorschubgeschwindigkeit (oder die Druckgeschwindigkeit), wobei die maximale Vorschubrate, die das System in der Lage ist, das Erreichen von 500 mm / sec. Jedoch gibt es einen Kompromiss zwischen Vorschubgeschwindigkeit und der Faserbildung. Insbesondere dann, wenn die Trägheitskräfte (Kräfte aufgrund der Vorschubgeschwindigkeit) größer als der Oberflächenspannungskräfte und Verdunstungsrate der Polymerlösung gibt, die Faserbildung nicht auftritt. Andererseits, wenn die Zufuhrrate zu gering ist, Fasern aufgrund einer übermäßigen Verdampfung vor und während des Reckvorganges brechen. Drittens sind die Faserstruktur und Abmessungen an den Arbeitsbereich der Stufe des Roboters, das heißt, 200 mm, 200 mm und 25 mm (mit einem 10 &amp; mgr; m Positionsgenauigkeit) in der x-, y- und z-Richtung begrenzt sind. Dennoch hat dieser Prozess ermöglichen die Bildung von hohem Aspektverhältnis (Faser length: Durchmesser) Fasern. Strategisch Variieren der Abgabespitze Größe und die Konzentration der Polymerlösung wäre für einen breiteren Bereich Faserdurchmesser zu ermöglichen, die Schaffung der Möglichkeit, frei hängenden Strukturen höherer Komplexität zu erzeugen. Durch Befolgung der Protokolle oben angegeben, können Mikrometer und Submikrometer-Durchmesser-Polymerfasern mit hoher räumlicher Kontrolle durch die Ausnutzung der Oberflächenspannung angetriebenen Fluidmechanik der Polymerlösungen, die nicht mit anderen Nass-, Trocken- oder Elektrospinnverfahren gesteuert werden kann, erzeugt werden, . Aus dem Stand der Arbeit 8,19 wissen wir, dass diese Technik verwendet werden, um komplizierte Mikro- / Submikron-Fluidik-Einrichtungen 19 und biotechnisch hergestellten Gerüste 8 herzustellen. Diese billige und einfache Methode hat ihre eigenen Vorteile gegenüber herkömmlichen Herstellungsverfahren Hobel in vielerlei Hinsicht.

In den letzten Jahrzehnten eine Vielzahl von Herstellungstechniken, wie Nassspinnen, Trockenspinnen und Elektrospinnen, wurden eingesetzt, um neue Polymerfaserstrukturen mit vielfältigen und robust biologische, chemische, elektrische und mechanische Eigenschaften 1-12 erstellen. Obwohl diese Spinntechniken erzeugen können suspendiert dreidimensionale Fasern, sind sie in ihrer Fähigkeit zur Faserausrichtung präzise Steuerung in drei Dimensionen, da Faserablage über diese Prozesse sind in der Natur zufällig beschränkt. Darüber hinaus sind diese Techniken in ihrer Abmessungsbereich zur Faserherstellung beschränkt ist; Insbesondere durch Nass- und Trockenspinnen hergestellten Fasern variieren im Durchmesser von einigen zehn bis hundert Mikrometer, während das Elektro liefert Fasern mit Durchmessern von einigen zehn Nanometern auf einer einzigen 13 Mikron. Um eine genauere Steuerung der Faserorientierung in 3-D-Raum zu bieten, eine Eigenentwicklung unserer Gruppe-assemble oder &quot;Direktschreib&quot; Faserherstellungsverfahren, die direkt wirft ein Polymermaterial aus einem hohlen Kapillare und dann zieht einzelnen Filamenten, die dünn und unter Ausnutzung der Oberflächenspannung angetriebenen Strömungsmechanik 14 in vorhersehbaren Faserdurchmesser zu verfestigen. Unsere ersten Direktschreibsystem zur Erhöhung der Kontrolle der Faserposition und Durchmesser bestand aus einer individuell gefertigter gefederte Kartuschen an der Spitze einer nach Maß Ultra High Precision Mikrofräsen Machine (Abbildung 1) angebracht ist. Die UHPMM hatte eine Stufe mit einer Positionsauflösung von 1,25 nm in der X und Y-Richtung und 20 nm in Z-Richtung, die programmatisch gesteuert wurde Mikron und Submikron-Maßstab Drähte und Strukturen zu schaffen. Eine Einschränkung dieses bestimmten Direktschreibsystem war das Fehlen von Flusskontrolle der Polymerlösung durch die Nadelspitze. Obwohl die gefederte Dosiersystem erfolgreich generiert konstant flow durch die Spitze wurde ein kontinuierlich erweitert kugelförmigen Wulst aus Polymerlösung am Auslaß der Spritzenspitze, die in Größe und Volumen in Abhängigkeit von den Umgebungsbedingungen variiert erstellt. <img alt="Abbildung 1" src="/files/ftp_upload/52834/52834fig1.jpg" /> Abbildung 1. Foto von Ultra High Precision Mikrofräsen Machine:. Die erste Direktschreibsystem bei der Herstellung von Mikrometer / Sub-Mikron-Skala Strukturen beschäftigt <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52834/52834fig1large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> Die Inkonsistenz dieser Quelle Wulst beeinflusst die Fähigkeit des Systems, um wiederholt zu fertigen Drähte eines vorgegebenen Durchmessers. Wenn auch Strukturen wurden erfolgreich mit diesen Direktschreibverfahren erzeugt würden Verbesserung des Verfahrens durch Erhöhung der Steuerung des Durchflusses des Polymerlösung für mehr preci ermöglichense, vorgeschriebenen Faserdurchmesser durch Regulierung der Größe der Kügelchen an der Spitze der Spritze. So beschreibt diese Arbeit die Durchführung einer 3-Achsen-automatisierten Abgabesystem mit pneumatisch betätigten Abgabeventil genau zu steuern, die Polymerlösung Flussrate und Kopfperle Größe der vorgeschriebenen create, micron / Sub-Mikrometer-Strukturen aufgehängt.

<table><tbody><tr><td>ROBOTER DR2203N 3 Achsen 200MM X 200MM</td><td>Nordson EFD</td><td>7023145</td><td>3-Achsen Roboter</td></tr><tr><td>CONTROLLER 7100, DOSIERVENTIL</td><td>Nordson EFD</td><td>7015340</td><td>Ventil Controller</td></tr><tr><td>MICRODOT VALVE</td><td>Nordson EFD</td><td>7021233</td><td>Microdot Ventil</td></tr><tr><td>ROBOT ACC FIXTURE PLATE 200MM</td><td>Nordson EFD</td><td>7028276</td><td>Spannplatte</td></tr><tr><td>ROBOT ACC DRN / DSRN POINTS SOFTWAR</td><td>Nordson EFD</td><td>7023144</td><td>JR-C Software</td></tr><tr><td>ROBOT MOUNT VALVE UNIVERSAL</td><td>Nordson EFD</td><td>7028273</td><td>Microdot Valve Mount</td></tr><tr><td>15 PSI BARREL PRESS. REGLER</td><td>Nordson EFD</td><td>7020585</td><td>Laufregler</td></tr><tr><td>KIT O BRL/PIST 5CC CL/WH 40</td><td>Nordson EFD</td><td>7012096</td><td>5CC Zylinder mit Kolben</td></tr><tr><td>ADAPTER ASM O 5CC BL</td><td>Nordson EFD</td><td>7012054</td><td>Pneumatischer Laufadapter</td></tr><tr><td>TIP 30GA .006X.25 LAVNDR 50PC</td><td>Nordson EFD</td><td>7018424</td><td>30 Gauge Nadelspitze (0.250" Länge)</td></tr><tr><td>Elektrische Fußleistenheizung (500&nbsp; B, 30" Länge)</td><td>Cadet</td><td>2F500</td><td>Heizung</td></tr><tr><td>Temperaturregler mit</td><td>Timer-Steuerung Unternehmen</td><td>130726596</td><td>Temperaturregler</td></tr><tr><td>eScope USB Mikroskop</td><td>OiTez</td><td>DP-M02</td><td>200X USB Mikroskop</td></tr><tr><td>Poly(methylmethacrylat)</td><td>Aldrich</td><td>182265-500G</td><td>PMMA Pulver</td></tr><tr><td>Chlorbenzol</td><td>Sigma Aldrich</td><td>284513</td><td>Lösungsmittel zum Auflösen von PMMA</td></tr></tbody></table>

vorgeschriebene 3-d direkte schreiben von hänge micron / sub-mikrometer-maßstab faserstrukturen über eine robotic dosiersystem

Prescribed 3-D Direct Writing of Suspended Micron/Sub-micron Scale Fiber Structures via a Robotic Dispensing System

Ein 3-Achsen-Dosiersystem wird verwendet, um die einleitenden und abschließenden Faserpositionen und die Trajektorie über die Dosiersoftware zu steuern. Die Länge und Orientierung der Polymerfaser wird durch die räumliche Positionierung der 3-Achsen-Tische des Dosiersystems definiert. Der Faserdurchmesser wird definiert durch die vorgeschriebene Dosierzeit des Dosiersystemventils, die Vorschubgeschwindigkeit (die Geschwindigkeit, mit der der Tisch von einer Anfangs- in eine Endposition übergeht), den Messdurchmesser der Dosierspitze, die Viskosität und Oberflächenspannung der Polymerlösung sowie die programmierte Ziehlänge. Die Vorschubgeschwindigkeit der Stufe beeinflusst die Verdampfungsrate der Polymerlösung und den Kapillaraufbruch der Filamente. Das Dosiersystem besteht aus einer pneumatischen Ventilsteuerung, einem Tropfendosierventil und einer Dosierspitze. Die Charakterisierung des Direct-Write-Prozesses zur Bestimmung der optimalen Kombination von Faktoren führt dazu, dass der gewünschte Bereich von Faserdurchmessern wiederholt erfasst wird. Der Vorteil dieses robotergestützten Dosiersystems besteht darin, dass es einfach ist, über eine automatisierte Prozesssteuerung einen präzisen Bereich von Mikron-/Submikronfasern an einen gewünschten, programmierten Ort zu bringen. Hier wurden die diskutierten selbstorganisierten 3D-Strukturen im Mikron-/Submikron-Maßstab verwendet, um schwebende Strukturen herzustellen, um fluidische Geräte im Mikron-/Submikronbereich und biotechnologisch hergestellte Gerüste herzustellen.

Bilder von den tatsächlichen über den 3-Achs-Roboter und Direktschreibverfahren für jede der jeweiligen Motive und JR C-Punkt-Algorithmen in den 3-5A &amp; B oben definiert erzeugten Strukturen sind in den Figuren 6A, 7A und 8A gezeigt ist. Wie in den resultierenden Bildern ersichtlich ist, dreidimensionale, frei hängenden Fasern wurden erfolgreich &quot;geschrieben&quot; auf die Substrate durch genaues Manipulieren der Spenderspitze zu vorgeschriebenen räumlichen Orten einschließlich des initiierenden / Abschlußpunkte sowie die Schnittpunkte sind. Die Einschübe dieser Zahlen vergrößern die Schnittpunkte von suspendierten Fasern, die die Fähigkeit des Systems, um genau zu steuern, Faserorientierung (6B, 7B und 8B) in 3D-Raum zu demonstrieren. <img alt="Figur 6" src="/files/ftp_upload/52834/52834fig6.jpg" /> Abbildung 6. (A) Op<html> tische Bild hergestellt &quot;quad&quot; ausgesetzt Bahnstruktur mit 2 Stützfasern (Diagonalen) und 12 gabelförmig verzweigte PMMA Fasern (15X optische Vergrößerung, Maßstab = 1 mm), (B) SEM-Bild einer einzigen gegabelten Faser (289x Vergrößerung, Skala bar = 100 &amp; mgr; m). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52834/52834fig6large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> <img alt="Figur 7" src="/files/ftp_upload/52834/52834fig7.jpg" /> Abbildung 7 (A) Optische Aufnahme hergestellt &quot;symmetrisch&quot; suspendiert Web-Struktur mit 1 Tragfaser (horizontal) und 11 gabelförmig verzweigte PMMA Fasern (15X optische Vergrößerung, Maßstab = 1 mm), (B) SEM-Bild einer einzigen gegabelten Faser (107x Vergrößerung, Maßstab = 100 &amp; mgr; m).52834fig7large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen. <img alt="8" src="/files/ftp_upload/52834/52834fig8.jpg" /> Abbildung 8 (A) Optische Aufnahme hergestellt &quot;Dual Chevron&quot; suspendiert Web-Struktur mit 1 Tragfaser (horizontal) und 22 gabelförmig verzweigte PMMA Fasern (15X optische Vergrößerung, Maßstab = 1 mm), (B) SEM-Bild einer einzigen gegabelten Faser. (80X Vergrößerung, Maßstab = 100 &amp; mgr; m) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52834/52834fig8large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> Abbildung 9 zeigt die Nahaufnahme von der sequentiellen Punkt-zu-Punkt-Reihenfolge der Faserherstellung, bei der die 3-Achsen-Roboter und Ausgabesystem können die freihängend bahnförmigen Strukturen zu erzeugen. Die p<html> olymer Kontaktstellen mit Zahlen angezeigt entsprechen dem programmierten initiierende und Abschlußpunkte in der JR-C-Software oben in 3B Bezug genommen. Die Pfeile stellen Robotertrajektorie. Abbildung 10 zeigt Mikron und Submikron-Polymerfasern, die die Fähigkeit des Direktschreibsystem, um Drähte in unterschiedlichen Größen herzustellen demonstriert. <img alt="9" src="/files/ftp_upload/52834/52834fig9.jpg" /> Abbildung 9. SEM-Bild, das den sequentiellen Punkt-zu-Punkt-Fertigung, um zum Zeichnen der Mikron und Submikron-Polymerfasern (29X Vergrößerung, Maßstab = 200 &amp; mgr; m). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52834/52834fig9large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> 2834 / 52834fig10.jpg &quot;/&gt; Abbildung 10. REM-Aufnahme des Mikrometer (6,5 um) und Sub-Mikrometer (555 nm) mit einer Konzentration von 20% PMMA Polymerlösung gezogenen Fasern. (2,270X Vergrößerung, Maßstab = 2 &amp; mgr; m) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52834/52834fig10large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version zu sehen diese Zahl.</a> Polymerfaserlänge und Durchmesser wurden mittels Rasterelektronenmikroskopie 2 zeigt die Polymerparameter, die gemessen wurden, gemessen. Tabelle 1 zeigt die durchschnittliche Drahtdurchmesser für jede einzigartige Struktur in Figuren 6-8 oben entsprechend den gegabelten Verzweigungsfasern und Trägerfasern dargestellt. Tabelle von den 24% PMMA-Lösungen, die verwendet wurden, um die oben erwähnten Strukturen herzustellen. <table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0"><tbody><tr><td></td><td> Struktur Durchmesser in 6</td><td> Struktur Durchmesser in 7 </td><td> Struktur Durchmesser in 8 </td></tr><tr><td> Stützfasern </td><td> 8,65 ± 1,43 &amp; mgr; m </td><td> 9,39 ± 1,23 &amp; mgr; m </td><td> 9,31 ± 1,65 um </td></tr><tr><td> Zweigfasern </td><td> 20.96 ± 3.35 &amp; mgr; m </td><td> 15,92 ± 1,44 &amp; mgr; m </td><td> 12.24 ± 5.42 &amp; mgr; m </td></tr></tbody></table> Tabelle 1. Mittlere Durchmesser der suspendierten Träger und Zweigfasern in den Figuren 6-8 für eine 24% PMMA-Lösung gezeigt. <table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0"><tbody><tr><td></td><td> 24% PMMA </td></tr><tr><td> Viskosität (Pa · s) </td><td> 35,19 </td></tr><tr><td> Oberflächenspannung (mN / m) </td><td> 262,01 </td></tr><tr><td&gt; Stoffübergangskoeffizienten (m / sec) </td><td> 8,59 x 10 -8 </td></tr></tbody></table> Tabelle 2 Polymer-Parameter der 24% PMMA-Lösungen, die verwendet wurden, um die in dieser Arbeit vorgeFaserStrukturen herzustellen.

Hier stellen wir ein Protokoll frei aufgehängten, Mikron / Sub-Mikrometermaßstab Polymerfasern und Strukturen &quot;web-like&quot; durch automatische Direktschreibverfahrens mittels einer 3-Achsen-Ausgabesystem erzeugten fertigen.

Vorgeschriebene 3-D direkte Schreiben von Hänge Micron / Sub-Mikrometer-Maßstab Faserstrukturen über eine Robotic Dosiersystem

A 3-axis dispensing system is utilized to control the initiating and terminating fiber positions and trajectory via the dispensing software. The polymer ...

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens besteht darin, frei hängende Polymerfasern und netzartige Strukturen im Mikrometer- bis Submikrometerbereich mithilfe eines automatisierten Direktschreibverfahrens unter Verwendung eines dreiaxigen Dosiersystems herzustellen. Dies wird erreicht, indem zunächst die automatisierte Ausrüstung mit dem Ventilcontroller und dem Dosiersystem eingerichtet wird. Nach der mechanischen Montage werden die flüssigen Polymersysteme synthetisiert und einer Qualitätskontrolle unterzogen, bei der reologische Parameter wie Oberflächenspannung und Viskosität analysiert werden.Anschließend werden die Strukturen mithilfe einer CAD-Software konstruiert. Danach werden die räumlichen Koordinaten der konstruierten Strukturen in die Steuerungssoftware des Roboters übertragen. Im Anschluss bewegt der Roboter die Dosierdüse zu den vorgegebenen Positionen, um frei hängende Polymerfasern und netzartige Strukturen im Mikron- bzw. Submikronbereich herzustellen.Der Hauptvorteil dieser Technik gegenüber anderen, wie Nass-, Trocken- und Elektrospinnen, liegt darin, dass wir den Faserdurchmesser sowie die Faserorientierung und -abmessungen in allen drei räumlichen Dimensionen präzise steuern können. In der Regel haben Personen, die neu in dieser Technologie sind, Schwierigkeiten, da das Zusammenspiel zwischen Oberflächenspannung, geringer Verdampfungsrate und Zufuhrrate entscheidend für den erfolgreichen Herstellungsprozess der Fasern über einen weiten Durchmesserbereich ist. Han Yon, ein Doktorand in meinem Labor, wird heute das Verfahren demonstrieren. Beginnen Sie mit dem Aufbau der robotischen Vorrichtung, indem Sie das Dosiersystem auf dem Labortisch zusammenbauen.Die vier pneumatischen Bauteile, die während dieses Vorgangs verbunden werden müssen, sind die Druckquelle, der Regler zur Steuerung des Quelldrucks, der stromabwärts gelegene Ventilcontroller und der Hauptkolben des Spritzenzylinders. Nachdem die pneumatischen Bauteile zusammengebaut wurden, stellen Sie den Hauptregler auf 15 PSI ein. Dadurch kann die Polymerslösung mit einer Durchflussrate von 2,45 Mikrolitern pro Minute aus der Nadelspitze ausgegeben werden.Als Nächstes platzieren Sie die dreiaxige Roboterbasis in eine dedizierte thermische Abschirmung und montieren das gesamte Dosiersystem zusammen mit dem Ventilcontroller auf der Oberseite der Roboterbasis. Die klimatisierte Abschirmung schafft eine stabile Umgebung für die Polymerlösung und die empfindliche Elektronik während der nächsten Phase des robotergestützten Montageprozesses. Stellen Sie zunächst eine serielle Verbindung zwischen der Roboterbasis und einem Computer her.Danach die dedizierte Controller-Software auf den Computer installieren und die Kommunikation zwischen Software und Hardware testen, bevor fortgefahren wird. Anschließend den robotischen Plattformtisch horizontal ausrichten. Gemäß den Herstelleranweisungen gewährleistet dies, dass die Dosierspitze während lateraler Bewegungen global orthogonal zur robotischen Plattform steht.Außerdem gewährleistet dies eine präzise Bewegung entlang der Z-Achse während vertikaler Nadelansteuerungen. Um eine Polymelösung mit einer bestimmten gewünschten Konzentration herzustellen, berechnen Sie zunächst die benötigte Menge an Polymerpulver und Lösungsmittel, um zwei gleichzeitige Kriterien zu erfüllen. Ihr Gewichtsverhältnis sollte der gewünschten Konzentrationsprozentzahl entsprechen, und außerdem muss die Gesamtmasse der beiden Komponenten genau drei Gramm betragen.Beispielsweise kann, wenn eine 24 %ige Acryllösung für die Faserherstellung verwendet werden soll, das Gemisch vorbereitet werden, indem zunächst 0,72 Gramm Polymethylmethacrylat oder PMMA abgewogen und anschließend 2,28 Gramm Chlorbenzol zugegeben werden. Danach ein leeres Glasröhrchen auf die Mikrowaage stellen. Nach dem Nullabgleich das PMMA-Pulver in das Röhrchen geben.Danach mit einer Glaspipette Chlorbenzol in das Gefäß geben, bis das Gesamtgewicht beider Chemikalien drei Gramm beträgt. Zur Erleichterung die Lösung der Polymerpellets falten. Das Gefäß eine Minute lang vortexen und anschließend etwa fünf Stunden in ein Ultraschallbad stellen.Überprüfen Sie die Transparenz der resultierenden Lösung, falls diese noch trüb ist. Wiederholen Sie den Ultraschall-Beschleunigungsschritt, bis die Lösung vollständig transparent wird. Um ein Fasermuster mithilfe einer CAD-Software zu entwerfen, ist eine Beziehung zwischen den physikalischen Positionskoordinaten des Ursprungs des Stages und dem Zeichnungsursprung der CAD-Software erforderlich, um diese Referenzierung des Ursprungs sicherzustellen.Beginnen Sie damit, ein USB-Mikroskop an der Haltehalterung neben dem Dosierventil zu befestigen. Bringen Sie anschließend ein vorgefertigtes Substrat auf dem Roboter-Stage an und führen Sie eine grobe Verschiebung des Stages durch, sodass der gewünschte Bereich für die Polymereinlagerung im Sichtfeld des Mikroskops liegt. Stellen Sie das Mikroskop manuell so ein, bis die Dosierspitze scharf gestellt ist.Stellen Sie mithilfe der Software-Steuerung zusätzliche feine Justierungen an den X-, Y- und Z-Achsen vor, sodass die physikalische Position der Nadel mit dem entsprechenden strukturellen Ursprung in der CAD-Zeichnung übereinstimmt. Erfassen Sie nun die aktuellen XY-Bühnenkoordinaten im Computer, indem Sie die Bühnenkoordinaten als Ursprungskennung des Designs sowie die Start- und Endkoordinaten jedes Liniensegments des Polymerfasergeflechts verwenden. Wählen Sie abschließend den Befehl für die Daten c und t im Robotermenü aus und laden Sie die CAD-Datei vom Computer auf den Roboter hoch.Der Roboter ist nun bereit, für das Befüllen mit der Polymerslösung und das direkte Schreiben des Fasernetzwerks vorbereitet zu werden. Unter Vermeidung von Blasenbildung vorsichtig drei Milliliter der geklärten Polymersolution in den Spritzenzylinder füllen. Anschließend den Kolben in den Spritzenzylinder einführen.Dadurch wird eine inkonsistente pneumatische Druckverteilung in den nachfolgenden Schritten vermieden. Danach den Eingangsleitungskupplungsadapter am Spritzenzylinder drehen, um eine direkte Verbindung zwischen dem Zylinder und der Luftzuführungsleitung zu ermöglichen. Wechseln Sie die Aufmerksamkeit auf das andere Ende des Spritzenzylinders.Wählen Sie eine Nadelspitze mit der gewünschten Größe aus und montieren Sie die Präzisionsnadel am Dosierventil. Mit installierter Nadel suchen Sie das Bedienfeld des Dosiercontrollers, schalten Sie den Zustand auf Spülen und klicken Sie auf die Zyklustaste, um das Dosierventil mit der Polymersuspension zu füllen. Sobald die Polymersuspension von der Präzisionsnadel zu tropfen beginnt, wischen Sie überschüssige Austritte des Polymers von der Nadel ab.Laden Sie abschließend die erforderlichen Dosierparameter in das Dosierventil und den Robotercontroller und starten Sie die Direktschreibroutine, indem Sie die Testlauf-Option aus dem Hauptmenü des Roboters auswählen. Die Lichtmikroskopie mit Videoaufnahme dient der qualitativen Visualisierung der Strukturen, während die Rasterelektronenmikroskopie zur quantitativen Erfassung der Abmessungen der Fasern und Strukturen verwendet wird. Diese Bilder zeigen eine Struktur, die aus einer 24 %igen PMMA-Lösung gebildet wurde.Wie dargestellt, ermöglicht der Direktschreibprozess die Herstellung einer dreidimensionalen Fasermatrix, bei der das relative Anordnungsmuster sowie die Durchmesser der Trägerfasern und der Verzweigungsfasern unabhängig voneinander angepasst werden können, um ein bestimmtes Netzwerk-Muster zu erzeugen. Die Roboterplattform wird so programmiert, dass sie nacheinander in verschiedene Richtungen bewegt wird, während gleichzeitig flüssiges Polymer abgegeben wird. Durch die Verringerung der PMMA-Konzentration auf 20 % und die Änderung der Vorschubgeschwindigkeit kann der dynamische Bereich des Polymerfaserdurchmessers von einigen zehn Mikrometern bis hinunter zu submikronalen Größenordnungen variiert werden.Wenn man den Vorgang einmal beherrscht, kann diese kombinierte Technik in 30 Minuten durchgeführt werden, sofern sie ordnungsgemäß ausgeführt wird. Mit der Vorbereitung der PMA-Lösungen, der Konstruktion der Struktur in der Auto-Software, dem Beladen des Dosiersystems mit PMA-Lösung und dem Anlegen der Fasern in 30 Minuten dauert der gesamte Prozess jedoch etwa sechs Stunden. Bei der Durchführung dieses Verfahrens ist es wichtig, die Wechselwirkungen zwischen Faserbildung und Fördergeschwindigkeit zu berücksichtigen.Beispielsweise kommt es bei einer Vorschubgeschwindigkeit, deren erzeugte Trägheitskräfte höher sind als die Oberflächenspannung und die Verdampfungsrate des verwendeten Fluidmaterials, zu einer kapillaren Zerreißen, und die Drähte bilden sich nicht aus. Umgekehrt verlieren wir bei einer zu geringen Vorschubgeschwindigkeit nach der Entstehung die Kontrolle über den Durchmesser des jeweiligen Drahts. Diese Technik ermöglichte uns und anderen Forschern in der Gemeinschaft der Mikro- und Nanofabrikation, neue mikrofluidische Vorrichtungen und Plattformen sowohl in dreidimensionaler als auch in herkömmlicher Bauweise zu entwickeln sowie neue biologische Plattformen und Gerüste im Bereich der Bioingenieurwissenschaft.

prescribed-3-d-direct-writing-suspended-micronsub-micron-scale-fiber

Research

Forschung

JoVE Journal

Engineering

Ingenieurwesen

Wir stellen Methoden zur Herstellung von gemusterten Mikrostrukturen von vertikal ausgerichteten Kohlenstoff-Nanoröhren (CNTs), und ihre Verwendung als Master-Formen für die Herstellung von Polymer-Mikrostrukturen mit organisierten nanoskalige Oberflächenstruktur. Die CNT-Wälder werden durch Kondensation von Lösungsmittel auf das Substrat, ein deutliches Plus an Packungsdichte und ermöglicht selbst gesteuertes Bildung von 3D-Formen verdichtet.

Fabrication, Verdichtung, und Replica Molding von 3D-Carbon Nanotube Mikrostrukturen

Femtosekunden-Laser-Direkt-Schreiben wird häufig verwendet, um dreidimensionale (3D) Strukturen in Polymeren und Gläsern zu schaffen. Allerdings bleibt Strukturierung Metallen in 3D eine Herausforderung. Wir beschreiben ein Verfahren zum Herstellen Silber Nanostrukturen in einer Polymermatrix durch einen Femtosekunden-Laser bei 800 nm zentriert eingebettet.

Ein Verfahren zur Getrennt Silber Nanostrukturen in 3D Fabricate

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.

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Zwei benachbarte Flüssigkeiten, die durch einen gerillten mikrofluidischen Kanal geleitet werden, können zu einem Mantel um einen Prepolymerkern geleitet werden; dabei sowohl Form als auch Querschnitt bestimmen. Die photoinitiierte Polymerisation, wie die Thiol-Klick-Chemie, eignet sich gut für die schnelle Erstarrung der Kernflüssigkeit in eine Mikrofaser mit vorgegebener Größe und Form.

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Dreidimensionale (3D) mikrostrukturierte Verbundträger werden durch die gerichteten und lokalisierten Infiltration von Nanokompositen in 3D porösen mikrofluidischen Netzwerken hergestellt. Die Flexibilität dieses Herstellungsverfahren erlaubt die Verwendung von verschiedenen wärmehärtenden Materialien und Nanofüllstoffe, um eine Vielzahl von funktionalen 3D verstärkt Nanokomposit makroskopischen Produkte zu erreichen.

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Dieses Protokoll beschreibt eine Bioprinting-Methodik, die ein automatisiertes robotergestütztes Abscheidesystem verwendet, das geätzte topographische Leitfäden mit der präzisen Abscheidung einer Zelle mit Hydrogel-Biotinte verbindet. Die gedruckten Zellen werden direkt auf die geätzten Merkmale aufgebracht und sind in der Lage, diese zu erfassen und sich daran zu orientieren.

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Wir stellen eine neuartige mikrofluidische Methode zur Synthese von kovalenten organischen Gerüsten (COFs) vor. Wir zeigen, wie dieser Ansatz zur Herstellung von kontinuierlichen COF-Fasern und auch 2D- oder 3D-COF-Strukturen auf Oberflächen verwendet werden kann.

Mikrofluidische Synthese von kovalenten organischen Frameworks (COFs): Ein Werkzeug zur kontinuierlichen Produktion von COF-Fasern und Direktdruck auf einer Oberfläche

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Der 3D-Druck im Mikrometermaßstab ermöglicht das schnelle Prototyping von polymeren Bauelementen für neuronale Zellkulturen. Als Proof-of-Principle wurden strukturelle Verbindungen zwischen Neuronen durch die Schaffung von Barrieren und Kanälen eingeschränkt, die das Wachstum von Neuriten beeinflussen, während die funktionellen Konsequenzen einer solchen Manipulation durch extrazelluläre Elektrophysiologie beobachtet wurden.

Zwei-Photonen-Polymerisation 3D-Druck von neuronalen Zellkulturgeräten im Mikromaßstab

Erfahren Sie die automatisierte 3-D-Direktschreibmethode zur Herstellung frei hängender Polymerfasern im Mikro- und Submikrometerbereich. Dieses Protokoll ermöglicht präzise Kontrolle von Faserdurchmesser und Orientierung für Anwendungen in Biomaterialien und Bioengineering.

Vorgeschriebene 3-D direkte Schreiben von Hänge Micron / Sub-Mikrometer-Maßstab Faserstrukturen über eine Robotic Dosiersystem

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