Proceso de fabricación microestructuras tridimensionales mediante vaporización de un componente de sacrificio

El objetivo general de este procedimiento es fabricar estructuras microvasculares tridimensionales. Esto se logra primero creando fibras sacrificables mediante la incorporación de oxalato de estaño en fibras de ácido poliláctico. El segundo paso consiste en configurar tridimensionalmente las fibras utilizando placas de configuración.

A continuación, las fibras se moldean en una resina de inclusión. El paso final consiste en extraer las fibras de la resina mediante calor y vacío. En última instancia, el sistema microvascular puede utilizarse para múltiples fines, incluyendo intercambio de calor, transporte de masa y sistemas de autorreparación.

Por lo general, las personas nuevas en este método tendrán dificultades debido al alto grado de destreza manual y percepción visual necesarios para trabajar con las fibras. La demostración visual de este método es fundamental, ya que el tratamiento químico de las fibras y la colocación en series de placas de patrones son difíciles de aprender porque requieren coordinación ojo-mano y equipo especializado. Inicie el proceso de infusión de catalizador en la fibra con un huso personalizado y una fuente de fibras de ácido poliláctico de diámetro conocido.

Aquí, 200 micrones. Envuelva la cantidad deseada de fibras alrededor de los tres cuartos inferiores del huso. Minimice la superposición de fibras para proporcionar la máxima exposición de la superficie en un frasco que pueda sellarse.

Mezcle 400 mililitros de agua desionizada con 40 mililitros de disbaria. Uno 30. Cierre el frasco y agítelo hasta obtener una solución homogénea.

A continuación, coloque un vaso de precipitados de 1000 mililitros en un baño de agua a 37 grados Celsius. Vierta 400 mililitros de etanol trifluórico en el vaso de precipitados. Añada la solución dispersante acuosa al vaso de precipitados y agite hasta obtener una mezcla uniforme.

Añada un gramo de verde malaquita u otro colorante a la mezcla y agite hasta que se disuelva. Ahora, fije el eje al mezclador digital y ajuste la altura para que el eje esté a media pulgada del fondo. Configure el mezclador a 400 RPM e inicie la mezcla lentamente.

Añada 1.3 gramos de catalizador de oxalato de estaño a la mezcla. Ajuste el pH de la mezcla utilizando hidróxido de sodio hasta que el pH sea aproximadamente de 6,8 a 7,2. A continuación, coloque una tapa en el vaso de precipitados y aumente la rotación del eje a 500 RPM.

Mantenga esto durante 24 horas dentro de las primeras dos horas. Rompa manualmente cualquier agregación de oxalato de estaño que se forme. Al final de las 24 horas, precaliente un horno a 35 grados Celsius.

Retire el huso del mezclador y colóquelo en el horno. Déjelo secar durante la noche. Después de al menos ocho horas de secado, retire el huso del horno y desenrolle las fibras del huso.

Elimine el exceso de catalizador de las fibras. La fabricación de la unidad de intercambio gaseoso microvascular comienza con la obtención de un par de placas de patrón de latón cortadas con láser con el patrón microvascular deseado. Fije las placas en soportes con pinzas.

Corte un trozo de 25,4 cm de fibra catalizada por microcanal. Utilice una placa cortada con el diámetro de la fibra para eliminar cualquier catalizador restante de las fibras. Use la punta de una pistola de pegamento caliente para afinar los bordes de la fibra.

Haga esto extruyendo lentamente las puntas de las fibras. Una vez hecho esto, pase las fibras a través de los orificios correspondientes en los pares de placas de modelado de latón. A continuación, atornille las placas a una caja de moldeo.

Asegúrese de que las fibras no estén retorcidas al colocar las placas. Luego, pase las puntas de las fibras por las clavijas de ajuste del tablero de tensado personalizado y tense las fibras de PLA hasta que queden tensas. Tenga cuidado de no exceder la tensión y romper las fibras.

Elimine partículas excesivas del patrón de fibra utilizando aire comprimido. Mezcle ahora la base de poli dimetil xin con su agente de curado en una relación de volumen de 10 a 1 y coloque la mezcla en un frasco desecador. Desgasifique la mezcla durante 10 minutos bajo vacío.

Vierta la mezcla de PDMS en el molde, pero no directamente sobre las fibras. Utilice una aguja de calibre 26 para eliminar cualquier burbuja en el molde o entre las fibras. Una vez finalizado, cure el conjunto a 85 grados Celsius durante 30 minutos.

Cuando se enfríe la caja, desatornille las placas de latón de la caja de moldeo, asegurándose de no doblar las placas ni tirar con demasiada fuerza. Retire la primera etapa curada de la caja de moldeo. Utilice una aguja hipodérmica con un calibre que sea al menos el doble del diámetro externo de las fibras para perforar orificios en una tapa de RTV; con la aguja en su lugar, pase el hilo de fibra a través del orificio.

Luego retire la aguja. El patrón de orificios debe ser similar al de la placa de patrones de latón, pero más ampliamente distribuido. A continuación, sujete las tapas finales a una caja de moldeo más grande.

Vierta una segunda capa de PDMS y elimine todas las burbujas de gas restantes. Vuelva a curar a 85 grados Celsius durante 30 minutos. Después del segundo curado, corte cualquier fibra de PLA excesiva de la muestra.

Colóquelo en un horno de vacío a 210 grados Celsius durante 24 horas o hasta que se haya eliminado la mayor parte de las fibras de PLA. Si queda algún residuo de PLA que no pueda eliminarse, inyecte un mililitro de cloroformo para disolver lo que permanece en los microcanales. Con esto se completa la fabricación de la unidad.

Este procedimiento proporciona un método para fabricar estructuras microvasculares en resina, como se observa en la unidad de intercambio gaseoso. Se muestra en la parte superior. En la parte inferior izquierda se observa un detalle de un segmento de la estructura.

Se han utilizado colorantes para mayor claridad visual. A la derecha se encuentra el patrón hexagonal de orificios de 200 micrones y 300 micrones utilizado para crear los microcanales. Los microcanales son completamente huecos y pueden estar separados por menos de 50 micrones.

La estructura de la red microvascular solo está limitada por las estructuras que pueden formarse mediante las fibras sacrificables. Es posible que aparezcan fugas y obstrucciones dentro de los microcanales. En el lado izquierdo de esta unidad de intercambio de gases se encuentra una obstrucción.

Estos a menudo pueden eliminarse con un solvente. En el lado derecho se muestra un ejemplo de una fuga. Estas se forman cuando las fibras de sacrificio no se limpian completamente o no se tensan adecuadamente. Una vez dominada, esta técnica puede realizarse en 45 minutos para la creación de fibras y en 60 minutos para la fabricación de unidades microvasculares.

Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo fabricar fibras sacrificiales para crear un patrón tridimensional y solucionar los problemas del amplio proceso.