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 creando primero fibras de sacrificio mediante la incorporación de oxalato de estaño dos en fibras de ácido poliláctico. El segundo paso es modelar las fibras tridimensionalmente utilizando placas de patrón.

A continuación, las fibras se funden en una resina de incrustación. El paso final es evacuar las fibras de la resina bajo calor y vacío. En última instancia, el sistema microvascular se puede utilizar para muchos propósitos, incluido el intercambio de calor, el transporte de masa y los sistemas de autocuración.

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

Aquí, 200 micras. Envuelva la cantidad deseada de fibras alrededor de los tres cuartos inferiores del huso. Reduzca la superposición de fibras para proporcionar la máxima exposición de la superficie en una botella que se puede sellar.

Mezclar 400 mililitros de agua desionizada con 40 mililitros de disbárico. 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 centígrados. Vierta 400 mililitros de etanol trifluorado en el vaso de precipitados. Agregue la solución de agua al vaso de precipitados y revuelva hasta que quede uniforme.

Agregue un gramo de verde de malaquita u otro tinte a la mezcla y revuelva hasta que se disuelva. Ahora, conecte el husillo al mezclador digital y ajuste la altura para que el husillo esté a media pulgada de la parte inferior. Ajuste la batidora a 400 RPM y comience a mezclar lentamente.

Añade 1,3 gramos de catalizador de oxalato de estaño a la mezcla. Ajuste el pH de la mezcla con hidróxido de sodio hasta que el pH sea de aproximadamente 6,8 a 7,2. A continuación, asegure una tapa al vaso de precipitados y aumente la rotación del husillo a 500 RPM.

Mantenga esto durante 24 horas dentro de las primeras dos horas. Romper manualmente cualquier aglomeración de oxalato de estaño que se desarrolle. Al cabo de 24 horas, tenga un horno precalentado a 35 grados centígrados.

Retire el eje de la batidora y colóquelo en el horno. Déjalo secar toda la noche. Después de al menos ocho horas de secado, retire el husillo del horno, desenvuelva las fibras del huso.

Retire el exceso de catalizador de las fibras. La fabricación de la unidad de intercambio de gases microvasculares 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 de clip.

Corte una longitud de 10 pulgadas de fibra catalizada por micro canal. Utilice una placa cortada hasta el diámetro de la fibra para eliminar cualquier catalizador restante de las fibras. Usa la punta de una pistola de pegamento caliente para estrechar los bordes de la fibra.

Para ello, extruye 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 patrón de latón. A continuación, atornille las placas en una caja de moldura.

Asegúrese de que las fibras no estén retorcidas al colocar las placas. A continuación, ensarta las puntas de las fibras a través de las clavijas de afinación de la tabla tensora personalizada, tensa las fibras de PLA hasta que estén tensas. Tenga cuidado de no tensar demasiado y romper las fibras.

Elimine el exceso de partículas del patrón de fibra utilizando aire comprimido. Ahora mezcle la base de poli dimetil xina con su agente de curado en una proporción de volumen de 10 a uno, coloque la mezcla en un frasco desecado. Desgasificar la mezcla durante 10 minutos al vacío.

Vierta la mezcla de PDMS en la caja de moldeo, pero no directamente sobre las fibras. Use una aguja de calibre 26 para eliminar las burbujas en la caja de moldeo o entre las fibras. Una vez hecho esto, cure el conjunto a 85 grados centígrados durante 30 minutos.

Cuando la caja se enfríe, dessujete las placas de latón de la caja de moldura, asegurándose de no doblar las placas ni tirar demasiado fuerte. Retire la primera etapa curada de la caja de moldeo. Use una aguja hipodérmica con un calibre que sea al menos el doble del diámetro exterior de las fibras para perforar los orificios en la tapa de un extremo RTV con la aguja en su lugar, hilo de fibra a través del orificio.

A continuación, retire la aguja. El patrón del orificio debe ser similar al de la placa de patrón de latón, pero más extendido. A continuación, fije las tapas de los extremos a una caja de moldura más grande.

Vierta una segunda etapa de PDMS y elimine las burbujas de gas restantes. De nuevo, curado a 85 grados centígrados durante 30 minutos. Después del segundo curado, corte el exceso de fibras de PLA de la muestra.

Colóquelo en un horno al vacío a 210 grados centígrados durante 24 horas o hasta que se hayan evacuado la mayoría de las fibras de PLA. Si no se puede eliminar el PLA, inyecte un mililitro de cloroformo para disolver lo que queda en los microcanales. Esto completa la fabricación de la unidad.

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

Se han utilizado tintes para mayor claridad visual. A la derecha está el patrón hexagonal de agujeros de 200 micras y 300 micras utilizado para crear los microcanales. Los microcanales son completamente huecos y se pueden separar por menos de 50 micras.

La estructura de la red microvascular solo está limitada por las estructuras que pueden ser formadas por las fibras de sacrificio. Es posible que aparezcan tanto fugas como tapones dentro de los microcanales. En el lado izquierdo de esta unidad de intercambio de gas hay un enchufe.

A menudo se pueden eliminar con un disolvente. En el lado derecho hay un ejemplo de una fuga. Estos se forman cuando las fibras de sacrificio no están completamente limpias o bien tensadas Una vez dominadas, esta técnica se puede realizar en 45 minutos para crear fibras y 60 minutos para fabricar unidades microvasculares.

Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo hacer que las fibras de sacrificio creen un patrón tridimensional y solucionar los problemas del vasto proceso.