Fabricación Microfluídica De Fibras Poliméricas Y Biohíbridas Con Tamaño y Forma Prediseñados

El objetivo general del siguiente experimento es demostrar la conformación compleja de fluidos observada por la producción de microfibras. Esto se logra ensamblando un canal microfluídico con ranuras específicas para producir un núcleo realizable de polímero con una forma de sección transversal predeterminada. Como segundo paso, se prepara una solución de prepolímero, a la que se le dará forma y se polimerizará una vez que pase por el canal.

A continuación, se enciende la luz ultravioleta en la parte inferior del canal para polimerizar el material polimérico. Estas micrografías electrónicas de barrido muestran varias formas de microfibras que fueron fabricadas. Del mismo modo, las ventajas de esta técnica en comparación con otros métodos existentes como el electrohilado y el hilatura por fusión, incluyen el hecho de que esta técnica se puede realizar a temperatura ambiente, y esta técnica se puede utilizar con una variedad de materiales poliméricos razonables.

Además, esta técnica no requiere altos voltajes. No requiere alta temperatura seguida de tiempos de enfriamiento rápidos, y tampoco requiere control de factores ambientales como la humedad. La demostración visual de esta técnica es fundamental porque la fabricación de fibras microfluídicas no es tan común como otros métodos y, por lo tanto, puede ser difícil de conceptualizar sin haberlo visto.

Visualmente, sin embargo, este método se ha utilizado para la producción de microfibras poliméricas. Los mismos principios se utilizan en nuestro laboratorio para el desarrollo de otros sistemas como los microvasos sanguíneos. Inicialmente tuvimos esta idea mientras observábamos micro mezcladores y sistemas de citometría de flujo de microchip confocal.

Como vimos, se desarrollaron secciones transversales ornamentadas sostenidas. Postulamos que al introducir una solución polimérica, las formas podrían bloquearse a través de la fotopolimerización de forma continua y con relativa facilidad. Los que demuestren el procedimiento serán Michael Danielle y Darrell Boyd, que son postdoctorados de mi laboratorio.

Primero ensamble un dispositivo de flujo de vaina previamente diseñado de abajo hacia arriba colocando una placa de fijación en la parte inferior, seguida de una capa de copolímero de olefina cíclica COC y la placa de fijación restante. Asegúrese de que las ranuras de conformación se alineen entre sí a lo largo de los bordes del canal y de que las geometrías de conformación fluidas en las capas de COC se superpongan perfectamente. Inserte los pernos en el centro del dispositivo y, con un destornillador eléctrico, apriete las tuercas y los pernos para sujetar el dispositivo, alternando de izquierda a derecha del centro.

Repita el paso anterior desde el centro hacia afuera para bloquear la alineación y evitar fugas. Agregue el mandril de entrada cuando se alcancen sus orificios de montaje y continúe montando los tornillos de manera alterna. A continuación, conecte el dispositivo de flujo de la vaina a la tubería de tigon.

Usando accesorios de HPLC estándar, apriete manualmente todas las conexiones, monte el dispositivo verticalmente con un soporte de anillo y una abrazadera, asegúrese de que el dispositivo esté vertical usando un nivel en la parte superior. A continuación, coloque la fuente UV perpendicularmente a aproximadamente un centímetro de la cara COC del dispositivo de flujo de la vaina, de modo que se irradien los últimos tres a cinco centímetros del microcanal. Llene una jeringa de punta de señuelo de un mililitro con PEG 400 para que sirva como fluido de núcleo no polimérico y llene una jeringa de punta de señuelo de 30 mililitros con PEG 400 para que sirva como fluido de la vaina.

A continuación, complemente una solución de línea de tiol recién preparada con cuatro veces 10 a menos cuatro moles de fotoiniciador de DMPA en un vial pequeño. Después de aproximadamente dos minutos de agitación, cargue una jeringa de punta inferior envuelta en papel de aluminio de cinco mililitros con una solución de prepolímero. A continuación, la salida del canal microfluídico en un baño de recogida que contiene agua.

Configure las bombas de jeringa de fluido para infundir el revestimiento del núcleo y el fluido de la vaina a 30 y 120 microlitros por minuto, respectivamente. A continuación, introduzca los diámetros de jeringa respectivos en las bombas de jeringa. A continuación, monte las jeringas en sus bombas de jeringa correspondientes y conéctelas al dispositivo de flujo de la vaina.

Con el tubo de tigón con protección UV, encienda el líquido de la vaina para cebar el dispositivo de flujo de la funda y eliminar el aire del sistema. Inspeccione visualmente el microcanal y preste especial atención a las ranuras de modelado para asegurarse de que no queden burbujas de aire en el microcanal antes de pasar al siguiente paso. Si hay burbujas de aire, agite el dispositivo girándolo o golpeándolo suavemente mientras está bajo flujo para eliminarlas del dispositivo.

Ponga en marcha el líquido de revestimiento, permitiendo también que el flujo se estabilice. Después de inspeccionar el microcanal y eliminar las burbujas de aire, encienda el líquido central y asegúrese de que las burbujas no estén presentes en el sistema de la misma manera que antes. Por último, encienda la fuente UV y observe el baño de recogida para la producción continua de la microfibra hueca a medida que se expulsa con el líquido de la funda.

Al recuperar la fibra del baño de recolección, se utilizó un diseño simple de dos etapas con ranuras de conformación y tres entradas de solución para crear fibras huecas. Se utilizaron simulaciones Comsol para determinar las relaciones de caudal adecuadas para obtener el tamaño de sección transversal deseado. Una combinación de molienda y moldeo produjo los componentes para el ensamblaje de flujo de la vaina para fabricar las fibras.

La polimerización del material del revestimiento se inició mediante la fuente de luz ultravioleta y las fibras huecas se extruyeron desde el microcanal hasta el baño de recolección. La producción de fibras continuó durante minutos y generó una sola fibra de más de un metro de longitud. Las fibras fabricadas en estas condiciones tenían aproximadamente 200 micrómetros de diámetro.

La estructura de las fibras se visualizó mediante microscopía óptica y electrónica. Las fibras tenían una forma ovalada con un núcleo hueco. Se utilizó la acción capilar para introducir líquido y burbujas en el interior de la fibra y confirmó que la estructura hueca era continua a lo largo de la fibra.

Una vez dominado, este proceso puede tardar tan solo 45 minutos. Eso incluye el tiempo para configurar el canal, la preparación de la solución, la fabricación de fibras, así como la recolección de las fibras. Después de ver este video, debe tener una buena comprensión de cómo diseñar y ensamblar un canal microfluídico para producir microfibras huecas.

No olvide que cuando trabaje con productos químicos peligrosos e irradiación UV, siempre debe usar su equipo de protección personal.