Name: הדפסה מישוריים תלת ממדי של דיו מוליך (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2011-12-09T12:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 49 s
Description: למדו הדפסה תלת-ממדית של מיקרואלקטרודות מוליכות באמצעות טכניקת Direct Write Assembly. השיטה מאפשרת יצירת מבנים מורכבים עם רזולוציה של 2-30 מיקרון ליישומים אלקטרוניים וביו-רפואיים.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

חומר זה מבוסס על עבודה נתמכת על ידי משרד האנרגיה של ארה&quot;ב, חומרים מדעים והנדסה אגף (מס &#39;פרס DEFG-02-07ER46471) ואת האנרגיה DOE מרכז המחקר על אור חומרים אינטראקציות המרת אנרגיה (פרס מס&#39; DE-SC0001293 ), ואת יתרון מן גישה המרכז Microanalysis של חומרים בתוך זייץ פרידריך חומרים במעבדת המחקר (FSMRL).

<ol><li>Chrisey, D. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+power+of+direct+writing%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">The power of direct writing.</a> Science. 289, 879-881 (2000).</li>
<li>Sirringhaus, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-resolution+inkjet+printing+of+all-polymer+transistor+circuits%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">High-resolution inkjet printing of all-polymer transistor circuits.</a> Science. 290, 2123-2126 (2000).</li>
<li>Kim, R. -W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Waterproof+AllnGaP+optoelectronics+on+stretchable+substrates+with+applications+in+biomedicine+and+robotics%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Mater%22%5BJournal%5D)">Waterproof AllnGaP optoelectronics on stretchable substrates with applications in biomedicine and robotics.</a> Nat. Mater. 9, 929-937 (2010).</li>
<li>Lewis, J. A., Gratson, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct+writing+in+three+dimensions%5BTitle%5D)+AND+%22Mater.+Today%22%5BJournal%5D)">Direct writing in three dimensions.</a> Mater. Today. 7, 32-39 (2004).</li>
<li>Lewis, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct+ink+writing+of+3D+functional+materials%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Funct.+Mater%22%5BJournal%5D)">Direct ink writing of 3D functional materials.</a> Adv. Funct. Mater. 16, 2193-2204 (2006).</li>
<li>Lewis, J. A., Smay, J. E., Stuecker, J., Cesarano, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct+ink+writing+of+three-dimensional+ceramic+structures%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Ceram.+Soc%22%5BJournal%5D)">Direct ink writing of three-dimensional ceramic structures.</a> J. Am. Ceram. Soc. 89, 3599-3609 (2006).</li>
<li>Smay, J. E., Gratson, G. M., Shepherd, R. F., Sesarano, J., Lewis, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Directed+colloidal+assembly+of+3D+periodic+structures%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">Directed colloidal assembly of 3D periodic structures.</a> Adv. Mater. 14, 1279-1283 (2002).</li>
<li>Therriault, D., White, S. R., Lewis, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chaotic+mixing+in+three-dimensional+microvascular+networks+fabricated+by+direct-write+assembly%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Mater%22%5BJournal%5D)">Chaotic mixing in three-dimensional microvascular networks fabricated by direct-write assembly.</a> Nat. Mater. 2, 265-271 (2003).</li>
<li>Hansen, C. J., Wu, W., Toohey, K. S., Sottos, N. R., White, S. R., Lewis, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Self-healing+materials+with+interpenetrating+microvascular+networks%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">Self-healing materials with interpenetrating microvascular networks.</a> Adv. Mater. 21, 4143-4147 (2009).</li>
<li>Therriault, D., Shepherd, R. F., White, S. R., Lewis, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fugitive+ink+for+direct-write+assembly+of+three-dimensional+microvascular+networks%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">Fugitive ink for direct-write assembly of three-dimensional microvascular networks.</a> Adv. Mater. 17, 395-399 (2005).</li>
<li>Ahn, B. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Omnidirectional+printing+of+flexible%2C+stretchable%2C+and+spanning+silver+microelectrodes%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Omnidirectional printing of flexible, stretchable, and spanning silver microelectrodes.</a> Science. 323, 1590-1593 (2009).</li>
<li>Ahn, B. Y., Lorang, D. J., Lewis, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transparent+conductive+grids+via+direct+writing+of+silver+nanoparticle+inks%5BTitle%5D)+AND+%22Nanoscale%22%5BJournal%5D)">Transparent conductive grids via direct writing of silver nanoparticle inks.</a> Nanoscale. 3, 2700-2702 (2011).</li>
<li>Adams, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Conformal+printing+of+electrically+small+antennas+on+three-dimensional+surfaces%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">Conformal printing of electrically small antennas on three-dimensional surfaces.</a> Adv. Mater. 23, 1335-1340 (2011).</li>
<li>Guo, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Two-+and+three-dimensional+folding+of+thin+film+single-crystalline+silicon+for+photovoltaic+power+applications%5BTitle%5D)+AND+%22PNAS%22%5BJournal%5D)">Two- and three-dimensional folding of thin film single-crystalline silicon for photovoltaic power applications.</a> PNAS. 106, 20149-20154 (2009).</li>
<li>Yoon, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrathin+silicon+solar+microcells+for+semitransparent%2C+mechanically+flexible+and+microconcentrator+module+designs%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Mater%22%5BJournal%5D)">Ultrathin silicon solar microcells for semitransparent, mechanically flexible and microconcentrator module designs.</a> Nat. Mater. 7, 907-915 (2008).</li>
<li>Gratson, G. M., Xu, M., Lewis, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct+writing+of+three-dimensional+webs%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Direct writing of three-dimensional webs.</a> Nature. 428, 386-386 (2004).</li>
<li>Lebel, L. L., Aissa, B., Khakani, M. A. E., Therriault, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultraviolet-assisted+direct-write+fabrication+of+carbon+nanotube%2Fpolymer+nanocomposite+microcoils%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">Ultraviolet-assisted direct-write fabrication of carbon nanotube/polymer nanocomposite microcoils.</a> Adv. Mater. 22, 592-596 (2010).</li>
<li>Ahn, B. Y., Lorang, D. J., Duoss, E. B., Lewis, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct-write+assembly+of+microperiodic+planar+and+spanning+ITO+microelectrodes%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Commun%22%5BJournal%5D)">Direct-write assembly of microperiodic planar and spanning ITO microelectrodes.</a> Chem. Commun. 46, 7118-7120 (2010).</li>
<li>Duoss, E. B., Twardowski, M., Lewis, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sol-gel+inks+for+direct-write+assembly+of+functional+oxides%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">Sol-gel inks for direct-write assembly of functional oxides.</a> Adv. Mater. 19, 3485-3489 (2007).</li>
<li>Salaita, K., Wang, Y. H., Mirkin, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Application+of+dip-pen+nanotechnology%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Nanotech%22%5BJournal%5D)">Application of dip-pen nanotechnology.</a> Nat. Nanotech. 2, 145-155 (2007).</li>
<li>Zhang, H., Lee, K. -B., Li, Z., Mirkin, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biofunctionalized+nanoarrays+of+inorganic+structures+prepared+by+dip-pen+nanolithography%5BTitle%5D)+AND+%22Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">Biofunctionalized nanoarrays of inorganic structures prepared by dip-pen nanolithography.</a> Nanotechnology. 14, 1113-1117 (2003).</li>
<li>Hung, S. -C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dip-pen+nanolithography+of+conductive+silver+traces%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+Chem.+C%22%5BJournal%5D)">Dip-pen nanolithography of conductive silver traces.</a> J. Phys. Chem. C. 114, 9672-9677 (2010).</li>
<li>Park, J. -U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-resolution+electrohydrodynamic+jet+printing%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Mater%22%5BJournal%5D)">High-resolution electrohydrodynamic jet printing.</a> Nat. Mater. 6, 782-789 (2007).</li>
<li>Schirmer, N. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On+ejecting+colloids+against+capillarity+from+sub-micrometer+openings%3A+On-demand+dielectrophoretic+nanoprinting%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">On ejecting colloids against capillarity from sub-micrometer openings: On-demand dielectrophoretic nanoprinting.</a> Adv. Mater. 22, 4701-4705 (2010).</li>
<li>Park, J. -U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((electrofield+liquid+jets+for+high-resolution+printing+of+charge%5BTitle%5D)+AND+%22Nano.+Lett%22%5BJournal%5D)">electrofield liquid jets for high-resolution printing of charge.</a> Nano. Lett. 10, 584-591 (2010).</li>
<li>Ghosh, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct-write+assembly+of+micro-periodic+silk+fibroin+scaffolds+for+tissue+engineering+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Funct.+Mater%22%5BJournal%5D)">Direct-write assembly of micro-periodic silk fibroin scaffolds for tissue engineering applications.</a> Adv. Funct. Mater. 18, 1883-1889 (2008).</li>
<li>Barry, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct-write+assembly+of+3D+hydrogel+scaffolds+for+guided+cell+growth%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">Direct-write assembly of 3D hydrogel scaffolds for guided cell growth.</a> Adv. Mater. 21, 2407-2410 (2009).</li>
<li>Shepherd, J. N. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((3D+microperiodic+hydrogel+scaffolds+for+robust+neuronal+cultures%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">3D microperiodic hydrogel scaffolds for robust neuronal cultures.</a> Adv. Mater. 21, 47-54 (2011).</li>
<li>Wu, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct-write+assembly+of+biomimetic+microvascular+networks+for+efficient+fluid+transport%5BTitle%5D)+AND+%22Soft.+Matter%22%5BJournal%5D)">Direct-write assembly of biomimetic microvascular networks for efficient fluid transport.</a> Soft. Matter. 6, 739-742 (2010).</li>
<li>Wu, W., DeConinck, A., Lewis, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Omnidirectional+Printing+of+3D+Microvascular+Networks%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">Omnidirectional Printing of 3D Microvascular Networks.</a> Adv. Mater. 23, H178-H183 (2011).</li>
</ol>

אין ניגודי אינטרסים הכריז.

קונבנציונלי אגל מבוססי גישות הדפסה, כגון הדפסה הזרקת דיו, מוגבלים ייצור של אלקטרודות מישוריים עם יחס נמוך בשל אופי לדלל ואת צמיגות נמוכה של דיו בשימוש. לאחרונה, לטבול עט nanolithography (DPN) 20-22 ו-e-סילון הדפסה 23-25 ​​שימשו תכונות דפוס מוליך. מסלולים אלה גם להעסיק לדלל, דיו צמיגות נמוכה. Pearton ועמיתים לעבודה השתמשו DPN להפקיד nanoparticle זמינים מסחרית דיו כסף על לכתוב במהירויות של עד 1600 רוחבי -1 קו של מיקרומטר של כ 0.5 מיקרומטר 22. עם זאת, ייצור של תבניות לשחזור פני שטחים גדולים טרם שמפגינים גישה זו. Nanoparticle צבעי כסף יש גם הופקדו על ידי הדפסת דואר סילון כדי ליצור עקבות מוליך עם רוחב קו של 1.5 מיקרומטר ~ 25. עם זאת, כמו דיו להדפסה, מודפס תכונות הומוגניות שעלולות להתעורר עקב היווצרות טיפת לווין לא אחידה ירידה דrying 24,25. כפי שהודגם לעיל, ישיר לכתוב הרכבה של דיו nanoparticle מרוכז כסף מתגבר על מגבלות אלה באמצעות גישה filamentary מבוססי דפוס. טכניקה זו מאפשרת ייצור של מוליכים microelectrodes עם היבט ratios גבוהה (H / W ≈ 1.0) ב יחיד עובר המאפשר יצירה של 1D, 2D, 3D ו - ארכיטקטורות. גודלו של התכונות מודפס תלוי בקוטר זרבובית, מוצקים טעינת דיו, הלחץ המופעל, ומהירות ההדפסה. עד כה, עקבות מוליך קטן כמו ~ 2 מיקרומטר כבר בדוגמת באמצעות זרבובית 1 מיקרומטר במהירויות צנוע (&lt;2 s -1 מ&quot;מ). על ידי התאמת הרכב דיו וגיאומטריה זרבובית, מהירויות הדפסה מקסימלית העולה על 10 ס&quot;מ -1 s אפשריים. עם זאת, הדפסה במהירות גבוהה של שימוש חרירי קנס (&lt;5 מיקרומטר) עדיין מהווה אתגר משמעותי. כדי להדגים יישומים של הרכבה ישיר לכתוב, אנו מפוברק רשתות מוליכים, אלאנטנות קטנות ectrically, תאים סולריים, וגם דיודות פולטות אור עם אלקטרודות מודפס מישוריים פורש (איור 8-14). יש לציין, הגישה שלנו אינה מוגבלת ליצירת מבנים מתכתיים. באמצעות עיצובים דיו אחרים, כגון אלו המבוססים על fibroin משי, הידרוג ודיו אורגני נמלט, בנינו פיגומים 3D ורשתות כלי הדם של הנדסת רקמות והתרבות תאים באמצעות ישיר לכתוב הרכבה 26-30. במבט לעתיד, ישנן הזדמנויות רבות ואתגרים. התקדמות נוספת דורשים עיצובים דיו חדש, דוגמנות טובה יותר של הדינמיקה זרימת הדיו, מערכות רובוטיות ובקרה משופרת. שטח גדול ייצור של 1D למבנים 3D עם תפוקה גבוהה ורזולוציה ננומטרי (&lt;100 ננומטר) עדיין מהווה אתגר משמעותי.

<table border="1" style=";text-align:right;direction:rtl"><tr><td> שם מגיב </td><td> חברה </td><td> מספר קטלוגי </td><td> תגובות </td></tr><tr><td> פולי (חומצה אקרילית) </td><td> Polysciences, Inc </td><td> 06519 </td><td> MW 5000 g / mol </td></tr><tr><td> פולי (חומצה אקרילית) </td><td> Polysciences, Inc </td><td> 00627 </td><td> 50,000 MW g / mol </td></tr><tr><td> כסף חנקתי </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 209139 </td><td> כסף מקור </td></tr><tr><td> Diethanolamine </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> D8885 </td><td> מרכך / צמצום סוכן </td></tr><tr><td> אתילן גליקול </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 102466 </td><td> Humectant </td></tr><tr><td> Sonicater </td><td> פישר סיינטיפיק </td><td> FS30H </td><td> - </td></tr><tr><td> סרכזת </td><td> Beckman Coulter </td><td> אוואנטי TM J-25 אני </td><td> - </td></tr><tr><td> רובוטית הבמה </td><td> Aerotech בע&quot;מ </td><td> ABL 900010 </td><td> 3 ציר תנועה </td></tr><tr><td>מזרק לחבית </td><td> חברת EFD </td><td> 5109LBP-B </td><td> 3 מ&quot;ל </td></tr><tr><td> זרבובית </td><td> חברת EFD </td><td> - </td><td> id = 0.1-250 מיקרומטר </td></tr><tr><td> מנפק </td><td> חברת EFD </td><td> 800 </td><td> מזגן מופעל </td></tr><tr><td> עיצוב תוכנה </td><td> אישית מעוצבת </td><td> - </td><td> Mingjie שו </td></tr></table>

הדפסה מישוריים תלת ממדי של דיו מוליך

Planar and Three-Dimensional Printing of Conductive Inks

אלקטרוניקה מודפסים להסתמך על עלות נמוכה, שטח גדול נתיבי ייצור ליצור אלקטרוניים גמישים או רב ממדית, אופטו, והתקנים ביו 1-3. במאמר זה, נתמקד אחד (1D), שני (2D), והוא תלת מימדי (3D) הדפסת דיו מתכתי מוליך בצורה של microelectrodes גמישה, stretchable ו פורש. ישיר לכתוב הרכבה 4,5 היא טכניקה 1-to-3D הדפסה המאפשרת ייצור של תכונות הנעות בין קווים פשוטים כדי מבנים מורכבים על ידי בתצהיר של דיו מרוכז דרך חרירי בסדר (~ 0.1-250 מיקרומטר). זו שיטת ההדפסה מורכב בשלב 3-ציר מבוקרת מחשב התרגום, מאגר דיו זרבובית, עדשה טלסקופית 10x להדמיה. בניגוד דיו להדפסה, תהליך רביב מבוססת, ישיר לכתוב הרכבה כרוך שחול של סיבים דיו או בתוך או מחוץ למטוס. חוטים מודפס בדרך כלל להתאים את גודל נחיר. Hencדואר, תכונות microscale (&lt;1 מיקרומטר) יכול להיות בדוגמת ו התאספו לתוך מערכים גדולים ארכיטקטורות רב ממדית. במאמר זה, אנחנו הראשונים לסנתז nanoparticle מרוכז מאוד כסף דיו להדפסה מישוריים ו 3D באמצעות הרכבה ישיר לכתוב. בשלב הבא, פרוטוקול סטנדרטי עבור microelectrodes הדפסה מוטיבים ממדי מודגם. לבסוף, יישומים של microelectrodes מודפס עבור אנטנות קטנות חשמלית, תאים סולריים, וגם דיודות פולטות אור מודגשים.

הדפסה מישוריים תלת ממדי של דיו מתכתי מוליך מתואר. הגישה שלנו מספק אפיקים חדשים אלקטרוניים מודפסים בודה, אופטו, והתקנים ביו פריסות יוצא דופן בבית microscale.

אלקטרוניקה מודפסת מסתמכת על נתיבי ייצור בעלות נמוכה ובשטח נרחב ליצירת רכיבים אלקטרוניים, אופטואלקטרוניים וביו-רפואיים גמישים או רב-ממדיים...

מטרת ניסוי זה היא להדגים הדפסה מישורית ותלת-ממדית של מיקרו-אלקטרודות מוליכות באמצעות הרכבה ישירה (direct write assembly). הרכבה ישירה היא טכניקת שיקוע, המורכבת מבמת תרגום תלת-ציר נשלטת במחשב, דיו, נחיר ואספקת אוויר. בשיטת הדפסה זו, דיו בריכוז גבוה נדחפים דרך נחיר גלילי דק שקוטרו נע בין 0.1 ל-250 מיקרון, וזאת בשל מאפייניו הוויסקו-אלסטיים של הדיו.הרכבה ישירה ימינה מאפשרת יצירת מאפייני כיסוי התומכים בעצמם. נכון להיום, פותח מגוון רחב של דיו, כולל כאלה המורכבים מחומרים קרמיים, פולימרים אורגנו-מתכתיים וחומרי סול-ג'ל, עבור גישת הדפסה זו. היתרון המרכזי של טכניקה זו על פני הכלי הקיים, כגון הרכבה ישירה רחבה של מבנה שחרור מורכב, הוא מהירות גבוהה יותר בשימוש. למרות ששיטה זו מספקת תובנות לגבי דיו מוליכים ליישומים אלקטרוניים ואופטו-אלקטרוניים, ניתן להחיל אותה גם על מערכות חומרים אחרות שניתן להשתמש בהן עבור פיגומים ביו-רפואיים וחיישנים.הדמיה ויזואלית של הליך זה היא קריטית כיוון שהמומחיות ברדיולוגיה של דיו ובהדפסה השפיעה רבות על איכות המבנים המודפסים; את ההליך זה מדגימים bhan, פוסט-דוקטוראנט, ואנליזה רוסו (Annalisa Russo), סטודנטית לדוקטורט מהמעבדה שלי. דיו של ננו-חלקיקי כסף מוכנים תחילה על ידי המסת תערובת של חומצה אקרילית במשקל מולקולרי של 5,000 ו-50,000 בתערובת של מים ו-di ethanol amine. הפולימר משמש כחומר כיסוי (capping agent) לשליטה על גודל ננו-חלקיקי הכסף. לאחר מכן, מזריקים תמיסת כסף חנקית (silver nitrate) מימית לתוך תמיסת הפולימר.התערובת תהפוך לצהובה בהירה ושקופה; יש להמשיך בערבוב למשך 24 שעות בטמפרטורת החדר. לאחר הערבוב, הפתרון יקבל גוון חום-אדמדם. דבר זה נובע מהיווצרות של ננו-חלקיקי כסף בקוטר של חמישה ננומטר, שניתן לאשש באמצעות TEM כדי לבחון צמיחה נוספת של החלקיקים.בצע סוניקציה לתמיסה באמבט מים בטמפרטורה של 65 °C למשך שעתיים. לאחר הסוניקציה, העבר את התמיסה לכלי ביקר של 500 mL כדי לצננה לטמפרטורת החדר. לאחר הקירור, טטר 300 mL של אתנול אל תוך התמיסה. מכיוון שאתנול הוא ממס גרוע עבור סוכני הציפוי (capping agents), החלקיקים קוואגולטיביים ושוקעים במהירות. כעת, העבר את הנוזל העליון (supernatant) ואסוף את המשקע לשפופרת צנטריפוגה. צנטריפוג את המשקע במהירות של 9,000 RPM למשך 20 דקות.התוצאה תהיה דיו של ננו-חלקיקי כסף בריכוז גבוה, עם כ-85% מוצקים לפי משקל. לשליטה נוספת בצמיגות הדיו ובמודול האלסטיות, יש לדלל את הדיו בתמיסת לחות כגון ethylene glycol, ולאחר מכן להומוגניז את התמיסה ב-2000 RPM למשך שלוש דקות באמצעות מערבל הומוגניזציה מסוג thinky. תהליך דילול והומוגניזציה זה יוצר דיו אחיד בצבע כחלחל עד מגנטה.תמונת ה-TEM מראה ננו-חלקיקי כסף שהתקבלו באמצעות הליך סינתזה זה. לחלקיקים קוטר ממוצע של 20 ננומטר עם התפלגות גודל של חמישה עד 15 ננומטר. מבנים מודפסים דורשים התנעה (annealing) כדי לשפר את המוליכות שלהם.לאחר חישול ב-250 °C למשך פחות מ-30 דקות, ננו-חלקיקי הכסף יוצרים מיקרו-אלקטרודות מוליכות בעלת התנגדות חשמלית השואפת ל-10⁻⁵ ohm cm. האבולוציה המיקרו-מבנית של מיקרו-אלקטרודות הכסף המודפסות כפונקציה של טמפרטורת החישול נמדדת באמצעות SEM. ככל שהטמפרטורה עולה מ-150 °C ל-550 °C, מיקרו-אלקטרודות עוברות דחיסה עם התכווצות נפחית כוללת של כ-30%. הריאולוגיה של הדיו, התלויה במידה רבה בעומס המוצקים שבה, קובעת את יכולת ההדפסה שלה.צמיגות הדיו עולה עם הגברת ריכוז המוצקים, מכיוון שדילול עם צמיגות נמוכה גורם לפריסה לטראלית משמעותית של דיוים מרוכזים. עבור הדפסה של פילמנטים של דיו מישוריים ומגשרים, נדרש ריכוז מוצקים בטווח של 70 עד 85 באחוזים לפי משקל. המודול האלסטי של הדיו עולה עם הגברת ריכוז המוצקים באזור הוויסקו-אלסטי הליניארי.מודול האלסטיות עולה בכמעט שלושה סדרי גודל, כאשר עומס המוצקים עולה מ-60 ל-75 אחוזי משקל. מודול אלסטיות מינימלי של 2000 pascals נדרש כדי לייצר תכונות תומכות עצמית או תכונות מאבטחות (spanning features).כדי להתחיל בהרכבה ישירה, טענו את הדיו לתוך גליל מזרק. לאחר חיבור פיית השקיעה, התקינו את גליל המזרק הטעון בדיו על במה ההדפסה בעלת שלושת הצירים. השתמשו בתוכנת מחשב כדי ליצור את העיצוב הרצוי, שיכול להיות מבנה מישורי ליניארי או מבנה תלת-ממדי מורכב.לאחר מכן, גובה הדיזה מכוון בעזרת עדשת טלסקופ עם זום פי 10. לאחר הפעלת לחץ באמצעות מערכת דיספנסציה של נוזלים המופעלת באוויר, מניחים את הדיו על התשתית בטמפרטורת החדר תוך שימוש במהירות ובלחץ הדפסה מבוקרים. משתנים אלו תלויים בדיו, ברדיולוגיה, בקוטר הדיזה ובמהירות ההדפסה.ניתן להדפיס בעזרת נחיר של 5 מיקרון רשתות כסף מוליכות עם מרווח קו ממרכז למרכז של 100 מיקרון על מצע של פרוסת סיליקון. שימוש בנחיר של 30 מיקרון והדפסה שכבה אחר שכבה מאפשרים ליצור מבנה גלילי בעל יחס גובה-רוחב גבוה. הדפסה רב-כיוונית של מיקרו-אלקטרודות כסף בין שתי פרוסות זכוכית אפשרית באמצעות נחיר של 30 מיקרון.תשתיות הזכוכית מוסטות במילימטר אחד; ניתן ליצור מיקרו-קוצים של כסף מודפסים אנכית ועומדים באופן עצמאי באמצעות נחיר של 30 מיקרון על תשתית של פרוסת סיליקון. כתיבה ישירה של מיקרו-אלקטרודות כסף המגשרות על פני מרווח אפשרית גם היא באמצעות נחיר של 10 מיקרון. המבנה המודפס יכול לגשר על מרחקים של עד סנטימטר אחד עם שקיעה או קריסה מינימלית.דיו של ננו-חלקיקי כסף בריכוז גבוה הודפס כאלמנטים מוליכים בתבניות מישוריות ובתלת-ממד עבור יישומים אלקטרוניים ואופטואלקטרוניים. רזולוציית ההדפסה הייתה בין 2 ל-30 מיקרון. רוחב אלקטרודה מינימלי של כ-2 מיקרון ועובי של 1.4 מיקרון הושגו במעבר בודד תוך שימוש בנחיר של מיקרון אחד, ותבנית נחיר של חמישה מיקרון.סריגי כסף מוליכים שקופים על סרט פוליאמיד גמיש. הטקסט שמתחת לסריג נשאר גלוי בבירור. סריגים מתכתיים אלו עשויים לשמש כחלופות בעלות מוליכות גבוהה לחומרים של תחמוצות מוליכות שקופות.הדפסה קונפורמית של אנטנה תלת-ממדית קטנה מבחינה חשמלית התאפשרה באמצעות תנועה מפותלת (meander) של פיה מתכתית בקוטר 100 מיקרון. דפוסי קווים הודפסו על פני השטח של חצי כדור מזכוכית. גישה זו עשויה למצוא יישומים רבים, כולל אנטנות השתלה ואנטנות לבישות, אלקטרוניקה וחיישנים; כמו כן, ייתכנו יישומים של מיקרו-אלקטרודות כסף המשתרעות בתלת-ממד בתאים פוטו-וולטאיים ובדיודות פולטות אור.מעטפת סיליקון כדורית דקה בעובי של שני מיקרון חוברה באמצעות bonding של חוטי זהב למעגל חיצוני שהודפס בשיטת הדפסה רב-כיוונית. שיטה זו משתמשת בלחץ מגע מינימלי, דבר המהווה יתרון משמעותי עבור התקנים עדינים. כמו כן, הודפס חיבור מקשר עבור מערך של מיקרו-תאי סולאריים מסיליקון, שבו אלמנטים של מיקרו-סרטי סיליקון מופרדים על ידי מרווח של 33 מיקרון.הודפסו מוליכי כסף למערך LED מבוסס גליום ארסניד עם ארבעה על ארבעה פיקסלים. מערך ה-LED פלט אור אדום אחיד תחת מתח הטיות של six volts מפיקסל בודד. היכולת להדפיס אלקטרודות משתרעות אפשרה חיבור רב-שכבתי ללא שימוש בשכבות תמיכה או שכבות הקרבה.כהדגמה סופית, סריג כסף מיקרו-מחזורי תלת-ממדי מורכב מודפס באמצעות נחיר של חמישה מיקרון תוך שימוש ברצף הדפסה של שכבה אחר שכבה. לאחר שולטה בטכניקה זו, ניתן לבצעה בתוך מספר שעות במידה והיא מבוצעת כראוי. באמצעות הליך זה, הדגמנו סינתזה והדפסת דיו של מבנים במימדים 1D עד 3D ויישומים הכוללים אלקטרודות מודפסות עבור התקנים אלקטרוניים ואופטואלקטרוניים.עבודה שוטפת במעבדתנו מתמקדת כעת בהרחבת גישה זו ליישומים ביו-רפואיים באמצעות דיו תואם ביולוגית. אנו מדפיסים פיגומים תלת-ממדיים ורשתות מיקרו-וסקולריות עבור הנדסת רקמות ותרבית תאים. לאחר צפייה בסרטון זה, אנו מקווים שקיבלתם מושג טוב יותר על טכניקת ההרכבה הישירה שלנו.

planar-and-three-dimensional-printing-of-conductive-inks

Research

JoVE Journal

Bioengineering

הנדסה ביולוגית

תיאור של שיטות להמיר HP DeskJet 500 המדפסת לתוך bioprinter. המדפסת מסוגלת עיבוד תאים חיים, מה שגורם הנקבוביות חולפים על הממברנה. נקבוביות אלה יכול להיות מנוצל לשלב מולקולות קטנות, כולל ניאון G-אקטין, לתוך תאים מודפסים.

יצירת חולף קרום התא הנקבוביות באמצעות מדפסת הזרקת דיו רגילה

השיטות מתוארות במאמר זה להראות כיצד להמיר מדפסת הזרקת דיו מסחרית לbioprinter עם פילמור UV בו זמנית. המדפסת מסוגלת בניית מבנה רקמות 3D עם תאים וחומרים ביולוגיים. המחקר הראה כאן נבנה neocartilage 3D.

ייצור רקמת סחוס אנושי באמצעות שלושה ממדי הזרקת דיו טכנולוגיית הדפסה

נייר זה מציג אסטרטגית 3D תוסף micromanufacturing (שמכונה "מיקרו בנייה") עבור הייצור גמיש של מערכת מייקר מבנים (MEMS) והתקנים. גישה זו כרוכה בהרכבה המבוסס על דפוס העברה של חומרי מיקרו / ננו בשילוב עם טכניקות מליטה חומרים מהירים תרמית המאפשר חישול.

מיקרו בנייה לMicromanufacturing 3D תוסף

מדפסת ביולוגית קרטזית תוכננה ויוצרה כדי לאפשר שקיעה מרובת חומרים בגיאומטריות מדויקות הניתנות לשחזור, תוך מתן אפשרות לשליטה בגורמים סביבתיים. באמצעות המדפסת הביולוגית התלת מימדית, ניתן להדפיס מבנים מורכבים ובני קיימא ולשכפל אותם בקלות.

כדאיות של מבנים ניידים Bioprinted באמצעות מדפסת הקרטזיאני Dispenser שלוש

מאמר זה חוקר את ההתאמה של הדפסת הזרקת דיו לייצור תאים סולאריים רגישים לצבע. דיו ננו-חלקיקים TiO2 נטול קלסר נוסח והודפס על מצע זכוכית FTO. השכבה המודפסת יוצרה לתא עם שטח פעיל של 0.25 ס"מ 2 ויעילות של 3.5%.

דפוס דיגיטלי של טיטניום דו-חמצני עבור לצבוע תאים סולריים רגישים

פרוטוקול זה מתאר מתודולוגיית הדפסה ביולוגית באמצעות מערכת הפקדה רובוטית אוטומטית המשלבת רמזי הנחיה טופוגרפיים חרוטים עם תצהיר מדויק של תא הנושא דיו הידרוג'ל. התאים המודפסים מועברים ישירות לתכונות החרוטות ומסוגלים לחוש ולהתמצא איתם.

טכניקת Dispensing רובוטיות אוטומטית להכוון משטחים Bioprinting של תאים

כאן, אנו מציגים פרוטוקול לייצר דפוסים מוליך ברזולוציה גבוהה באמצעות הדפסה electrohydrodynamic (EHD) סילון. הפרוטוקול כולל שני מצבים של הדפסה EHD סילון: את electrospinning-שדה ליד רציף (NFES) והדפסה של מבוססי נקודה טיפה לפי דרישה EHD (משרד ההגנה).

ברזולוציה גבוהה תכנים באמצעות שני מצבים של Electrohydrodynamic סילון: ירידה על הביקוש, שדה-Electrospinning

כאן אנו מציגים עבור הזיוף של מבנים מודפס הזרקת דיו חיישן רב שכבתי על מצעים additively מיוצרים ו לסכל פרוטוקול.

היברידית הדפסה על הזיוף של חיישנים חכמים

פרוטוקול עבור סינתזה לא אורגנית-עופרת-הליד היברידית פרוביסקיט קוונטית נקודה דיו עבור מדפסת הזרקת דיו והפרוטוקול להכנה של הדפסה הדיו נקודה קוונטית במדפסת הזרקת דיו עם טכניקות אפיון פוסט מוצגים.

הדפסת צבעי הדיו פרוביסקיט הליד אורגניים ליישומים פוטו הזרקת דיו

שתי טכנולוגיות עדכניות - קעקועים וטקסטיל - הדגימו תוצאות מבטיחות בחישה עורית. כאן אנו מציגים את שיטות הייצור וההערכה של אלקטרודות קעקועים וטקסטיל לחישה אלקטרופיזיולוגית עורית. ממשקים אלקטרוניים אלה העשויים מפולימרים מוליכים עולים בביצועיהם על הסטנדרטים הקיימים מבחינת נוחות ורגישות.

אלקטרודות לבישות קונפורמיות: מייצור ועד הערכה אלקטרופיזיולוגית

נייר זה מספק טכניקה לייצור סופר-קבלים מבוססי שבבים באמצעות מדפסת הזרקת דיו. מתודולוגיות מתוארות בפירוט כדי לסנתז דיו, להתאים פרמטרי תוכנה, ולנתח את התוצאות האלקטרוכימיות של supercapacitor המיוצר.

שליטה משוכללת במדפסת הזרקת דיו לייצור סופר-קבלים מבוססי שבבים

למדו הדפסה תלת-ממדית של מיקרואלקטרודות מוליכות באמצעות טכניקת Direct Write Assembly. השיטה מאפשרת יצירת מבנים מורכבים עם רזולוציה של 2-30 מיקרון ליישומים אלקטרוניים וביו-רפואיים.

הדפסה מישוריים תלת ממדי של דיו מוליך

גלה סרטונים נוספים