תהליך של הפיכת Microstructures תלת ממדי באמצעות אידוי של רכיב של קורבן
2 בנובמבר 2013
האידוי של רכיב תהליך של קורבן (VaSC) משמש לפברק מבני כלי הדם. הליך זה נעשה שימוש בסיבי חומצה לקטית (הקרבת פולי) כדי ליצור microchannels חלול עם מיצוב גיאומטרי 3D מדויק המסופק על ידי צלחות ספר micromachined לייזר.
המטרה הכוללת של הליך זה היא לייצר מבנים מיקרו-וסקולריים תלת מימדיים. זה מושג על ידי יצירת סיבי קורבן על ידי שילוב פח שני אוקסלט בסיבי חומצה פולילקטית. השלב השני הוא לעצב את הסיבים בתלת מימד באמצעות לוחות דפוס.
לאחר מכן, הסיבים יצוקים בשרף הטבעה. השלב האחרון הוא פינוי הסיבים מהשרף בחום ובוואקום. בסופו של דבר, המערכת המיקרו-וסקולרית יכולה לשמש למטרות רבות, כולל חילופי חום, הובלת מסה ומערכות ריפוי עצמי.
בדרך כלל, אנשים חדשים בשיטה זו יתקשו בגלל מידת המיומנות הידנית והמודעות החזותית הדרושה לעבודה עם הסיבים גבוהה. הדגמה חזותית של שיטה זו היא קריטית מכיוון שקשה ללמוד את הטיפול הכימי בסיבים ואת המיתרים של לוחות דפוס מכיוון שהם דורשים תיאום עין-יד וציוד מיוחד. התחל את תהליך עירוי זרז הסיבים עם ציר מותאם אישית ומקור לסיבי חומצה פולילקטית בקוטר ידוע.
כאן, 200 מיקרון. עטפו את הכמות הרצויה של הסיבים סביב שלושת הרבעים התחתונים של הציר. צמצם את חפיפת הסיבים כדי לספק חשיפה מקסימלית לשטח הפנים בבקבוק שניתן לאטום.
מערבבים 400 מיליליטר מים נטולי יונים עם 40 מיליליטר דיסברי. אחד 30. סוגרים את הבקבוק ומנערים אותו עד לקבלת תמיסה הומוגנית.
לאחר מכן, הניחו של 1000 מיליליטר באמבט מים בטמפרטורה של 37 מעלות צלזיוס. שופכים 400 מיליליטר אתנול טרי פלואורו לכוס. מוסיפים את תמיסת דיספר המים לכוס ומערבבים עד שאחיד.
מוסיפים לתערובת גרם אחד של מלכיט ירוק או צבע אחר ומערבבים עד להמסה. כעת, חבר את הציר למיקסר הדיגיטלי והתאם את הגובה כך שהציר יהיה חצי סנטימטר מלמטה. הגדר את המיקסר ל -400 סל"ד והתחל לערבב לאט.
הוסף לתערובת 1.3 גרם זרז פח אוקסלט. התאם את ה-pH בתערובת באמצעות נתרן הידרוקסיד עד שה-pH הוא כ-6.8 עד 7.2. לאחר מכן, אבטח מכסה לכוס והגדל את סיבוב הציר ל -500 סל"ד.
שמרו על זה במשך 24 שעות במהלך השעתיים הראשונות. לפרק ידנית כל הצטברות של בדיל אוקסלט שמתפתחת. בתום 24 שעות, יש תנור שחומם מראש ל -35 מעלות צלזיוס.
מוציאים את הציר מהמיקסר ומכניסים לתנור. השאירו אותו לייבוש למשך הלילה. לאחר שמונה שעות ייבוש לפחות, הוציאו את הציר מהתנור, פרקו את הסיבים מהציר.
הסר את עודפי הזרז מהסיבים. ייצור יחידת חילופי הגזים המיקרו-וסקולרית מתחיל בהשגת זוג לוחות דפוס פליז חתוכים בלייזר עם התבנית המיקרו-וסקולרית הרצויה. הדביקו את הלוחות על מחזיקי קליפסים.
חותכים אורך 10 אינץ' של סיבים מזורזים לכל ערוץ מיקרו. השתמש בצלחת חתוכה לקוטר הסיבים כדי להסיר את כל הזרז שנותר מהסיבים. השתמש בקצה אקדח דבק חם כדי לחדד את שולי הסיב.
עשה זאת על ידי הוצאה איטית של קצות הסיבים. לאחר שתסיים, השחילו את הסיבים דרך חורים תואמים בזוגות לוחות דפוס הפליז. לאחר מכן, הברג את הצלחות על קופסת דפוס.
וודא שהסיבים אינם מעוותים בעת חיבור הצלחות. לאחר מכן חוט את קצות הסיבים דרך יתדות הכוונון של לוח המתיחה המותאם אישית מתח את סיבי ה- PLA עד למתיחה. היזהר לא למתוח יתר על המידה ולהצמיד את הסיבים.
הסר חלקיקים עודפים מתבנית הסיבים באמצעות אוויר דחוס. כעת מערבבים בסיס פולי דימתיל שין עם חומר הריפוי שלו ביחס נפח של 10 לאחד, מניחים את התערובת בצנצנת ייבוש. הסר את התערובת למשך 10 דקות תחת ואקום.
יוצקים את תערובת ה-PDMS לקופסת הדפוס, אך לא ישירות על הסיבים. השתמש במחט בגודל 26 כדי להסיר בועות בקופסת הדפוס או בין הסיבים. לאחר שתסיים, רפאו את המכלול ב-85 מעלות צלזיוס למשך 30 דקות.
כאשר הקופסה מתקררת, שחררו את לוחות הפליז מקופסת הדפוס, והקפידו לא לכופף את הצלחות או למשוך חזק מדי. הסר את השלב הראשון הנרפא מקופסת הדפוס. השתמש במחט היפודרמית עם מד שהוא לפחות פי שניים מהקוטר החיצוני של הסיבים כדי לנקב חורים במכסה קצה RTV עם מחט במקום חוט סיבים דרך החור.
ואז הסר את המחט. דפוס החור צריך להיות דומה לצלחת דפוס הפליז, אך פרוש באופן נרחב יותר. לאחר מכן, מהדקים את מכסי הקצה לקופסת דפוס גדולה יותר.
יוצקים שלב שני של PDMS ומסירים את כל בועות הגז שנותרו. שוב, נרפא 85 מעלות צלזיוס למשך 30 דקות. לאחר הריפוי השני, חותכים את כל סיבי ה- PLA העודפים מהדגימה.
הכניסו אותו לתנור ואקום בחום של 210 מעלות צלזיוס למשך 24 שעות או עד שרוב סיבי ה-PLA פונו. אם לא ניתן להסיר PLA כלשהו, הזריק מיליליטר אחד של כלורופורם כדי להמיס את מה שנשאר בתעלות המיקרו. זה משלים את ייצור היחידה.
הליך זה מספק שיטה לייצור מבנים מיקרו-וסקולריים בשרף כפי שניתן לראות ביחידת חילופי הגז. מוצג בחלק העליון. בפינה השמאלית התחתונה מופיע פרט של קטע מהמבנה.
צבעים שימשו לבהירות חזותית. מימין התבנית המשושה של חורים של 200 מיקרון ו-300 מיקרון המשמשים ליצירת תעלות המיקרו. תעלות המיקרו חלולות לחלוטין וניתן להפריד אותן בפחות מ-50 מיקרון.
מבנה הרשת המיקרו-וסקולרית מוגבל רק על ידי המבנים שיכולים להיווצר על ידי סיבי הקורבן. יתכן שגם נזילות וגם תקעים יופיעו בתוך ערוצי המיקרו. בצד שמאל של יחידת חילופי גז זו נמצא תקע.
לעתים קרובות ניתן להסיר אותם עם ממס. בצד ימין יש דוגמה לדליפה. אלה נוצרים כאשר סיבי ההקרבה אינם מנוקים ביסודיות או מתוחים היטב לאחר שליטה, ניתן לבצע טכניקה זו תוך 45 דקות ליצירת סיבים ו-60 דקות לייצור יחידות מיקרו-וסקולריות.
לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להבין היטב כיצד לגרום לסיבי הקרבה ליצור דפוס תלת מימדי, ולפתור את התהליך העצום.
צפו בתמליל המלא וקבלו גישה לאלפי סרטונים מדעיים
סקירה כללית
תהליך האידוי של רכיב קורבני (VaSC) משמש לייצור מבני מיקרו-כלי דם תלת-ממדיים. שיטה חדשנית זו משתמשת בסיבי חומצה פולי (לקטית) קורבניים ליצירת מיקרו-תעלות חלולות, עם מיקום גיאומטרי מדויק המושג באמצעות לוחות הנחיה ממוחשבים בלייזר.
רכיבי מחקר עיקריים
תחום המדע
- מדעי המוח
- חומרים ביולוגיים
- מיקרו-ייצור
רקע
- הצורך במערכות מיקרו-כלי דם מתקדמות ביישומים שונים.
- חשיבות המיקום הגיאומטרי המדויק במייקרו-ייצור.
- שימוש בחומרים קורבניים ביצירת מבנים מורכבים.
- יישומים בהחלפת חום, העברת חומרים ומערכות ריפוי עצמי.
מטרת המחקר
- לפתח שיטה אמינה לייצור מבני מיקרו-כלי דם.
- לשפר את הפונקציונליות של המיקרו-תעלות ליישומים שונים.
- לחקור את הפוטנציאל של תהליך VaSC בהנדסה ביו-רפואית.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- יצירת סיבים קורבניים על ידי שילוב של חומצה אוקסלית סנפטית בחומצה פולילקטית.
- תבנית תלת-ממדית של סיבים באמצעות לוחות תבנית.
- יציקת סיבים בשרף מוביל.
- פינוי סיבים מהשרף תחת חום ואקום.
תוצאות עיקריות
- ייצור מוצלח של מיקרו-תעלות חלולות עם גיאומטריה מדויקת.
- הוכחת הרב-תכליתיות של המערכת המיקרו-כלית.
- יישומים פוטנציאליים בתחומים שונים כולל הנדסה ביו-רפואית.
- אימות של תהליך VaSC למחקר ופיתוח עתידיים.
מסקנות
- תהליך VaSC יעיל ליצירת מבני מיקרו-כלי דם.
- ניתן להשתמש במיקרו-תעלות ליישומים מגוונים.
- שיטה זו פותחת דרכים חדשות למחקר במיקרו-ייצור וחומרים ביולוגיים.
שאלות נפוצות
Executive Industry Relevance
The Vaporization of a Sacrificial Component (VaSC) process enables scalable fabrication of three-dimensional microvascular structures with precise geometric control. This capability addresses a critical challenge in replicating complex vascular architectures for advanced biomaterials and tissue engineering. The method supports high-fidelity mass transport systems, directly impacting early discovery and translational research pipelines.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables construction of physiologically relevant microenvironments for hypothesis-driven studies.
- Supports functional validation of vascularized tissue models for mechanistic de-risking.
- Facilitates exploration of structure-function relationships in engineered matrices.
Screening & Assay Development
- Provides reproducible microchannel arrays for standardized compound perfusion assays.
- Enables quantitative assessment of mass transport and exchange in synthetic systems.
- Supports scalable preparation of assay-ready platforms for high-throughput workflows.
Translational & Preclinical Research
- Aligns engineered microvascular networks with disease-relevant tissue models.
- Maintains continuity from discovery-stage validation to preclinical evaluation of biomaterials.
- Reduces translational risk by enabling predictive in vitro testing of vascularized constructs.
Pipeline & Workflow Integration
The VaSC process integrates from early discovery through preclinical model development, supporting both hypothesis testing and assay standardization.
- Discovery Biology: Enables controlled testing of vascularization hypotheses in engineered matrices.
- Screening: Delivers reproducible, quantitative microchannel platforms for compound evaluation.
- Analytics: Provides measurable outputs for comparing mass transport and channel integrity.
- Translational Research: Bridges in vitro model development with preclinical biomaterial validation.
- Enterprise Reuse: Offers a modular fabrication capability adaptable to diverse R&D needs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in engineered tissue models and vascularized systems.
- Operational Value: Standardizes fabrication of complex microstructures for reproducible research.
- Strategic Value: Improves go/no-go decision-making by reducing ambiguity in model performance.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of biomaterial and tissue engineering programs.
Implementation Considerations
- Requires specialized manual dexterity and visual awareness for fiber handling.
- Needs access to micromachined patterning plates and tensioning devices.
- Demands cross-team standardization for reproducible microchannel fabrication.
- Adaptable to various matrix materials and fiber topologies as supported by the process.
- Potential for leaks or plugs necessitates troubleshooting and quality control steps.
