ייצור של תבניות ייצרו מראש חזקות סיבים טבעיים ניצול קטריאלי תאית כמו בינדר

המטרה הכוללת של הליך זה היא ליצור תבניות סיבים טבעיים חזקים וקשיחים באמצעות תאית חיידקית כקלסר ולייצר חומרים מרוכבים היררכיים מתחדשים באמצעות תהליך ייצור מרוכבים קונבנציונאלי. זה מושג על ידי יצירת תרחיף של תאית חיידקית במים. השלב השני הוא פיזור הסיבים הטבעיים הקצרים הרופפים לתוך תרחיף התאית החיידקית.

לאחר מכן, מתלה תאית חיידקי סיבים טבעיים שנוצר מסנן כדי להסיר את עודפי המים. השלב האחרון הוא איחוד וייבוש עוגת המסנן ליצירת תבנית סיבים חזקה וקשיחה. בסופו של דבר, ניתן להחדיר את תבנית הסיבים הזו עם שרף נוזלי כדי ליצור חומרים מרוכבים מתחדשים מחוזקים בסיבים טבעיים מחוזקים בתאית חיידקית בעלת ביצועים גבוהים.

הדגמה של הליך זה תהיה mata, Kang ו-C.לפני שתתחיל בהליך זה, מדוד את כמות תאית חיידקית רטובה השווה ל-18 גרם תאית חיידקית יבשה ממסה רטובה עד יבשה שנקבעה מראש של תאית חיידקית. לאחר מכן, חותכים את פלטות התאית החיידקיות הרטובות לחתיכות קטנות של כסנטימטר עד שני סנטימטרים בעזרת מספריים חדים. לאחר החיתוך, יש להשרות את פלות התאית החיידקיות בליטר מים כדי להרטיב אותן.

הזינו את פלות התאית החיידקיות החתוכות לבלנדר והוסיפו 300 עד 500 מיליליטר מים כך שתהליך המיזוג יעבור בצורה חלקה. לאחר מכן מערבבים את הלס במשך שתי דקות. בסיום, שפכו את התאית החיידקית המעורבת למיכל של 15 ליטר והוסיפו מים עד שנפח המים הכולל הוא 14 ליטר, מה שנותן ריכוז תאית חיידקית במים של 0.1 משקל לאחוז נפח.

לאחר מכן, חותכים 72 גרם סיבים בגודל רופף לסיבים באורך סנטימטר עד שניים ומוסיפים אותם לתרחיף התאית החיידקית. מערבבים בעדינות את התרחיף בעזרת מרית כדי להבטיח פיזור הומוגני של סיבי סיסל בתרחיף התאית החיידקית. בשלב זה, מלאו את הסדין במים נטולי יונים עד שמפלס המים יגיע לחוט הגיבוי.

הנח חוט ליצירת מתכת בגודל 50 רשת על חוט הגיבוי שבמרכזו בסיס תבנית היריעות, סגור ונעל את תבנית היריעות. לאחר מכן מוסיפים מים מתוקים נוספים עד שהחוט היוצר שקוע במים. שופכים את תרחיף התאית החיידקית של סיבי הסיסל המוכנים לתבנית הסדין.

מערבבים בעדינות את המתלה בעזרת המרית כדי להבטיח שגודל הסיבים יתפזר בצורה הומוגנית בכל התבנית. לאחר מכן, פתח את שסתום הניקוז לניקוז המים, מה שיביא להיווצרות עוגת פילטר רטובה של סיבי סיסל ותאית חיידקית על החוט היוצר. מיד לאחר ניקוז המים, פתח את תבנית היריעות והסר את החוט היוצר.

הניחו את החוט היוצר על פיסת נייר סופג. לאחר מכן הניחו שלושה ניירות ספיגה נוספים על החלק העליון של עוגת המסנן, ואחריהם צלחת מתכת. לאחר מכן, הפוך את עוגת המסנן עם החוט היוצר.

כעת מול החלק העליון, הסר אותו והניח שלושה ניירות ספיגה נוספים ישירות על גבי עוגת המסנן, ואחריהם צלחת מתכת. הניחו משקולת של 10 קילוגרם על גבי לוחית המתכת כדי לסחוט את המים החוצה. כאשר ניירות הספיגה ספוגים במלואם, החליפו אותם בניירות ספיגה טריים ולחצו שוב על עוגת הסינון במשקל של 10 קילוגרם.

לאחר החלפת ניירות הספיגה בפעם האחרונה, בצע לחיצה אחרונה של טון אחד במכבש חם כדי לאחד את פרפורם הסיבים. מחממים את המכבש החם עד 120 מעלות צלזיוס כדי לסייע באידוי שאריות מים. לאחר ארבע שעות, הפחיתו את טמפרטורת המכבש החם לטמפרטורת החדר והסירו את הפרפורם לאחר שהתקרר.

הנח סרט רגיש ללחץ סביב ההיקף של ההתקנה הפנימית והחיצונית. בעקבות מקום זה, ה-preform על גבי צד הכלים, המורכב מבד שחרור זכוכית מצופה PTFE או פוליטטרפלואורואתילן שאינו נקבובי. מכסים את הפרפורם בבד שחרור זכוכית מצופה PTFE נקבובי, הידוע גם בשם רובד קליפה, ואחריו מדיום זרימה נקבובי.

מקם את צינורות האומגה בכניסת ויציאת השרף המיועדת של עירוי השרף בסיוע ואקום או הגדרת ורי. ודא שצינורות האומגה ממוקמים על גבי מדיום הזרימה הנקבובי כדי לאפשר לשרף להתפזר לתוך מערך השונות במהלך העירוי, הכנס את צינורות הזנת השרף ויציאת השרף לפתחי צינורות האומגה. לאחר מכן מכסים את ההתקנה בסרט שקיות מבוסס פולימר פלואורו אתילן ואטמו אותו באמצעות סרט רגיש ללחץ.

הנח לוחית מתכת על גבי השקית הפנימית שבה מקדימה הסיבים ואחריה פיסת בד לנשימה. לאחר שצינור הזנת השרף נאטם, מקם את הקצה השני של צינור יציאת השרף על גבי בד הנשימה. לאחר זיהוי המיקום שבו צריך להיות שסתום הוואקום דרך השקית, הנח את החלק התחתון של השסתום על גבי בד הנשימה.

הניחו סרט שקיות ואקום על גבי השקית הפנימית ואטמו אותו. לאחר מכן הניחו את הצלחת על סרט האיטום להשלמת האיטום. חותכים X קטן על סרט שקיות הוואקום שבו נמצאת החלק התחתון של השסתום ומבריגים פנימה את החלק העליון כדי להשלים את השקית דרך.

שסתום ואקום. חבר את אביזר החיבור המהיר והחל ואקום. לאחר מכן בדוק אם יש נזילות ואקום.

לאחר מכן, הכינו את השרף על ידי ערבוב האפוקסי והמקשה ביחס משקל של 100 עד 19. הסר את השרף בלחץ מופחת כדי להסיר את כל מלכודות בועות האוויר במהלך ערבוב שרף האפוקסי והמקשה. לאחר שנקבע שעצם ההתקנה נטולת דליפה, הזינו את השרף דרך הצינור המחובר לצינור האומגה, וודאו שהשרף מוזן לאט, כך שיהיה לו זמן לספוג לתוך תבנית הסיבים.

אפשר לשרף לזרום החוצה מצינור יציאת השרף ולהיספג בבד הנשימה עד שלא ניתן להבחין בבועות אוויר היוצאות מצינור היציאה. לבסוף, אטמו את צינור היציאה ואפשרו לשרף להתרפא במשך 24 שעות בטמפרטורת החדר, ולאחר מכן שלב לאחר ריפוי ב-50 מעלות צלזיוס למשך 16 שעות ללא קלסר תאית חיידקית. סיבי הסיסל הרופפים הקצרים מוחזקים יחד רק על ידי חיכוך והסתבכות בין הסיבים.

כתוצאה מכך, פרפורם זה רופף ואינו מסוגל לתמוך במשקל רב. מוצג כאן תצורת סיבי סיסל ללא תאית חיידקית. כקלסר עם עומס המופעל במצב כיפוף של שלוש נקודות, ניתן לראות את הפרפורם רופף למדי, וכאשר מופעל עומס על ידי הוספת 40 גרם מים לכוס הפוליפרופילן, הפרפורם מתחיל לסטות בצורה חמורה.

עם זאת, כאשר 28% מהתאית החיידקית שימשה כחומר מקשר לסיבי הסיסל הקצרים והרופפים הללו, נוצר פרפורם סיבים קשיח. פרפורם זה יכול לעמוד בעומס של פוליפרופילן מלאה במשקל 170 גרם ללא כל סטייה משמעותית. מיקרוגרפי אלקטרונים סורקים של תבנית סיבי סיסל תאית חיידקית טיפוסית מוצגים כאן.

ניתן לראות תאית חיידקית המכסה את פני השטח של סיבי הסיסל. השפעה זו נובעת מהאופי ההידרופילי של סיבי סיסל. האופי ההידרופילי של סיבי סיסל סופג שאיבת מים בתאית החיידקית המתפזרת במדיום.

מכיוון שתאית חיידקית גדולה יותר מהנקבוביות של סיבים טבעיים, הם לא הצליחו לחדור לסיבים. במקום זאת, הם סוננו על פני השטח של סיבי סיסל וכדי ליצור שכבה של ציפוי תאית חיידקי כאשר הסיבים התייבשו. הביצועים המכניים של תבניות סיבים אלה במתח מפורטים כאן בשל האופי הנקבובי של תבניות הסיבים עם נקבוביות של כ-70%חוזק המתיחה של הפרפורם אינו מוגדר היטב.

לכן, כוח המתיחה ומדד המתיחה של הדגימה מסודרים. כוח מתיחה ואינדקס מתיחה של 12.1 קילו ניוטון למטר ו-15 ניוטון מטר לגרם נמדדו בהתאמה כאשר 20 אחוז משקל של תאית חיידקית שימשו כקלסר. עם זאת, תכונות המתיחה של תבניות סיבי סיסל מסודרות לא היו ניתנות למדידה מכיוון שתבנית הסיבים רופפת.

הטכניקה שלנו סללה את הדרך למדעני ומהנדסי חומרים לחקור את השימוש בחוקי תאי ננו בפיתוח חומרים מרוכבים מתחדשים היררכיים בעלי ביצועים גבוהים.