Processo di creazione di microstrutture tridimensionali mediante vaporizzazione di un componente sacrificale

L'obiettivo generale di questa procedura è quello di fabbricare strutture microvascolari tridimensionali. Ciò si ottiene creando prima fibre sacrificali incorporando lo stagno due ossalato nelle fibre di acido polilattico. Il secondo passo consiste nel modellare le fibre tridimensionalmente utilizzando piastre di modellazione.

Successivamente, le fibre vengono fuse in una resina da inclusione. Il passaggio finale consiste nell'evacuare le fibre dalla resina sotto calore e vuoto. In definitiva, il sistema microvascolare può essere utilizzato per molti scopi, tra cui lo scambio di calore, il trasporto di massa e i sistemi di autoguarigione.

In generale, le persone che non conoscono questo metodo avranno difficoltà a causa del grado di destrezza manuale e la consapevolezza visiva necessaria per lavorare con le fibre è elevata. La dimostrazione visiva di questo metodo è fondamentale in quanto il trattamento chimico delle fibre e l'incordatura delle piastre del modello sono difficili da imparare perché richiedono coordinazione occhio-mano e attrezzature specializzate. Avvia il processo di infusione del catalizzatore di fibre con un fuso personalizzato e una fonte di fibre di acido polilattico di diametro noto.

Qui, 200 micron. Avvolgere la quantità desiderata di fibre attorno ai tre quarti inferiori del fuso. Riduci la sovrapposizione delle fibre per fornire la massima esposizione della superficie in una bottiglia che può essere sigillata.

Mescolare 400 millilitri di acqua deionizzata con 40 millilitri di disbarico. Uno 30. Chiudere il flacone e agitarlo fino ad ottenere una soluzione omogenea.

Quindi metti un becher da 1000 millilitri a bagnomaria a 37 gradi Celsius. Versare 400 millilitri di trifluoroetanolo nel becher. Aggiungere la soluzione di disperdente d'acqua al becher e mescolare fino a ottenere un composto uniforme.

Aggiungere un grammo di verde malachite o altro colorante alla miscela e mescolare fino a quando non si sarà sciolto. Ora, collega il mandrino al mixer digitale e regola l'altezza in modo che il mandrino sia a mezzo pollice dal basso. Impostare il mixer a 400 giri/min e iniziare a mescolare lentamente.

Aggiungere 1,3 grammi di catalizzatore di ossalato di stagno alla miscela. Regolare il pH nella miscela utilizzando idrossido di sodio fino a quando il pH è compreso tra 6,8 e 7,2 circa. Quindi, fissare un coperchio al becher e aumentare la rotazione del mandrino a 500 giri/min.

Mantenerlo per 24 ore entro le prime due ore. Rompere manualmente l'eventuale agglomerato di ossalato di stagno che si sviluppa. Al termine delle 24 ore, fate preriscaldare il forno a 35 gradi.

Togliete il mandrino dall'impastatrice e mettetelo in forno. Lasciarlo asciugare per una notte. Dopo almeno otto ore di asciugatura, togliere il fuso dal forno, srotolare le fibre dal fuso.

Rimuovere il catalizzatore in eccesso dalle fibre. La fabbricazione dell'unità di scambio gassoso microvascolare inizia con l'ottenimento di una coppia di piastre di modellazione in ottone tagliate al laser con il modello microvascolare desiderato. Fissare le piastre sui supporti delle clip.

Tagliare una lunghezza di 10 pollici di fibra catalizzata per micro canale. Utilizzare una piastra tagliata in base al diametro della fibra per rimuovere eventuali residui di catalizzatore dalle fibre. Usa la punta di una pistola per colla a caldo per assottigliare i bordi della fibra.

Fallo estrudendo lentamente le punte delle fibre. Una volta fatto, infilare le fibre attraverso i fori corrispondenti nelle coppie di piastre di modellazione in ottone. Quindi, avvitare le piastre su una scatola di stampaggio.

Assicurarsi che le fibre non siano attorcigliate quando si fissano le piastre. Quindi infilare le punte delle fibre attraverso i pioli di accordatura della tavola di tensionamento personalizzata, tensionare le fibre di PLA fino a renderle tese. Fare attenzione a non tendere eccessivamente e spezzare le fibre.

Rimuovere il particolato in eccesso dal modello di fibre utilizzando aria compressa. Ora mescola la base di polidimetil xina con il suo agente indurente in un rapporto di volume di 10 a uno, metti la miscela in un barattolo essiccante. Degassare la miscela per 10 minuti sotto vuoto.

Versare la miscela PDMS nella scatola di stampaggio, ma non direttamente sulle fibre. Utilizzare un ago calibro 26 per rimuovere eventuali bolle nella scatola di stampaggio o tra le fibre. Una volta terminato, polimerizzare l'assemblaggio a 85 gradi Celsius per 30 minuti.

Quando la scatola si è raffreddata, sganciare le piastre di ottone dalla scatola di stampaggio, facendo attenzione a non piegare le piastre o tirare troppo forte. Rimuovere il primo stadio indurito dalla scatola di stampaggio. Utilizzare un ago ipodermico con un calibro che sia almeno il doppio del diametro esterno delle fibre per praticare i fori in un cappuccio terminale RTV con l'ago in posizione, il filo di fibra attraverso il foro.

Quindi rimuovere l'ago. Lo schema dei fori dovrebbe essere simile alla piastra di modellazione in ottone, ma più ampiamente distribuito. Quindi, fissare i cappucci terminali a una scatola di stampaggio più grande.

Versare un secondo stadio di PDMS e rimuovere eventuali bolle di gas rimanenti. Ancora una volta, polimerizzare a 85 gradi Celsius per 30 minuti. Dopo la seconda polimerizzazione, tagliare le fibre di PLA in eccesso dal campione.

Mettilo in un forno sottovuoto a 210 gradi Celsius per 24 ore o fino a quando la maggior parte delle fibre di PLA non è stata evacuata. Se non è possibile rimuovere il PLA, iniettare un millilitro di cloroformio per sciogliere ciò che rimane nei microcanali. Questo completa la fabbricazione dell'unità.

Questa procedura fornisce un metodo per fabbricare strutture microvascolari in resina, come si vede nell'unità di scambio gassoso. Mostrato in alto. In basso a sinistra c'è un dettaglio di un segmento della struttura.

I coloranti sono stati utilizzati per la chiarezza visiva. A destra c'è il modello esagonale di fori da 200 micron e 300 micron utilizzati per creare i micro canali. I microcanali sono completamente cavi e possono essere separati da meno di 50 micron.

La struttura della rete microvascolare è limitata solo dalle strutture che possono essere formate dalle fibre sacrificali. È possibile che all'interno dei microcanali compaiano sia perdite che tappi. Sul lato sinistro di questa unità di scambio di gas c'è una spina.

Questi possono spesso essere rimossi con un solvente. Sul lato destro c'è un esempio di perdita. Questi si formano quando le fibre sacrificali non sono accuratamente pulite o ben tese Una volta padroneggiata, questa tecnica può essere eseguita in 45 minuti per la creazione di fibre e 60 minuti per la fabbricazione di unità microvascolari.

Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come fare in modo che le fibre sacrificali creino un modello tridimensionale e risolvano il vasto processo.