Name: Tecnica di imaging frugale del flusso capillare attraverso polveri di stampa polimerica tridimensionale (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-10-04T14:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 1 s
Description: Scopri una tecnica di imaging frugale e non invasiva per visualizzare il flusso fluido attraverso letti di polvere polimerica compattata. Questo metodo offre alta risoluzione spaziale e temporale con celle di flusso riutilizzabili e economiche.

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

1. Preparazione della cella a flusso microfluidico
NOTA: Per questo protocollo, verrà utilizzata una cella di flusso microfluidica commerciale. Utilizzando un prodotto commerciale progettato per la penetrazione della luce da un microscopio ottico, qualsiasi problema relativo all'illuminazione in campo chiaro dei supporti sarà ridotto al minimo.
<ol><li>Iniziare a preparare la cella di flusso microfluidica coprendo l'uscita con parafilm per sigillare un'estremità del canale in modo che la cella di flusso vuota possa essere imballata con polvere polimerica. Prima di iniziare l'esperimento, verificare che il canale microfluidico sia pulito e asciutto.<ol><li>Fissare il righello di carta metrica direttamente sotto il canale di flusso.</li>
		<li>Pesare la cella di flusso microfluidica con il parafilm e il righello collegati. La massa della cella di flusso è la massa della cella di flusso non imballata (mu).</li>
	</ol></li>
</ol>2. Imballaggio della polvere nel canale
<ol><li>Quando si imballa la polvere, utilizzare un pipet di plastica per trasferire la polvere. Si noti che le particelle possono aderire all'esterno della punta del pipet, che è il risultato della tribocarica.<ol><li>Durante l'introduzione della polvere nel canale, toccare la cella di flusso almeno cinque volte per compattare la polvere. Continuare l'imballaggio fino a quando la polvere raggiunge l'inizio dell'apertura del canale di flusso. NOTA: La maschiatura compatta la polvere all'interno del canale con l'obiettivo di fornire uno strumento diagnostico riproducibile. Per alcune applicazioni, questo sforzo può essere un livello superiore, inferiore o equivalente di compattazione della polvere rispetto alla compattazione osservata nell'applicazione di interesse. Se ci sono problemi con la riproducibilità della spillatura o con la polvere di imballaggio all'interno dell'applicazione, prendere in considerazione l'esecuzione di ASTM D7481-1820.</li>
		<li>Rimuovere la polvere presente sulla superficie esterna della cella di flusso con una salvietta imbevuta di alcool. NOTA: Alcuni tipi di particelle possono essere idrofobici, quindi l'acqua potrebbe non rimuovere bene le particelle.</li>
	</ol></li>
	<li>Una volta imballate le polveri, ispezionare visivamente la cella di flusso per la presenza di polvere confezionata liberamente. Se la polvere all'interno della cella di flusso appare compatta liberamente (Figura 1), toccare la cella di flusso altre cinque volte. Se l'impacchettamento della polvere appare coerente e compatto, pesare la cella di flusso per misurare la massa della polvere polimerica (m p- mu; vedere Equazione 1).<ol><li>Calcolare la densità di impacchettamento sfuso (ρ) utilizzando la differenza tra la massa della cella di flusso non imballata (m u) e imballata (mp) e dividendola per il volume della cella di flusso. Il volume della cella di flusso è quindi noto [lunghezza (l): 50 mm, larghezza (w): 5 mm, profondità canale (h): 0,8 mm]. <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/63494/63494eq01.jpg" style="margin: auto;">     Eq 1</li>
		<li>Verificare che la densità di imballaggio sia compresa tra 0,45 g/ml e 0,55 g/ml per le polveri polimeriche 2,3,4,21. Lasciare le celle di flusso nella cappa aspirante fino al completamento delle fasi 3 e 4. ATTENZIONE: Le particelle con un diametro inferiore a 10 μm possono penetrare nei polmoni e potenzialmente entrare nel flusso sanguigno, il che può causare problemi di salute legati al sistema polmonare e cardiovascolare. Le polveri polimeriche utilizzate in questo esperimento hanno un diametro delle particelle di circa 50 μm. Pertanto, l'inalazione delle particelle ha meno potenziale di causare problemi di salute, ma particelle più piccole sono presenti anche in distribuzioni granulometriche strette. Per l'ambiente più sicuro, la preparazione delle celle di flusso deve essere effettuata in una cappa aspirante.</li>
	</ol></li>
</ol>3. Preparazione del solvente
<ol><li>Preparare una soluzione al 75% in peso di etanolo in acqua. Si noti che il solvente sarà indicato come il fluido nel resto di questo manoscritto. ATTENZIONE: Assicurarsi che il becher utilizzato per preparare la soluzione sia privo di tensioattivi, poiché i tensioattivi influiranno sui risultati.</li>
</ol>4. Preparazione del tavolo a luce bianca
<ol><li>Per evitare di inondare il rilevatore (telecamera) con troppa luce, coprire il tavolo luminoso con un materiale opaco, come una copertura stampata in 3D in filamento di acido polilattico nero (PLA) (Figura supplementare 1). Assicurarsi che il materiale abbia un'apertura delle dimensioni del microcanale (5 mm x 55 mm) per consentire alla luce di illuminare la polvere. NOTA: troppa luce significa che lo schermo o il monitor della fotocamera apparirà bianco e il microcanale non sarà visibile. Pertanto, il rilevatore non sarà in grado di focalizzare la lente sul microcanale.</li>
	<li>Per garantire che la fotocamera del dispositivo mobile sia in grado di catturare il contrasto tra la polvere bagnata e quella asciutta, utilizzare il tavolo luminoso a un'intensità luminosa da bassa a media. NOTA: l'alta intensità luminosa è al 100%. Le altre due impostazioni sono relative all'alta intensità luminosa; L'impostazione per bassa intensità luminosa è a ~ 30% e l'intensità luminosa media è a ~ 65%.</li>
	<li>Allineare la fotocamera sul dispositivo mobile direttamente sopra il tavolo luminoso. Verificare che la fotocamera sia perpendicolare alla parte superiore del tavolo luminoso (Figura 2).</li>
	<li>Orientare la fotocamera sul dispositivo mobile in modo che l'asse lungo del dispositivo mobile sia allineato con l'asse più lungo della cella di flusso.</li>
</ol>5. Avvio dell'esperimento
<ol><li>Posizionare la cella di flusso sul tavolo luminoso e mettere a fuoco la fotocamera sul dispositivo mobile sul canale di flusso. NOTA: per risultati ottimali, uno spazio di registrazione più scuro (illuminazione dall'alto ridotta) fornisce in genere una migliore risoluzione dell'immagine. Se non è disponibile uno spazio buio, ridurre al minimo i cambiamenti nell'illuminazione dall'alto (luci accese, spente o attenuate) durante la registrazione dovrebbe migliorare i segnali grafici e ridurre al minimo il rumore indesiderato nell'esperimento.</li>
	<li>Dopo aver messo a fuoco la fotocamera sul dispositivo mobile, selezionare il pulsante di registrazione. Aggiungere 125 μL di fluido all'ingresso aperto del microcanale utilizzando un pipet.</li>
	<li>Registrare il flusso per 2 minuti o fino a quando tutta la polvere è bagnata visibilmente.</li>
</ol>6. Analisi dei dati
<ol><li>Trasferire il file video dal dispositivo mobile al computer per un facile accesso. Si noti che i video superiori a 2 minuti potrebbero non essere caricati nel software in questo momento, poiché la dimensione del file può essere eccessivamente grande.</li>
	<li>Scarica Tracker, un software gratuito dal sito web di Physlets22. Questo software può tenere traccia della posizione, della velocità e dell'accelerazione nei seguenti file video: .mov, .avi, .mp4, .flv, .wmv, ecc. Per i seguenti passaggi, fare riferimento a File supplementare. NOTA: per gli utenti Mac, installare la versione più recente del software affinché il software funzioni correttamente. Inoltre, gli utenti Mac potrebbero richiedere un motore video (Xuggle), file GIF animati (.gif) o sequenze di immagini costituite da una o più immagini digitali (.jpg, .png o incollate dagli appunti).</li>
	<li>Una volta installato il software, apri il software Tracker. Dal menu File , selezionare Apri file per caricare il file video trasferito dal passaggio 6.1 sul desktop del computer.</li>
	<li>Fate clic sull'icona Impostazioni clip , simile alla striscia pellicola, per definire il fotogramma iniziale e la dimensione del passo. NOTA: posizionando il mouse su un'icona si identifica l'icona.<ol><li>Definite il fotogramma iniziale. Il frame di partenza è definito come il fotogramma in cui si osserva il primo contrasto (il contrasto tra la polvere umida e secca).</li>
		<li>Impostare la dimensione del passo. Step Size si riferisce alla dimensione del passo del fotogramma, che il software analizzerebbe. Da esperimenti precedenti, la dimensione ottimale del passo è 10.</li>
	</ol></li>
	<li>Fare clic sullo strumento di calibrazione, l'icona con il righello blu, a destra del pulsante Impostazioni clip . Da Nuovo, selezionare Calibration Stick.</li>
	<li>Per ingrandire il righello nel video, fai clic con il pulsante destro del mouse sull'area da ingrandire e seleziona Zoom avanti dall'elenco. Una volta ingrandito in modo appropriato, definire l'inizio e la fine di 1 mm sul righello fissato al microcanale e digitare 1 mm per definire la distanza.</li>
	<li>Fate clic sullo strumento Asse coordinate (Coordinate Axis Tool), ovvero l'icona viola, a destra dello strumento di calibrazione. Impostate l'Origine per gli assi x e y, utilizzando il fotogramma iniziale durante questo passaggio.</li>
	<li>Per definire il punto iniziale di analisi, create una massa puntiforme. Fare clic su Crea, quindi selezionare Massa puntuale. Utilizzare Maiusc + Controllo per modificare le dimensioni del rettangolo. Il punto iniziale è dove l'ingresso e il canale si connettono. NOTA: il rettangolo indica il dominio, definito dall'utente, che il software eseguirà la scansione per trovare la polvere umida e secca contrastante. Il limite consente all'utente di definire la regione in cui verrà osservato il punto iniziale.<ol><li>Fare clic su Cerca avanti un paio di volte per verificare che il software stia analizzando l'area corretta. Se il software funziona correttamente, fare clic su Cerca e attendere che il software finisca di analizzare il video. Se il software non riesce a trovare automaticamente un'intensità dell'immagine corrispondente dal fotogramma precedente al fotogramma corrente, il software si fermerà e attenderà che l'utente ridefinisca l'area di ricerca. NOTA: Per la riproducibilità e la capacità di confrontare diversi risultati sperimentali, scegliere il punto più veloce o più lento del fronte del flusso fluidico (regione di contrasto tra la polvere bagnata e secca) per ogni campione.</li>
		<li>Se viene osservato un errore di analisi sui dati tracciati in tempo reale sul lato destro della schermata Tracker, fare clic sul punto dati una volta sul passaggio precedente al punto dati errato. Nella schermata principale, modificare la posizione dell'area di ricerca rettangolare rossa per cercare la regione di interesse e ripetere il passaggio 6.8.1. NOTA: se esiste un errore, fare clic con il pulsante destro del mouse sul punto dati impreciso e deselezionare il punto per ulteriori analisi.</li>
	</ol></li>
	<li>Una volta completata l'analisi, copia e incolla i risultati in un foglio di calcolo. I risultati salvati nel foglio di calcolo comprendono i dati relativi alla distanza e al tempo.</li>
	<li>Tracciare i dati copiati nel foglio di calcolo come la distanza di trasporto del fluido attraverso il letto di polvere in funzione del tempo.</li>
</ol>

<ol><li>Redwood, B., Schoffer, F., Garret, B. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aRedwood%2C+B+%22The+3D+Printing+Handbook%22">The 3D Printing Handbook</a>. , 3D HUBS. Amsterdam, NL. (2018).</li>
<li>Chaffins, S., Holden, A., Donovan, K. J., Hinch, G. Three dimensional printing, Patent ID: 20210087418. , Available from: 
 <a target="_blank" href="https://uspto.report/patent/app/20210087418">https://uspto.report/patent/app/20210087418</a> (2021).</li>
<li>Emamjomeh, A., et al. Three dimensional printing, Patent ID: 20210095152. , Available from: 
 <a target="_blank" href="https://uspto.report/patent/app/2021009515.2">https://uspto.report/patent/app/2021009515.2</a> (2021).</li>
<li>Chaffins, S., Holden, A., Donovan, K. J., Midrez, N., Hinch, G. Three dimensional printing, Patent ID: 20210107216. , Available from: 
 <a target="_blank" href="https://uspto.report/patent/app/20210107216#C00011">https://uspto.report/patent/app/20210107216#C00011</a> (2021).</li>
<li>Petosa, A. R., Brennan, S. J., Rajput, F., Tufenkji, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transport+of+two+metal+oxide+nanoparticles+in+saturated+granular+porous+media%3A+Role+of+water+chemistry+and+particle+coating%5BTitle%5D)+AND+%22Water+Research%22%5BJournal%5D)">Transport of two metal oxide nanoparticles in saturated granular porous media: Role of water chemistry and particle coating.</a> Water Research. 46 (4), 1273-1285 (2012).</li>
<li>Giordano, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effective+medium+theory+for+dispersions+of+dielectric+ellipsoids%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Electrostatics%22%5BJournal%5D)">Effective medium theory for dispersions of dielectric ellipsoids.</a> Journal of Electrostatics. 58 (1-2), 59-76 (2003).</li>
<li>Toloni, I., Lehmann, F., Ackerer, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modeling+the+effects+of+water+velocity+on+TiO2+nanoparticles+transport+in+saturated+porous+media%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Contaminant+Hydrology%22%5BJournal%5D)">Modeling the effects of water velocity on TiO2 nanoparticles transport in saturated porous media.</a> Journal of Contaminant Hydrology. 171, 42-48 (2014).</li>
<li>Dang-Vu, T., Hupka, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+porous+materials+by+capillary+rise+method%5BTitle%5D)+AND+%22Physicochemical+Problems+of+Mineral+Processing%22%5BJournal%5D)">Characterization of porous materials by capillary rise method.</a> Physicochemical Problems of Mineral Processing. 39, 47-65 (2005).</li>
<li>Huang, W. E., Smith, C. C., Lerner, D. N., Thornton, S. F., Oram, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Physical+modelling+of+solute+transport+in+porous+media%3A+evaluation+of+an+imaging+technique+using+UV+excited+fluorescent+dye%5BTitle%5D)+AND+%22Water+Research%22%5BJournal%5D)">Physical modelling of solute transport in porous media: evaluation of an imaging technique using UV excited fluorescent dye.</a> Water Research. 36 (7), 1843-1853 (2002).</li>
<li>Zhao, J., Li, H., Cheng, G., Cai, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On+predicting+the+effective+elastic+properties+of+polymer+nanocomposites+by+novel+numerical+implementation+of+asymptotic+homogenization+method%5BTitle%5D)+AND+%22Composite+Structures%22%5BJournal%5D)">On predicting the effective elastic properties of polymer nanocomposites by novel numerical implementation of asymptotic homogenization method.</a> Composite Structures. 135, 297-305 (2016).</li>
<li>Seymour, M. B., Chen, G., Su, C., Li, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transport+and+retention+of+colloids+in+porous+media%3A+Does+shape+really+matter%5BTitle%5D)+AND+%22Environmental+Science+and+Technology%22%5BJournal%5D)">Transport and retention of colloids in porous media: Does shape really matter.</a> Environmental Science and Technology. 47 (15), 8391-8398 (2013).</li>
<li>Ochiai, N., Kraft, E. L., Selker, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Methods+for+colloid+transport+visualization+in+pore+networks%5BTitle%5D)+AND+%22Water+Resources+Research%22%5BJournal%5D)">Methods for colloid transport visualization in pore networks.</a> Water Resources Research. 42 (12), (2006).</li>
<li>Rottman, J., Sierra-Alvarez, R., Shadman, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Real-time+monitoring+of+nanoparticle+retention+in+porous+media%5BTitle%5D)+AND+%22Environmental+Chemistry+Letters%22%5BJournal%5D)">Real-time monitoring of nanoparticle retention in porous media.</a> Environmental Chemistry Letters. 11 (1), 71-76 (2013).</li>
<li>Xing, Y., Chen, X., Chen, X., Zhuang, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Colloid-mediated+transport+of+pharmaceutical+and+personal+care+products+through+porous+media%5BTitle%5D)+AND+%22Scientific+Reports%22%5BJournal%5D)">Colloid-mediated transport of pharmaceutical and personal care products through porous media.</a> Scientific Reports. 6 (1), 1-10 (2016).</li>
<li>Dathe, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+models+for+colloid+retention+in+porous+media+at+the+triple+line%5BTitle%5D)+AND+%22Environmental+Science+and+Pollution+Research%22%5BJournal%5D)">Functional models for colloid retention in porous media at the triple line.</a> Environmental Science and Pollution Research. 21 (15), 9067-9080 (2014).</li>
<li>Zhang, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Investigation+of+nanoparticle+adsorption+during+transport+in+porous+media%5BTitle%5D)+AND+%22SPE+Journal%22%5BJournal%5D)">Investigation of nanoparticle adsorption during transport in porous media.</a> SPE Journal. 20 (4), 667-677 (2015).</li>
<li>Zhang, Q., Karadimitriou, N. K., Hassanizadeh, S. M., Kleingeld, P. J., Imhof, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Study+of+colloids+transport+during+two-phase+flow+using+a+novel+polydimethylsiloxane+micro-model%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Colloid+and+Interface+Science%22%5BJournal%5D)">Study of colloids transport during two-phase flow using a novel polydimethylsiloxane micro-model.</a> Journal of Colloid and Interface Science. 401, 141-147 (2013).</li>
<li>Environmental Protection Agency. Health and environmental effects of particulate matter (PM). EPA. , Available from: 
 <a target="_blank" href="https://www.epa.gov/pm-pollution/health-and-environmental-effects-particulate-matter-pm">https://www.epa.gov/pm-pollution/health-and-environmental-effects-particulate-matter-pm</a> (2021).</li>
<li>Bridge, J. W., Banwart, S. A., Heathwaite, A. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Noninvasive+quantitative+measurement+of+colloid+transport+in+mesoscale+porous+media+using+time+lapse+fluorescence+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Environmental+Science+%26+Technology%22%5BJournal%5D)">Noninvasive quantitative measurement of colloid transport in mesoscale porous media using time lapse fluorescence imaging.</a> Environmental Science & Technology. 40 (19), 5930-5936 (2006).</li>
<li>ASTMInternational. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Standard+test+methods+for+determining+loose+and+tapped+bulk+densities+of+powders+using+a+graduated+cylinder%5BTitle%5D)+AND+%22ASTMInternational%22%5BJournal%5D)">Standard test methods for determining loose and tapped bulk densities of powders using a graduated cylinder.</a> ASTMInternational. , (2018).</li>
<li>Donovan, K. J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aDonovan%2C+KJ+%22Microfluidic+investigations+of+capillary+flow+and+surface+phenomena+in+porous+polymeric+media+for+3D+printing%22">Microfluidic investigations of capillary flow and surface phenomena in porous polymeric media for 3D printing</a>. , Oregon State University. (2019).</li>
<li>Brown, D., et al. 34;Try Tracker Online.&#34; Tracker Video Analysis and Modeling Tool for Physics Education. , Available from: 
 <a target="_blank" href="https://physlets.org/tracker/">https://physlets.org/tracker/</a> (2022).</li>
<li>Janssen, P. H. M., Depaifve, S., Neveu, A., Francqui, F., Dickhoff, B. H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Impact+of+powder+properties+on+the+rheological+behavior+of+excipients%5BTitle%5D)+AND+%22Pharmaceutics%22%5BJournal%5D)">Impact of powder properties on the rheological behavior of excipients.</a> Pharmaceutics. 13 (8), 1198(2021).</li>
<li>Boschini, F., Delaval, V., Traina, K., Vandewalle, N., Lumay, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Linking+flowability+and+granulometry+of+lactose+powders%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Pharmaceutics%22%5BJournal%5D)">Linking flowability and granulometry of lactose powders.</a> International Journal of Pharmaceutics. 494 (1), 312-320 (2015).</li>
<li>Yablokova, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rheological+behavior+of+%CE%B2-Ti+and+NiTi+powders+produced+by+atomization+for+SLM+production+of+open+porous+orthopedic+implants%5BTitle%5D)+AND+%22Powder+Technology%22%5BJournal%5D)">Rheological behavior of β-Ti and NiTi powders produced by atomization for SLM production of open porous orthopedic implants.</a> Powder Technology. 283, 199-209 (2015).</li>
<li>Lumay, G., Fiscina, J., Ludewig, F., Vandewalle, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Influence+of+cohesive+forces+on+the+macroscopic+properties+of+granular+assemblies%5BTitle%5D)+AND+%22AIP+Conference+Proceedings%22%5BJournal%5D)">Influence of cohesive forces on the macroscopic properties of granular assemblies.</a> AIP Conference Proceedings. 1542, 995(2013).</li>
<li>Lumay, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+relative+air+humidity+on+the+flowability+of+lactose+powders%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Drug+Delivery+Science+and+Technology%22%5BJournal%5D)">Effect of relative air humidity on the flowability of lactose powders.</a> Journal of Drug Delivery Science and Technology. 35, 207-212 (2016).</li>
</ol>

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Il protocollo fornito dipende fortemente dalle caratteristiche materiali delle particelle scelte. Le proprietà del materiale che influiscono sul flusso includono la distribuzione granulometrica 2,3,4,5,11,21, la rugosità superficiale delle particelle 11, le proprietà chimiche sulla superficie delle particelle 2,3,4,5,11,16,21,23<...

Il getto di legante a getto d'inchiostro nei supporti in polvere rappresenta una tecnologia importante nella produzione additiva (stampa 3D). Il processo di binder jetting inizia con la deposizione di fluidi funzionali in supporti in polvere utilizzando un processo di stampa a getto d'inchiostro a scansione. In particolare, una testina di stampa a getto d'inchiostro traslata sulla superficie della polvere, depositando l'agente legante liquido su una superficie di polvere e formando così una parte solida in modo stratoper strato 1. Le tecnologie binder jetting basate su getto d'inchiostro includono generalmente sabbia, polveri metalliche e polveri polimeriche. Tuttavia, per espandere lo spazio dei materiali nel getto di legante, è necessario un approccio fondamentale per studiare le interazioni fluido-polvere e polvere-polvere, la tribologia, la densità di impacchettamento della polvere e l'aggregazione delle particelle. In particolare, per le interazioni fluido-polvere, esiste una necessità critica per la capacità di visualizzare il flusso di fluido attraverso i letti di polvere in tempo reale. Questo promette di essere un potente strumento per i ricercatori da includere come tecnica di caratterizzazione e potenzialmente come metodo di screening per diverse combinazioni di fluidi e polveri 2,3,4, nonché sistemi più complessi, come i sistemi di stampa 3D in calcestruzzo che utilizzano metodi a letto di particelle.
Lo sviluppo di nuove tecniche di imaging del trasporto molecolare e colloidale, comprese le nanoparticelle, è un'area attiva di indagine negli studi microfluidici e millifluidici. Sondare le interazioni intermolecolari con tecniche di imaging può essere impegnativo, poiché poco lavoro è stato fatto per sondare questi tipi di interazioni nelle condizioni di flusso di fluido insaturo e instabile. Molti degli studi riportati in letteratura si sono concentrati su mezzi saturi, pre-bagnati, porosi, come la perla di vetro 5,6,7,8,9,10,11,12 e i terreni 13,14,15,16,17,18 . Questa tecnica fornisce un approccio non invasivo, con conseguente alta risoluzione temporale e spaziale 2,3,4,19. Inoltre, la tecnica sviluppata fornisce un nuovo metodo per caratterizzare e quantificare il trasporto di particelle su scala nanometrica e micron in una varietà di mezzi porosi, concentrandosi sulle polveri polimeriche.
La tecnica proposta utilizza un dispositivo mobile per registrare il trasporto fluidico insaturo e instabile attraverso mezzi polimerici porosi con dimensioni delle particelle rappresentative delle polveri utilizzate nei sistemi di stampa 3D che utilizzano tecnologie di fusione fluidica a letto di polvere. Questa tecnica è vantaggiosa in quanto le celle a flusso sono economiche, riutilizzabili, piccole e facilmente gestibili, illustrando gli aspetti dominanti della scienza frugale. La capacità di implementare questi semplici esperimenti in uno studio sul campo è molto semplice, eliminando le complicazioni, i costi e il tempo richiesti nella microscopia ottica. Data la facilità di creazione della configurazione, l'accesso a risultati rapidi e il numero minimo di requisiti di campionamento, questa tecnica è una piattaforma ottimale per lo screening diagnostico.

<table><tbody><tr><td>&micro;-Slide I Luer</td><td>ibidi</td><td>80191</td><td>Cella a flusso microfluidico</td></tr><tr><td>Beaker</td><td>Southern Labware</td><td>BG1000-800</td><td>Vetreria</td></tr><tr><td>CALIBRE 301-58 LT Resina di policarbonato naturale</td><td>TRINSEO LLC</td><td>CALIBRETM 301-58 LT</td><td>Resina di policarbonato naturale</td></tr><tr><td>Etanolo</td><td>Sigma Aldrich</td><td>1.00983</td><td>Cappa a solvente</td></tr><tr><td></td><td>Kewaunee</td><td>Cappe chimiche Supreme Air LV</td><td>Utilizzate con 92 FPM con apertura da 18"</td></tr><tr><td>iPhone 7 più</td><td>Apple</td><td></td><td>Camera</td></tr><tr><td>Materiale stampato</td><td></td><td></td> in 3D opaco <td>Il disegno CAD è fornito nel file supplementare</td></tr><tr><td>ORGASOL&nbsp; 2002 ES 6 NAT 3</td><td>ARKEMA</td><td>A12135</td><td>Poliammide in polvere</td></tr><tr><td>Pipet</td><td>VWR</td><td>10754-268</td><td>Pipetta</td></tr> <tr><td>di trasferimento monousoPipetta</td><td>Globe Scientific Inc.</td><td>3301-200</td><td>Pipetta che può contenere 125 &; micro; L di fluido</td></tr><tr><td>Polistirene</td><td>Advanced Laser Materials, LLC.</td><td>PS200</td><td>Polistirene per sinterizzazione</td></tr><tr><td>Tracker Strumento</td><td></td><td></td> di <td>analisi e modellazione video</td></tr><tr><td>VariQuest 100 White Light Model 3-3700</td><td>FOTODYNE</td><td>&nbsp; 3-3700</td><td>Acqua</td></tr><tr><td></td><td></td><td></td> chiara bianca <td>Acqua distillata</td></tr></tbody></table>

tecnica di imaging frugale del flusso capillare attraverso polveri di stampa polimerica tridimensionale

Frugal Imaging Technique of Capillary Flow Through Three-Dimensional Polymeric Printing Powders

Lo sviluppo di nuove tecniche di imaging del trasporto molecolare e colloidale, comprese le nanoparticelle, è un'area di indagine attiva negli studi microfluidici e millifluidici. Con l'avvento della stampa tridimensionale (3D), è emerso un nuovo dominio di materiali, aumentando così la domanda di nuovi polimeri. In particolare, le polveri polimeriche, con dimensioni medie delle particelle dell'ordine del micron, stanno vivendo un crescente interesse da parte delle comunità accademiche e industriali. Il controllo della sintonizzazione dei materiali su scale di lunghezza da mesoscopica a microscopica crea opportunità per sviluppare materiali innovativi, come i materiali sfumati. Recentemente, è cresciuta la necessità di polveri polimeriche di dimensioni micron, poiché si stanno sviluppando chiare applicazioni per il materiale. La stampa tridimensionale fornisce un processo ad alta produttività con un collegamento diretto a nuove applicazioni, guidando le indagini sulle interazioni fisico-chimiche e di trasporto su mesoscala. Il protocollo discusso in questo articolo fornisce una tecnica non invasiva per visualizzare il flusso di fluidi nei letti di polvere imballati, fornendo un'elevata risoluzione temporale e spaziale sfruttando al contempo la tecnologia mobile prontamente disponibile dai dispositivi mobili, come gli smartphone. Utilizzando un comune dispositivo mobile, i costi di imaging che normalmente sarebbero associati a un microscopio ottico vengono eliminati, risultando in un approccio scientifico frugale. Il protocollo proposto ha caratterizzato con successo una varietà di combinazioni di fluidi e polveri, creando una piattaforma diagnostica per l'imaging rapido e identificando una combinazione ottimale di fluido e polvere.

Nella sezione sull'analisi dei dati, i dati per le immagini time-lapsed nella Figura 3 illustrano la soluzione di etanolo al 75% in peso che si infiltra nella polvere di policarbonato (PC). La fluoresceina è stata aggiunta alla soluzione per migliorare la qualità dell'immagine per questa pubblicazione. Nelle immagini time-lapse, il processo di risoluzione del tempo inizia quando il fluido viene aggiunto all'ingresso. Il tempo, t, inizia non appena il fluido inizia a penetrare nel ca...

La tecnica proposta fornirà un approccio nuovo, efficiente, frugale e non invasivo per l'imaging del flusso fluidico attraverso un letto di polvere imballato, producendo un'elevata risoluzione spaziale e temporale.

Tecnica di imaging frugale del flusso capillare attraverso polveri di stampa polimerica tridimensionale

The development of novel imaging techniques of molecular and colloidal transport, including nanoparticles, is an area of active investigation in ...

La tecnica proposta è un approccio nuovo, efficiente, frugale e non invasivo per l'imaging del flusso fluidico attraverso un letto di polvere impacchettato che produce un'elevata risoluzione spaziale e temporale. Questa tecnica è vantaggiosa in quanto le celle a flusso sono economiche, riutilizzabili, piccole e facilmente maneggevoli, illustrando l'aspetto dominante della scienza frugale. Toccare le polveri e confermare la compattazione della polvere è la chiave per produrre uno strumento diagnostico riproducibile.Per iniziare preparare la cella di flusso microfluidica coprendo l'uscita con perafoam per sigillare un'estremità del canale in modo che la cella di flusso vuota possa essere imballata con polvere polimerica. Fissare il righello di carta metrica direttamente sotto il canale di flusso. Agitare la cella di flusso microfluidica con il perafoam e il righello collegati.La massa della cella di flusso è la massa della cella di flusso non imballata. Utilizzare una pipetta di plastica per trasferire la polvere. Durante l'introduzione della polvere nel canale, toccare la cella di flusso almeno cinque volte per compattare la polvere.Continuare l'imballaggio fino a quando la polvere raggiunge l'inizio dell'apertura del canale di flusso. Rimuovere la polvere presente sulla superficie esterna della cella di flusso con una salvietta imbevuta di alcool. Una volta imballate le polveri, ispezionare visivamente la cella di flusso per la presenza di polvere confezionata liberamente.Se la polvere all'interno della cella di flusso appare imballata liberamente, toccare la cella di flusso altre cinque volte. Se l'imballaggio della polvere appare coerente e compatto, pesare la cella di flusso per misurare la massa della polvere polimerica. Per evitare di inondare il rilevatore della fotocamera con troppa luce, coprire il tavolo luminoso con un materiale opaco come una copertura stampata in 3D in un filamento di acido polilattico nero.Assicurarsi che il materiale abbia un'apertura delle dimensioni del microcanale per consentire alla luce di illuminare la polvere. Per garantire che la fotocamera del dispositivo mobile sia in grado di catturare il contrasto tra la polvere bagnata e quella asciutta, utilizzare il tavolo luminoso a un'intensità luminosa da bassa a media. Allineare la fotocamera sul dispositivo mobile direttamente sopra il tavolo luminoso.Verificare che la fotocamera sia perpendicolare alla parte superiore del tavolo luminoso. Dopo aver messo a fuoco la fotocamera sul dispositivo mobile, selezionare il pulsante di registrazione. Aggiungere 125 microlitri di fluido all'ingresso aperto del microcanale utilizzando una pipetta.Registrare il flusso per due minuti o fino a quando tutta la polvere è bagnata visibilmente. Trasferire il file video dal dispositivo mobile al computer per un facile accesso. Una volta installato il software, apri il software tracker.Dal menu file selezionare Apri file per caricare il file video trasferito sul desktop del computer. Per definire il fotogramma iniziale e la dimensione del passo, fate clic sull'icona delle impostazioni della clip. Quindi fare clic sullo strumento di calibrazione seguito da nuovo e selezionare bastone di calibrazione.Per ingrandire il righello nel video, fai clic con il pulsante destro del mouse sull'area da ingrandire e seleziona zoom avanti dall'elenco. Una volta opportunamente ingrandito, definire l'inizio e la fine di un millimetro sul righello fissato al microcanale e digitare 1 mm per definire la distanza. Fare clic sullo strumento di accesso alle coordinate.Impostate l'origine per gli assi x e y utilizzando il fotogramma iniziale durante l'esecuzione del passo. Per creare una massa puntiforme, fare clic su crea. Quindi selezionare punta il mouse.Utilizzare Maiusc più controllo per modificare le dimensioni del rettangolo. Il punto iniziale è dove l'ingresso e il canale si connettono. Fare clic su Cerca un paio di volte per verificare che il software stia analizzando l'area corretta.Se il software funziona correttamente, fare clic su Cerca e attendere che il software finisca di analizzare il video. I cerchi rossi aperti sulla trama rappresentano l'ora esatta e la distanza delle informazioni compilate. Nell'intervallo da uno a due secondi, la distanza percorsa dal fluido è raddoppiata.Durante l'intervallo da due a cinque secondi, anche la distanza percorsa dal fluido è raddoppiata. Da cinque a 10 secondi, il fluido si muove ancora rapidamente. Tuttavia, dopo 15 secondi la portata rallenta a una velocità di circa due millimetri ogni cinque secondi.La cosa più importante da ricordare quando si partecipa a questa procedura è compattare le polveri. La procedura può essere eseguita per polveri ceramiche e metalliche e ha un alto potenziale per studi geologici sul campo per tracciare il flusso nei sistemi di pattern pack. Questa tecnica ha spianato la strada ai ricercatori per esplorare superfici chimicamente modificate e fluidi carichi di nanoparticelle per osservare l'attaccamento delle particelle.

frugal-imaging-technique-capillary-flow-through-three-dimensional

Research

Ricerca

JoVE Journal

Engineering

Ingegneria

Stampa planare e tridimensionale di inchiostri conduttivi metallici è descritto. Il nostro approccio offre nuove strade per la realizzazione di stampati elettronici, optoelettronici e dispositivi biomedici nei layout insolito alla microscala.

Stampa planare e tridimensionale di inchiostri conduttivi

Un bioprinter stato usato per creare idrogel patterned basato su uno stampo sacrificale. Lo stampo poloxamer stata riempita con un secondo idrogel e quindi eluita, lasciare vuoti che sono stati riempiti con una terza idrogel. Questo metodo utilizza eluizione veloce e buona stampabilità di polossalene di generare architetture complesse di biopolimeri.

La stampa termosensibile Stampi inversa per la Creazione di Patterned idrogeli a due componenti per coltura cellulare 3D

Questa tecnologia di stampa microfluidica 3D stampa array di cellule su superfici sommerse.  Descriviamo come gli array di cellule vengono erogati microfluidicamente in celle a flusso 3D su superfici sommerse.  Stampando su superfici sommerse, sono stati prodotti microarray cellulari che consentono lo screening dei farmaci e la valutazione della citotossicità in una moltitudine di aree.

La stampa Sommerso di celle su una superficie modificata utilizzando un flusso di Microspotter continua

Tridimensionali (3D) travi composte microstrutturata sono fabbricati mediante l'infiltrazione diretta e localizzata di nanocompositi in reti microfluidici porosi 3D. La flessibilità di questo metodo di fabbricazione consente l'utilizzo di diversi materiali termoindurenti e nanocariche al fine di ottenere una varietà di 3D funzionale rinforzati nanocompositi prodotti macroscopiche.

Produzione di tridimensionalmente microstrutturate nanocompositi attraverso Microfluidic Infiltration

Un bioprinter cartesiano è stato progettato e fabbricato per consentire la deposizione di più materiali in geometrie precise e riproducibili, consentendo anche il controllo dei fattori ambientali. Utilizzando il bioprinter tridimensionale, è possibile stampare e riprodurre facilmente costrutti complessi e fattibili.

Viabilità di Bioprinted cellulari Costruisce Utilizzando un dispenser stampante cartesiana Tre

Progettazione e fabbricazione di una tridimensionalmente (3-D) stampata sistema di filtrazione tangenziale microfluidico è dimostrata. Il sistema è utilizzato per testare le prestazioni e osservare incrostazioni di ultrafiltrazione e nanofiltrazione (film sottile composito) membrane.

Tridimensionalmente stampato Microfluidic sistema a flusso incrociato per ultrafiltrazione / nanofiltrazione membrana Performance Testing

Qui presentiamo un protocollo per la costruzione di una pompa a siringa a pressione controllata per essere utilizzato nelle applicazioni di microfluidica. Questa pompa a siringa fatta da un additivo fabbricato corpo, hardware COTS ed elettronica open-source. Il sistema risultante è a basso costo, semplice da costruire ed eroga ben regolato flusso del fluido per attivare la ricerca rapida microfluidica.

Tridimensionale di stampa di materiali termoplastici per creare automatizzati pompe a siringa con controllo in retroazione per applicazioni di microfluidica

Il rivestimento a spin, la stampa polijet e la modellazione della deposizione fusa sono integrati per produrre fantasmi eterogenei multistrato che simulano le proprietà strutturali e funzionali del tessuto biologico.

Stampa 3D multimodale di fantasmi per simulare il tessuto biologico

Con una tecnica non invasiva e in tempo reale, il movimento nanoscopico del polimero all'interno di un filamento polimerico viene visualizzato durante la stampa 3D. La messa a punto di questo movimento è fondamentale per produrre costrutti con prestazioni e aspetto ottimali. Questo metodo raggiunge il nucleo della fusione degli strati di plastica, offrendo così approfondimenti sulle condizioni di stampa ottimali e sui criteri di progettazione dei materiali.

Imaging in tempo reale del legame in strati stampati in 3D

La stampa 3D su scala micrometrica consente la prototipazione rapida di dispositivi polimerici per colture cellulari neuronali. Come prova di principio, le connessioni strutturali tra i neuroni sono state vincolate creando barriere e canali che influenzano la crescita dei neuriti, mentre le conseguenze funzionali di tale manipolazione sono state osservate dall'elettrofisiologia extracellulare.

Stampa 3D a polimerizzazione a due fotoni di dispositivi di coltura cellulare neuronale su microscala

Presentiamo un protocollo per la produzione ad alta produttività di canali vascolari con dimensioni flessibili e modelli desiderati su una piastra standard a sei pozzetti utilizzando la tecnologia di bioprinting 3D, denominata vessels-on-a-plate (VOP). Questa piattaforma ha il potenziale per far progredire lo sviluppo di terapie per i disturbi associati all'endotelio compromesso.

Metodo di bioprinting ad alta produttività per la modellazione della permeabilità vascolare in piastre standard a sei pozzetti con flessibilità di dimensioni e modelli

Scopri una tecnica di imaging frugale e non invasiva per visualizzare il flusso fluido attraverso letti di polvere polimerica compattata. Questo metodo offre alta risoluzione spaziale e temporale con celle di flusso riutilizzabili e economiche.

Tecnica di imaging frugale del flusso capillare attraverso polveri di stampa polimerica tridimensionale

Esplora altri video