Method Article

犠牲成分の蒸発を用いた三次元微細構造を作る過程

DOI:

10.3791/50459

⸱

November 2nd, 2013

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1Department of Physics, University of California, Irvine, 2Department of Chemistry, University of California, Irvine

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

犠牲成分（VASC）工程の気化を微小構造を作製するために使用される。この手順では、レーザーマイクロマシンガイドプレートが提供する正確な3D幾何学的なポジショニングと中空マイクロチャネルを形成するために犠牲（乳酸）、ポリ乳酸繊維を使用しています。

Abstract

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自然のシステムにおける血管構造は、高い表面積及び最適化構造を介して高質量輸送を提供することができる。いくつかの合成材料の製造技術は、スケーラビリティを維持しながら、これらの構造の複雑さを模倣することができる。犠牲成分（VASC）プロセスの蒸発はそうすることができます。このプロセスは、マトリックス内に埋め込まれた中空円筒状のマイクロチャネルを形成するためのテンプレートとして犠牲繊維を使用する。スズ（II）シュウ酸（SnOx）は、このプロセスの使用を容易にポリ（乳酸）乳酸（PLA）繊維の中に埋め込まれている。 SnOxは、より低い温度でのPLA繊維の解重合を触媒する。乳酸モノマーは、これらの温度で気体であり、マトリックスに損傷を与えない温度で埋め込まれたマトリックスから除去することができる。ここでは、三次元的に配列されたマイクロチャネルの複雑なパターンを作成するマイクロマシンプレートとテンション装置を使用して、これらの繊維を整列させるための方法を示す。プロセスは繊維トポロジおよび構造の事実上すべての配置の探査を可能にします。

Introduction

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自然のシステムは、多くの生物学的機能を容易にするための広範な血管網を使用しています。質量輸送は体積比と最適化されたパッキング構造体に対して高い表面積に起因するこのようなシステムで効率的に達成することができる。多くの合成製造技術は、微小構造体を製造することができるが、既存の製造方法1-5と複雑さとの互換性を維持しながら、未大規模な微小血管を生成することができない。そのような鳥類の肺のような構造は、インスピレーションを提供します。どのように我々は大量輸送を向上させるためにこのような複雑の構造を作製するのですか？

犠牲成分の蒸発（VASC）は、大規模で複雑 ​​な血管構造は6-7生成することができます。この方法は、熱解重合とポリの蒸発除去（乳酸）繊維テンプレートの逆数である中空チャネルを形成するために乳酸繊維を使用しています。これは、既存の製造と互換性犠牲テクニックです方法。メートルの長さ、円筒状のマイクロパターンがこの製造プロセスを用いて形成することができる。これは、自己修復ポリマーおよび7-10 3D微小炭素捕捉部として血管形成デバイスを作成するために使用することができる。

炭素捕捉部は、飛行中のその使用効率的なガス交換対重量比を提供する鳥類により肺に触発された。 parabronchus、高いガス交換率と構造的に安定したガス交換ユニットを提供する六角形パタ....

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Protocol

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1。犠牲繊維を触媒

  1. 下周り（乳酸）、ポリ乳酸繊維¾カスタマイズスピンドルの所望の量をラップします。最大の表面積の露出を提供するために、繊維の重複を減らす。
  2. 密閉瓶ディスパー130 40mlで脱イオンH 2 Oを混合し、均質な溶液が得られるまで振とうする。次いで、37℃の水浴1,000ミリリットルのビーカーに入れ、ビーカーにトリフルオロエタノールを注ぐ。使用するためのH 2 OおよびTFEの量は、使用PLA繊維の直径に依存する。
    繊維径 H 2 O（ml）の量 TFEの量（ml）を
    200 400 400
    300 360 440
    500 320 480
  3. 加えるH 2 O /ディスパービック187ビーカーを解決し、均一になるまで撹拌する。
  4. 混合物にマラカイトグリーンの1グラムを加え、溶解す....

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Results

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この手順は、樹脂内に埋め込まれた微小構造体の製造方法を提供する。これらの構造は、様々なパターン（ 図2）に適合することができる。微小血管ネットワークの構造は、犠牲繊維で形成することができる構造によって制限される。

ガス透過性チャネル間膜を横切るように微小流路の並列配置を用いて、流体流との間のガス輸送が容易になる。これらのデバイスは、リソグラフィ（ 図3）を必要とせずにスケーラブルな方法で製造することができる。形成されたマイクロチャネルは完全に中空であり、50μm未満によって分離することができる。

リークとプラグの両方がマイクロチャネル（ 図4）内に表示することが可能です。プラグの形成は、マイクロチャネルを介して任意の流体の流れを防ぐことができますし、手動で削除する必要があります。チャネル間の漏れは、wを形成することができるめんどり繊維は完全に洗浄し、張られていません。

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Discussion

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PLA繊維にSnOx触媒の導入は、繊維が低い温度で解重合することができます。これは、この場合にはPDMS、埋め込み樹脂の劣化を防止することができる。カスタムスピンドルが正しく処理溶液を（ 図5A）混合する必要があります。スピンドルはデジタルミキサに取り付ける中心コアを取り囲む6の支持棒から構成されている。繊維は、触媒溶液と接触してラッピング繊維の表面積が最大にされたように、支持ロッドの周りに巻かれている。スピンドルの底部は、カオス流れを導入するためのブレードのセットを含んでいた。混沌とした流れは、触媒の凝集を防ぎます。

カスタムテンション基板は、繊維（ 図5B）の並列セットを作成するために使用される。これにより、ボードのエッジに沿ってギターのチューニングペグ付きボードで構成されています。十分なチューニングペグがpresaの複数形であるように、ボードの寸法は限り重要ではありませんパターンで使用される繊維の張力すべてにNT。繊維のピボットポイントの添加は、ガイドプレート境界角度が大きすぎるからで曲げ繊維を防止するため.......

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Disclosures

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我々はこの技術ウント米国米国特許仮出願第61/590 086で仮特許を申請しました。

Acknowledgements

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この作品はFA9550-12-1から0352までおよび3M非専任教員賞下AFOSR若手研究プログラムによってサポートされていました。著者は、このプロジェクトに関連した役立つ議論のためLalisa Stuttsとジャニーントムに感謝したいと思います。著者は、その施設の使用を可能にするために、カリフォルニア大学アーバイン校Calit2顕微鏡センターとレーザー分光施設に感謝します。ホッジハーランドとUCI物理科学マシンショップ、ツールの製作のために承認されます。ポリ（乳酸）酸繊維は寛大帝人モノフィラメントによって提供された。

....

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
試薬
錫 (II) シュウ酸Sigma-Aldrich402761
Disperbyk 130BYK 添加剤 機器
トリフルオロエタノールハロカーボン
マラカイト グリーン (テクニカルグレード)Sigma-AldrichM6880
水酸化ナトリウム (≥98%, pellets)Sigma-AldrichS5881
ポリジメチルシロキサン (PDMS)Dow Corning3097358-1004Distributed from Ellsworth Adhesives
ポリ(乳酸)繊維帝人モノフィラメント
Material
>RW 20 デジタルミキサーIKA3593001
デシケータージャーパイレックス
真空オーブンッシャーサイエンティフィック
サードハンドJameco26690プレートホルダー
グルーガンスタンレーGR20L
PLAスピンドルカスタムメイド
ションボードカスタムメイド
フィエレクトロニクステン

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Bellan, L. M., Singh, S. P., Henderson, P. W., Porri, T. J., Craighead, H. G., Spector, J. A. Fabrication of an artificial 3-dimensional vascular network using sacrificial sugar structures. Soft Matter. 5 (7), 1354(2009).
  2. Bellan, L. M., Strychalski, E. A., Craighead, H. G.

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Vaporization of Sacrificial ComponentSacrificial FibersTin Oxalate CatalystPolylactic Acid FibersThree dimensional PatterningEmbedding ResinPDMS CastingHeat Vacuum EvacuationMicrovascular StructuresFiber Alignment

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