Name: デジタルプロジェクターとソフトマテリアル力学の研究への応用を用いたマイクロ3Dプリント (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-11-27T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 24 s
Description: 学ぶ デジタルプロジェクターを用いたマイクロ3Dプリント法で、水凝胶チューブの膨張による弾性不安定性を利用したパターン変換を実現する手法です。ソフトマテリアル力学の実験研究に応用可能です。

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著者らは、 図1Dに示すように3D構造の断面画像を提供するためのイリノイ大学アーバナ·シャンペーン校でジョセフMuskinとマシューラグーザに感謝したいと思います。

1。プレポリマー溶液の調製<ol><li>ミックスポリ（エチレングリコール）ジアクリレート（PEG-DA）（平均分子量575〜、Sigma-Aldrich）を1:2の重量比でポリ（エチレングリコール）（PEG）（平均分子量約200、Sigma-Aldrich）を。 </li><li> 0.67％重量を追加します。光開始剤（フェニルビス（2,4,6 - トリメチルベンゾイル）ホスフィンオキシド、Sigma-Aldrich）を。溶液は、この時点から暗い環境で保たれるべきである。 </li><li> 0.05％の重量を追加します。光吸収体（スーダンI、Sigma-Aldrich）を。 </li><li>マグネチックスターラーを用いて室温で24時間撹拌溶液を混ぜて。 </li></ol> 2。デジタルデータプロジェクターを使用したデスクトップ3Dプリンタの設定<ol><li>平らで安定した位置にデジタルデータプロジェクタを置き、およびMicrosoft PowerPointがインストールされたコンピュータに接続します。 </li><li>デジタルプロジェクターの光出力レンズの前に凸レンズを右に置きます。プロから約10cm離れて焦点面を作るために凸レンズを選択してくださいプロジェクタ。 （光学解像度は、より短い焦点距離のレンズのため小さくなるが、一方は光学部品のためにいくつかのスペースを確保する必要があります。） </li><li>まっすぐにビームを向けるために45°の角度でビーム経路上に凸レンズ後にミラーを配置します。 </li><li>投影されたビームの焦点面に試料ホルダーを配置します。試料ホルダーを試料ホルダの垂直位置が制御されることにより、リニアステージに取り付けなければならない。 </li><li>試料ホルダーの下に樹脂浴を置きます。 </li></ol> 3。ゲルチューブの設計と製作<ol><li>直径、壁の厚さ、そして製作するゲルチューブの高さを決定する。 </li><li>ゲルチューブ用の断面画像を描画します。画像は、背景が黒の白であるべきである。 Microsoft PowerPointのスライドにこれらの画像を挿入します。 </li><li> Microsoft PowerPointのスライドショーを起動し、任意の画像を投影する。 attを使用して垂直方向の位置を調整することにより、焦点面に試料ホルダーを配置ステージに痛んだ。 </li><li>プレポリマー溶液を入れながら不要な重合は行われませんように &quot;ダミー&quot;ブラックの画像に切り替えます。 </li><li>樹脂浴にプレポリマー溶液を注ぐ。解決策は少し試料ホルダーをカバーするまで風呂を埋める。今では、印刷、3Dオブジェクトの準備ができています。 </li><li>第一層を重合ゲルチューブの最初の断面画像を含むスライドに切り替えます。秒8のために画像を投影したまま、 &quot;ブラックアウト&quot;のスライドに切り替える。 </li><li> ¼ターンリニアステージのノブを回して試料ホルダーを下げるために（〜160μm）である。今、新鮮な樹脂は、重合第一層を覆うように流れる。 </li><li>手続1の上に第2層を重合させるために再び断面像を投影する。希望の高さのゲルチューブが製造されるまで繰り返し3.6から3.8を繰り返します。 </li><li>すべての層が完了したら、プレポリマー溶液の試料ホルダを持ち上げて、カミソリの宣伝ちらしを使用して慎重に製造されたサンプルを取り出す電子。 </li><li> 〜3時間アセトンでサンプルをリンスした後、それは〜1時間乾燥することができます。 </li></ol> 4。弾性不安定性により、所定のパターン形成のための腫れ実験<ol><li>透明なガラス皿に水 - 油二層液を準備します。 </li><li>スーパー接着剤を使用して、サンプルホルダーに乾燥試料を取り付けます。 </li><li>サンプルが逆さまになるように試料ホルダーを反転させます。水 - 油液槽に試料を浸す。油層から水 - 油界面にサンプルに近づく。サンプルはゲルチューブが固定されたベース基板部分は上部オイル層に滞在しながら、サンプルが水面に触れたときに膨潤し始める。この方法では、水は制約ベースが濡れ緩和する前に、サンプルを膨潤可能管壁内に拡散することができます。デジタルカメラを使用してゲルチューブのうねりのようなパターンの変化を監視します。 </li></ol>

<ol><li>Timoshenko, S. P., Gere, J. M. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aTimoshenko%2C+SP+%22Theory+of+Elastic+Stability%22">Theory of Elastic Stability</a>. , McGraw-Hill. (1961).</li>
<li>Sharon, E., Marder, M., Swinney, H. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Leaves+Flowers+and+Garbage+Bags%3A+Making+Waves%5BTitle%5D)+AND+%22American+Scientist%22%5BJournal%5D)">Leaves Flowers and Garbage Bags: Making Waves.</a> American Scientist. 92, 254-261 (2004).</li>
<li>Kücken, M., Newell, A. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fingerprint+formation%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Theoretical+Biology%22%5BJournal%5D)">Fingerprint formation.</a> Journal of Theoretical Biology. 235, 71-83 (2005).</li>
<li>Liang, H., Mahadevan, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+shape+of+a+long+leaf%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences%22%5BJournal%5D)">The shape of a long leaf.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 106, 22049-22054 (2009).</li>
<li>Bayer, S. A., Altman, J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBayer%2C+SA+%22The+human+brain+during+the+second+trimester%22">The human brain during the second trimester</a>. , Taylor & Francis. (2005).</li>
<li>Trujillo, V., Kim, J., Hayward, R. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Creasing+instability+of+surface-attached+hydrogels%5BTitle%5D)+AND+%22Soft+Matter%22%5BJournal%5D)">Creasing instability of surface-attached hydrogels.</a> Soft Matter. 4, 564(2008).</li>
<li>Breid, D., Crosby, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+stress+state+on+wrinkle+morphology%5BTitle%5D)+AND+%22Soft+Matter%22%5BJournal%5D)">Effect of stress state on wrinkle morphology.</a> Soft Matter. 7, 4490(2011).</li>
<li>Mora, T., Boudaoud, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Buckling+of+swelling+gels%5BTitle%5D)+AND+%22The+European+Physical+Journal+E%22%5BJournal%5D)">Buckling of swelling gels.</a> The European Physical Journal E. 20, 119-124 (2006).</li>
<li>DuPont, S. J., Cates, R. S., Stroot, P. G., Toomey, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Swelling-induced+instabilities+in+microscale%2C+surface-confined+poly%28N-isopropylacryamide%29+hydrogels%5BTitle%5D)+AND+%22Soft+Matter%22%5BJournal%5D)">Swelling-induced instabilities in microscale, surface-confined poly(N-isopropylacryamide) hydrogels.</a> Soft Matter. 6, 3876-3882 (2010).</li>
<li>Dervaux, J., Couder, Y., Guedeau-Boudeville, M. -A., Ben Amar, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Shape+Transition+in+Artificial+Tumors%3A+From+Smooth+Buckles+to+Singular+Creases%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Shape Transition in Artificial Tumors: From Smooth Buckles to Singular Creases.</a> Physical Review Letters. 107, 018103(2011).</li>
<li>Jang, J. -H., Koh, C. Y., Bertoldi, K., Boyce, M. C., Thomas, E. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Combining+Pattern+Instability+and+Shape-Memory+Hysteresis+for+Phononic+Switching%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Combining Pattern Instability and Shape-Memory Hysteresis for Phononic Switching.</a> Nano Letters. 9, 2113-2119 (2009).</li>
<li>Lee, H., Zhang, J., Jiang, H., Fang, N. X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Prescribed+Pattern+Transformation+in+Swelling+Gel+Tubes+by+Elastic+Instability%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Prescribed Pattern Transformation in Swelling Gel Tubes by Elastic Instability.</a> Physical Review Letters. 108, 214304(2012).</li>
<li>Sun, C., Fang, N., Wu, D. M., Zhang, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Projection+micro-stereolithography+using+digital+micro-mirror+dynamic+mask%5BTitle%5D)+AND+%22Sensors+and+Actuators+A%3A+Physical%22%5BJournal%5D)">Projection micro-stereolithography using digital micro-mirror dynamic mask.</a> Sensors and Actuators A: Physical. 121, 113-120 (2005).</li>
<li>Muskin, J., Ragusa, M., Gelsthorpe, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-Dimensional+Printing+Using+a+Photoinitiated+Polymer%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Chemical+Education%22%5BJournal%5D)">Three-Dimensional Printing Using a Photoinitiated Polymer.</a> Journal of Chemical Education. 87, 512-514 (2010).</li>
</ol>

特別な利害関係は宣言されません。

基板上に拘束管状のハイドロゲルの膨張で、安定性のみT / Hに依存しており、座屈モードにのみH / D 12に依存します。規格化膜厚t / hのレベルの異なるサンプルの4つのグループ（I〜IV）はグループが私はより厚く、より細身であることIV群であることと、作製した。各グループには、 私は短く、背の高いあるサンプルIVあるサンプルと正規化された高さH / Dのレベルが異なる4サンプル（I-IV）で構成されています。作製した試料の寸法は表1に示されている。グループIIIとIVはバックルや腫れ、変形するように設計されているのに対し、グループI及びIIは 、腫れの間に安定した滞在に設計されています。座屈サンプル、bucklin用Gモードは、サンプルの高さが減少するはずである。 図3Aは、実験結果を示しています。理論が予測したように、グループIおよびIIのサンプルでは、安定しており、グループIIIとIVのサンプルでは、すべての弾性不安定性を介して行って、座屈しながら、腫れ上に円形のままであった。また、同じH / Dを有する試料は類似座屈モードが表示されました。 図3Bは、理論予測とのグループIIIおよびIVでの試料の実験的に観察座屈モードの比較を示します。我々は、同じH / Dでそのサンプルを参照してくださいに関係なく厚さの同じ座屈後パターンを提起し、その実験結果は理論とよく一致することができます。 我々は、市販のデジタルデータプロジェクターを使用して簡単なデスクトップ3Dプリントシステムを構築する方法を述べる。提案されたアプローチは詐欺に対するポリマーの硬化に依存しています3D構造をstruct、およびしたがって、任意の光硬化ポリマーも限り光開始剤は、可視波長範囲内の適切な吸光度を持っているとして、一般的に使用することができます。多くの市販の光開始剤は、紫外線（UV）波長のために設計されることに注意しますが、ここで使わ光開始剤は、400nmよりも長い波長で比較的高い吸光度を持っています。 3Dオブジェクトを製作するための簡単​​かつ迅速な方法を提供し、この方法は、ここで示したような柔らかい材料力学を含め、様々な分野で応用されています。

<table border="1"><tbody><tr><td> 試薬の名称 </td><td> 会社 </td><td> カタログ番号 </td><td> コメント（オプション） </td></tr><tr><td>ポリ（エチレングリコール）ジアクリレート</td><td>シグマアルドリッチ</td><td> 437441 </td><td> MW〜575 </td></tr><tr><td>ポリ（エチレングリコール） </td><td>シグマアルドリッチ</td><td> P3015 </td><td> MW〜200 </td></tr><tr><td>フェニルビス（2,4,6 - トリメチルベンゾイル）ホスフィンオキシド</td><td>シグマアルドリッチ</td><td> 511447 </td><td>光開始</td></tr><tr><td>スーダンⅠ </td><td>シグマアルドリッチ</td><td> 103624 </td><td>フォトアブソーバー</td></tr><tr><td>デジタルデータプロジェクター</td><td> ViewSonicは</td><td> PJD6221 </td><td></td></tr><tr><td>凸レンズ</td><td> Thorlabs </td><td> LA1145 </td><td> F = 75.0ミリメートル</td></tr><tr><td> MIRRまたは</td><td></td><td></td><td> 4 &quot;シリコンウェハ</td></tr><tr><td>手動ステージ</td><td> Velmex </td><td> A2506DE-S2.5 </td><td></td></tr></tbody></table>

デジタルプロジェクターとソフトマテリアル力学の研究への応用を用いたマイクロ3dプリント

Micro 3D Printing Using a Digital Projector and its Application in the Study of Soft Materials Mechanics

座屈は、力学における古典的なトピックです。座屈が長い主要な構造故障モード1の一つとして研究されてきたが、それは最近のパターン変換のためのユニークな機構として新たな注目を集めている。自然は、エキゾチックなパターンの富は機械的不安定性2-5貫通して形成されているような例がいっぱいです。このエレガントなメカニズムに触発され、多くの研究は、このようなエラストマーおよびヒドロゲル6月11日のような柔らかい素材を使用してパターンの作成 ​​と変換を実証している。彼らは自発的に外力6月10日を必要とせずに様々なパターンを作成するために機械的不安定性を引き起こすことができますので、腫れゲルは特に興味がある。最近、我々は投射マイクロ光造形（PμSL）、急速にコンピュータ生成3Dモデルiを変換することが可能な3次元（3D）の製造技術を用いたマイクロスケールの筒状のゲルのパターンを座屈に対するフルコントロールのデモを報告している高解像度12,13でNTO物理オブジェクト。ここでは、制御されたパターン変換のための腫れ誘起不安定座屈を研究するために、市販のデジタルデータプロジェクターを使用して簡略化されたPμSLシステムを構築するための簡単​​な方法を提示する。 シンプルなデスクトップ3Dプリンタは、既製のデジタルデータプロジェクターや凸レンズとミラー14のような単純な光学部品を使用して構築されています。 3Dソリッドモデルから抽出した断面画像を層ごとのやり方で所望の3Dソリッド構造に液状樹脂を重合し、シーケンス内の感光性樹脂表面上に投影される。でも、このシンプルな構成と簡単なプロセスで、任意の3Dオブジェクトが容易にサブ100μmの分解能で作製することができる。 このデスクトップ3Dプリンタは、さまざまな3D形状を探索するための絶好の機会を提供することにより、ソフトな材料力学の研究の可能性を秘めている。我々は、ファブリカにこのシステムを使用する異なる寸法のteの筒状のハイドロゲル構造。基板への底に固定され、管状のゲルは不安定座屈を生じる腫れ、中に不均一な応力を開発しています。ゲル構造の座屈受けるときに様々な波状のパターンは、チューブの円周に沿って表示されます。実験では、目的のモードの座屈円周が制御された方法で作成することができることを示しています。 3次元構造の管状のゲルのパターンの変換は、力学と材料科学でなく、そのようなチューナブルmatamaterialsのような他の多くの新たな分野だけでなく、重要な意義を持っています。

既製のデジタルデータプロジェクターを使用して簡単なPμSLシステムを図1に示します。 75mmの焦点距離を持つ凸レンズは2cm​​で2cmの小さな照明領域に光を集中させる。その結果、面内の光学分解能は約45μmである。垂直解像度はリニアステージの精度レベルによって決定されます。この研究のために作られた構造物の層の厚さは160μmである。各層は8秒光照射重合させた。システムによって製造された代表的な3次元構造を図1Dに示されています。このオブジェクトは、PEGDAの58層から構成されています。 我々は、光硬化性PEGDAハイドロゲルを調製した。 PEGDAハイドロゲルの架橋低く、従って大きな腫れは、プレポリマー溶液中に非架橋PEGを添加することによって達成されました。結果としてPEGDAハイドロゲルの長さ方向の膨潤率は高く、300％の体積膨張に対応する、1.5です。 &gt; PEGDAハイドロゲルチューブのセットが設計されており、我々の理論の12に基づいて作製した。我々は、逆さまにサンプルを配置し、 図2Aに示すように、上部にオイル層で覆われて水と一緒にお風呂に入れ。次元のパラメータに応じて、円形のチューブはどちら横ばいまたは、図2Bに示すように、波状のパターンに変換されます。異なるサンプルのパターンを膨潤させる多種多様なデジタルカメラで撮影し、 図3Aに示された。 <img alt="図1" src="/files/ftp_upload/4457/4457fig1.jpg" /> 図1デスクトップ投影マイクロ光造形システム（）略図（b）は、実際のシステムコンポーネントの（c）のクローズアップ図（d）の代表的な3次元構造を。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/4457/4457fig1large.jpg" target="_blank">拡大図を表示するには、ここをクリックしてください</a> 。 テント &quot;のfo：キープtogether.withinページ=&quot; always &quot;を&gt; <img alt="図2" src="/files/ftp_upload/4457/4457fig2.jpg" /> 図2（b）に制約ハイドロゲルチューブは異なるパターンに変身腫れハイドロゲルチューブ用（）実験セットアップ。スケールバーは5mmを示しています。 <img alt="図3" src="/files/ftp_upload/4457/4457fig3.jpg" /> 図3（a）のパターンが実験を腫れに形成されている。縦軸は、T / H（したがって安定性）を示し、横軸はH / Dを （したがって、座屈モード）を示します。スケールバーは5mmを示しています。 （b）の座屈モードはH / Dに依存します。実験結果は理論値とよく一致している。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/4457/4457fig3large.jpg" target="_blank">拡大図を表示するには、ここをクリックしてください</a> 。 <table border="1"><tbody><tr><td colspan="2"> サンプル&lt;/強い&gt; </td><td> D（μm）の </td><td> トン （μm）と </td><td> H（μm）は </td></tr><tr><td rowspan="4"> 私 </td><td> 私 </td><td> 9300±420 </td><td> 760±40 </td><td> 840±40 </td></tr><tr><td> 二 </td><td> 9700±420 </td><td> 1040±40 </td><td> 1060±40 </td></tr><tr><td> 3 </td><td> 9700±420 </td><td> 1210±40 </td><td> 1340±40 </td></tr><tr><td> 四 </td><td> 9700±420 </td><td> 1660±40 </td><td> 1680±40 </td></tr><tr><td rowspan="4"> 二 </td><td> 私 </td><td> 9000±420 </td><td> 480±40 </td><td> 880±40 </td></tr><tr><td> 二 </td><td> 9000±420 </td><tD&gt; 660±40 </td><td> 1060±40 </td></tr><tr><td> 3 </td><td> 9500±420 </td><td> 740±40 </td><td> 1350±40 </td></tr><tr><td> 四 </td><td> 9200±420 </td><td> 970±40 </td><td> 1650±40 </td></tr><tr><td rowspan="4"> 3 </td><td> 私 </td><td> 8900±420 </td><td> 160±40 </td><td> 790±40 </td></tr><tr><td> 二 </td><td> 8900±420 </td><td> 300±40 </td><td> 1020±40 </td></tr><tr><td> 3 </td><td> 9100±420 </td><td> 380±40 </td><td> 1330±40 </td></tr><tr><td> 四 </td><td> 9000±420 </td><td> 490±40 </td><td> 1630±40 </td></tr><tr><td rowspan="4"> 四 </td><td> 私 </td><td> 8900±420 </td><td> 140±40 </td><td> 780±40 </td></tr><tr><td> 二 </td><td> 8800±420 </td><td> 190±40 </td><td> 1010±40 </td></tr><tr><td> 3 </td><td> 9300±420 </td><td> 230±40 </td><td> 1340±40 </td></tr><tr><td> 四 </td><td> 8900±420 </td><td> 290±40 </td><td> 1650±40 </td></tr></tbody></table> 表1サンプルの寸法は、光学顕微鏡で測定した。エラーは、測定の不確かさを示す。

我々は、弾性不安定性による膨潤ゲルチューブの制御パターン変換を示しています。単純な投影マイクロステレオリソグラフィーのセットアップは層ごとの方式で3次元ポリマー構造を作製するために、既製のデジタルデータプロジェクターを使用して構築されています。機械的な制約の下でハイドロゲルチューブの膨潤は、ディメンションに応じて様々な周方向の座屈モードを表示します。

デジタルプロジェクターとソフトマテリアル力学の研究への応用を用いたマイクロ3Dプリント

座屈は力学における古典的なテーマである。座屈は主要な構造破壊モードの一つとして長年研究されてきたが、近年、新たな関心を集めており...

本ビデオの全体的な目的は、簡易的な3Dゲル微細加工ツールの構築方法と、弾性不安定性による膨潤ゲルチューブのパターン変換への応用を実演することです。市販のデジタルデータプロジェクターを用いて簡易的な3Dマイクロプリンターを構築し、異なる寸法の管状ゲル試料を作製します。管状ゲル試料の作製は、光開始剤と光吸収剤を含むプリポリマー溶液が入った樹脂槽に浸漬した試料ホルダーに、設計した画像を投影することで行います。光重合によって一層が形成されると、サンプルホルダーが下降し、前の層の上に次の層が作製されます。このようにして、一層ずつ積み重ねる方式で3Dサンプルが作製されます。次に、膨潤誘起弾性不安定性による形状変換を誘発させるため、各サンプルを水に接触させます。結果から、円筒状のチューブはバックリングゲルの形状に応じて、異なる波数を持つ様々な波状パターンへと変化することが示されました。光治療などの既存の手法に対するこの作製技術の主な利点は、ゲルなどの軟質材料に対する迅速な3Dマイクロファブリケーションツールを提供できることです。その結果、作製が困難であった様々な興味深い3次元形状を、実験的な研究のための物理的な物体として容易に実現できるようになりました。この手順を開始するために、記述されたプロトコルに従って、光開始剤と光吸収剤を含むプレポリマー溶液を調製します。溶液の調製後、デジタルデータプロジェクターを平坦で安定した場所に設置し、Microsoft PowerPointがインストールされたコンピュータに接続します。デジタルプロジェクターの光出力レンズの直前に凸レンズを配置します。プロジェクターから焦点面までの距離が約 10 centimeters になるように凸レンズを選択します。焦点距離が短いレンズほど光学分解能は向上しますが、光学部品を配置するためのスペースを確保する必要があります。凸レンズ後の光路にミラーを 45 degree の角度で配置し、ビームを垂直に下方向へ導きます。次に、投影ビームの焦点面にサンプルホルダーを配置します。サンプルホルダーは、垂直方向の位置を制御するためのリニアステージに取り付けてください。最後に、ゲルチューブを製作するために、サンプルホルダーの下に樹脂バスを配置します。画素数が既知の画像をサンプルホルダーに投影し、1ピクセルあたりの物理的な長さ（変換比）を測定します。この特定のケースでは、135ピクセルの画像が5.8 mmであり、これは1ピクセルあたり43ミクロンに相当します。この情報に基づき、ゲルチューブの作製に使用する直径、壁厚、および高さの物理的寸法をピクセルに変換します。次に、ゲルチューブの断面図を作成します。画像は黒背景に白文字である必要があります。これらの画像をMicrosoft PowerPointのスライドに挿入してください。Microsoft PowerPointでスライドショーを開始し、任意の画像を表示させます。付属のステージスイッチを用いて垂直位置を調整し、サンプルホルダーを焦点面に配置します。この際、プレポリマー溶液を注入する間に不要な重合が起こらないよう、ダミーの黒色画像を表示させてください。プレポリマー溶液をレジンバスに注ぎます。ピペットを使用して、溶液がサンプルホルダーをわずかに覆うまでバスを満たしてください。これで3Dオブジェクトをプリントする準備が整いました。ゲルチューブの最初の断面画像が含まれるスライドに切り替え、第1層を重合させます。画像を8秒間投影し続け、その後、ブラックアウトスライドに戻します。リニアステージのノブを4分の1回転させ、約160 µm下げてサンプルホルダーを降ろします。これにより、液体レジンの粘度が極めて高くても、新しいレジンが流入して重合した第1層を覆うことができます。ステージをさらに下げて製作済みの層をレジンに完全に浸し、その後、ステージを表面から160 µm下の位置に戻します。前層の上に2層目を重合させるため、断面画像を再度投影します。目的の高さのゲルチューブが作製されるまで、この工程を繰り返します。すべての層が完了したら、サンプルホルダーをプレポリマー溶液から引き上げ、作製したサンプルを回収します。カミソリを用いて慎重に、サンプルをアセトンで約3時間洗浄し、その後、約1時間乾燥させます。膨潤実験を行うために、透明なペトリ皿に水とオイルの二層液を用意します。ペトリ皿の位置を調整して、水とオイルの界面をカメラの焦点面に合わせ、乾燥させたサンプルを瞬間接着剤を用いてサンプルホルダーに取り付けます。サンプルホルダーを裏返しにします。サンプルを水・オイル液浴に浸します。オイル層側からサンプルを水・オイル界面に近づけます。試料が水面に触れると膨潤が始まり、一方でゲルチューブが固定されている基材は上層のオイル層に留まります。これにより、水がチューブ壁に拡散し、拘束されている底面が水分で緩む前に試料を膨潤させることができます。そのままゲルチューブが膨潤するにつれて、パターンの変化を観察してください。デジタルカメラを用い、市販のデジタルデータプロジェクターを使用した簡易的な投影マイクロステレオリソグラフィーシステムをここに示します。焦点距離75 millimetersの凸レンズにより、ビームを2 centimeters × 2 centimetersの小さな照射領域に集光させ、平面光学分解能は約45 micronsとなります。垂直分解能は、リニアステージ層の精度レベルによって決定されます。本研究で作成した構造体の厚さは160 micronsです。各層は8秒間の光照射により重合させました。本システムで作製した代表的な3D構造を示します。この物体は58層のpeg daで構成されています。記述されたプロトコルにある通り、低架橋およびそれに伴う大きな膨潤を実現するために、光硬化性peg daハイドロゲルチューブのセットが設計・作製され、サンプルを水・オイルバスに逆さまに配置しました。ビデオで示されているように、寸法パラメータに応じて、円筒状のチューブは安定したままであるか、あるいは波状のパターンへと変化しました。ゲルのチューブの寸法によって、膨潤時に現れる波の数が決定されます。異なる試料で見られた多種多様な膨潤パターンをデジタルカメラで撮影しました。縦軸は厚さと高さの比（T/H）として安定性を示し、横軸は高さと直径の比（H/D）として座屈モードを示しています。白い数字は座屈モード番号であり、ここに示すように円周方向に沿った波の数を表しています。不安定なサンプルの座屈モードはHDのみに依存し、実験結果は理論的な予測とよく一致しています。本ビデオでは、この手法をソフトマテリアル力学のための有用な実験ツールとして使用していますが、ソフトロボティクスやバイオメディカルエンジニアリングを含む、科学・工学の他の分野においても多くの応用が見込まれます。また、この手法は非常に簡便で低コストです。このビデオで紹介するプロトコルに従えば、誰でもラボで独自のマイクロ3Dプリンターを構築することができます。

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生体分子の物理モデルは、研究者にとってその構造機能の理解を促進し、研究者間のコミュニケーションを助け、教育的努力における教育ツールとして役立つことができます。ここでは、溶融フィラメント製造デスクトップ3Dプリンターを使用して生体分子の正確なモデルを3Dプリンティングするための詳細なガイダンスを提供します。...

研究と教育学のための生体分子モデルの3Dプリント

本研究の目的は、バイオメディカルおよび食品印刷業界での用途向けに、オープンソースおよび低コストのコンポーネントから作られた貯水槽ベースの溶融押出3次元プリンタを設計し、構築することです。...

オープンソース、低コストのバイオインク、食品溶融物押出3Dプリンタの設計

改良された3Dプリンターを用いて製造された増幅機構とポリジメチルシロキサン顕微鏡からなる歪み測定センサを紹介します。...

改良された3Dプリンターを用いた歪み測定装置の製造

顕微鏡システムの物理モデリングは、他の手段では得ることが困難な洞察を得るのに役立ちます。物理的な分子モデルの構築を容易にするために、3Dプリンティングを使用して、分子系の質を触覚的に捉える機能的な巨視的モデルを組み立てる方法を実証します。...

3Dプリンティングによるインタラクティブ分子モデルアセンブリ

このプロジェクトは、小規模な研究所が精密な多層マイクロ流体デバイスの製造のための使いやすいプラットフォームを開発することを可能にします。このプラットフォームは、&lt;10...

多層マイクロ流体デバイスの製造用三次元プリント顕微鏡マスクアライメントアダプターの設計と開発

この方法は、正確な空間忠実度と空間/コントラスト解像度で医用画像から直接印刷するボクセルベースの3D印刷ワークフローを示しています。これにより、形態学的に複雑で目盛りのある材料を介して、データの損失や変更なしに放射密度に相関する材料分布の正確で段階的な制御が可能になります。...

ボクセル印刷の解剖学:ビットマップ印刷による現実的な手術前計画モデルの設計と製造

マイクロメートルスケールの3Dプリンティングにより、神経細胞培養用のポリマーデバイスのラピッドプロトタイピングが可能になります。原理証明として、ニューロン間の構造的結合は、神経突起伸長に影響を与える障壁とチャネルを作成することによって制約され、そのような操作の機能的結果は細胞外電気生理学によって観察されました。...

2光子重合によるマイクロスケール神経細胞培養装置の3Dプリンティング

学ぶ デジタルプロジェクターを用いたマイクロ3Dプリント法で、水凝胶チューブの膨張による弾性不安定性を利用したパターン変換を実現する手法です。ソフトマテリアル力学の実験研究に応用可能です。

デジタルプロジェクターとソフトマテリアル力学の研究への応用を用いたマイクロ3Dプリント

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