あらかじめ設計されたサイズと形状を用いるポリマー繊維およびバイオハイブリッド繊維のマイクロ流体製造

次の実験の全体的な目標は、マイクロファイバーの生成によって観察される複雑な流体成形を実証することです。これは、特定の溝を持つマイクロ流体チャネルを組み立てて、所定の断面形状のポリマー実現可能なコアを生成することによって達成されます。第2のステップとして、プレポリマー溶液を調製し、チャネルを通過すると成形および重合されます。

次に、ポリマー材料を重合するために、チャネルの下部でUVライトがオンになります。これらの走査型電子顕微鏡写真は、作製されたいくつかのマイクロファイバー形状を示しています。同様に、電気紡糸および溶融紡糸のような他の既存の方法と比較したこの技術の利点は、この技術が室温で行うことができ、この技術が様々なポリマー合理的な材料と共に使用することができるという事実を含む。

さらに、この手法は高電圧を必要としません。高温と急速な冷却時間を必要とせず、湿度などの環境要因の制御も必要ありません。マイクロ流体ファイバーの製造は他の方法ほど一般的ではないため、この手法の視覚的なデモンストレーションは重要であり、したがって、それを見ずに概念化するのは難しいかもしれません。

しかし、視覚的には、この方法はポリマーマイクロファイバーの製造に使用されてきました。私たちの研究室でも、微小血管のような他のシステムの開発にも同じ原理が使われています。私たちは当初、マイクロミキサーやマイクロチップフローサイトメトリーシステムの共焦点を観察しながら、このアイデアを思いつきました。

私たちが見たように、持続的な華やかな断面が発達します。私たちは、ポリマー溶液を導入することで、光重合によって形状を連続的かつ比較的容易に固定できると仮定しました。この手順を実演するのは、私の研究室のポスドクであるMichael DanielleとDarrell Boydです。

まず、下部に1つの固定プレートを配置し、次にA COC環状オレフィン共重合体層と残りの固定プレートを配置して、以前に設計したシースフローデバイスを下から上に組み立てます。成形溝がチャネルのエッジに沿って互いに整列し、COCレイヤーの流体成形形状が完全に重なっていることを確認します。デバイスの中央にボルトを挿入し、電動ドライバーを使用してナットとボルトを締めますamp 中央の左から右に交互にデバイスを一緒に

前の手順を中央から外側に繰り返して、位置合わせを固定し、漏れを防ぎます。取り付け穴に達したらインレットチャックを追加し、ネジを交互に取り付け続けます。次に、シースフローデバイスをタイゴンチューブに接続します。

標準のHPLCフィッティングを使用して、すべての接続を手動で締め、リングスタンドとクランプを使用してデバイスを垂直に取り付け、最上部に水準器を使用してデバイスが垂直であることを確認します。次に、UVソースをシースフローデバイスのCOC面から垂直に約1センチメートル配置し、マイクロチャネルの最後の3〜5センチメートルが照射されるようにします。1 ミリリットルのルアー チップ シリンジに PEG 400 を充填して非ポリマー コア液として使用し、30 ミリリットルのルアー チップ シリンジに PEG 400 を充填してシース液として使用します。

次に、調製したばかりのチオールライン溶液に、DMPA光開始剤の4倍からマイナス4モルの10倍を小さなバイアルで補充します。約2分間攪拌した後、5ミリリットルのアルミホイルで包まれた下部先端シリンジにプレポリマー溶液をロードします。この場所に続いて、水を含む収集槽内のマイクロ流体チャネルの出口。

コアクラッディングとシース液シリンジポンプを、それぞれ毎分30マイクロリットルと120マイクロリットルで注入するように設定します。次に、それぞれのシリンジの直径をシリンジポンプに入力します。次に、シリンジを対応するシリンジポンプに取り付け、シースフローデバイスに接続します。

UV保護タイゴンチューブを使用して、シース液を始動してシースフローデバイスをプライミングし、システムから空気を排除します。マイクロチャネルを目視で検査し、成形溝に特に注意を払って、次のステップに進む前にマイクロチャネルに気泡が残っていないことを確認します。気泡が存在する場合は、流れの中で静かに回転させたり、軽くたたいたりしてデバイスを攪拌し、デバイスから気泡を洗い流します。

クラッディング液を開始し、流れを安定させます。マイクロチャネルを検査し、気泡を洗い流した後、コアフルードを開始し、以前と同じようにシステムに気泡が存在しないことを確認します。最後に、UVソースをオンにし、シース液とともに排出される中空マイクロファイバーの連続生産のための収集バスを観察します。

コレクションバスから繊維を取り出し、成形溝と3つの溶液入力を使用した単純な2段階設計を使用して中空繊維を作成しました。Comsolシミュレーションを使用して、目的の断面積サイズを得るための適切な流量比を決定しました。フライス加工と成形の組み合わせにより、繊維を製造するためのシースフローアセンブリのコンポーネントが製造されました。

クラッド材料の重合はUV光源によって開始され、中空繊維がマイクロチャネルから収集槽に押し出されました。繊維の生産は数分間続き、長さ1メートルを超える単一の繊維を生成しました。この条件下で作られた繊維は、直径約200マイクロメートルでした。

ファイバーの構造は、光学顕微鏡と電子顕微鏡を使用して視覚化されました。繊維は中空芯を持つ楕円形をしていました。毛細管現象を利用して繊維内部に液体と気泡を導入し、中空構造が繊維の長さにわたって連続していることを確認しました。

このプロセスをマスターすると、わずか45分で完了します。これには、チャネルのセットアップ時間、溶液調製、繊維製造、および繊維の収集が含まれます。このビデオを見れば、中空マイクロファイバーを製造するためのマイクロ流体チャネルの設計方法と組み立て方法を十分に理解できるはずです。

危険な化学物質や紫外線を取り扱うときは、常に個人用保護具を着用する必要があることを忘れないでください。