희생 구성 요소의 증발을 사용하여 세 가지 차원 미세 만들기의 과정

본 실험의 전반적인 목표는 3차원 미세혈관 구조를 제작하는 것입니다. 이는 먼저 polylactic acid 섬유에 tin two oxalate를 혼입하여 희생 섬유를 생성함으로써 수행됩니다. 두 번째 단계는 패턴 플레이트를 사용하여 섬유를 3차원적으로 패턴화하는 것입니다.

다음으로, 섬유를 매립 수지에 캐스팅합니다. 마지막 단계는 열과 진공 상태에서 수지로부터 섬유를 적출하는 것입니다. 최종적으로, 이러한 미세혈관 시스템은 열교환, 물질 전달 및 자가 치유 시스템을 포함한 다양한 용도로 사용될 수 있습니다.

일반적으로 이 방법에 익숙하지 않은 개인은 섬유를 다루는 데 필요한 정밀한 손재주와 시각적 인지 수준이 높기 때문에 어려움을 겪을 수 있습니다. 섬유의 화학적 처리와 패턴 플레이트의 스트링 작업은 수개 협응력과 전문 장비가 필요하여 습득하기 어렵기 때문에, 이 방법에 대한 시각적 시연이 매우 중요합니다. 맞춤형 스핀들과 직경을 알고 있는 폴리락틱산 섬유 소스를 사용하여 섬유 촉매 주입 공정을 시작하십시오.

여기서는 200 microns를 사용합니다. 스핀들의 하단 4분의 3 지점에 원하는 양의 섬유를 감으십시오. 밀폐 가능한 병 내에서 표면적이 최대한 노출될 수 있도록 섬유의 겹침을 최소화하십시오.

탈이온수 400 milliliters를 dysbaric. One 30 40 milliliters와 혼합하십시오. 병을 닫고 균질한 용액이 얻어질 때까지 흔들어 섞으십시오.

다음으로 1000 milliliter 비커를 37 °C 항온수조에 넣습니다. 비커에 tri fluoro ethanol 400 milliliters를 붓습니다. 여기에 수분산 용액을 넣고 균일해질 때까지 교반합니다.

혼합물에 1 g의 말라카이트 그린 또는 다른 염료를 넣고 완전히 녹을 때까지 저어 줍니다. 이제 디지털 믹서에 스핀들을 부착하고, 스핀들이 바닥에서 0.5 inch 거리에 있도록 높이를 조절합니다. 믹서를 400 RPM으로 설정하고 천천히 혼합을 시작합니다.

혼합물에 1.3 grams의 주석 옥살레이트 촉매를 추가합니다. 수산화나트륨을 사용하여 혼합물의 pH가 약 6.8에서 7.2가 될 때까지 조정합니다. 다음으로, 비커에 뚜껑을 닫고 스핀들 회전 속도를 500 RPM으로 높입니다.

처음 2시간 이내에 이를 24시간 동안 유지하십시오. 발생하는 주석 옥살레이트의 응집물은 수동으로 분쇄하십시오. 24시간이 지나면 오븐을 35 °C로 예열해 두십시오.

스핀들을 믹서에서 분리하여 오븐에 넣습니다. 하룻밤 동안 건조시킵니다. 최소 8시간 동안 건조한 후, 스핀들을 오븐에서 꺼내어 스핀들에서 섬유를 풀어냅니다.

섬유에서 과잉 촉매를 제거합니다. 미세혈관 가스 교환 장치의 제작은 원하는 미세혈관 패턴이 레이저 커팅된 한 쌍의 황동 패턴 플레이트를 준비하는 것으로 시작합니다. 클립 홀더에 플레이트를 고정합니다.

마이크로 채널당 10 inch 길이의 촉매 처리된 섬유를 절단합니다. 섬유 직경에 맞게 절단된 플레이트를 사용하여 섬유에 남아 있는 촉매를 제거합니다. 글루건의 팁을 사용하여 섬유의 끝부분을 테이퍼 형태로 다듬습니다.

섬유 팁을 천천히 밀어내어 이를 수행합니다. 완료되면, 황동 패턴 플레이트 쌍의 일치하는 구멍을 통해 섬유를 통과시킵니다. 그다음, 플레이트를 몰딩 박스에 나사로 고정합니다.

플레이트를 부착할 때 섬유가 꼬이지 않도록 주의하십시오. 그다음, 맞춤형 장력 조절 보드의 조율 핀에 섬유 끝부분을 통과시켜 PLA 섬유가 팽팽해질 때까지 장력을 가하십시오. 과도한 장력으로 인해 섬유가 끊어지지 않도록 주의하십시오.

압축 공기를 사용하여 섬유 패턴에서 과도한 입자를 제거합니다. 이제 폴리디메틸실록산(poly dimethyl siloxane) 베이스와 경화제를 10:1 부피비로 혼합하여 데시케이터 병에 넣습니다. 진공 상태에서 10분 동안 혼합물의 가스를 제거합니다.

PDMS 혼합물을 몰딩 박스에 붓되, 섬유 위에 직접 붓지 않도록 합니다. 26게이지 바늘을 사용하여 몰딩 박스 내부 또는 섬유 사이에 있는 기포를 제거합니다. 작업이 완료되면 어셈블리를 85 °C에서 30분 동안 경화시킵니다.

박스가 냉각되면, 황동판이 휘거나 너무 강하게 당겨지지 않도록 주의하며 몰딩 박스에서 황동판을 분리하십시오. 몰딩 박스에서 경화된 1단계 결과물을 꺼냅니다. 섬유 외경보다 최소 2배 더 큰 게이지의 하이포더믹 바늘을 사용하여 RTV 엔드 캡에 구멍을 뚫고, 바늘이 꽂혀 있는 상태에서 섬유를 구멍을 통해 통과시킵니다.

그런 다음 바늘을 제거합니다. 구멍 패턴은 황동 패턴 플레이트와 유사해야 하지만, 더 넓게 퍼져 있어야 합니다. 다음으로, 엔드 캡을 더 큰 몰딩 박스에 고정합니다.

PDMS를 두 번째 단계로 붓고 남아 있는 기포를 제거합니다. 다시 85 °C에서 30분 동안 경화시킵니다. 두 번째 경화가 끝난 후, 샘플에서 초과분인 PLA 섬유를 잘라냅니다.

이를 210 °C의 진공 오븐에 24시간 동안 또는 PLA 섬유의 대부분이 제거될 때까지 둡니다. 제거되지 않은 PLA가 남아 있는 경우, 1 mL의 클로로포름을 주입하여 마이크로 채널 내의 잔여물을 용해시킵니다. 이로써 장치 제작이 완료됩니다.

본 절차는 상단에 표시된 가스 교환 장치와 같이 레진 내에 미세혈관 구조를 제작하는 방법을 제공합니다. 하단 왼쪽은 해당 구조의 일부 세그먼트를 확대한 상세 이미지입니다.

시각적 명확성을 위해 염료가 사용되었습니다. 오른쪽에 있는 것은 마이크로 채널을 생성하는 데 사용된 200 micron 및 300 micron 구멍의 육각형 패턴입니다. 마이크로 채널은 완전히 비어 있으며 50 microns 미만의 간격으로 분리될 수 있습니다.

미세혈관 네트워크의 구조는 희생 섬유로 형성할 수 있는 구조에 의해서만 제한됩니다. 미세 채널 내에서는 누출과 막힘 현상이 모두 나타날 수 있습니다. 이 가스 교환 장치의 왼쪽에는 막힘 현상이 발생한 부분이 있습니다.

이들은 대개 용매로 제거할 수 있습니다. 오른쪽에 누출의 예시가 있습니다. 이러한 누출은 희생 섬유가 충분히 세척되지 않았거나 텐션이 제대로 가해지지 않았을 때 발생합니다. 이 기술을 숙달하면 섬유 제작에 45분, 미세혈관 유닛 제작에 60분이 소요됩니다.

이 영상을 시청한 후, 희생 섬유(sacrificial fibers)를 이용하여 3차원 패턴을 만드는 방법과 전체 공정의 문제 해결 방법에 대해 충분히 이해하게 될 것입니다.