미리 설계된 크기와 모양의 중합체 및 바이오 하이브리드 섬유의 미세 유체 제조

다음 실험의 전반적인 목표는 마이크로 섬유 생산에서 관찰되는 복잡한 유체 형성을 입증하는 것입니다. 이것은 미리 결정된 단면 모양을 가진 폴리머 실현 가능한 코어를 생성하기 위해 특정 홈이 있는 미세유체 채널을 조립함으로써 달성됩니다. 두 번째 단계로, 프리 폴리머 용액이 준비되며, 이 용액은 채널을 통과하면 형성되고 중합됩니다.

다음으로, 고분자 재료를 중합하기 위해 채널 하단에서 UV 광이 켜집니다. 이 주사 전자 현미경 사진은 제작된 여러 극세사 모양을 보여줍니다. 유사하게, 전기 방사 및 용융 방사와 같은 다른 기존 방법과 비교하여이 기술의 장점은 이 기술이 실온에서 수행될 수 있다는 사실, 그리고 이 기술이 다양한 고분자 합리적인 재료와 함께 사용될 수 있다는 사실을 포함합니다.

또한 이 기술에는 고전압이 필요하지 않습니다. 높은 온도와 빠른 냉각 시간이 필요하지 않으며 습도와 같은 환경 요인을 제어할 필요도 없습니다. 이 기술의 시각적 시연은 미세유체 섬유 제조가 다른 방법만큼 일반적이지 않기 때문에 매우 중요하며, 따라서 이를 않고 개념화하기 어려울 수 있습니다.

그러나 시각적으로 이 방법은 고분자 극세사 생산에 사용되었습니다. 우리 실험실에서는 미세 혈관과 같은 다른 시스템의 개발을 위해 동일한 원리가 사용되고 있습니다. 우리는 처음에 마이크로 믹서와 마이크로칩 유세포 분석 시스템 컨포칼을 관찰하면서 이 아이디어를 떠올렸습니다.

우리가 보았듯이 지속적으로 화려한 단면이 발전했습니다. 우리는 폴리머 용액을 도입함으로써 광 중합을 통해 형상을 지속적이고 비교적 쉽게 고정할 수 있다고 가정했습니다. 이 절차를 시연하는 사람은 제 연구실의 박사후 연구원인 Michael Danielle과 Darrell Boyd입니다.

먼저 바닥에 하나의 고정 플레이트를 배치한 다음 A COC 고리 올레핀 공중합체 층과 나머지 고정 플레이트를 배치하여 이전에 설계된 피복 흐름 장치를 아래에서 위로 조립합니다. 성형 홈이 채널의 가장자리를 따라 서로 정렬되고 COC 레이어의 유체 성형 형상이 완벽하게 겹치는지 확인합니다. 장치 중앙을 가로질러 볼트를 삽입하고 전동 드라이버를 사용하여 너트와 볼트를 조여 장치를 중앙의 왼쪽에서 오른쪽으로 번갈아 가며 함께 조입니다.

정렬을 잠그고 누출을 방지하기 위해 중앙에서 바깥쪽으로 이전 단계를 반복합니다. 장착 구멍에 도달하면 흡입구 척을 추가하고 교대로 나사를 계속 장착합니다. 그런 다음 피복 흐름 장치를 tigon 튜브에 연결합니다.

표준 HPLC 피팅을 사용하여 모든 연결부를 수동으로 조이고 링 스탠드와 클램프를 사용하여 장치를 수직으로 장착하고 가장 높은 부분의 수평을 사용하여 장치가 수직인지 확인합니다. 그런 다음 UV 소스를 시스 플로우 장치의 COC 면에서 약 1cm 수직으로 배치하여 마이크로 채널의 마지막 3-5cm가 조사되도록 합니다. 1밀리리터 루어 팁 주사기에 PEG 400을 채워 비폴리머 코어 유체로 사용하고 30ml 루어 팁 주사기에 PEG 400을 채워 피복 유체로 사용합니다.

다음으로, 갓 준비한 티올 라인 용액에 DMPA 광 개시제의 마이너스 4 몰에 10의 4 배를 보충합니다. 약 2분 동안 교반한 후 아래쪽 팁 주사기로 감싼 5ml 알루미늄 호일에 프리 폴리머 용액을 로드합니다. 이 장소를 따라, 물을 포함하는 수집 수조에서 미세유체 채널의 출구.

코어 클래딩 및 피복 유체 시린지 펌프를 각각 분당 30 및 120 마이크로 리터로 주입하도록 설정합니다. 그런 다음 각각의 주사기 직경을 주사기 펌프에 입력합니다. 그런 다음 주사기를 해당 주사기 펌프에 장착하고 피복 흐름 장치에 연결합니다.

UV 보호 tigon 튜빙을 사용하여 피복 유체를 시작하여 피복 흐름 장치를 프라이밍하고 시스템에서 공기를 제거합니다. 마이크로 채널을 육안으로 검사하고 성형 홈에 특히 주의를 기울여 다음 단계로 진행하기 전에 마이크로 채널에 기포가 남아 있지 않은지 확인합니다. 기포가 있는 경우 흐름이 있는 동안 부드럽게 회전 및/또는 두드려 장치를 교반하여 장치에서 기포를 씻어냅니다.

클래딩 유체를 시작하여 흐름이 안정화되도록 합니다. 마이크로 채널을 검사하고 기포를 씻어낸 후 코어 유체를 시작하고 이전과 동일한 방식으로 시스템에 기포가 없는지 확인합니다. 드디어, UV 소스를 켜고 칼집 유체와 함께 분출될 때 중공 극세사의 연속 생산을 위한 수집 수조를 관찰합니다.

수집 수조에서 섬유를 회수하고, 성형 홈과 3개의 용액 입력을 사용하는 간단한 2단계 설계를 사용하여 중공 섬유를 생성했습니다. Comsol 시뮬레이션을 사용하여 원하는 단면 크기를 얻기 위해 적절한 유속 비율을 결정했습니다. 밀링과 성형의 조합은 섬유를 제조하기 위해 Sheath Flow Assembly를 위한 구성 요소를 생산했습니다.

클래딩 재료의 중합은 UV 광원에 의해 시작되었고, 중공 섬유는 마이크로 채널에서 수집 수조로 압출되었습니다. 섬유의 생산은 몇 분 동안 계속되었으며 길이가 1미터가 넘는 단일 섬유를 생성했습니다. 이러한 조건에서 만들어진 섬유는 직경이 약 200마이크로미터였습니다.

섬유의 구조는 광학 및 전자 현미경을 사용하여 시각화되었습니다. 섬유는 속이 빈 코어가 있는 타원형 모양을 가졌습니다. 모세관 작용을 사용하여 액체와 기포를 섬유 내부로 도입하고 중공 구조가 섬유의 길이에 걸쳐 연속적임을 확인했습니다.

이 과정을 완전히 마스터하면 45분 정도 걸릴 수 있습니다. 여기에는 채널 설정 시간, 용액 준비, 섬유 제작 및 섬유 수집이 포함됩니다. 이 비디오를 시청한 후에는 중공 미세섬유를 생산하기 위해 미세유체 채널을 설계하고 조립하는 방법을 잘 이해하게 될 것입니다.

유해 화학 물질 및 자외선 조사로 작업할 때는 항상 개인 보호 장비를 착용해야 한다는 것을 잊지 마십시오.