제조 및 Macrostructure를 포함 하는 광학 조직 팬텀의 특성화

이 Phantom Fabrication 프로세스의 전반적인 목표는 광학적으로 조정된 폴리머 내에서 마우스의 기도를 모델링하는 것입니다. 내부 구조가 3D 프린팅되기 때문에 이 성형 공정은 다양한 다른 해부학에 적용할 수 있습니다. 이 방법은 건강과 같은 조직 광학 분야의 핵심 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있으며, 3차원 해부학은 조직의 광 전달에 영향을 미칠 수 있습니다.

이 기술의 주요 장점은 3D 프린터로 해석할 수 있는 모든 구조에 대해 사용자 정의할 수 있다는 것입니다. 이 방법은 폐에서 빛을 전달하기 위한 물리적 모델로서 통찰력을 제공할 수 있지만 근접 시스템 또는 여러 재료가 있는 3D 모델과 같은 다른 시스템에도 적용할 수 있습니다. 광학적 특성을 확인하기 위해 선택적 recepie의 폴리디메틸실록산 또는 PDMS 슬래브를 제작하는 것으로 시작합니다.

PDMS 수지 경화제를 10:1 중량비로 사용하여 PDMS 수지, 이산화티타늄, 인도 잉크, PDMS 경화제를 혼합 컵에 순서대로 붓습니다. 재료의 철저한 혼합은 입자 흡수 및 산란 특성을 가진 모더니즘 재료를 허용합니다. 이 단계는 재현 가능한 광학 특성을 위해 필수적입니다.

스피드 믹서에 재료를 넣고 60초 동안 섞습니다. 이산화 티타늄 입자가 혼합 컵에 달라붙으면 믹서에서 30초 더 혼합하기 전에 손으로 혼합하여 컵 바닥에서 입자를 제거하십시오. 다음으로 혼합물을 Ross 또는 Petri 접시에 부어 혼합물의 얇은 석판을 만듭니다.

밀폐된 음압 챔버에 넣어 10분 동안 슬래브의 가스를 제거합니다. 그런 다음 섭씨 80도로 예열된 오븐에 30-60분 동안 석판을 놓습니다. 오븐에서 슬래브를 제거하고 식힌 후 냉각된 폴리머 슬래브를 용기에서 꺼냅니다.

그런 다음 가장자리를 잘라 평평하고 균일한 슬래브를 남깁니다. 구경을 사용하여 슬래브의 두께를 측정합니다. 다음으로, 적분구를 사용하여 슬래브의 투과율과 반사율을 측정합니다.

적분구 설정의 광원과 분광계를 켭니다. 시스템의 정렬을 확인하여 작은 시준된 빔이 적분구의 진입 및 배출 포트의 중앙에 있는지 확인합니다. 적분구 시스템을 보정하려면 소스를 끄고 적분구의 출구 포트를 막습니다.

3개의 어두운 스펙트럼을 기록합니다. 소스를 다시 켜서 출구 포트가 제한되고 입구 포트가 비어 있는 전송 참조를 가져옵니다. 이제 세 개의 스펙트럼을 기록합니다.

다음으로, 반사율 표준을 사용하여 반사율 참조 측정값을 얻습니다. 각 표준을 구의 출구 포트에 배치합니다. 각 반사율 표준에 대해 3개의 스펙트럼을 기록합니다.

다음으로, 출구 포트의 캡으로 슬래브의 투과율을 측정합니다. 전송 측정을 위해 적분구의 진입 포트에 슬래브를 놓습니다. 3개의 스펙트럼을 기록합니다.

슬래브의 반사율을 측정하려면 출구 포트 캡을 제거하고 반사율 측정을 위해 출구 포트에 슬래브를 놓습니다. 3개의 스펙트럼을 기록합니다. 텍스트 프로토콜에 설명된 대로 광학 특성을 결정하도록 진행합니다.

폴리비닐 알코올 또는 고충격 폴리스티렌과 같은 인쇄를 위한 용해 가능한 재료를 선택하십시오. 그리고 이 용해성 재료에 솔리드 모델을 인쇄합니다. 인쇄가 완료되면 인쇄된 부품에서 서포트 재료를 절단, 용해 또는 기계로 가공합니다.

완벽하게 큰 것을 줄이나 사포로 닦으십시오. 증기 연마는 표면 거칠기를 제어하는 데 중요합니다. 3D 프린터의 축 방향 해상도는 거친 내부 표면을 제공하여 해당 표면에서 확산 반사를 유발합니다.

인쇄된 부품을 증기 연마하려면 먼저 바이스에 고정하는 동안 인쇄된 부품의 바닥에 얇은 강철 또는 니티놀 와이어를 위한 여유 공간이 있는 관통 구멍을 뚫습니다. 다음으로, 구멍을 통해 스테인리스 스틸 또는 니티놀 와이어를 펴십시오. 와이어의 끝을 구부려 함께 연결합니다.

이렇게 하면 부품이 비커 내의 아세톤 증기에 완전히 잠길 수 있습니다. 그런 다음 와이어와 부품을 따로 보관하십시오. 아세톤 증기 흡입을 방지하기 위해 흄 후드에서 작업하고 큰 비커에 아세톤을 약 10% 정도 채우고 핫 플레이트에 놓습니다.

그런 다음 섭씨 100도까지 가열합니다. 아세톤 증기 응결이 비커 벽의 약 절반 정도에 도달하면 표시된 기도가 있는 고리 모양의 와이어를 두 번째 와이어에 놓고 15-30초 동안 아세톤 증기에 매달아 놓습니다. 인쇄된 부품이 비커 벽이나 서로 닿지 않도록 하십시오.

인쇄된 부품을 제거하고 빈 비커 또는 용기 위에 매달아 놓습니다. 부품을 최소 4시간 동안 건조시키십시오. 플라스틱 믹싱 컵에 PDMS 수지 9.1g을 붓습니다.

루틸 이산화티타늄 20mg을 넣은 다음 인도 잉크 35마이크로리터를 추가합니다. 마지막으로 혼합물 상단에 경화제 0.91g을 첨가합니다. 최종 폴리머 혼합물을 내열 금형에 붓습니다.

그런 다음 소량의 혼합물을 별도의 용기에 붓고 재료의 광학 특성을 확인하기 위한 폴리머 슬래브를 만듭니다. 별도의 슬래브에 표시된 기도 주형을 모두 가스 제거를 위해 벨 용기에 넣습니다. 진공 프로세스를 시작합니다.

표시된 기도 주형의 폴리머가 상승하기 시작하면 공기를 벨 항아리로 다시 넣어 표면 기포를 터뜨립니다. 그런 다음 다시 공기를 당기기 시작합니다. 고분자가 크게 상승하지 않을 때까지 이 과정을 반복합니다.

혼합물을 금형에 부을 때 얼마나 많은 공기가 갇혔는지에 따라 5분에서 10분 정도 걸립니다. PDMS가 더 이상 상승하지 않으면 15분 동안 계속해서 가스를 제거합니다. 가스를 제거한 후 천천히 공기를 챔버로 다시 유입시킵니다.

표시된 기도 팬텀과 폴리머 슬래브를 모두 제거하고 섭씨 80도의 레벨 오븐에 2시간 동안 넣습니다. 오븐에서 팬텀과 슬래브를 꺼내 20분 동안 식히십시오. 그런 다음 경화된 폴리머를 절단하지 않고 메스로 폴리머 몰드를 분해합니다.

표시된 기도 베이스의 절반을 베이스 플레이트에 끼웁니다. 다음으로, 내부 부품이 완전히 용해될 때까지 가열된 수산화나트륨 베이스 수조에 팬텀을 놓습니다. 그리고 광학적으로 제거된 참조 팬텀은 내부 구성 요소의 용해 시간을 결정하는 데 도움이 될 수 있습니다.

내부 구조가 용해되면 광학 측정을 수행하기 전에 욕조에서 팬텀을 꺼내 완전히 건조시키십시오. 텍스트 프로토콜에 설명된 대로 팬텀 형상을 확인한 후, 폴리머 슬래브와 적분구를 사용하여 팬텀의 광학적 특성을 확인합니다. 팬텀 이미징의 대표적인 결과와 3D 폐 팬텀의 내부 구조 검증을 보여줍니다.

광학적으로 투명화된 팬텀의 녹색 빛이 있는 내부 조명은 3D 프린팅 부품이 증기 연마되지 않았을 때 내부 표면의 확산 반사를 보여줍니다. 반대로, 증기 광택 내부 구조로 만들어진 팬텀은 내부 표면에서 최소한의 확산 반사율을 갖습니다. 내부에서 녹색 빛으로 조명되고 외부 감지로 이미지화된 팬텀은 서로 다른 농도의 광학 입자를 사용할 때 다른 복사 표면을 보여줍니다.

이 비디오에서 생성된 팬텀은 공간적으로 확산된 표면 광도를 보여줍니다. 그러나 내부 구조는 동일하지만 이산화 티타늄과 인도 잉크의 농도가 다른 팬텀은 흡수율이 훨씬 높고 표면에서 흡수되는 방사 프로파일이 다릅니다. 이 팬텀에는 이산화 티타늄과 인도 잉크가 포함되어 있기 때문에 광학적으로 불투명하므로 마이크로 컴퓨터 단층 촬영으로 내부 구조를 검증

이 기술을 숙달하면 제대로 수행하면 이틀 안에 완료할 수 있습니다. 이 비디오를 시청한 후에는 3D 프린팅 구조로 광학 팬텀을 제작하는 방법을 잘 이해하게 될 것입니다. 이 팬텀 제작 기술은 박테리아 감지 이미징 시스템의 최적화를 위해 마우스 폐의 광 전달을 탐색하는 데 사용됩니다.