Proces van het maken van drie-dimensionale Microstructuren behulp Verdamping van een Sacrificial Component
2 november 2013
De verdamping van een Sacrificial Component (Vasc) proces wordt gebruikt om microvasculaire structuren fabriceren. Deze procedure maakt gebruik van opofferende poly (melkzuur) zuur vezels om holle microchannels vormen met nauwkeurige 3D geometrische positionering door het laser micromachined geleidingsplaten.
Het algemene doel van deze procedure is om driedimensionale microvasculaire structuren te fabriceren. Dit wordt bereikt door eerst offervezels te creëren door tin-twee-oxalaat in polylactische zuurvezels te incorporeren. De tweede stap is om de vezels driedimensionaal te patrouneren met behulp van patroonplaten.
Vervolgens worden de vezels gegoten in een inbeddingshars. De laatste stap is om de vezels onder warmte en vacuüm uit de hars te verwijderen. Uiteindelijk kan het microvasculaire systeem voor vele doeleinden worden gebruikt, waaronder warmte-uitwisseling, massatransport en zelfherstellende systemen.
Over het algemeen zullen individuen die nieuw zijn in deze methode worstelen vanwege de mate van handmatige behendigheid en visuele bewustwording die nodig is om met de vezels te werken hoog is. Visuele demonstratie van deze methode is van cruciaal belang, aangezien de chemische behandeling van vezels en het rijgen van patroonplaten moeilijk te leren zijn omdat ze hand-oogcoördinatie en gespecialiseerde apparatuur vereisen. Begin het vezelkatalysatorinfusieproces met een aangepaste spoel en een bron van polylactische zuurvezels van bekende diameter.
Hier, 200 micron. Wikkel de gewenste hoeveelheid van de vezels rond de onderste driekwart van de spoel. Verminder vezeloverlap om maximale oppervlakte-expositie in een fles die kan worden afgesloten te bieden.
Meng 400 milliliter gedeïoniseerd water met 40 milliliter dysbaric. Een 30. Sluit de fles en schud deze tot een homogene oplossing is verkregen.
Plaats vervolgens een 1000 milliliter beker in een waterbad op 37 graden Celsius. Giet 400 milliliter tri fluor ethanol in de beker. Voeg de waterdisper-oplossing toe aan de beker en roer tot uniform.
Voeg een gram malachietgroen of andere kleurstof toe aan het mengsel en roer tot het is opgelost. Bevestig vervolgens de spoel aan de digitale mixer en pas de hoogte aan zodat de spoel een halve inch van de bodem is. Stel de mixer in op 400 RPM en begin langzaam te mengen.
Voeg 1,3 gram tin-oxalaatkatalysator toe aan het mengsel. Pas de pH in het mengsel aan met natriumhydroxide tot de pH ongeveer 6,8 tot 7,2 is. Bevestig vervolgens een deksel op de beker en verhoog de spoelrotatie naar 500 RPM.
Houd dit gedurende 24 uur binnen de eerste twee uur. Breek handmatig eventuele agglomeratie van tinoxalaat die zich ontwikkelt. Aan het einde van 24 uur, laat een oven voorverwarmen tot 35 graden Celsius.
Verwijder de spoel uit de mixer en plaats deze in de oven. Laat het een nacht drogen. Na minstens acht uur drogen, verwijder de spoel uit de oven, verwijder de vezels van de spoel.
Verwijder overtollig katalysator uit de vezels. Fabricage van de microvasculaire gasuitwisselingsunit begint met het verkrijgen van een paar lasergesneden koperen patroonplaten met het gewenste microvasculaire patroon. Bevestig de platen op cliphouders.
Snijd een lengte van 10 inch gekatalyseerde vezel per microkanaal. Gebruik een plaat gesneden op de vezeldiameter om eventuele resterende katalysator uit de vezels te verwijderen. Gebruik de punt van een hete lijmpistool om de randen van de vezel te tapsen.
Doe dit door de vezelpunten langzaam uit te drukken. Eens klaar, rijg de vezels door bijpassende gaten in de koperen patroonplatenparen. Schroef vervolgens de platen op een vormdoos.
Zorg ervoor dat de vezels niet gedraaid zijn bij het bevestigen van de platen. Rijg vervolgens de vezelpunten door de afstemmingspluggen van het aangepaste spanningsbord en span de PLA-vezels tot ze strak zijn. Wees voorzichtig om niet te veel te spannen en de vezels te breken.
Verwijder overtollige deeltjes uit het vezelpatroon met behulp van perslucht. Meng nu poly dimethyl xin-base met zijn verhardingsmiddel in een 10 tot een volumeverhouding, plaats het mengsel in een droogpot. Ontgast het mengsel gedurende 10 minuten onder vacuüm.
Plaats het PDMS-mengsel in de vormdoos, maar niet direct over de vezels. Gebruik een 26 gauge naald om eventuele luchtbellen in de vormdoos of tussen de vezels te verwijderen. Eens klaar, verhard de montage bij 85 graden Celsius gedurende 30 minuten.
Wanneer de doos is afgekoeld, ontkoppel de koperen platen van de vormdoos, zorg ervoor dat u de platen niet buigt of te hard trekt. Verwijder de uitgeharde eerste fase uit de vormdoos. Gebruik een hypodermische naald met een maat die minstens twee keer de buitendiameter van de vezels is om gaten te prikken in een RTV-eindkap met naald in plaats van draad van vezel door het gat.
Verwijder vervolgens de naald. Het gatpatroon moet vergelijkbaar zijn met de koperen patroonplaat, maar breder verspreid. Bevestig vervolgens de eindkappen aan een grotere vormdoos.
Plaats een tweede fase van PDMS en verwijder eventuele resterende gasbellen. Verhard opnieuw 85 graden Celsius gedurende 30 minuten. Na de tweede uitharding, snijd eventuele overtollige PLA-vezels uit de steekproef.
Plaats het in een vacuümoven op 210 graden Celsius gedurende 24 uur of totdat het grootste deel van de PLA-vezels is verwijderd. Als er PLA niet kan worden verwijderd, injecteer een milliliter chloroform om het resterende in de microkanalen op te lossen. Dit voltooit de unitfabricage.
Deze procedure biedt een methode voor het fabriceren van microvasculaire structuren in hars zoals te zien in de gasuitwisselingsunit. Getoond bovenaan. Linksonder is een detail van een segment van de structuur.
Kleurstoffen zijn gebruikt voor visuele duidelijkheid. Aan de rechterkant is het zeshoekige patroon van 200 micron en 300 micron gaten die worden gebruikt om de microkanalen te creëren. De microkanalen zijn volledig hol en kunnen minder dan 50 micron worden gescheiden.
De structuur van het microvasculaire netwerk is alleen beperkt door de structuren die kunnen worden gevormd door de offervezels. Het is mogelijk dat zowel
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Het Vaporization of a Sacrificial Component (VaSC) proces wordt gebruikt om driedimensionale microvasculaire structuren te fabriceren. Deze innovatieve methode maakt gebruik van opofferbare poly(melkzuur) vezels om holle microkanalen te creëren, waarbij nauwkeurige geometrische positionering wordt bereikt door middel van laserbewerkte geleidingsplaten.
Belangrijke studiecomponenten
Wetenschapsgebied
- Neurowetenschappen
- Biomaterialen
- Microfabricage
Achtergrond
- De behoefte aan geavanceerde microvasculaire systemen in verschillende toepassingen.
- Belangrijkheid van nauwkeurige geometrische positionering in microfabricage.
- Gebruik van opofferbare materialen bij het creëren van complexe structuren.
- Toepassingen in warmte-uitwisseling, massatransport en zelfherstellende systemen.
Doel van het onderzoek
- Om een betrouwbare methode te ontwikkelen voor het fabriceren van microvasculaire structuren.
- Om de functionaliteit van microkanalen voor verschillende toepassingen te verbeteren.
- Om het potentieel van het VaSC-proces in de biomedische techniek te verkennen.
Gebruikte methoden
- Creatie van opofferbare vezels door tin twee oxalaat te incorporeren in polymelkzuur.
- Driedimensionale modelleervorming van vezels met behulp van modelleerplaten.
- Casten van vezels in een inbeddingshars.
- Ontruiming van vezels uit de hars onder hitte en vacuüm.
Belangrijkste resultaten
- Succesvolle fabricage van holle microkanalen met nauwkeurige geometrie.
- Demonstratie van de veelzijdigheid van het microvasculaire systeem.
- Mogelijke toepassingen op verschillende gebieden, waaronder biomedische techniek.
- Validatie van het VaSC-proces voor toekomstig onderzoek en ontwikkeling.
Conclusies
- Het VaSC-proces is effectief voor het creëren van microvasculaire structuren.
- Microkanalen kunnen voor diverse toepassingen worden gebruikt.
- Deze methode opent nieuwe wegen voor onderzoek in microfabricage en biomaterialen.
Veelgestelde vragen
Executive Industry Relevance
The Vaporization of a Sacrificial Component (VaSC) process enables scalable fabrication of three-dimensional microvascular structures with precise geometric control. This capability addresses a critical challenge in replicating complex vascular architectures for advanced biomaterials and tissue engineering. The method supports high-fidelity mass transport systems, directly impacting early discovery and translational research pipelines.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables construction of physiologically relevant microenvironments for hypothesis-driven studies.
- Supports functional validation of vascularized tissue models for mechanistic de-risking.
- Facilitates exploration of structure-function relationships in engineered matrices.
Screening & Assay Development
- Provides reproducible microchannel arrays for standardized compound perfusion assays.
- Enables quantitative assessment of mass transport and exchange in synthetic systems.
- Supports scalable preparation of assay-ready platforms for high-throughput workflows.
Translational & Preclinical Research
- Aligns engineered microvascular networks with disease-relevant tissue models.
- Maintains continuity from discovery-stage validation to preclinical evaluation of biomaterials.
- Reduces translational risk by enabling predictive in vitro testing of vascularized constructs.
Pipeline & Workflow Integration
The VaSC process integrates from early discovery through preclinical model development, supporting both hypothesis testing and assay standardization.
- Discovery Biology: Enables controlled testing of vascularization hypotheses in engineered matrices.
- Screening: Delivers reproducible, quantitative microchannel platforms for compound evaluation.
- Analytics: Provides measurable outputs for comparing mass transport and channel integrity.
- Translational Research: Bridges in vitro model development with preclinical biomaterial validation.
- Enterprise Reuse: Offers a modular fabrication capability adaptable to diverse R&D needs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in engineered tissue models and vascularized systems.
- Operational Value: Standardizes fabrication of complex microstructures for reproducible research.
- Strategic Value: Improves go/no-go decision-making by reducing ambiguity in model performance.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of biomaterial and tissue engineering programs.
Implementation Considerations
- Requires specialized manual dexterity and visual awareness for fiber handling.
- Needs access to micromachined patterning plates and tensioning devices.
- Demands cross-team standardization for reproducible microchannel fabrication.
- Adaptable to various matrix materials and fiber topologies as supported by the process.
- Potential for leaks or plugs necessitates troubleshooting and quality control steps.
