Name: Voorgeschreven 3-D Direct Schrijven van Suspended Micron / Sub-micron schaal Fiber Structures via een Robotic doseersysteem (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-06-12T13:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 36 s
Description: Leer hoe je vrijvallende micron- en sub-micron polymeervezels en webstructuren fabriceert met een geautomatiseerd direct-schrijfproces via een 3-assig doseersysteem. Deze methode biedt nauwkeurige controle over vezeloriëntatie en -diameter.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Dit werk wordt ondersteund door de NSF-EPSCoR (subsidie #0814194) en het Department of Bioengineering.

<html> 1. apparatuur Set-up <ol><li> Monteer doseersysteem en sluit klepbesturingseenheid en injectiespuit op de pneumatische bron, via een drukregelaar om de druk ingesteld op 15 psi tot de polymeeroplossing uit de naaldpunt af te geven bij een stroomsnelheid van 2,45 pl / min. </li><li> Plaats het 3-assige robot en doseersysteem in een thermische behuizing aan een stabiele werkomgeving (figuur 2) te waarborgen. </li><li> Installeer Joint-Robot Control Points (JR-C Points) software van de fabrikant van het systeem en sluit 3-assige robot met een computer via de seriële communicatie-poort. </li><li> Monteer doseren klep 3-assige robot en installeer naald op het ventiel. </li><li> Niveau robotachtige fase drukplaat volgens de richtlijnen van de fabrikant om vlakheid te verzekeren met betrekking tot de hoogte van de klep 15 tip. </li><li> Monteer een feedback-gecontroleerde verwarming in de behuizing om milieu-controle toe te voegen. </li></ol>content &quot;fo: keep-together.within-page =&quot; always &quot;&gt; <img alt="Figuur 2" src="/files/ftp_upload/52834/52834fig2.jpg" /> Figuur 2. (A) 3-assige robot doseren met de benodigde accessoires gehuisvest in een behuizing; en, (B), close-up beeld van de afgifte-ventiel met aangesloten USB microscoop voor visualisatie. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52834/52834fig2large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</a> 2. Experimenteel Materialen en Controlling Factoren <ol><li> Controlerende factoren en hun combinatie. <ol><li> Variëren voedingssnelheid van 1% toerental (5 mm / sec) tot 100% (500 mm / sec) door de JR C-Points software. Voor deze toepassing gebruikt een snelheid 2% (10 mm / sec) aan de fabriceren fiber structuren die in dit werk. </li><li> Variëren polymeeroplossing concentraties specifieke viscositeit, oppervlaktespanning en vluchtigheid parameters vereist verwezenlijkenvoor de gewenste toepassing. Voor deze toepassing gebruikt een 24% polymethylmethacrylaat (PMMA) in chloorbenzeen oplossing van de vezel structuren die in dit werk fabriceren. </li><li> Varieer regelklep afzien tijd van 0,02 sec tot 1 sec om oplossingen via pneumatische werpen. Voor deze toepassing, gebruik 0,02 sec naar de vezel structuren die in dit werk te fabriceren. </li><li> Selecteer een meter grootte van hoge precisie naald tips om polymeeroplossingen afzien. Voor deze toepassing, gebruik maken van een 30 G (binnendiameter (ID) = 152,4 micrometer) tip om de vezel structuren die in dit werk te fabriceren. </li><li> Stel het temperatuurbereik tussen 70 ° F tot 100 ° F in de thermisch geïsoleerde box een constante verdampingssnelheid van het polymeermonster houden. Voor deze toepassing gebruikt een temperatuur van 70 ° F tot de vezel structuren die in dit werk fabriceren. </li></ol></li><li> Bereiding van polymeeroplossingen. <ol><li> Mengenpolymeerharsen polymethylmethacrylaat (PMMA; 0,72 g) met het oplosmiddel Chloorbenzeen (2,28 g) onder een chemische zuurkast. </li><li> Bereken het gewicht van het polymeer (PMMA) en het oplosmiddel (chloorbenzeen) om de gewenste concentratie van polymeer in oplossing. Voor deze toepassing gebruikt een 24% polymethylmethacrylaat (PMMA) in chloorbenzeen oplossing van de vezel structuren die in dit werk fabriceren. </li><li> Plaats gewenste hoeveelheid polymeerpoeder / hars in glazen flacon. Voor deze toepassing te gebruiken 0,72 g PMMA hars met een concentratie van 24% PMMA bereiken. </li><li> Overdracht oplosmiddel op polymeer in flacon met een pipet totdat het totale gewicht van 3 g is bereikt. </li><li> Meng het flesje gedurende 1 minuut met behulp van een vortex shaker en ultrasoon te verwerken voor 5 uur om volledig op te lossen het polymeer poeder / hars. </li><li> Controleer de transparantie van de oplossingen, als er een troebeling of ondoorzichtigheid monster blijven ultrasone trillingen tot duidelijk. </li></ol></li><li> Viscositeitsmeting van polymeeroplossingen. <ol><li> Meet oplosviscositeit via kegel-en-plaat viscosimeter (bv LvdV-II + en RVDV-II +) 16. </li><li> Belasting 0,5 ml van bekende viscositeit standaardmonster (a-glycerine gebaseerde en watermengsel) die door de viscometer fabrikant de viscositeitsmeter kalibreren om fouten in de viscositeitsmetingen minimaliseren. De fabrikant verschaft een aantal standaardmonsters voor het ijken van de viscometer. Gebruik glycerine gebaseerde standaardmonster met een viscositeit van 100.000 cP. </li><li> Verbinding watermantel om Viscometer de testvloeistof bij een constante temperatuur te handhaven. </li><li> Start testmeting vloeistof door het verplaatsen van de aan / uit-schakelaar in de stand om de rotatie van de spil te starten. Wanneer de waarde van het koppel op het scherm is gestabiliseerd, het koppel en bereken de uiteindelijke viscositeit met de verhouding tussen koppel, spindel multiplier constante toerental van de spil 16 <img alt="Vergelijking 1" src="/files/ftp_upload/52834/52834eq1.jpg" /> Waar is viscositeit RPM is de snelheid van de spil aangebracht kegel, TK is het koppel (0,09373 voor LvdV-II +, 1 voor RVDV-II +), SMC is de spil multiplier constante die afhangt van de specifieke spindel gebruikt tijdens de viscositeit meting. Voor dit onderzoek werd de CP-52 spindel gebruikt die een spindel multiplier constante van 9,83 heeft. </li></ol></li><li> Oppervlaktespanning meting van de polymeeroplossingen. <ol><li> Meetmethode verwijst naar de Wilhelmy techniek. 14 </li><li> Plaats 1 ml testoplossingen in een glazen flesje op een hoge-resolutie balans (schaal resolutie = 0,001 g). Dompel een glazen staaf van bekende diameter in testoplossingen. </li><li> De controle van de positie van de staaf via een servo of stappenmotor gestuurde lineaire actuator aan de oppervlakte te raken en gedeeltelijk onder te dompelen in testoplossingen met nul contact. </li><li> Monitor en noteer de verandering in massa meting op de balans alsverwijderen staaf uit de oplossing oppervlak. </li><li> Bereken oppervlaktespanning met geweld verandering, perimeter van de stang en het contact hoek van vloeistof op de stang. <img alt="Vergelijking 2" src="/files/ftp_upload/52834/52834eq2.jpg" /> waar ligt het natte omtrek van de stang (l = 10,05 mm diameter = 3,2 mm), θ is contacthoek van de vloeistof op de staaf, F kracht veranderen als gevolg van spanning van testvloeistof oppervlak op de punt van de stang. </li></ol></li><li> Stofoverdrachtscoëfficiënt meten oplossingen. <ol><li> Meet de massa-overdracht coëfficiënten van polymeeroplossingen door thermogravimetrische analyse. 14 </li><li> Belasting 30 pi van de 24% (gew) PMMA polymeeroplossing op een platina plaat voor tarreren evenwicht. </li><li> Vent de kamer, het programma van het apparaat te draaien op de gewenste temperatuur (70 ° F) gedurende 2 uur om de massa van de beoogde oplossingen controleren. </li><li> Bereken de massa-overdracht coëfficiënten door veranderingen in de massa van de oplossing,oppervlakte van oplossing / luchtinterface en dichtheid. <img alt="Vergelijking 3" src="/files/ftp_upload/52834/52834eq3.jpg" /> wanneer m (t) de massa van PMMA oplossingen, A het oppervlak van de oplossing / luchtinterface (past 78,5 mm 2 voor standaardplaat), mPOLYMER de polymeermassa in de oplossing en de dichtheid van de oplossing. </li></ol></li></ol> 3. Direct Write Experiment Procedure <ol><li> Doseersysteem monster laden protocol. <ol><li> Lading 3 ml polymeeroplossing in de injectiespuit, plaats de zuiger in injectiespuit inconsistente pneumatische drukverdeling elimineren. </li><li> Draai de inlaat lijn adapter op de spuit, sluit deze aan op de bron lijn luchtslang. </li><li> Kies de gewenste maat grootte van de precisie naald naar experiment uit te voeren. </li><li> Op de controller panel afzien, overschakelen naar de stand zuiveren en klik op &quot;cycle&quot; knop om het doseerventiel te vullen met polymeer zolution tot ontslagen uit de naald. </li><li> Veeg resterende polymeer oplossing uit de tip in de voorbereiding van een geprogrammeerde vezels schriftelijke procedure. </li></ol></li><li> Direct write polymeervezels met een 3-assige robot en doseersysteem. <ol><li> Bepaal de robot fase verschuiving naar de punt van de afgifte-naald uit de standaard uitgangspositie het initiatiepunt van de voorgeschreven micro / sub-micron vezelstructuur herpositioneren te trekken. Monteer een USB microscoop (vergroting = 200X) naar het doseersysteem klepbeugel, wat zich vertaalt langs de Z-as. Handmatig focus op het flesje schoon door aanpassing van de scherpstelknop op de USB microscoop die helpt bij het juist positioneren van de klep tip naar de gewenste locatie, geprefabriceerde substraat of apparaat. </li><li> Creëer / ontwerp van de gewenste vezelstructuur patroon (Figuren 3A, 4A en 5A) met een CAD-software. Voer de ruimtelijke coördinaten (x, y, z) in het robot JR-C besturingssoftware voor initiatie en aansluitpunten opeenvolgend ten opzichte van het gewenste patroon afgelopen het CAD-programma (Figuur 3B, 4B en 5B). 15 </li><li> Breng de voltooide vezelstructuur ontwerp-programma van de computer naar de robot door te klikken op &quot;Verstuur C &amp; T Data&quot; onder de Robot menu binnen de JR-C software 15. </li><li> Lading 3 ml PMMA oplossing van bekende concentratie (24%) in injectiespuit, ontluchtingsklep en naald stellen alle afgifte-parameters voor de afsluiterbesturing en robot besturingssoftware. </li><li> Plaats geprefabriceerde substraat op de robot fase drukplaat, de thermische behuizingdeuren sluiten voor lucht stroom, die instabiel verdamping van de polymeeroplossing kan induceren voorkomen. </li><li> Start het schrijven van de vezels op het substraat door te klikken op de robot menu van JR-C software en het selecteren van &quot;test running&quot; 15. </li><li> DC sputter een geleidende laag goud metaallaag gedurende 2 min totdat een 2 nm dikke laag goud wordt afgezet op de getekende vezels visualisatie van de vezels in de scanning elektronenmicroscoop mogelijk. </li><li> Meet de diameter en de structuur van de vezels via scanning elektronenmicroscoop 17. Microscoop parameters: Hoogspanning niveau: 2,00 kV; Doelstelling: InLens, Werken Afstand (9,0 mm). </li></ol></li><li> Voer het doseersysteem reiniging procedure van een chemische stroom kap. <ol><li> Plaats het doseersysteem in een chemische stroomkap de reinigingsprocedure uit te voeren. </li><li> Demonteer naald klep volgens protocol van de fabrikant. </li><li> Leg alle metalen delen in een beker, giet aceton in de beker totdat alle onderdelen worden ondergedompeld. </li><li> Plaatsen bekerglas in een ultrasoon bad gedurende 30 min om alle polymere resten te verwijderen. </li><li> Spoel alle onderdelen onder stromend DI water, gebruik dan de lucht pistool om ze droog te blazen. </li></ol></<html> li&gt; </ol><img alt="Figuur 3" src="/files/ftp_upload/52834/52834fig3.jpg" /> Figuur 3. (A) Voorbeeld van ontworpen &quot;quad&quot; web structuur op een 10 mm x 10 mm frame, (B) sequentieel point-to-point ruimtelijke instructies worden ingevoerd in JR-C point software. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52834/52834fig3large.jpg" target="_blank">Klik hier om te bekijken grotere versie van deze figuur.</a> <img alt="Figuur 4" src="/files/ftp_upload/52834/52834fig4.jpg" /> Figuur 4. (A) Voorbeeld ontworpen &quot;symmetrische&quot; web inrichting op een 10 mm x 10 mm frame (B) sequentieel point-to-point ruimtelijke instructies die worden ingevoerd in JR-C point software.blank &quot;&gt; Klik hier om een ​​grotere versie van deze figuur te bekijken. <img alt="Figuur 5" src="/files/ftp_upload/52834/52834fig5.jpg" /> Figuur 5. (A) Voorbeeld van ontworpen &quot;dubbele chevron&quot; web structuur op een 10 mm x 10 mm frame, (B) sequentieel point-to-point ruimtelijke instructies worden ingevoerd in JR-C point software. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52834/52834fig5large.jpg" target="_blank">Klik hier om te bekijken een grotere versie van deze figuur.</a>

<ol><li>Andrew, K. E., Glenn, D. P., Simon, M. C., Dietmar, W. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Combining+Electrospun+Scaffolds+with+Electrosprayed+Hydrogels+Leads+to+Three-Dimensional+Cellularization+of+Hybrid+Constructs%5BTitle%5D)+AND+%22Biomacromolecules%22%5BJournal%5D)">Combining Electrospun Scaffolds with Electrosprayed Hydrogels Leads to Three-Dimensional Cellularization of Hybrid Constructs.</a> Biomacromolecules. 9 (8), 2097-2103 (2008).</li>
<li>Cho, S. M., Kim, Y. J., Kim, Y. S., Yang, Y., Ha, S. -C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+application+of+carbon+nanotube-polymer+composite+as+gas+sensing+materials.+Sensors%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+of+IEEE%22%5BJournal%5D)">The application of carbon nanotube-polymer composite as gas sensing materials. Sensors.</a> Proc. of IEEE. 2, 701-704 (2004).</li>
<li>Xu, F., Horak, P., Brambilla, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+microfiber+coil+resonator+refractometric+sensor%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Express%22%5BJournal%5D)">Optical microfiber coil resonator refractometric sensor.</a> Optics Express. 15 (12), 7888-7893 (2007).</li>
<li>Dalton, P. D., Joergensen, N. T., Groll, J., Moeller, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Patterned+melt+electrospun+substrates+for+tissue+engineering%5BTitle%5D)+AND+%22Biomed.+Mater%22%5BJournal%5D)">Patterned melt electrospun substrates for tissue engineering.</a> Biomed. Mater. 3 (3), 034109(2008).</li>
<li>Hadjizadeh, A., Doillon, C. J., Vermette, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bioactive+polymer+fibers+to+direct+endothelial+cell+growth+in+a+three-dimensional+environment%5BTitle%5D)+AND+%22Biomacromolecules%22%5BJournal%5D)">Bioactive polymer fibers to direct endothelial cell growth in a three-dimensional environment.</a> Biomacromolecules. 8 (3), 864-873 (2007).</li>
<li>Xu, C. Y., Inai, R., Kotaki, M., Ramakrishna, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Aligned+biodegradable+nanofibrous+structure%3A+a+potential+scaffold+for+blood+vessel+engineering%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Aligned biodegradable nanofibrous structure: a potential scaffold for blood vessel engineering.</a> Biomaterials. 25 (5), 877-886 (2004).</li>
<li>You, Y. M., Lee, B. L. eeS. J., Lee, T. S., Park, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+vitro+degradation+behavior+of+electrospun+polyglycolide%2C+polylactide%2C+and+poly%28lactide-co-glycolide%29%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Appl.+Polym.+Sci%22%5BJournal%5D)">In vitro degradation behavior of electrospun polyglycolide, polylactide, and poly(lactide-co-glycolide).</a> J. Appl. Polym. Sci. 95 (2), 193-200 (2005).</li>
<li>Berry, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Endothelial+cell+scaffolds+generated+by+3D+direct+writing+of+biodegradable+polymer+microfibers%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Endothelial cell scaffolds generated by 3D direct writing of biodegradable polymer microfibers.</a> Biomaterials. 32 (7), 1872-1879 (2011).</li>
<li>Dalton, A. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Super-tough+carbon-nanotube+fibres%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Super-tough carbon-nanotube fibres.</a> Nature. 423, 703(2003).</li>
<li>Dalton, A. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Continuous+carbon+nanotube+composite+fibers%3A+properties%2C+potential+applications%2C+and+problems%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Mater.+Chem%22%5BJournal%5D)">Continuous carbon nanotube composite fibers: properties, potential applications, and problems.</a> J. Mater. Chem. , 1-3 (2004).</li>
<li>Sperling, L. H. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aSperling%2C+LH+%22Introduction+to+physical+polymer+science%22">Introduction to physical polymer science</a>. , Wiley. 325-347 (1992).</li>
<li>Harfenist, S. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct+drawing+of+suspended+filamentary+micro-+and+nanostructures+from+liquid+polymers%5BTitle%5D)+AND+%22Nano.+Lett%22%5BJournal%5D)">Direct drawing of suspended filamentary micro- and nanostructures from liquid polymers.</a> Nano. Lett. 4 (10), 1931-1937 (2004).</li>
<li>Yang, R. R., He, J. H., Xu, L., Yu, J. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bubble-electrospinning+for+fabricating+nanofibers%5BTitle%5D)+AND+%22Polymer%22%5BJournal%5D)">Bubble-electrospinning for fabricating nanofibers.</a> Polymer. 50 (24), 5846-5850 (2009).</li>
<li>Berry, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+and+modeling+of+direct-write+fabrication+of+microscale+polymer+fibers%5BTitle%5D)+AND+%22Polymer%22%5BJournal%5D)">Characterization and modeling of direct-write fabrication of microscale polymer fibers.</a> Polymer. 52 (7), 1654-1661 (2011).</li>
<li><a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Janome+Desktop+Robot+JR2000N+Series+Operation+Manual%22">Janome Desktop Robot JR2000N Series Operation Manual</a>. , Janome Sewing Machine Co. Tokyo, Japan. (2007).</li>
<li><a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Brookfield+DV-II%2B+Programmable+Viscometer+Operating+Manual%2C+Manual+No.+M%2F97-164-B299%22">Brookfield DV-II+ Programmable Viscometer Operating Manual, Manual No. M/97-164-B299</a>. , Brookfield Engineering Laboratories. Middleboro, MA. (1999).</li>
<li>Flegler, S. L., Heckman, J. W., Klomparens, K. L. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aFlegler%2C+SL+%22Scanning+and+transmission+electron+microscopy+%3A+an+introduction%22">Scanning and transmission electron microscopy : an introduction</a>. , W.H. Freeman. (1993).</li>
<li>Berry, S. M., Pabba, S., Cohn, R. W., Keynton, R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct-Write+Drawing+of+Carbon+Nanotube%2FPolymer+Composite+Microfibers%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Nanomater%22%5BJournal%5D)">Direct-Write Drawing of Carbon Nanotube/Polymer Composite Microfibers.</a> J. Nanomater. 2012, 1-8 (2012).</li>
<li>Berry, S. M., Roussel, T. J., Cambron, S. D., Cohn, R. W., Keynton, R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+of+suspended+electrokinetic+microchannels+from+directly-written+sacrificial+polymer+fibers%5BTitle%5D)+AND+%22Microfluid.+Nanofluid%22%5BJournal%5D)">Fabrication of suspended electrokinetic microchannels from directly-written sacrificial polymer fibers.</a> Microfluid. Nanofluid. 13, 451-459 (2012).</li>
</ol>

De auteurs hebben niets te onthullen.

Voordat elke test is het essentieel dat de viscositeit, stofoverdracht coëfficiënten en oppervlaktespanning test van de polymeeroplossingen nauwkeurig worden gemeten om te bepalen of de robot en verdeelsysteem kan verwerken het gewenste polymeer. Zoals eerder beschreven door onze groep, moeten polymeeroplossingen behouden adequate: 1) oppervlaktespanning van de vorming van vloeibare filamenten mogelijk in micron / sub-micron structuren; 2) viscositeit te weerstaan ​​capillaire breken; en, 3) verdampingssnelheid aan vezels stollen 18 te verbeteren. De synergie tussen deze parameters is essentieel voor succesvolle productie van vezels in een gespecificeerd bereik van diameters. Tegelijkertijd, instabiliteit in elk van deze parameters voorkomt de vorming van micron / submicron schaal vezels. De synergie tussen deze parameters gedurende vezel fabricage behouden, is het van belang dat de naald en naaldklep grondig worden gereinigd na een direct-write ssessieschijven voorkomen: 1) vervuiling van de oplossing; 2) vermindering van de polymeeroplossing stroomsnelheid door de naald; en, 3) overmatige groei in de polymeerkorrel aan de punt van de naald. Bovendien moet de temperatuurregelaar van de verwarming ingesteld op de gewenste temperatuur om een ​​constante verdampingssnelheid van de polymeeroplossing te handhaven. De gevorkte tak vezels was 59%, 41% en 24% groter in diameter dan die van de ondersteunende structuren in de figuren 6-8, respectievelijk, met de 24% PMMA oplossing. Dit komt vooral door de afstand waarop de vezels worden getrokken. Specifiek worden de ondersteuningsstructuren opgesteld over de gehele breedte van het substraat (10,0 mm in X en Y richtingen 14,4 mm diagonaal). Hierdoor zijn de langste vezels van de totale Hangconstructies. De gevorkte vertakkingsstructuren aanzienlijk korter zijn, varieert van 7 mm maximale lengte tot aan 2,5 mm. Deze kortere fiber tekening lengte doet geent effectief de vezels vereist tijdens de vezel verdunningswerkwijze induceren teneinde de kleine diameter vezels te produceren. Aan de andere kant, zijn grotere diameter draden nodig om te dienen als de ondersteunende vezels om effectief te ondersteunen het trekkend en vervorming veroorzaakte tijdens de gevorkte tak tekening proces. Als de vertakking takken getrokken over de drager vezels kan een herinrichting van de drager vezel geometrie optreden door de tekening krachten alsmede een gelokaliseerde oplossen van het PMMA polymeer bij het grensvlak tussen de drager en vertakte vezels uit het oplosmiddel in de polymeeroplossing. Aldus in bepaalde gevallen mogelijk dat de drager vezels worden vervaardigd uit een polymeeroplossing bestaande uit een hogere polymeerconcentratie grotere diameter en mechanisch sterkere vezels te produceren. Er zijn voornamelijk drie effectieve methoden voor het modificeren van het protocol bij een breder scala van ondersteuning en vertakte vezels indiameters: 1) aanvankelijk afzien van het polymeer van een grotere naald (bijvoorbeeld 25 G; ID = 254 micrometer) om de steun vezels te genereren en vervolgens te ruilen voor een kleinere naald (bijvoorbeeld 32 G; ID = 101,6 micrometer) te fabriceren de kleinere vertakte vezels; 2) zoals hierboven vermeld, gebruik meerdere polymeerconcentraties; en / of 3) pas de toevoersnelheid, dat wil zeggen, de snelheid waarmee het stadium doorkruist, waarbij het ​​verhogen van de toevoersnelheid vezels produceert kleinere diameter en het verlagen van de toevoersnelheid creëert grotere diameter vezels. Tot op heden hebben we in staat om met succes vezels fabriceren zo klein als 90 nm geweest; Echter, de vezel rendement op deze dimensie is laag door capillaire uiteenvallen. Een beperking van de geautomatiseerde directe schrijfproces is dat slechts één concentratie van de polymeeroplossing kan worden afgegeven tegelijk. Dit beperkt de complexiteit van de gesuspendeerde structuren te ontwikkelen zonder: 1) voeg een tweede doseerklep naar de robot;of, 2) verwijder de bestaande klep en voer de reiniging protocol (paragraaf 3.4) alvorens het afgeven van de tweede polymeer oplossing, die extra tijd kost. Een tweede beperking is de voeding (of afdruksnelheid), waar de maximale voeding dat het systeem in staat is om het bereiken van 500 mm / sec. Er is echter een afweging tussen toevoersnelheid en vezelvorming. Met name indien de traagheidskrachten (krachten vanwege de toevoersnelheid) groter dan de oppervlaktespanning krachten en verdampingssnelheid van de polymeeroplossing, vezelvorming niet optreedt. Aan de andere kant, als de toevoersnelheid te laag is, zullen vezels breken als gevolg van overmatige verdamping vóór en tijdens het elongatieproces. Ten derde worden vezels en structuur afmetingen beperkt tot het werkgebied van het stadium van de robot, dat wil zeggen, 200 mm, 200 mm en 25 mm (met een 10 urn positienauwkeurigheid) in de x, y en z-richting respectievelijk. Toch heeft deze werkwijze maken de vorming van hoge aspectverhouding (fiber length: diameter) vezels. Strategisch variëren van de afgifte tipformaat en de polymeeroplossing concentratie moet zorgen voor een breder scala vezeldiameter hetgeen het vermogen om vrij opgehangen structuur van hogere complexiteit genereren. Door het volgen van de protocollen hierboven vermeld kan micron en submicron diameter polymeervezels worden gemaakt met een hoge mate van ruimtelijke controle door het benutten van de oppervlaktespanning gedreven vloeistofmechanica van de polymeeroplossingen, die niet kan worden bediend door andere natte, droge of elektrospinning procédés . Uit eerder werk 8,19, weten we dat deze techniek kan worden gebruikt om ingewikkelde micro / submicron fluïduminrichtingen 19 en bioengineered steigers 8 fabriceren. Deze goedkope en eenvoudige techniek heeft zijn eigen voordelen ten opzichte van traditionele schaafmachine fabricagemethoden op vele manieren.

In de afgelopen decennia zijn verschillende fabricagetechnieken, zoals nat spinnen, droog spinnen en electrospinning, zijn gebruikt om nieuwe polymeer vezelstructuren met diverse en robuuste biologische, chemische, elektrische en mechanische eigenschappen 1-12 creëren. Hoewel deze spinning technieken kunnen genereren gesuspendeerd driedimensionale vezels, zijn zij beperkt in hun vermogen om vezeloriëntatie nauwkeurig te regelen driedimensionaal sinds vezeldepositie via deze werkwijzen willekeurig van aard. Bovendien zijn deze technieken beperkt in hun dimensionele bereik voor fiber fabricage; specifiek, geproduceerd via natte en droge spinnen vezels variëren in diameter van enkele tientallen tot honderden microns, terwijl elektrospinnen opbrengsten vezels met een diameter van enkele tientallen nanometers tot enkele micron 13. Om meer nauwkeurige controle van de vezeloriëntatie voorzien in 3-D ruimte, onze groep ontwikkelde een self-assemble of &quot;direct-write&quot; fiber fabricageproces die direct werpt een polymeer materiaal uit een holle capillaire en dan trekt de individuele filamenten die dun en stollen tot voorspelbare vezeldiameters door de exploitatie van oppervlaktespanning gedreven stromingsleer 14. Onze eerste direct-write-systeem voor het verhogen van het niveau van controle van vezels positie en diameter bestond uit een op maat vervaardigde veer spuit doseersysteem verbonden aan het hoofd van een op maat gemaakte Ultra-High Precision Micromilling Machine (figuur 1). De UHPMM had een podium met een plaatsresolutie van 1,25 nm in de X- en Y-richting en 20 nm in de Z-richting die programmatisch gecontroleerd werd micron en sub-micron schaal draden en structuren. Een beperking van dit systeem direct schrijven was het gebrek aan controle over de stroom polymeeroplossing door de naald. Hoewel de veer doseersysteem succes gegenereerd constant flow door de tip, een steeds groter wordende bolvormige kraal polymeeroplossing werd gemaakt bij de uitlaat van de spuit, welke varieerden in grootte en het volume afhankelijk van de omgeving. <img alt="Figuur 1" src="/files/ftp_upload/52834/52834fig1.jpg" /> Figuur 1. Afbeelding van Ultra High Precision Micromilling Machine:. De eerste rechtstreekse write systeem werkzaam zijn in het fabriceren micron / sub-micron schaal structuren <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52834/52834fig1large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</a> De inconsistentie van deze bron bead invloed op de mate waarin het systeem herhaaldelijk fabriceren draden van een voorgeschreven diameter. Zij het, structuren succesvol gegenereerd met dit direct schrijfproces, zou verbetering van het proces meer controle over de stroom polymeeroplossing kan meer precise, voorgeschreven vezeldiameters door regulatie van de korrelgrootte op de spuit. Dus dit werk beschrijft de toepassing van een 3-assig geautomatiseerde afgiftesysteem pneumatisch schakel- afgifteklep aan de polymeeroplossing stroom en tip korrelgrootte te creëren voorgeschreven nauwkeurig te regelen, micron / sub-micron Hangconstructies.

<table><tbody><tr><td>ROBOT DR2203N 3 AXES 200MM X 200MM</td><td>Nordson EFD</td><td>7023145</td><td>3-Axis Robot</td></tr><tr><td>CONTROLLER 7100, DISPENSE VALVE</td><td>Nordson EFD</td><td>7015340</td><td>Ventilatie Controller</td></tr><tr><td>MICRODOT VALVE</td><td>Nordson EFD</td><td>7021233</td><td>Microdot Valve</td></tr><tr><td>ROBOT ACC FIXTURE PLATE 200MM</td><td>Nordson EFD</td><td>7028276</td><td>Fixture Platen</td></tr><tr><td>ROBOT ACC DRN / DSRN POINTS SOFTWAR</td><td>Nordson EFD</td><td>7023144</td><td>JR-C Software</td></tr><tr><td>ROBOT MOUNT VALVE UNIVERSAL</td><td>Nordson EFD</td><td>7028273</td><td>Microdot Valve Mount</td></tr><tr><td>15 PSI BARREL PRESS. REGULATOR</td><td>Nordson EFD</td><td>7020585</td><td>Barrel Regulator</td></tr><tr><td>KIT O BRL/PIST 5CC CL/WH 40</td><td>Nordson EFD</td><td>7012096</td><td>5CC Barrels with Pistons</td></tr><tr><td>ADAPTER ASM O 5CC BL</td><td>Nordson EFD</td><td>7012054</td><td>Pneumatic Barrel Adapter</td></tr><tr><td>TIP 30GA.006X.25 LAVNDR 50PC</td><td>Nordson EFD</td><td>7018424</td><td>30 gauge Needle Tip (0.250" length)</td></tr><tr><td>Electric Baseboard Heater (500&nbsp;W, 30" length)</td><td>Cadet</td><td>2F500</td><td>Heater</td></tr><tr><td>Temperature Controller with Timer</td><td>Control Company</td><td>130726596</td><td>Temperature Controller</td></tr><tr><td>eScope USB Microscope</td><td>OiTez</td><td>DP-M02</td><td>200X USB Microscope</td></tr><tr><td>Poly(methyl methacrylate)</td><td>Aldrich</td><td>182265-500G</td><td>PMMA Powder</td></tr><tr><td>Chlorobenzene</td><td>Sigma Aldrich</td><td>284513</td><td>Solvent to dissolve PMMA</td></tr></tbody></table>

voorgeschreven 3-d direct schrijven van suspended micron / sub-micron schaal fiber structures via een robotic doseersysteem

Prescribed 3-D Direct Writing of Suspended Micron/Sub-micron Scale Fiber Structures via a Robotic Dispensing System

Een 3-assig doseersysteem wordt gebruikt om de start- en eindposities en de baan van de vezels te regelen via de doseersoftware. De lengte en oriëntatie van de polymeervezel worden bepaald door de ruimtelijke positionering van de 3-assige trappen van het doseersysteem. De diameter van de vezel wordt bepaald door de voorgeschreven doseertijd van de klep van het doseersysteem, de doorstroomsnelheid (de snelheid waarmee de trap zich verplaatst van een start- naar een eindpositie), de diameter van de maat van de doseertip, de viscositeit en oppervlaktespanning van de polymeeroplossing en de geprogrammeerde treklengte. De voedingssnelheid van de trap beïnvloedt de verdampingssnelheid van de polymeeroplossing en het capillaire uiteenvallen van de filamenten. Het doseersysteem bestaat uit een pneumatisch klepbesturingsapparaat, een druppeldoseerklep en een doseertip. Karakterisering van het directe schrijfproces om de optimale combinatie van factoren te bepalen, leidt tot het herhaaldelijk verkrijgen van de gewenste reeks vezeldicketes. Het voordeel van dit robotische doseersysteem is de gemakkelijke verkrijging van een precieze reeks vezels van micron/sub-micron naar een gewenste, geprogrammeerde locatie via geautomatiseerde procesregeling. Hier zijn de besproken zelfgeassembleerde 3D-structuren op micron/sub-micronschaal gebruikt om opgehangen structuren te fabriceren om micron/sub-micron vloeistofapparaten en bio-ingenieursstructuren te creëren.

Beelden van de feitelijke structuren geproduceerd via de 3-assige robot en directe schrijfmethode voor elk van de respectieve uitvoeringen en JR C-Point algoritmen In de figuren 3-5A en B hierboven zijn getoond in Figuren 6A, 7A en 8A. Zoals te zien is in de beelden, zijn drie-dimensionale, vrijhangende vezels succes &quot;geschreven&quot; op de substraten is, doordat het manipuleren van de dispenser tip voorgeschreven ruimtelijke locaties inclusief de initiërende / eindpunten en snijpunten. De bijvoegsels van deze cijfers overdrijft snijpunten van gesuspendeerde vezels, die het vermogen van het systeem om nauwkeurig te regelen vezeloriëntatie (figuren 6B, 7B en 8B) in 3-D ruimte demonstreren. <img alt="Figuur 6" src="/files/ftp_upload/52834/52834fig6.jpg" /> Figuur 6. (A) Op<html> tische beeld van verzonnen &quot;quad&quot; opgeschort web structuur met 2 ondersteuning vezels (diagonalen) en 12 vertakt vertakt PMMA vezels (15X optische vergroting; schaal bar = 1 mm), (B) SEM beeld van een enkele gevorkte vezel (289x vergroting; schaal bar = 100 pm). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52834/52834fig6large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</a> <img alt="Figuur 7" src="/files/ftp_upload/52834/52834fig7.jpg" /> Figuur 7. (A) Optische beeld van verzonnen &quot;symmetrische&quot; opgeschort web structuur met 1 steun vezel (horizontaal) en 11 vertakt vertakt PMMA vezels (15X optische vergroting; schaal bar = 1 mm), (B) SEM beeld van een enkele gevorkte fiber (107x vergroting; schaal bar = 100 pm).52834fig7large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; Klik hier om een ​​grotere versie van deze figuur te bekijken. <img alt="Figuur 8" src="/files/ftp_upload/52834/52834fig8.jpg" /> Figuur 8. (A) Optische beeld van verzonnen &quot;dubbele chevron&quot; opgeschort web structuur met 1 steun vezel (horizontaal) en 22 vertakt vertakt PMMA vezels; SEM beeld van een enkele (15X optische vergroting schaal bar = 1 mm), (B) gevorkte vezels. (80x vergroting; schaal bar = 100 micrometer) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52834/52834fig8large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</a> Figuur 9 toont close-up van de sequentiële point-to-point orde van vezels fabricage waarop de 3-assige robot en doseersysteem de vrijhangende web-achtige structuren kunnen genereren. The p<html> olymer contactpunten weergegeven met nummers corresponderen met de geprogrammeerde initiërende en eindigen punten in de JR-C software waarnaar wordt verwezen in figuur 3B hierboven. De pijlen geven de robot van de bal. Figuur 10 displays micron en submicron polymeer vezels, die het vermogen van de directe write systeem om draden van verschillende groottes fabriceren aantoont. <img alt="Figuur 9" src="/files/ftp_upload/52834/52834fig9.jpg" /> Figuur 9. SEM afbeelding illustreert de sequentiële point-to-point fabricage order voor het tekenen van de micron en submicron polymeer vezels (29X vergroting; schaal bar = 200 pm). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52834/52834fig9large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</a> 2834 / 52834fig10.jpg &quot;/&gt; Figuur 10. SEM beeld van micron (6,5 micrometer) en sub-micron (555 nm) getekend met behulp van een 20% concentratie PMMA polymeeroplossing vezels. (2,270X vergroting; schaal bar = 2 micrometer) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52834/52834fig10large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie te bekijken dit cijfer.</a> Polymeer vezellengte en diameter werden gemeten met behulp van scanning elektronenmicroscopie. Tabel 1 toont de gemiddelde draaddikte voor elke unieke structuur weergegeven in figuren 6-8 hierboven overeenkomt met de gevorkte tak vezels en de drager vezels. Tabel 2 toont het polymeer parameters die gemeten van 24% PMMA oplossingen werden gebruikt om de structuren hierboven vermeld fabriceren. <table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0"><tbody><tr><td></td><td> Structuur diameter in figuur 6</td><td> Structuur diameter in figuur 7 </td><td> Structuur diameter in figuur 8 </td></tr><tr><td> Steunvezels </td><td> 8.65 ± 1,43 micrometer </td><td> 9.39 ± 1,23 micrometer </td><td> 9.31 ± 1.65 pm </td></tr><tr><td> Branch vezels </td><td> 20.96 ± 3.35 pm </td><td> 15.92 ± 1,44 micrometer </td><td> 12.24 ± 5,42 micrometer </td></tr></tbody></table> Tabel 1. Gemiddelde diameters van de gesuspendeerde drager en tak vezels getoond in figuren 6-8 een 24% oplossing van PMMA. <table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0"><tbody><tr><td></td><td> 24% PMMA </td></tr><tr><td> Viscositeit (Pa * sec) </td><td> 35.19 </td></tr><tr><td> Surface Tension (mN / m) </td><td> 262,01 </td></tr><tr><td&gt; Mass Transfer Coëfficiënt (m / sec) </td><td> 8.59 x 10 -8 </td></tr></tbody></table> Tabel 2. Polymeer parameters van de 24% PMMA oplossingen werden gebruikt om de fiber structuren die in dit werk fabriceren.

Hier presenteren we een protocol om vrij-zwevende, micron / sub-micron schaal polymeer vezels en &quot;web-achtige&quot; structuren gegenereerd via geautomatiseerde direct schriftelijk procedure door middel van een 3-assige doseersysteem fabriceren.

Voorgeschreven 3-D Direct Schrijven van Suspended Micron / Sub-micron schaal Fiber Structures via een Robotic doseersysteem

A 3-axis dispensing system is utilized to control the initiating and terminating fiber positions and trajectory via the dispensing software. The polymer ...

Het algemene doel van deze procedure is het vervaardigen van vrijhangende polymeervezels en webachtige structuren op micron- tot submicron-schaal middels een geautomatiseerde direct-writing-procedure met behulp van een drie-assig doseersysteem. Dit wordt bereikt door eerst de geautomatiseerde apparatuur met de kleppenregelaar en het doseersysteem in te stellen. Na de mechanische installatie worden de vloeibare polymeerbronnen gesynthetiseerd en wordt de kwaliteitscontrole beoordeeld door het analyseren van rheologische parameters zoals oppervlaktespanning en viscositeit.Vervolgens worden de structuren ontworpen met behulp van CAD-software. Daarna worden de ruimtelijke coördinaten van de ontworpen structuren overgebracht naar de software van de robotcontroller. Vervolgens verplaatst de robot de doseernaald naar de vooraf bepaalde locaties om vrijhangende polymeervezels op micron- en submicron-schaal en webachtige ontwerpen te fabriceren.Het belangrijkste voordeel van deze techniek ten opzichte van andere methoden, zoals nat-, droog- en elektrospinning, is dat we de vezeldiameter, de vezelorientatie en de dimensies in alle drie de ruimtelijke dimensies nauwkeurig kunnen beheersen. Over het algemeen zullen personen die nieuw zijn met deze technologie moeite hebben, omdat de synergie tussen de oppervlaktespanning, de verdampingssnelheid en de toevoersnelheid nauwkeurig moet worden afgestemd om succesvol vezels te produceren over een breed scala aan diameters. De procedure zal vandaag worden gedemonstreerd door Han Yon, een promovendus in mijn laboratorium. Begin met het assembleren van het dispensersysteem op de labtafel om de robotapparatuur op te stellen.De vier pneumatische componenten die tijdens dit proces moeten worden aangesloten, zijn de drukbron, de regulator die de brondruk regelt, de stroomafwaartse klepcontroller en de hoofdspuitcilinder. Nadat de pneumatische componenten zijn geassembleerd, stelt u de hoofdregulator in op 15 PSI. Hierdoor kan de polymeeroplossing via de naaldpunt worden gedoseerd met een debiet van 2,45 µL per minuut.Plaats vervolgens de robotbasis met drie assen in een speciale thermische behuizing en monteer het volledige doseersysteem samen met de klepcontroller bovenop de robotbasis. De klimaatbeheerde behuizing biedt een stabiele omgeving waarin zowel de polymeeroplossing als de gevoelige elektronica kunnen functioneren tijdens de volgende fase van het robotmontageproces. Maak eerst een seriële poortverbinding tussen de robotbasis en een computer.Installeer vervolgens de specifieke controller-software op de computer en test de communicatie tussen de software en de hardware voordat u verder gaat. Nivelleer daarna het plateau van de robotarm. Volgens de richtlijnen van de fabrikant zorgt dit ervoor dat de doseertip tijdens zijdelingse bewegingen overal loodrecht op het robotplateau staat.Bovendien zorgt dit voor een precieze beweging langs de Z-as tijdens verticale naaldactuaties. Om een polymeeroplossing met een specifieke gewenste concentratie te bereiden, begint u met het berekenen van de hoeveelheid polymeerpoeder en oplosmiddel die nodig zijn om aan twee gelijktijdige criteria te voldoen. Hun gewichtsverhouding moet gelijk zijn aan het gewenste concentratiepercentage, en het totale gewicht van de twee componenten moet exact drie gram bedragen.Wanneer er bijvoorbeeld een 24% acryloploesing wordt gebruikt voor de vezelverwerking, kan het mengsel worden bereid door eerst 72 gram polymethylmethacrylaat of PMMA af te wegen en vervolgens 2,28 gram chloorbenzeen toe te voegen. Plaats daarna een leeg glazen vial op de microbalans. Nadat de balans op nul is gezet, wordt het PMMA-poeder in het vial toegevoegd.Dispenseer vervolgens met een glazen pipette chloorbenzeen in het vial totdat het totale gewicht van beide chemicaliën drie gram bereikt. Om dit te vergemakkelijken, kan de oplossing van de polymeerpellets worden bewogen. Vortex het vial gedurende één minuut en plaats het vial gedurende ongeveer vijf uur in een ultrasoon bad.Controleer de transparantie van de resulterende oplossing als deze nog ondoorzichtig is. Herhaal de stap van ultrasone agitatie totdat de oplossing volledig transparant wordt. Om een vezelpatroon te ontwerpen met CAD-software, is een relatie tussen de fysieke positiecoördinaten van de oorsprong van de tafel en de oorsprong van de CAD-tekening vereist om deze referentierelatie van de oorsprong vast te stellen.Begin met het bevestigen van een USB-microscoop aan de montagebeugel naast het doseerklepje. Plaats vervolgens een prefab substraat op de robottafel en voer een grove verplaatsing van de tafel uit, zodat het gewenste gebied voor polymeerdepositie in het gezichtsveld van de microscoop komt. Stel de microscoop handmatig af totdat de doseernaald scherp is gesteld.Pas via de softwarecontrole aanvullende fijne aanpassingen toe op de X-, Y- en Z-as, zodat de fysieke positie van de naald overeenkomt met de bijbehorende structurele oorsprong in de CAD-tekening. Registreer nu de huidige XY-plaatscoördinaten in de computer, waarbij de plaatscoördinaten dienen als de code voor de ontwerpoorsprong, inclusief de begin- en eindcoördinaten van elk lijnsegment van het polymeervezelontwerp. Kies ten slotte het commando 'sense c and t data' onder het robotmenu en upload het CAD-bestand van de computer naar de robot.De robot is nu klaar om te worden voorbereid voor het laden van de polymeeroplossing en het direct schrijven van het vezelnetwerk. Laad voorzichtig drie milliliters van de geklaarde polymeeroplossing in de spuitcilinder, waarbij belvorming wordt vermeden. Voeg vervolgens de zuiger in de spuitcilinder in.Dit zal een inconsistente pneumatische drukverdeling tijdens de daaropvolgende stappen elimineren. Draai vervolgens de adapter van de inlaatleiding op de spuitcilinder om een directe verbinding tussen de cilinder en de luchttoevoerleiding te vergemakkelijken. Richt de aandacht nu op het andere uiteinde van de spuitcilinder.Kies een naaldpunt van de gewenste gauge-maat en monteer de precisienaald op het doseerventiel. Nadat de naal is geïnstalleerd, lokaliseert u het bedieningspaneel van de doseercontroller, zet u de status op 'purge' en klikt u op de cycle-knop om het doseerventiel te vullen met de polymeeroplossing. Zodra de polymeeroplossing uit de precisienaald begint te druppelen, veegt u eventueel overtollig polymeer van de naald af.Laad ten slotte de benodigde doseerparameters in zowel het doseerklep als de robotcontroller, en start de direct-writingroutine door de optie voor het uitvoeren van de test te selecteren in het hoofdmenu van de robot. Video-lichtmicroscopie wordt gebruikt om de structuren kwalitatief te visualiseren en scanning-elektronenmicroscopie wordt gebruikt om kwantitatieve dimensionele gegevens van de vezels en de structuren te verkrijgen. Deze afbeeldingen tonen een structuur gevormd uit een 24%PMMA-oplossing.Zoals geïllustreerd, synthetiseerde het direct writing-proces een driedimensionale vezelmatrix waarin het relatieve locatiepatroon en de diameters van de steunvezels en de vertakkingsvezels onafhankelijk van elkaar kunnen worden aangepast om een specifiek webpatroon te weven. De robotische tafel is geprogrammeerd om in opeenvolgende richtingen te bewegen terwijl er gelijktijdig vloeibaar polymeer wordt gedoseerd. Door de PMMA-concentratie te verlagen naar 20% en de voedingssnelheid te wijzigen, kan het dynamische bereik van de polymeervezeldiameter variëren van een grootteorde van tientallen microns tot submicron-niveaus.Zodra men deze gezamenlijke techniek beheerst, kan deze in 30 minuten worden uitgevoerd mits deze correct wordt uitgevoerd. Echter, inclusief de bereiding van de PMA-oplossingen, het ontwerpen van de structuur in de software van het car-laadsysteem voor het dispenseren van de PMA-oplossing en 30 minuten trekken van de vezels, zal het gehele proces ongeveer zes uur in beslag nemen. Bij het uitvoeren van deze procedure is het belangrijk om rekening te houden met de afwegingen tussen de vezelvorming en de voedingssnelheid.Wanneer bijvoorbeeld de traagheidskrachten die door de voedingssnelheid worden gegenereerd hoger zijn dan de oppervlaktespanning en de verdampingssnelheid van het specifieke vloeibare materiaal waarmee we werken, treedt er capillaire opbreking op en zullen de draden zich niet vormen. Omgekeerd zullen we, als onze voedingssnelheid te laag is, de controle over de diameter van die specifieke draad na de vorming verliezen. Deze techniek stelde ons en andere onderzoekers in de microfabricage- en nanofabricagegemeenschap in staat om nieuwe microfluïdische apparaten en platforms te ontwikkelen, zowel driedimensionaal als traditioneel, en om nieuwe biologische platforms en scaffolds te ontwikkelen op het gebied van bio-engineering.

prescribed-3-d-direct-writing-suspended-micronsub-micron-scale-fiber

Research

JoVE Journal

Engineering

Techniek

We presenteren methoden voor de productie van een patroon microstructuren van verticaal uitgelijnde koolstof nanobuisjes (CNTs), en hun gebruik als master mallen voor de productie van polymeer microstructuren met georganiseerde nanoschaal oppervlaktestructuur. De CNT bossen verdicht door condensatie van oplosmiddel op het substraat, die aanzienlijk verhoogt de pakkingsdichtheid en maakt zelfsturend vorming van 3D-vormen.

Fabrication, verdichting, en Replica Molding van 3D Carbon Nanotube Microstructuren

Femtoseconde-laser direct-writing wordt vaak gebruikt om drie-dimensionale (3D) patronen te creëren in polymeren en glazen. Echter, patronen metalen in 3D blijft een uitdaging. We beschrijven een werkwijze voor het vervaardigen zilver nanostructuren ingesloten in een polymere matrix met een femtosecondelaser gecentreerd bij 800 nm.

Een methode om Disconnected Silver Nanostructuren Vervaardig in 3D

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.

Proces van het maken van drie-dimensionale Microstructuren behulp Verdamping van een Sacrificial Component

Twee aangrenzende vloeistoffen die door een gegroefd microfluïdisch kanaal gaan, kunnen worden gericht om een schede rond een prepolymeerkern te vormen; waardoor zowel vorm als doorsnede worden bepaald. Foto-geïnitieerde polymerisatie, zoals thiol click chemie, is zeer geschikt voor het snel stollen van de kernvloeistof tot een microvezel met vooraf bepaalde grootte en vorm.

Microfluïdische fabricage van polymere en biohybridevezels met vooraf ontworpen grootte en vorm

Driedimensionale (3D) microstructured samengestelde liggers zijn gefabriceerd door middel van de gerichte en lokale infiltratie van nanocomposieten in 3D poreuze microfluïdische netwerken. De flexibiliteit van deze produktiemethode maakt het gebruik van verschillende thermohardende materialen en vulstof teneinde verschillende functionele 3D versterkte nanocomposiet macroscopische producten te verbeteren.

Productie van drie-dimensionaal Microgestructureerde Nanocomposieten door Microfluidic Infiltratie

We demonstreren het gebruik van de Laser-induced forward transfer techniek (LIFT) voor het printen van hoog-viscositeit Ag pasta. Deze techniek biedt een eenvoudig, lage temperatuur, robuust proces voor het niet-litografisch printen van microschaal 2D en 3D structuren.

Laser-geïnduceerde Forward Overdracht van Ag Nanopaste

Dit protocol beschrijft een bioprinting-methodologie met behulp van een geautomatiseerd robotsysteem voor het afzetten dat geëtste topografische geleidingssignalen combineert met de nauwkeurige afzetting van een hydrogel bio-inkt dat cellen bevat. De gedrukte cellen worden direct afgeleverd bij de geëtste kenmerken en kunnen deze waarnemen en er zich op oriënteren.

Geautomatiseerde Robotic Dispensing Techniek voor Surface Oriëntatie- en Bioprinting van Cellen

Wij presenteren een nieuwe microfluïdische methode voor synthese van covalente organische kaders (COF's). We tonen aan hoe deze aanpak kan worden gebruikt om continue COF-vezels te produceren, en ook op 2D- of 3D-COF-structuren op oppervlakken.

Microfluïde-gebaseerde synthese van covalente organische kaders (COF&#39;s): een gereedschap voor de continue productie van COF-vezels en directe druk op een oppervlak

Dit protocol fungeert als een uitgebreide richtsnoer te fabriceren steigers via electrospinning met polymeer in een directe schrijven-modus smelt. Wij systematisch overzicht van het proces en de juiste parameterinstellingen definiëren voor het bereiken van gerichte steiger platforms.

Electrospinning schrijven van driedimensionale Poly(ε-caprolactone) steigers met controleerbare Morphologies voor Tissue Engineering toepassingen smelten

Hier beschrijven we methoden voor het microfabriceren van verticaal uitgelijnde koolstofnanovezels (VACNF's), het overbrengen van VACNF's naar flexibele substraten en het toepassen van VACNF's op zowel stijve als flexibele substraten op planten voor de levering van biomoleculen en kleurstoffen.

Het gebruik van verticaal uitgelijnde koolstofnanovezelarrays op stijve of flexibele substraten voor levering van biomoleculen en kleurstoffen aan planten

3D-printen op micrometerschaal maakt snelle prototyping mogelijk van polymere apparaten voor neuronale celculturen. Als proof-of-principle werden structurele verbindingen tussen neuronen beperkt door barrières en kanalen te creëren die de uitgroei van neurieten beïnvloedden, terwijl de functionele gevolgen van dergelijke manipulatie werden waargenomen door extracellulaire elektrofysiologie.

Twee-foton polymerisatie 3D-printen van neuronale celkweekapparaten op microschaal

Leer hoe je vrijvallende micron- en sub-micron polymeervezels en webstructuren fabriceert met een geautomatiseerd direct-schrijfproces via een 3-assig doseersysteem. Deze methode biedt nauwkeurige controle over vezeloriëntatie en -diameter.

Voorgeschreven 3-D Direct Schrijven van Suspended Micron / Sub-micron schaal Fiber Structures via een Robotic doseersysteem

Meer video's verkennen