Name: Oszczędna technika obrazowania przepływu kapilarnego przez trójwymiarowe polimerowe proszki drukarskie (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-10-04T14:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 1 s
Description: Poznaj oszczędną technikę obrazowania przepływu kapilarnego przez trójwymiarowe polimerowe proszki drukarskie. Metoda zapewnia wysoką rozdzielczość przestrzenną i czasową przy niskich kosztach.

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

1. Przygotowanie mikrofluidycznej celi przepływowej
UWAGA: W tym protokole zostanie wykorzystana komercyjna mikrofluidyczna komora przepływowa. Zastosowanie komercyjnego produktu zaprojektowanego z myślą o przenikaniu światła z mikroskopu optycznego pozwoli zminimalizować problemy związane z oświetleniem poletka w polu jasnym.
<ol>
	<li>Rozpocznij przygotowywanie mikrofluidycznej celi przepływowej, zakrywając wylot parafilmem w celu uszczelnienia jednego końca kanału, aby pustą celę przepływową można było wypełnić proszkiem polimerowym. Przed rozpoczęciem eksperymentu upewnij się, że kanał mikrofluidyczny jest czysty i suchy.
	<ol>
		<li>Przyklej papierową linijkę metryczną bezpośrednio pod kanałem przepływowym.</li>
		<li>Zważ celę mikrofluidyczną z przymocowanym parafilmem i linijką. Masa celi przepływowej stanowi masę niezapakowanej celi przepływowej (mu).</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. Pakowanie proszku do kanału
<ol>
	<li>Podczas pakowania proszku do przenoszenia substancji należy użyć plastikowej pipety. Należy pamiętać, że cząsteczki mogą przylegać do zewnętrznej strony końcówki pipety w wyniku ładowania tryboelektrycznego.
	<ol>
		<li>Podczas wprowadzania proszku do kanału należy co najmniej pięć razy opukać celę przepływową, aby zagęścić proszek. Kontynuuj pakowanie, aż proszek osiągnie początek otworu kanału przepływowego. 
		UWAGA: Opukiwanie zagęszcza proszek w kanale w celu zapewnienia powtarzalności narzędzia diagnostycznego. W zależności od zastosowania, stopień zagęszczenia uzyskany w ten sposób może być wyższy, niższy lub równoważny z zagęszczeniem obserwowanym w konkretnej aplikacji. W przypadku problemów z powtarzalnością opukiwania lub pakowania proszku w danej aplikacji, należy rozważyć przeprowadzenie procedury ASTM D7481-1820.</li>
		<li>Usuń proszek znajdujący się na zewnętrznej powierzchni celi przepływowej za pomocą chusteczki nasączonej alkoholem. 
		UWAGA: Niektóre rodzaje cząsteczek mogą być hydrofobowe, dlatego woda może nie usuwać ich skutecznie.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Po zapakowaniu proszków należy wizualnie sprawdzić, czy w celi przepływowej nie ma luźno upakowanego proszku. Jeśli proszek w celi przepływowej wydaje się luźno upakowany (Rycina 1), opukaj celę przepływową jeszcze pięć razy. Jeśli upakowanie proszku wydaje się spójne i zwarte, zważ celę przepływową, aby zmierzyć masę proszku polimerowego (mp - mu; patrz Równanie 1).
	<ol>
		<li>Oblicz gęstość nasypową (ρ), wykorzystując różnicę między masą celi przepływowej nieupakowanej (mu) a upakowanej (mp) i dzieląc ją przez objętość celi przepływowej. Objętość celi przepływowej jest znana [długość (l): 50 mm, szerokość (w): 5 mm, głębokość kanału (h): 0.8 mm]. 
		<img alt="Wzór na obliczanie gęstości, \( \rho = \frac{m_p - m_u}{hw\ell} \), koncepcja fizyczna." src="/files/ftp_upload/63494/63494eq01.jpg" style="margin: auto;" data-altupdatedat="1788282455000" data-alt="Równanie 1">     Równ. 1</li>
		<li>Potwierdź, że gęstość upakowania mieści się w typowym zakresie od 0.45 g/mL do 0.55 g/mL dla proszków polimerowych2,3,4,21. Pozostaw cele przepływowe w dygestorium do czasu zakończenia kroków 3 i 4. 
		OSTRZEŻENIE: Cząsteczki o średnicy mniejszej niż 10 µm mogą wnikać do płuc i potencjalnie przedostawać się do krwiobiegu, co może powodować problemy zdrowotne związane z układem oddechowym i sercowo-naczyniowym. Proszki polimerowe użyte w tym eksperymencie mają średnicę cząstek około 50 μm. W związku z tym wdychanie tych cząstek wiąże się z mniejszym ryzykiem problemów zdrowotnych, jednak nawet w wąskich rozkładach wielkości cząstek występują mniejsze frakcje. W celu zapewnienia maksymalnego bezpieczeństwa przygotowanie celi przepływowej należy przeprowadzić w dygestorium.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. Przygotowanie rozpuszczalnika
<ol>
	<li>Przygotować 75% wagowy roztwór etanolu w wodzie. Należy pamiętać, że w dalszej części niniejszego opracowania rozpuszczalnik będzie określany jako ciecz. 
	​OSTRZEŻENIE: Należy upewnić się, że zlewka użyta do przygotowania roztworu jest wolna od wszelkich środków powierzchniowo czynnych, ponieważ mogą one wpłynąć na wyniki.</li>
</ol>
4. Przygotowanie stołu do światła białego
<ol>
	<li>Aby zapobiec prześwietleniu detektora (kamery), przykryj stół świetlny nieprzezroczystym materiałem, np. wydrukowaną w technologii 3D osłoną z czarnego filamentu polikwasu mlekowego (PLA) (Supplementary Figure 1). Upewnij się, że materiał posiada otwór o rozmiarach mikrokanału (5 mm x 55 mm), aby umożliwić oświetlenie proszku. 
	UWAGA: Zbyt silne światło spowoduje, że ekran lub monitor kamery będzie biały, a mikrokanał nie będzie widoczny. W konsekwencji detektor nie będzie w stanie ustawić ostrości obiektywu na mikrokanale.</li>
	<li>Aby upewnić się, że kamera w urządzeniu mobilnym może zarejestrować kontrast między mokrym a suchym proszkiem, używaj stołu świetlnego przy niskim lub średnim natężeniu światła. 
	UWAGA: Wysokie natężenie światła odpowiada wartości 100%. Pozostałe dwa ustawienia są relatywne względem wysokiego natężenia; ustawienie niskiego natężenia światła wynosi ~30%, a średniego natężenia światła ~65%.</li>
	<li>Ustaw kamerę w urządzeniu mobilnym bezpośrednio nad stołem świetlnym. Potwierdź, że kamera znajduje się prostopadle do górnej powierzchni stołu świetlnego (Figure 2).</li>
	<li>Zorientuj kamerę w urządzeniu mobilnym tak, aby długa oś urządzenia mobilnego była wyrównana z najdłuższą osią celi przepływowej.</li>
</ol>
5. Rozpoczęcie eksperymentu
<ol>
	<li>Umieść celę przepływową na stole świetlnym i ustaw ostrość kamery na urządzeniu mobilnym w kanale przepływowym. 
	UWAGA: Aby uzyskać optymalne wyniki, przestrzeń do nagrywania o mniejszym natężeniu światła (zredukowane oświetlenie górne) zazwyczaj zapewnia lepszą rozdzielczość obrazu. Jeśli ciemna przestrzeń nie jest dostępna, zminimalizowanie zmian w oświetleniu górnym (włączanie, wyłączanie lub ściemnianie świateł) podczas nagrywania powinno poprawić sygnały graficzne i zminimalizować niepożądane zakłócenia w eksperymencie.</li>
	<li>Po ustawieniu ostrości kamery na urządzeniu mobilnym, naciśnij przycisk nagrywania. Za pomocą pipety dodaj 125 μL cieczy do otwartego wlotu mikrokanału.</li>
	<li>Nagrywaj przepływ przez 2 min lub do momentu, aż cały proszek zostanie widocznie zwilżony.</li>
</ol>
6. Analiza danych
<ol>
	<li>Przenieś plik wideo z urządzenia mobilnego na komputer, aby zapewnić łatwy dostęp. Należy pamiętać, że filmy trwające powyżej 2 min mogą obecnie nie ładować się w oprogramowaniu ze względu na nadmiernie duży rozmiar pliku.</li>
	<li>Pobierz Tracker, bezpłatne oprogramowanie ze strony Physlets22. Program ten umożliwia śledzenie pozycji, prędkości i przyspieszenia w następujących formatach plików wideo: .mov, .avi, .mp4, .flv, .wmv itp. W celu wykonania kolejnych kroków należy zapoznać się z Plikiem uzupełniającym. 
	UWAGA: Użytkownicy systemu Mac powinni zainstalować najnowszą wersję oprogramowania, aby działało ono prawidłowo. Ponadto użytkownicy systemu Mac mogą wymagać silnika wideo (Xuggle), animowanych plików GIF (.gif) lub sekwencji obrazów składających się z jednego lub więcej obrazów cyfrowych (.jpg, .png lub wklejonych z schowka).</li>
	<li>Po zainstalowaniu programu otwórz oprogramowanie Tracker. Z menu File wybierz Open File, aby załadować na pulpit komputera plik wideo przeniesiony w kroku 6.1.</li>
	<li>Kliknij ikonę Clip Settings, która wygląda jak taśma filmowa, aby zdefiniować Starting Frame (klatkę początkową) oraz Step Size (wielkość kroku). 
	UWAGA: Najechanie myszą na ikonę pozwoli zidentyfikować jej funkcję.
	<ol>
		<li>Zdefiniuj Starting Frame. Starting Frame to klatka, w której zaobserwowano pierwszy kontrast (kontrast między proszkiem mokrym a suchym).</li>
		<li>Ustaw Step Size. Step Size odnosi się do wielkości kroku klatek, które oprogramowanie będzie analizować. Z poprzednich eksperymentów wynika, że optymalna wartość Step Size wynosi 10.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Kliknij Calibration Tool (ikonę z niebieską linijką) znajdującą się po prawej stronie przycisku Clip Settings. Z opcji New wybierz Calibration Stick.</li>
	<li>Aby powiększyć widok linijki w wideo, kliknij prawym przyciskiem myszy w obszarze do powiększenia i wybierz z listy Zoom in. Po odpowiednim powiększeniu określ początek i koniec odcinka 1 mm na linijce przyklejonej do mikrokanału, a następnie wpisz 1 mm, aby zdefiniować odległość.</li>
	<li>Kliknij Coordinate Axis Tool (fioletową ikonę) znajdującą się po prawej stronie narzędzia Calibration Tool. Ustaw Origin (punkt początkowy) dla osi x i y, korzystając z klatki początkowej podczas wykonywania tego kroku.</li>
	<li>Aby zdefiniować początkowy punkt analizy, utwórz Point Mass. Kliknij Create, a następnie wybierz Point Mass. Użyj kombinacji Shift + Control, aby zmienić rozmiar prostokąta. Punktem początkowym jest miejsce połączenia wlotu z kanałem. 
	UWAGA: Prostokąt wskazuje domenę zdefiniowaną przez użytkownika, którą oprogramowanie będzie skanować w celu znalezienia kontrastu między proszkiem mokrym a suchym. Granica pozwala użytkownikowi określić obszar, w którym zostanie zaobserwowany punkt początkowy.
	<ol>
		<li>Kliknij kilka razy Search Next, aby zweryfikować, czy oprogramowanie analizuje prawidłowy obszar. Jeśli program działa poprawnie, kliknij Search i poczekaj, aż analiza wideo zostanie zakończona. Jeśli oprogramowanie nie będzie w stanie automatycznie znaleźć pasującej intensywności obrazu z poprzedniej klatki w klatce bieżącej, zatrzyma się i będzie oczekiwać na ponowne zdefiniowanie obszaru wyszukiwania przez użytkownika. 
		UWAGA: W celu zapewnienia powtarzalności i możliwości porównania różnych wyników eksperymentalnych, dla każdej próbki wybierz najszybszy lub najwolniejszy punkt frontu przepływu cieczy (obszar kontrastu między proszkiem zwilżonym a suchym).</li>
		<li>Jeśli w danych wykresowych aktualizowanych na żywo po prawej stronie ekranu Trackera pojawi się błąd analizy, kliknij raz w Data Point (punkt danych) w kroku poprzedzającym błędny punkt. Na głównym ekranie zmień położenie czerwonego prostokątnego obszaru wyszukiwania, aby przeszukać interesujący region, i powtórz krok 6.8.1. 
		UWAGA: W przypadku wystąpienia błędu kliknij prawym przyciskiem myszy na nieprawidłowy punkt danych i odznacz go, aby wykluczyć go z dalszej analizy.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Po zakończeniu analizy skopiuj i wklej wyniki do arkusza kalkulacyjnego. Wyniki zapisane w arkuszu obejmują dane dotyczące odległości i czasu.</li>
	<li>Przedstaw skopiowane dane w arkuszu w formie wykresu odległości transportu cieczy przez złoże proszkowe w funkcji czasu.</li>
</ol>

<ol><li>Redwood, B., Schoffer, F., Garret, B. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aRedwood%2C+B+%22The+3D+Printing+Handbook%22">The 3D Printing Handbook</a>. , 3D HUBS. Amsterdam, NL. (2018).</li>
<li>Chaffins, S., Holden, A., Donovan, K. J., Hinch, G. Three dimensional printing, Patent ID: 20210087418. , Available from: 
 <a target="_blank" href="https://uspto.report/patent/app/20210087418">https://uspto.report/patent/app/20210087418</a> (2021).</li>
<li>Emamjomeh, A., et al. Three dimensional printing, Patent ID: 20210095152. , Available from: 
 <a target="_blank" href="https://uspto.report/patent/app/2021009515.2">https://uspto.report/patent/app/2021009515.2</a> (2021).</li>
<li>Chaffins, S., Holden, A., Donovan, K. J., Midrez, N., Hinch, G. Three dimensional printing, Patent ID: 20210107216. , Available from: 
 <a target="_blank" href="https://uspto.report/patent/app/20210107216#C00011">https://uspto.report/patent/app/20210107216#C00011</a> (2021).</li>
<li>Petosa, A. R., Brennan, S. J., Rajput, F., Tufenkji, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transport+of+two+metal+oxide+nanoparticles+in+saturated+granular+porous+media%3A+Role+of+water+chemistry+and+particle+coating%5BTitle%5D)+AND+%22Water+Research%22%5BJournal%5D)">Transport of two metal oxide nanoparticles in saturated granular porous media: Role of water chemistry and particle coating.</a> Water Research. 46 (4), 1273-1285 (2012).</li>
<li>Giordano, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effective+medium+theory+for+dispersions+of+dielectric+ellipsoids%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Electrostatics%22%5BJournal%5D)">Effective medium theory for dispersions of dielectric ellipsoids.</a> Journal of Electrostatics. 58 (1-2), 59-76 (2003).</li>
<li>Toloni, I., Lehmann, F., Ackerer, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modeling+the+effects+of+water+velocity+on+TiO2+nanoparticles+transport+in+saturated+porous+media%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Contaminant+Hydrology%22%5BJournal%5D)">Modeling the effects of water velocity on TiO2 nanoparticles transport in saturated porous media.</a> Journal of Contaminant Hydrology. 171, 42-48 (2014).</li>
<li>Dang-Vu, T., Hupka, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+porous+materials+by+capillary+rise+method%5BTitle%5D)+AND+%22Physicochemical+Problems+of+Mineral+Processing%22%5BJournal%5D)">Characterization of porous materials by capillary rise method.</a> Physicochemical Problems of Mineral Processing. 39, 47-65 (2005).</li>
<li>Huang, W. E., Smith, C. C., Lerner, D. N., Thornton, S. F., Oram, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Physical+modelling+of+solute+transport+in+porous+media%3A+evaluation+of+an+imaging+technique+using+UV+excited+fluorescent+dye%5BTitle%5D)+AND+%22Water+Research%22%5BJournal%5D)">Physical modelling of solute transport in porous media: evaluation of an imaging technique using UV excited fluorescent dye.</a> Water Research. 36 (7), 1843-1853 (2002).</li>
<li>Zhao, J., Li, H., Cheng, G., Cai, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On+predicting+the+effective+elastic+properties+of+polymer+nanocomposites+by+novel+numerical+implementation+of+asymptotic+homogenization+method%5BTitle%5D)+AND+%22Composite+Structures%22%5BJournal%5D)">On predicting the effective elastic properties of polymer nanocomposites by novel numerical implementation of asymptotic homogenization method.</a> Composite Structures. 135, 297-305 (2016).</li>
<li>Seymour, M. B., Chen, G., Su, C., Li, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transport+and+retention+of+colloids+in+porous+media%3A+Does+shape+really+matter%5BTitle%5D)+AND+%22Environmental+Science+and+Technology%22%5BJournal%5D)">Transport and retention of colloids in porous media: Does shape really matter.</a> Environmental Science and Technology. 47 (15), 8391-8398 (2013).</li>
<li>Ochiai, N., Kraft, E. L., Selker, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Methods+for+colloid+transport+visualization+in+pore+networks%5BTitle%5D)+AND+%22Water+Resources+Research%22%5BJournal%5D)">Methods for colloid transport visualization in pore networks.</a> Water Resources Research. 42 (12), (2006).</li>
<li>Rottman, J., Sierra-Alvarez, R., Shadman, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Real-time+monitoring+of+nanoparticle+retention+in+porous+media%5BTitle%5D)+AND+%22Environmental+Chemistry+Letters%22%5BJournal%5D)">Real-time monitoring of nanoparticle retention in porous media.</a> Environmental Chemistry Letters. 11 (1), 71-76 (2013).</li>
<li>Xing, Y., Chen, X., Chen, X., Zhuang, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Colloid-mediated+transport+of+pharmaceutical+and+personal+care+products+through+porous+media%5BTitle%5D)+AND+%22Scientific+Reports%22%5BJournal%5D)">Colloid-mediated transport of pharmaceutical and personal care products through porous media.</a> Scientific Reports. 6 (1), 1-10 (2016).</li>
<li>Dathe, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+models+for+colloid+retention+in+porous+media+at+the+triple+line%5BTitle%5D)+AND+%22Environmental+Science+and+Pollution+Research%22%5BJournal%5D)">Functional models for colloid retention in porous media at the triple line.</a> Environmental Science and Pollution Research. 21 (15), 9067-9080 (2014).</li>
<li>Zhang, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Investigation+of+nanoparticle+adsorption+during+transport+in+porous+media%5BTitle%5D)+AND+%22SPE+Journal%22%5BJournal%5D)">Investigation of nanoparticle adsorption during transport in porous media.</a> SPE Journal. 20 (4), 667-677 (2015).</li>
<li>Zhang, Q., Karadimitriou, N. K., Hassanizadeh, S. M., Kleingeld, P. J., Imhof, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Study+of+colloids+transport+during+two-phase+flow+using+a+novel+polydimethylsiloxane+micro-model%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Colloid+and+Interface+Science%22%5BJournal%5D)">Study of colloids transport during two-phase flow using a novel polydimethylsiloxane micro-model.</a> Journal of Colloid and Interface Science. 401, 141-147 (2013).</li>
<li>Environmental Protection Agency. Health and environmental effects of particulate matter (PM). EPA. , Available from: 
 <a target="_blank" href="https://www.epa.gov/pm-pollution/health-and-environmental-effects-particulate-matter-pm">https://www.epa.gov/pm-pollution/health-and-environmental-effects-particulate-matter-pm</a> (2021).</li>
<li>Bridge, J. W., Banwart, S. A., Heathwaite, A. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Noninvasive+quantitative+measurement+of+colloid+transport+in+mesoscale+porous+media+using+time+lapse+fluorescence+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Environmental+Science+%26+Technology%22%5BJournal%5D)">Noninvasive quantitative measurement of colloid transport in mesoscale porous media using time lapse fluorescence imaging.</a> Environmental Science & Technology. 40 (19), 5930-5936 (2006).</li>
<li>ASTMInternational. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Standard+test+methods+for+determining+loose+and+tapped+bulk+densities+of+powders+using+a+graduated+cylinder%5BTitle%5D)+AND+%22ASTMInternational%22%5BJournal%5D)">Standard test methods for determining loose and tapped bulk densities of powders using a graduated cylinder.</a> ASTMInternational. , (2018).</li>
<li>Donovan, K. J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aDonovan%2C+KJ+%22Microfluidic+investigations+of+capillary+flow+and+surface+phenomena+in+porous+polymeric+media+for+3D+printing%22">Microfluidic investigations of capillary flow and surface phenomena in porous polymeric media for 3D printing</a>. , Oregon State University. (2019).</li>
<li>Brown, D., et al. 34;Try Tracker Online.&#34; Tracker Video Analysis and Modeling Tool for Physics Education. , Available from: 
 <a target="_blank" href="https://physlets.org/tracker/">https://physlets.org/tracker/</a> (2022).</li>
<li>Janssen, P. H. M., Depaifve, S., Neveu, A., Francqui, F., Dickhoff, B. H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Impact+of+powder+properties+on+the+rheological+behavior+of+excipients%5BTitle%5D)+AND+%22Pharmaceutics%22%5BJournal%5D)">Impact of powder properties on the rheological behavior of excipients.</a> Pharmaceutics. 13 (8), 1198(2021).</li>
<li>Boschini, F., Delaval, V., Traina, K., Vandewalle, N., Lumay, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Linking+flowability+and+granulometry+of+lactose+powders%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Pharmaceutics%22%5BJournal%5D)">Linking flowability and granulometry of lactose powders.</a> International Journal of Pharmaceutics. 494 (1), 312-320 (2015).</li>
<li>Yablokova, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rheological+behavior+of+%CE%B2-Ti+and+NiTi+powders+produced+by+atomization+for+SLM+production+of+open+porous+orthopedic+implants%5BTitle%5D)+AND+%22Powder+Technology%22%5BJournal%5D)">Rheological behavior of β-Ti and NiTi powders produced by atomization for SLM production of open porous orthopedic implants.</a> Powder Technology. 283, 199-209 (2015).</li>
<li>Lumay, G., Fiscina, J., Ludewig, F., Vandewalle, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Influence+of+cohesive+forces+on+the+macroscopic+properties+of+granular+assemblies%5BTitle%5D)+AND+%22AIP+Conference+Proceedings%22%5BJournal%5D)">Influence of cohesive forces on the macroscopic properties of granular assemblies.</a> AIP Conference Proceedings. 1542, 995(2013).</li>
<li>Lumay, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+relative+air+humidity+on+the+flowability+of+lactose+powders%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Drug+Delivery+Science+and+Technology%22%5BJournal%5D)">Effect of relative air humidity on the flowability of lactose powders.</a> Journal of Drug Delivery Science and Technology. 35, 207-212 (2016).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Dostarczony protokół jest w dużym stopniu zależny od właściwości materiałowych wybranych cząstek. Właściwości materiału wpływające na przepływ obejmują rozkład wielkości cząstek 2,3,4,5,11,21, chropowatość powierzchni cząstek11, właściwości chemiczne na powierzchni cząstek<...

Natryskiwanie spoiwa na bazie atramentu do mediów proszkowych stanowi ważną technologię w produkcji addytywnej (druk 3D). Proces natryskiwania spoiwa rozpoczyna się od osadzenia płynów funkcjonalnych w mediach proszkowych za pomocą skanującego procesu druku atramentowego. W szczególności atramentowa głowica drukująca przesuwa się po powierzchni proszku, osadzając płynny środek wiążący na powierzchni proszku, a tym samym tworząc stałą część w sposób warstwa po warstwie1. Technologie natryskiwania spoiwa na bazie atramentów zazwyczaj obejmują piasek, proszki metali i proszki polimerowe. Jednak, aby rozszerzyć przestrzeń materiałów w natryskiwaniu spoiwa, wymagane jest podstawowe podejście do badania interakcji płyn-proszek i proszek-proszek, trybologii, gęstości upakowania proszku i agregacji cząstek. W szczególności w przypadku interakcji płyn-proszek istnieje krytyczna potrzeba możliwości obrazowania przepływu płynu przez złoża proszku w czasie rzeczywistym. Zapowiada się, że będzie to potężne narzędzie dla badaczy, które można wykorzystać jako technikę charakterystyki i potencjalnie jako metodę przesiewową dla różnych kombinacji płynów i proszków2,3,4, a także bardziej złożone systemy, takie jak systemy druku 3D z betonu, które wykorzystują metody oparte na złożu cząstek.
Rozwój nowatorskich technik obrazowania transportu molekularnego i koloidalnego, w tym nanocząstek, jest aktywnym obszarem badań w badaniach mikroprzepływowych i milifluidowych. Sondowanie oddziaływań międzycząsteczkowych za pomocą technik obrazowania może być trudne, ponieważ wykonano niewiele pracy w celu zbadania tego typu oddziaływań w warunkach nienasyconego i niestabilnego przepływu płynu. Wiele badań, które są opisywane w literaturze, koncentrowało się na nasyconych, wstępnie zwilżonych, porowatych mediach, takich jak szklane koraliki5,6,7,8,9,10,11,12 i soils13,14,15,16,17,18. Ta technika zapewnia nieinwazyjne podejście, co skutkuje wysoką rozdzielczością czasową i przestrzenną2,3,4,19. Co więcej, opracowana technika zapewnia nowatorską metodę charakterystyki i ilościowego określania transportu cząstek w skali nano i mikronowej w różnych porowatych ośrodkach, koncentrując się na proszkach polimerowych.
Proponowana technika wykorzystuje urządzenie mobilne do rejestrowania nienasyconego, niestabilnego transportu płynów przez porowate media polimerowe o wymiarach cząstek, które są reprezentatywne dla proszków używanych w systemach druku 3D, które wykorzystują technologie fuzji fluidycznej w łożu proszkowym. Technika ta jest korzystna, ponieważ komory przepływowe są opłacalne, wielokrotnego użytku, małe i łatwe w obsłudze, co ilustruje dominujące aspekty oszczędnej nauki. Możliwość wdrożenia tych prostych eksperymentów do badania terenowego jest bardzo prosta, eliminując komplikacje, koszty i czas, które są wymagane w mikroskopii optycznej. Biorąc pod uwagę łatwość tworzenia konfiguracji, dostęp do szybkich wyników i minimalną liczbę wymagań dotyczących próbek, technika ta jest optymalną platformą do diagnostycznych badań przesiewowych.

<table><tbody><tr><td>&micro;-Slide I Luer</td><td>ibidi</td><td>80191</td><td>Mikroprzepływowa</td></tr><tr><td>zlewka</td><td>przepływowa Southern Labware</td><td>BG1000-800</td><td>Szkło</td></tr><tr><td>CALIBRE 301-58 LT Naturalna żywica poliwęglanowa</td><td>TRINSEO LLC</td><td>CALIBRETM 301-58 LT</td><td>Naturalna żywica poliwęglanowa</td></tr><tr><td>Etanol</td><td>Sigma Aldrich</td><td>1.00983</td><td>Wyciąg rozpuszczalnikowy</td></tr><tr><td></td><td>Kewaunee</td><td>Okapy wyciągowe Supreme Air LV</td><td>używane z 92 FPM przy 18-calowym otworze</td></tr><tr><td>iPhone 7 plus</td><td>Apple</td><td></td><td>Camera</td></tr><tr><td>Nieprzezroczysty materiał</td><td></td><td></td> drukowany 3D <td>Rysunek CAD znajduje się w pliku uzupełniającym</td></tr><tr><td>ORGASOL&nbsp; 2002 ES 6 NAT 3</td><td>ARKEMA</td><td>A12135</td><td>Pipeta do proszków poliamidowych</td></tr><tr><td></td><td>VWR</td><td>10754-268</td><td>Jednorazowa pipeta</td></tr> <tr><td>transferowaPipeta</td><td>Globe Scientific Inc.</td><td>3301-200</td><td>Pipeta, która może pomieścić 125 &mikro; L płynnego</td></tr><tr><td>polistyrenu</td><td>Advanced Laser Materials, LLC.</td><td>PS200</td><td>Polistyren do spiekania</td></tr><tr><td>Tracker</td><td></td><td></td><td>Narzędzie do analizy i modelowania wideo</td></tr><tr><td>VariQuest 100 White Light Model 3-3700</td><td>FOTODYNE&</td><td>nbsp; 3-3700</td><td></td></tr><tr><td>Woda</td><td></td><td></td> biała <td>jasna Woda destylowana</td></tr></tbody></table>

oszczędna technika obrazowania przepływu kapilarnego przez trójwymiarowe polimerowe proszki drukarskie

Frugal Imaging Technique of Capillary Flow Through Three-Dimensional Polymeric Printing Powders

Rozwój nowatorskich technik obrazowania transportu molekularnego i koloidalnego, w tym nanocząstek, jest obszarem aktywnych badań w badaniach mikroprzepływowych i milifluidycznych. Wraz z pojawieniem się druku trójwymiarowego (3D) pojawiła się nowa dziedzina materiałów, zwiększając tym samym zapotrzebowanie na nowatorskie polimery. W szczególności proszki polimerowe, o średnich rozmiarach cząstek rzędu mikrona, cieszą się rosnącym zainteresowaniem ze strony środowisk akademickich i przemysłowych. Kontrolowanie przestrajania materiału w mezoskopowych i mikroskopijnych skalach długości stwarza możliwości opracowywania innowacyjnych materiałów, takich jak materiały gradientowe. W ostatnim czasie rośnie zapotrzebowanie na proszki polimerowe o rozmiarach mikronów, ponieważ rozwijają się wyraźne zastosowania tego materiału. Druk trójwymiarowy zapewnia proces o wysokiej przepustowości z bezpośrednim połączeniem z nowymi zastosowaniami, napędzając badania nad interakcjami fizykochemicznymi i transportowymi w mezoskali. Protokół omówiony w tym artykule zapewnia nieinwazyjną technikę obrazowania przepływu płynów w upakowanych złożach proszku, zapewniając wysoką rozdzielczość czasową i przestrzenną przy jednoczesnym wykorzystaniu technologii mobilnej, która jest łatwo dostępna z urządzeń mobilnych, takich jak smartfony. Dzięki wykorzystaniu zwykłego urządzenia mobilnego wyeliminowano koszty obrazowania, które normalnie byłyby związane z mikroskopem optycznym, co skutkuje oszczędnym podejściem naukowym. Proponowany protokół z powodzeniem scharakteryzował różnorodne kombinacje płynów i proszków, tworząc platformę diagnostyczną do szybkiego obrazowania i identyfikacji optymalnej kombinacji płynu i proszku.

W sekcji dotyczącej analizy danych, dane dla obrazów w technice time-lapse w Rysunek 3 Przedstawiono proces infiltracji proszku poliwęglanu (PC) 75% wag. roztworem etanolu. W celu poprawy jakości obrazu na potrzeby niniejszej publikacji do roztworu dodano fluoresceinę. Na obrazach z lapse-time proces rozdzielony w czasie rozpoczyna się w momencie dodania cieczy do wlotu. Czas, t, rozpoczyna się w momencie, gdy ciecz zaczyna wnikać do kanału. Seria obrazów przedstawia progresję ciecz...

Proponowana technika zapewni nowatorskie, wydajne, oszczędne i nieinwazyjne podejście do obrazowania przepływu płynów przez upakowane złoże proszkowe, co zapewni wysoką rozdzielczość przestrzenną i czasową.

Oszczędna technika obrazowania przepływu kapilarnego przez trójwymiarowe polimerowe proszki drukarskie

The development of novel imaging techniques of molecular and colloidal transport, including nanoparticles, is an area of active investigation in ...

Proponowana technika jest nowatorskim, wydajnym, oszczędnym i nieinwazyjnym podejściem do obrazowania przepływu płynów przez upakowane złoże proszkowe, co zapewnia wysoką rozdzielczość przestrzenną i czasową. Technika ta jest korzystna, ponieważ komory przepływowe są opłacalne, wielokrotnego użytku, małe i łatwe w obsłudze, co ilustruje dominujący aspekt oszczędnej nauki. Stukanie w proszki i potwierdzanie zagęszczenia proszku jest kluczem do uzyskania powtarzalnego narzędzia diagnostycznego.Aby rozpocząć, przygotuj mikroprzepływową komórkę, przykrywając wylot perafoam, aby uszczelnić jeden koniec kanału, tak aby pusta komora przepływowa mogła być wypełniona proszkiem polimerowym. Przyklej linijkę z papieru metrycznego bezpośrednio pod kanałem przepływowym. Pomachaj mikroprzepływową komórką przepływową z dołączoną pianką perafoam i linijką.Masa komory przepływowej to masa niewypełnionej komory przepływowej. Użyj plastikowej pipety, aby przenieść proszek. Podczas wprowadzania proszku do kanału postukaj w komórkę przepływową co najmniej pięć razy, aby zagęścić proszek.Kontynuuj pakowanie, aż proszek dotrze do początku otworu kanału przepływowego. Usunąć proszek znajdujący się na zewnętrznej powierzchni komory przepływowej chusteczką nasączoną alkoholem. Po zapakowaniu proszków należy wizualnie sprawdzić komorę przepływową pod kątem luźno upakowanego proszku.Jeśli proszek w komorze przepływowej wydaje się luźno upakowany, dotknij komory przepływowej jeszcze pięć razy. Jeśli opakowanie proszku wydaje się spójne i zwarte, zważ celę przepływową, aby zmierzyć masę proszku polimerowego. Aby zapobiec zalaniu detektora kamery zbyt dużą ilością światła, przykryj stół oświetleniowy nieprzezroczystym materiałem, takim jak wydrukowana w 3D osłona z czarnego włókna kwasu polimlekowego.Upewnij się, że materiał ma otwór wielkości mikrokanału, aby światło mogło oświetlić proszek. Aby upewnić się, że aparat w urządzeniu mobilnym może uchwycić kontrast między mokrym i suchym proszkiem, użyj stołu świetlnego o niskim lub średnim natężeniu światła. Ustaw kamerę w urządzeniu mobilnym bezpośrednio nad stołem podświetlanym.Upewnij się, że kamera jest ustawiona prostopadle do górnej krawędzi stołu podświetlanego. Po ustawieniu ostrości aparatu na urządzeniu mobilnym wybierz przycisk nagrywania. Dodaj 125 mikrolitrów płynu do otwartego wlotu mikrokanału za pomocą pipety.Rejestruj przepływ przez dwie minuty lub do momentu, gdy cały proszek zostanie widocznie zwilżony. Przenieś plik wideo z urządzenia mobilnego do komputera, aby mieć do niego łatwy dostęp. Po zainstalowaniu oprogramowania otwórz oprogramowanie śledzące.Z menu plik wybierz otwórz plik, aby załadować przesłany plik wideo na pulpit komputera. Aby zdefiniować ramkę początkową i rozmiar kroku, kliknij ikonę ustawień klipu. Następnie kliknij narzędzie do kalibracji, a następnie nowe i wybierz drążek kalibracyjny.Aby powiększyć linijkę na filmie, kliknij prawym przyciskiem myszy obszar do powiększenia i wybierz z listy opcję powiększenia. Po odpowiednim powiększeniu nakreśl początek i koniec jednego milimetra na linijce przyklejonej do mikrokanału i wpisz 1 mm, aby określić odległość. Kliknij narzędzie dostępu do współrzędnych.Ustaw początek układu współrzędnych osi x i y za pomocą ramki początkowej podczas wykonywania kroku. Aby utworzyć bryłę punktową, kliknij przycisk Utwórz. Następnie wybierz opcję myszy punktowej.Użyj Shift plus kontrolka, aby zmienić rozmiar prostokąta. Punktem początkowym jest miejsce, w którym łączą się wlot i kanał. Kliknij kilka razy przycisk wyszukiwania dalej, aby sprawdzić, czy oprogramowanie analizuje właściwy obszar.Jeśli oprogramowanie działa poprawnie, kliknij wyszukiwanie i poczekaj, aż oprogramowanie zakończy analizę wideo. Otwarte czerwone kółka na wykresie reprezentują dokładny czas i odległość skompilowanych informacji. W przedziale od jednej do dwóch sekund odległość przebyta przez płyn podwoiła się.W odstępie od dwóch do pięciu sekund odległość, jaką przebył płyn, również się podwoiła. Od pięciu do 10 sekund płyn nadal porusza się szybko. Jednak po 15 sekundach natężenie przepływu zwalnia do około dwóch milimetrów co pięć sekund.Najważniejszą rzeczą, o której należy pamiętać podczas tej procedury, jest zagęszczenie proszków. Procedura może być wykonywana dla proszków ceramicznych i metalicznych i ma duży potencjał w geologicznych badaniach terenowych w celu śledzenia przepływu w systemach pakowania. Technika ta utorowała naukowcom drogę do badania chemicznie modyfikowanych powierzchni, a także płynów wypełnionych nanocząstkami w celu obserwacji przyłączania cząstek.

frugal-imaging-technique-capillary-flow-through-three-dimensional

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Opisano płaski oraz trójwymiarowy druk z użyciem przewodzących tuszy metalicznych. Nasze podejście otwiera nowe możliwości wytwarzania drukowanych urządzeń elektronicznych, optoelektronicznych i biomedycznych o nietypowych układach w skali mikro.

Planarny i trójwymiarowy druk atramentów przewodzących

Bioprinter został użyty do stworzenia wzorzystych hydrożeli na bazie formy ofiarnej.  Formę poloksamerową zasypano drugim hydrożelem, a następnie wymywano, pozostawiając puste przestrzenie, które wypełniono trzecim hydrożelem. Metoda ta wykorzystuje szybką elucję i dobrą drukowność poloksamera do generowania złożonych architektur z biopolimerów.

Drukowanie termoczułych form odwróconych do tworzenia wzorzystych dwuskładnikowych hydrożeli do hodowli komórkowych 3D

Ta technologia druku mikroprzepływowego 3D drukuje tablice komórek na zanurzonych powierzchniach.  Opisujemy, w jaki sposób układy komórek są dostarczane mikroprzepływowo w komórkach przepływowych 3D na zanurzone powierzchnie.  Drukując na zanurzonych powierzchniach, stworzono mikromacierze komórkowe, które umożliwiają badania przesiewowe leków i ocenę cytotoksyczności w wielu obszarach.

Zanurzone drukowanie komórek na zmodyfikowanej powierzchni za pomocą mikroskopu z ciągłym przepływem

Trójwymiarowe (3D) mikrostrukturalne wiązki kompozytowe są wytwarzane poprzez ukierunkowaną i zlokalizowaną infiltrację nanokompozytów do porowatych sieci mikroprzepływowych 3D. Elastyczność tej metody produkcji umożliwia wykorzystanie różnych materiałów termoutwardzalnych i nanowypełniaczy w celu uzyskania różnorodnych funkcjonalnych makroskopowych produktów nanokompozytowych wzmocnionych 3D.

Wytwarzanie trójwymiarowych mikrostrukturalnych nanokompozytów metodą infiltracji mikroprzepływowej

A kartezjańska biodrukarka została zaprojektowana i wyprodukowana, aby umożliwić osadzanie wielu materiałów w precyzyjnych, powtarzalnych geometriach, jednocześnie umożliwiając kontrolę czynników środowiskowych. Korzystając z trójwymiarowej biodrukarki, można drukować i łatwo odtwarzać złożone i żywotne konstrukcje.

Żywotność biodrukowanych konstruktów komórkowych przy użyciu drukarki kartezjańskiej z trzema dozownikami

Pokazano projekt i wykonanie trójwymiarowego (3D) drukowanego mikroprzepływowego systemu filtracji krzyżowej. System służy do testowania wydajności i obserwacji zanieczyszczenia membran ultrafiltracyjnych i nanofiltracyjnych (kompozytów cienkowarstwowych).

Trójwymiarowo drukowany mikroprzepływowy system przepływu krzyżowego do testowania wydajności membran ultrafiltracyjnych/nanofiltracyjnych

Tutaj prezentujemy protokół budowy sterowanej ciśnieniem pompy strzykawkowej do zastosowań mikroprzepływowych. Ta pompa strzykawkowa jest wykonana z korpusu wytwarzanego przyrostowo, gotowego sprzętu i elektroniki typu open source. Powstały w ten sposób system jest tani, prosty w budowie i zapewnia dobrze regulowany przepływ płynów, co umożliwia szybkie badania mikroprzepływowe.

Trójwymiarowy druk materiałów termoplastycznych w celu stworzenia zautomatyzowanych pomp strzykawkowych ze sterowaniem zwrotnym do zastosowań mikroprzepływowych

Powlekanie wirowe, druk polyjet i modelowanie osadzania topionego są zintegrowane w celu wytworzenia wielowarstwowych heterogenicznych fantomów, które symulują strukturalne i funkcjonalne właściwości tkanki biologicznej.

Multimodalny druk 3D fantomów symulujący tkankę biologiczną

Za pomocą nieinwazyjnej techniki czasu rzeczywistego, nanoskopowy ruch polimeru wewnątrz filamentu polimerowego jest obrazowany podczas drukowania 3D. Dostrojenie tego ruchu ma kluczowe znaczenie dla tworzenia konstrukcji o optymalnej wydajności i wyglądzie. Metoda ta dociera do sedna stapiania warstw tworzywa sztucznego, oferując w ten sposób wgląd w optymalne warunki drukowania i kryteria projektowania materiałów.

Obrazowanie w czasie rzeczywistym łączenia warstw drukowanych w 3D

Druk 3D w skali mikrometrycznej umożliwia szybkie prototypowanie urządzeń polimerowych do hodowli komórek neuronalnych. Jako dowód słuszności zasady, połączenia strukturalne między neuronami były ograniczane przez tworzenie barier i kanałów wpływających na rozrost neurytów, podczas gdy funkcjonalne konsekwencje takiej manipulacji zaobserwowano za pomocą elektrofizjologii zewnątrzkomórkowej.

Polimeryzacja dwufotonowa: druk 3D urządzeń do hodowli komórek neuronalnych w mikroskali

Prezentujemy protokół do wysokoprzepustowej produkcji kanałów naczyniowych o elastycznych rozmiarach i pożądanych wzorach na standardowej sześciodołkowej płytce przy użyciu technologii biodruku 3D, określanej jako naczynia na płytce (VOP). Platforma ta ma potencjał, aby przyspieszyć rozwój terapii zaburzeń związanych z upośledzonym śródbłonkiem.

Wysokoprzepustowa metoda biodruku do modelowania przepuszczalności naczyń krwionośnych na standardowych płytkach sześciodołkowych z elastycznością rozmiaru i wzoru

Poznaj oszczędną technikę obrazowania przepływu kapilarnego przez trójwymiarowe polimerowe proszki drukarskie. Metoda zapewnia wysoką rozdzielczość przestrzenną i czasową przy niskich kosztach.

Oszczędna technika obrazowania przepływu kapilarnego przez trójwymiarowe polimerowe proszki drukarskie

Przeglądaj więcej filmów