Name: Druk 3D i modyfikacja powierzchni in situ za pomocą fotoinicjowanej odwracalnej polimeryzacji łańcuchowej addycyjno-fragmentacyjnej typu I (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-02-18T14:45:00.000+00:00
Duration: 7 min 28 s
Description: Poznaj metodę druku 3D z niezależnym dostrajaniem właściwości objętościowych i powierzchniowych materiałów polimerowych. Technika wykorzystuje fotoinicjowaną polimeryzację RAFT typu I i dostępne komercyjnie urządzenia.

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

Autorzy dziękują za finansowanie przez Australijską Radę ds. Badań Naukowych i UNSW Australia w ramach programu Discovery Research (DP210100094).

1. Przygotowanie programu do druku 3D i drukarki 3D
<ol>
	<li>Zaprojektuj model cyfrowy do druku 3D, wykonując poniższe czynności.
	<ol>
		<li>Otwórz program do projektowania wspomaganego komputerowo (patrz Spis materiałów).</li>
		<li>W płaszczyźnie x-y utwórz prostokąt wyśrodkowany na początku układu współrzędnych o wymiarach 80 mm x 40 mm, a następnie wyciągnij wzdłuż dodatniej osi z na 1,5 mm, aby uzyskać bryłę prostokątnego pryzmatu, zwaną obiektem bazowym.</li>
		<li>Nad obiektem podstawowym, tj. na wysokości z = 1,5 mm, narysuj żądane wzory powierzchni (w tym przypadku dwa symbole yin-yang) na powierzchni prostokątnego graniastosłupa.</li>
		<li>Wyciągnij wzory powierzchni w wybranych obszarach o 0,05 mm wzdłuż dodatniej osi z, aby utworzyć lekko podniesiony wzór względem obiektu bazowego.</li>
		<li>Wyeksportuj model 3D, aby dostarczyć plik stereolitograficzny z rozszerzeniem . Rozszerzenie pliku STL. 
		UWAGA: W tej pracy zaprojektowano okazy w kształcie psiej kości27. W przypadku innych żądanych modeli do wydrukowania wykonaj kroki 1.1.1-1.1.5.</li>
		<li>Otwórz program do krojenia drukarki 3D (patrz Tabela materiałów), aby włączyć ustawienia jednej warstwy.</li>
		<li>Otwórz przekonwertowany plik . STL z dysku twardego komputera, klikając Plik > Otwórz, a następnie przechodząc do zapisanego . Plik STL.</li>
		<li>Ułóż modele 3D na platformie konstrukcyjnej za pomocą przycisków "Obróć model" i "Przesuń model", aby zmieścić się co najmniej 1 mm między wszystkimi obiektami na etapie budowy.</li>
		<li>Wprowadzając tekst w polach wprowadzania danych w panelu po prawej stronie, zmień parametry zgodnie z tabelą 1.</li>
		<li>Kliknij niebieski przycisk Slice w lewym dolnym rogu i zapisz go jako plik plasterka z rozszerzeniem. PWS lub inny plik plasterkowany czytelny dla drukarki 3D.</li>
		<li>Kliknij przycisk Podgląd, gdy pojawi się menu podręczne i poruszaj się po pokrojonych warstwach za pomocą paska przewijania po prawej stronie. Zwróć uwagę na numery warstw ostatniej warstwy podstawowej (w tym przypadku warstwy 29) i warstwy wzoru powierzchni (w tym przypadku 30). 
		UWAGA: Pierwsza drukowana warstwa to "warstwa 0", a nie "warstwa 1".</li>
		<li>W panelu po prawej stronie wybierz Ustawienia pojedynczej warstwy, a następnie rozwiń menu rozwijane.</li>
		<li>Zmień "Czas ekspozycji (s)" tylko dla warstwy powierzchniowej (warstwa 30) na 180 s, pozostawiając wszystkie inne czasy ekspozycji warstwy jako wartość domyślną.</li>
		<li>Kliknij przycisk Zapisz w lewym górnym rogu, aby zapisać pokrojony plik na USB.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przygotuj drukarkę 3D.
	<ol>
		<li>Włóż USB zawierający pokrojony file do drukarki 3D (patrz Tabela materiałów).</li>
		<li>Przed drukowaniem 3D wypoziomuj etap budowy i skalibruj pozycję osi z do z = 0, postępując zgodnie z określoną metodą drukarki 3D (ręczna lub automatyczna kalibracja zgodnie z instrukcją drukarki 3D).</li>
		<li>Sprawdź folię drukarki 3D, aby upewnić się, że powierzchnia jest gładka i czysta wolna od wad.</li>
		<li>Jeśli folia wygląda na uszkodzoną, wymień ją zgodnie z protokołem producenta.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. Przygotowanie żywic
UWAGA: Żywice są klasyfikowane jako "Żywica masowa" dla żywicy używanej do druku 3D oryginalnego materiału (podłoża bazowego) i "Żywica powierzchniowa" dla roztworu używanego do przeprowadzenia funkcjonalizacji powierzchni (wzór powierzchni).
<ol>
	<li>Przygotuj żywicę luzem.
	<ol>
		<li>W celu przygotowania żywicy luzem odważyć 0,36 g kwasu 2-(n-butylotiokarbonatiotiotio)propanowego (BTPA) do czystej bursztynowej fiolki o pojemności 50 ml.</li>
		<li>Dodać 13,63 ml poli(glikolu etylenowego) diakrylanu o średniej Mn 250 (PEGDA) do bursztynowej fiolki za pomocą mikropipety.</li>
		<li>Dodać 14,94 ml N, N-dimetyloakrylamidu (DMAm) do bursztynowej fiolki za pomocą mikropipety.</li>
		<li>Do oddzielnej fiolki o pojemności 20 ml z czystego szkła pokrytej folią aluminiową dodać 0,53 g tlenku difenylu (2,4,6-trimetylobenzoilo)fosfiny (TPO).</li>
		<li>Za pomocą mikropipety dodać 10 ml DMAm do szklanej fiolki o pojemności 20 ml zawierającej TPO i zamknąć fiolkę za pomocą nakrętki.</li>
		<li>Dokładnie homogenizować roztwór TPO i DMAm, mieszając za pomocą mieszalnika wirowego przez 10 s, a następnie używając standardowej laboratoryjnej łaźni sonicznej (~40 kHz) do sonikacji mieszaniny przez 1 minutę w temperaturze pokojowej (<silna klasa="xfig">Rysunek 1C, po lewej).</li>
		<li>Za pomocą szklanej pipety i gumowej gruszki do pipet przenieś roztwór ze szklanej fiolki o pojemności 20 ml do bursztynowej fiolki o pojemności 50 ml i zamknij fiolkę nakrętką i folią z tworzywa sztucznego, którą można formować.</li>
		<li>Delikatnie wstrząśnij bursztynową fiolką o pojemności 50 ml, a następnie umieść fiolkę w kąpieli sonicznej na 2 minuty w temperaturze pokojowej, aby upewnić się, że mieszanina jest jednorodna (<silna klasa="xfig">Rysunek 1C, sekunda od lewej).</li>
		<li>Umieść szczelnie zapieczętowaną bursztynową fiolkę wypełnioną żywicą w dygestoriach do późniejszego użycia.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przygotuj żywicę powierzchniową.
	<ol>
		<li>Aby przygotować żywicę powierzchniową, odważyć 0,50 g TPO do czystej fiolki z bursztynem o pojemności 50 ml.</li>
		<li>Za pomocą mikropipety dodać 3,56 ml DMAm i 11,98 ml N, N-dimetyloformamidu (DMF) do bursztynowej fiolki o pojemności 50 ml i zamknąć fiolkę plastikową folią do formowania nakrętki.</li>
		<li>Delikatnie potrząśnij szczelnie zapieczętowaną bursztynową fiolką i poddaj soniku przez 1 minutę w temperaturze pokojowej przy użyciu standardowej laboratoryjnej łaźni sonicznej (~40 kHz).</li>
		<li>Do czystej fiolki o pojemności 20 ml pokrytej folią dodać 0,29 g metakrylanu 1-pirenemetylu (PyMMA).</li>
		<li>Dodać 10 ml DMF do fiolki o pojemności 20 ml i zamknąć fiolkę nakrętką za pomocą mikropipety.</li>
		<li>Delikatnie potrząśnij szklaną fiolką o pojemności 20 ml i poddaj sonizacji w odstępach co 1 minutę w temperaturze pokojowej przy użyciu standardowej laboratoryjnej łaźni sonicznej, sprawdzając wzrokowo między cyklami, aż PyMMA wydaje się być całkowicie rozpuszczony (<silna klasa = "xfig" >Rysunek 1C, trzeci i czwarty od lewej).</li>
		<li>Za pomocą szklanej pipety i gumowej gruszki do pipety przenieść roztwór ze szklanej fiolki o pojemności 20 ml do pomarańczowej fiolki o pojemności 50 ml.</li>
		<li>Delikatnie wstrząśnij bursztynową fiolką o pojemności 50 ml, a następnie umieść fiolkę w kąpieli sonicznej na 2 minuty w temperaturze pokojowej, aby upewnić się, że mieszanina jest jednorodna (<silna klasa="xfig">Rysunek 1C, po prawej i drugi od prawej).</li>
		<li>Umieść szczelnie zapieczętowaną bursztynową fiolkę wypełnioną żywicą w dygestoriach do późniejszego użycia. 
		UWAGA: Niektóre substancje chemiczne stosowane w tym protokole mogą powodować silne podrażnienie skóry i oczu oraz inną toksyczność dla ludzi i środowiska. Upewnij się, że protokoły bezpieczeństwa są przestrzegane zgodnie z kartą charakterystyki i lokalnymi przepisami.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. 3D drukowanie i funkcjonalizacja powierzchni
<ol>
	<li>Wykonaj druk 3D podłoża bazowego, wykonując poniższe czynności.
	<ol>
		<li>Wlej wcześniej przygotowaną żywicę luzem (krok 2.1) do drukarki 3D (patrz Tabela Materiałów), upewniając się, że roztwór całkowicie pokrywa dolną folię w bez pęcherzyków powietrza lub innych niejednorodności, a następnie zamknij obudowę drukarki 3D.</li>
		<li>Poruszaj się po USB za pomocą ekranu drukarki 3D i wybierz pokrojony model file, klikając trójkątny przycisk Odtwórz, aby rozpocząć proces drukowania 3D.</li>
		<li>Obserwując ekran drukarki 3D, zwróć uwagę na liczbę wydrukowanych warstw i wstrzymaj program drukowania, naciskając dwie pionowe linie Przycisk Pauzy podczas drukowania 3D ostatniej warstwy podłoża bazowego (w tym przypadku warstwy 29).</li>
		<li>Usuń cały etap budowy i delikatnie spłucz etap budowy i wydrukowany materiał niedenaturowanym 100% etanolem z butelki do mycia przez 10 sekund, aby usunąć resztki żywicy luzem z materiału wydrukowanego w 3D i etapu budowy.</li>
		<li>Za pomocą sprężonego powietrza delikatnie wysusz wydrukowany materiał 3D i etap budowy, aby usunąć resztki etanolu, a następnie ponownie włóż etap budowy do drukarki 3D.</li>
		<li>Wyjmij z drukarki 3D i wlej pozostałą żywicę luzem do bursztynowej fiolki. Przechowywać fiolkę w chłodnym, ciemnym miejscu.</li>
		<li>Używając niedenaturowanego 100% etanolu z butelki do mycia, ostrożnie wypłucz, aby usunąć resztki żywicy luzem.</li>
		<li>Wysuszyć za pomocą strumienia sprężonego powietrza, aby usunąć resztki etanolu i ponownie włóż do drukarki 3D.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Wykonaj funkcjonalizację powierzchni.
	<ol>
		<li>Wlej wcześniej przygotowaną żywicę powierzchniową (krok 2.2) do drukarki 3D, upewniając się, że roztwór całkowicie pokrywa dolną folię bez pęcherzyków powietrza lub innych niejednorodności, a następnie zamknij obudowę drukarki 3D.</li>
		<li>Wznów program drukowania 3D, klikając trójkątny przycisk Odtwórz, aby umożliwić wystąpienie z góry określonego wzoru powierzchni.</li>
		<li>Po zakończeniu programu drukowania usuń etap budowy z drukarki 3D i myj przez 10 sekund niedenaturowanym 100% etanolem za pomocą butelki do mycia, aby usunąć resztki żywicy powierzchniowej z materiału wydrukowanego w 3D i etapu budowy.</li>
		<li>Za pomocą sprężonego powietrza (natężenie przepływu, 30 l/min), delikatnie wysusz wydrukowany materiał 3D i zbuduj etap, aby usunąć resztki etanolu.</li>
		<li>Będąc nadal podłączonym do etapu budowy, utwardź materiał, odwracając cały etap budowy i umieszczając go pod światłem 405 nm na 15 minut.</li>
		<li>Delikatnie usuń funkcjonalizowany powierzchniowo materiał drukowany 3D z etapu budowy za pomocą cienkiej metalowej płytki lub skrobaka do farby.</li>
		<li>Bez dalszych regulacji przeanalizuj właściwości mechaniczne i powierzchniowe materiału.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
4. Analiza próbek wydrukowanych w 3D
<ol>
	<li>Wykonaj analizę fluorescencji.
	<ol>
		<li>Umieść wydrukowany w 3D, funkcjonalizowany powierzchniowo materiał pod lampą wyładowczą UV o długości fali 312 nm (patrz Tabela materiałów) w ciemnym miejscu, upewniając się, że warstwa funkcjonalizowana powierzchniowo jest skierowana do góry.</li>
		<li>Włącz lampę, aby w sposób ciągły naświetlać warstwę powierzchniową światłem o długości fali 312 nm i obserwować wzór fluorescencyjny. W razie potrzeby zrób zdjęcia. 
		UWAGA: Jest to etap oględzin; Nie można określić czasu. Napromienianie jest ciągłe podczas obserwacji.</li>
		<li>Umieść wydrukowany w 3D, funkcjonalizowany powierzchniowo materiał w obrazie fluorescencyjnym. Za pomocą dostarczonego oprogramowania wykonaj cyfrowe obrazy fluorescencyjne górnej i dolnej powierzchni za pomocą źródła wyładowań gazowych Trans-UV (302 nm) (patrz Tabela materiałów).</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Wykonaj analizę właściwości rozciągania.
	<ol>
		<li>Zmierz miernik i grubość próbek kości psa (w milimetrach).</li>
		<li>Umieść próbki w kształcie kości psa między uchwytami maszyny do prób rozciągania, upewniając się, że materiał wydrukowany w 3D jest równomiernie umieszczony w odległości określonej w dokumencie norm, w tym przypadku 50,3 mm.</li>
		<li>Ustaw program próby rozciągania; w tym przypadku prędkość podnoszenia została ustawiona na 1,1 mm/min, liczba próbek została ustawiona na 10 na sekundę.</li>
		<li>Uruchom program, aby uzyskać dane dotyczące siły (N) w funkcji ruchu (mm).</li>
		<li>Po przygotowaniu próbki zatrzymaj maszynę i zapisz dane jako dane rozdzielane kolumnami za pomocą pliku . Rozszerzenie pliku CSV.</li>
		<li>Przekształć dane siły (N) na naprężenie (MPa), dzieląc każdy punkt kolumny siły przez powierzchnię miernika (mm2, uzyskane przez pomnożenie szerokości miernika przez grubość miernika).</li>
		<li>Przelicz dane podróży na odkształcenie (%), nurkując dane podróży według długości skrajni (50,3 mm) w każdym punkcie i mnożąc każdy wynik przez 100.</li>
		<li>Oblicz udarność (MJ/m3) za pomocą reguły trapezowej, aby obliczyć obszar pod krzywą naprężenie-odkształcenie.</li>
		<li>Oblicz moduł Younga (MPa), biorąc gradient krzywej naprężenia (MPa) w funkcji odkształcenia (%) w obszarze sprężystym, w tej pracy od 1%-2% wydłużenia27.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol><li>Ligon, S. C., Liska, R., Stampfl, J., Gurr, M., Mülhaupt, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Polymers+for+3D+printing+and+customized+additive+manufacturing%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Reviews%22%5BJournal%5D)">Polymers for 3D printing and customized additive manufacturing.</a> Chemical Reviews. 117 (15), 10212-10290 (2017).</li>
<li>Lewis, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct+ink+writing+of+3D+functional+materials%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Functional+Materials%22%5BJournal%5D)">Direct ink writing of 3D functional materials.</a> Advanced Functional Materials. 16 (17), 2193-2204 (2006).</li>
<li>Kumar, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Selective+laser+sintering%3A+A+qualitative+and+objective+approach%5BTitle%5D)+AND+%22JOM%22%5BJournal%5D)">Selective laser sintering: A qualitative and objective approach.</a> JOM. 55 (10), 43-47 (2003).</li>
<li>Jung, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Designing+with+light%3A+Advanced+2D%2C+3D%2C+and+4D+materials%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">Designing with light: Advanced 2D, 3D, and 4D materials.</a> Advanced Materials. 32 (18), 1903850(2020).</li>
<li>Lim, K. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fundamentals+and+applications+of+photo-cross-linking+in+bioprinting%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Reviews%22%5BJournal%5D)">Fundamentals and applications of photo-cross-linking in bioprinting.</a> Chemical Reviews. 120 (19), 10662-10694 (2020).</li>
<li>Chen, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photoinitiators+derived+from+natural+product+scaffolds%3A+Monochalcones+in+three-component+photoinitiating+systems+and+their+applications+in+3D+printing%5BTitle%5D)+AND+%22Polymer+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Photoinitiators derived from natural product scaffolds: Monochalcones in three-component photoinitiating systems and their applications in 3D printing.</a> Polymer Chemistry. 11 (28), 4647-4659 (2020).</li>
<li>Chen, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Novel+D-%CF%80-A+and+A-%CF%80-D-%CF%80-A+three-component+photoinitiating+systems+based+on+carbazole%2Ftriphenylamino+based+chalcones+and+application+in+3D+and+4D+printing%5BTitle%5D)+AND+%22Polymer+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Novel D-π-A and A-π-D-π-A three-component photoinitiating systems based on carbazole/triphenylamino based chalcones and application in 3D and 4D printing.</a> Polymer Chemistry. 11 (40), 6512-6528 (2020).</li>
<li>Zhang, J., Xiao, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((3D+printing+of+photopolymers%5BTitle%5D)+AND+%22Polymer+Chemistry%22%5BJournal%5D)">3D printing of photopolymers.</a> Polymer Chemistry. 9 (13), 1530-1540 (2018).</li>
<li>Zhu, Y., Ramadani, E., Egap, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thiol+ligand+capped+quantum+dot+as+an+efficient+and+oxygen+tolerance+photoinitiator+for+aqueous+phase+radical+polymerization+and+3D+printing+under+visible+light%5BTitle%5D)+AND+%22Polymer+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Thiol ligand capped quantum dot as an efficient and oxygen tolerance photoinitiator for aqueous phase radical polymerization and 3D printing under visible light.</a> Polymer Chemistry. 12 (35), 5106-5116 (2021).</li>
<li>Jiang, P., Ji, Z., Wang, X., Zhou, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface+functionalization+-+a+new+functional+dimension+added+to+3D+printing%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Materials+Chemistry+C%22%5BJournal%5D)">Surface functionalization - a new functional dimension added to 3D printing.</a> Journal of Materials Chemistry C. 8 (36), 12380-12411 (2020).</li>
<li>Gonzalez, G., Chiappone, A., Dietliker, K., Pirri, C. F., Roppolo, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+and+functionalization+of+3D+printed+polydimethylsiloxane-based+microfluidic+devices+obtained+through+digital+light+processing%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials+Technologies%22%5BJournal%5D)">Fabrication and functionalization of 3D printed polydimethylsiloxane-based microfluidic devices obtained through digital light processing.</a> Advanced Materials Technologies. 5 (9), 2000374(2020).</li>
<li>Yao, X., Song, Y., Jiang, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Applications+of+bio-inspired+special+wettable+surfaces%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">Applications of bio-inspired special wettable surfaces.</a> Advanced Materials. 23 (6), 719-734 (2011).</li>
<li>Bose, S., Robertson, S. F., Bandyopadhyay, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface+modification+of+biomaterials+and+biomedical+devices+using+additive+manufacturing%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Biomaterialia%22%5BJournal%5D)">Surface modification of biomaterials and biomedical devices using additive manufacturing.</a> Acta Biomaterialia. 66, 6-22 (2018).</li>
<li>Wang, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((i3DP%2C+a+robust+3D+printing+approach+enabling+genetic+post-printing+surface+modification%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Communications%22%5BJournal%5D)">i3DP, a robust 3D printing approach enabling genetic post-printing surface modification.</a> Chemical Communications. 49 (86), 10064-10066 (2013).</li>
<li>Lee, K., Corrigan, N., Boyer, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rapid+high-resolution+3D+printing+and+surface+functionalization+via+type+I+photoinitiated+raft+polymerization%5BTitle%5D)+AND+%22Angewandte+Chemie+International+Edition%22%5BJournal%5D)">Rapid high-resolution 3D printing and surface functionalization via type I photoinitiated raft polymerization.</a> Angewandte Chemie International Edition. 60 (16), 8839-8850 (2021).</li>
<li>Zhang, Z., Corrigan, N., Bagheri, A., Jin, J., Boyer, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+versatile+3D+and+4D+printing+system+through+photocontrolled+raft+polymerization%5BTitle%5D)+AND+%22Angewandte+Chemie+International+Edition%22%5BJournal%5D)">A versatile 3D and 4D printing system through photocontrolled raft polymerization.</a> Angewandte Chemie International Edition. 58 (50), 17954-17963 (2019).</li>
<li>Corrigan, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reversible-deactivation+radical+polymerization+%28controlled%2Fliving+radical+polymerization%29%3A+From+discovery+to+materials+design+and+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Progress+in+Polymer+Science%22%5BJournal%5D)">Reversible-deactivation radical polymerization (controlled/living radical polymerization): From discovery to materials design and applications.</a> Progress in Polymer Science. 111, 101311(2020).</li>
<li>Moad, G., Rizzardo, E., Thang, S. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Living+radical+polymerization+by+the+raft+process+-+A+third+update%5BTitle%5D)+AND+%22Australian+Journal+of+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Living radical polymerization by the raft process - A third update.</a> Australian Journal of Chemistry. 65 (8), 985-1076 (2012).</li>
<li>Chiefari, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Living+free-radical+polymerization+by+reversible+addition%E2%88%92Fragmentation+chain+transfer%3A+The+RAFT+process%5BTitle%5D)+AND+%22Macromolecules%22%5BJournal%5D)">Living free-radical polymerization by reversible addition−Fragmentation chain transfer: The RAFT process.</a> Macromolecules. 31 (16), 5559-5562 (1998).</li>
<li>Fromel, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((User-friendly+chemical+patterning+with+digital+light+projection+polymer+brush+photolithography%5BTitle%5D)+AND+%22European+Polymer+Journal%22%5BJournal%5D)">User-friendly chemical patterning with digital light projection polymer brush photolithography.</a> European Polymer Journal. 158, 110652(2021).</li>
<li>Fromel, M., Li, M., Pester, C. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface+engineering+with+polymer+brush+photolithography%5BTitle%5D)+AND+%22Macromolecular+Rapid+Communications%22%5BJournal%5D)">Surface engineering with polymer brush photolithography.</a> Macromolecular Rapid Communications. 41 (18), 2000177(2020).</li>
<li>Wang, C. -G., Chen, C., Sakakibara, K., Tsujii, Y., Goto, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Facile+fabrication+of+concentrated+polymer+brushes+with+complex+patterning+by+photocontrolled+organocatalyzed+living+radical+polymerization%5BTitle%5D)+AND+%22Angewandte+Chemie+International+Edition%22%5BJournal%5D)">Facile fabrication of concentrated polymer brushes with complex patterning by photocontrolled organocatalyzed living radical polymerization.</a> Angewandte Chemie International Edition. 57 (41), 13504-13508 (2018).</li>
<li>Zoppe, J. O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface-initiated+controlled+radical+polymerization%3A+state-of-the-art%2C+opportunities%2C+and+challenges+in+surface+and+interface+engineering+with+polymer+brushes%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Reviews%22%5BJournal%5D)">Surface-initiated controlled radical polymerization: state-of-the-art, opportunities, and challenges in surface and interface engineering with polymer brushes.</a> Chemical Reviews. 117 (3), 1105(2017).</li>
<li>Pester, C. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ambiguous+antifouling+surfaces%3A+Facile+synthesis+by+light-mediated+radical+polymerization%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Polymer+Science+Part+A%3A+Polymer+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Ambiguous antifouling surfaces: Facile synthesis by light-mediated radical polymerization.</a> Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry. 54 (2), 253-262 (2016).</li>
<li>Poelma, J. E., Fors, B. P., Meyers, G. F., Kramer, J. W., Hawker, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+of+complex+three-dimensional+polymer+brush+nanostructures+through+light-mediated+living+radical+polymerization%5BTitle%5D)+AND+%22Angewandte+Chemie+International+Edition%22%5BJournal%5D)">Fabrication of complex three-dimensional polymer brush nanostructures through light-mediated living radical polymerization.</a> Angewandte Chemie International Edition. 52 (27), 6844-6848 (2013).</li>
<li>Zhu, Y., Egap, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((PET-RAFT+polymerization+catalyzed+by+cadmium+selenide+quantum+dots+%28QDs%29%3A+Grafting-from+QDs+photocatalysts+to+make+polymer+nanocomposites%5BTitle%5D)+AND+%22Polymer+Chemistry%22%5BJournal%5D)">PET-RAFT polymerization catalyzed by cadmium selenide quantum dots (QDs): Grafting-from QDs photocatalysts to make polymer nanocomposites.</a> Polymer Chemistry. 11 (5), 1018-1024 (2020).</li>
<li>ASTM International. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((ASTM+Standard+D638-14%3A+Standard+Test+method+for+tensile+properties+of+plastics%5BTitle%5D)+AND+%22ASTM+International%22%5BJournal%5D)">ASTM Standard D638-14: Standard Test method for tensile properties of plastics.</a> ASTM International. , (2014).</li>
<li>Moad, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((RAFT+%28Reversible+addition-fragmentation+chain+transfer%29+crosslinking+%28co%29polymerization+of+multi-olefinic+monomers+to+form+polymer+networks%5BTitle%5D)+AND+%22Polymer+International%22%5BJournal%5D)">RAFT (Reversible addition-fragmentation chain transfer) crosslinking (co)polymerization of multi-olefinic monomers to form polymer networks.</a> Polymer International. 64 (1), 15-24 (2015).</li>
<li>Li, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((SI-PET-RAFT%3A+Surface-initiated+photoinduced+electron+transfer-reversible+addition-fragmentation+chain+transfer+polymerization%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Macro+Letters%22%5BJournal%5D)">SI-PET-RAFT: Surface-initiated photoinduced electron transfer-reversible addition-fragmentation chain transfer polymerization.</a> ACS Macro Letters. 8 (4), 374-380 (2019).</li>
</ol>

Autorzy deklarują brak konfliktu interesów.

Niniejszy protokół demonstruje proces drukowania 3D materiałów polimerowych o niezależnie regulowanych właściwościach masowych i międzyfazowych. Procedura jest wykonywana metodą dwuetapową polegającą na drukowaniu 3D podłoża bazowego, a następnie modyfikowaniu warstwy powierzchniowej wydrukowanego obiektu 3D przy użyciu innej żywicy funkcjonalnej, ale przy użyciu tego samego sprzętu do drukowania 3D. Podczas gdy drukarki 3D wykorzystywane w tej pracy są przeznaczone do drukowania usieciowanych materiałów warstwa...

Produkcja addytywna i druk 3D zrewolucjonizowały produkcję materiałów, zapewniając bardziej efektywne i łatwe metody wytwarzania skomplikowanych geometrycznie materiałów1. Oprócz zwiększonej swobody projektowania w druku 3D, technologie te wytwarzają mniej odpadów niż tradycyjne subtraktywne procesy produkcyjne dzięki rozsądnemu wykorzystaniu materiałów prekursorowych w procesie produkcyjnym warstwa po warstwie. Od 1980 roku opracowano szeroką gamę różnych technik druku 3D do wytwarzania komponentów polimerowych, metalowych i ceramicznych1. Do najczęściej stosowanych metod należy druk 3D oparty na wytłaczaniu, taki jak wytwarzanie topionych włókien i techniki bezpośredniego pisania atramentem2, techniki spiekania, takie jak selektywne spiekanie laserowe3, a także techniki fotoindukowanego druku 3D na bazie żywicy, takie jak stereolitografia oparta na laserze i projekcji oraz techniki maskowanego cyfrowego przetwarzania światła4. Wśród wielu istniejących obecnie technik druku 3D, techniki fotoindukowanego druku 3D zapewniają pewne zalety w porównaniu z innymi metodami, w tym wyższą rozdzielczość i szybsze prędkości drukowania, a także możliwość krzepnięcia płynnej żywicy w temperaturze pokojowej, co otwiera możliwość zaawansowanego druku 3D z biomateriałów4,5,6,7, 8,9.
Chociaż te zalety pozwoliły na powszechne zastosowanie druku 3D w wielu dziedzinach, ograniczona możliwość niezależnego dostosowywania właściwości materiału drukowanego w 3D ogranicza przyszłe zastosowania10. W szczególności brak możliwości łatwego dostosowania właściwości mechanicznych masy niezależnie od właściwości międzyfazowych ogranicza zastosowania takie jak implanty, które wymagają precyzyjnie dopasowanych powierzchni biokompatybilnych i często bardzo różniących się właściwości masy, a także powierzchni przeciwporostowych i antybakteryjnych, materiałów czujników i innych inteligentnych materiałów11,12,13. Naukowcy zaproponowali modyfikację powierzchni materiałów drukowanych w 3D, aby przezwyciężyć te problemy, aby zapewnić bardziej niezależne dostosowywanie właściwości objętościowych i międzyfazowych10,14,15.
Ostatnio nasza grupa opracowała proces fotoindukowanego druku 3D, który wykorzystuje odwracalną polimeryzację łańcucha addycyjno-fragmentacyjnego (RAFT) do pośredniczenia w syntezie polimerów sieciowych15,16. Polimeryzacja RAFT to rodzaj odwracalnej deaktywacji polimeryzacji rodnikowej, która zapewnia wysoki stopień kontroli nad procesem polimeryzacji i pozwala na wytwarzanie materiałów wielkocząsteczkowych o precyzyjnie dostrojonych masach cząsteczkowych i topologiach oraz szerokim zakresie chemicznym17,18,19. Warto zauważyć, że związki tiokarbonylotiologiczne lub środki RAFT, stosowane podczas polimeryzacji RAFT, są zatrzymywane po polimeryzacji. W ten sposób można je reaktywować w celu dalszej modyfikacji właściwości chemicznych i fizycznych materiału wielkocząsteczkowego. Tak więc, po wydrukowaniu 3D, te uśpione środki RAFT na powierzchniach materiału drukowanego 3D mogą być reaktywowane w obecności funkcjonalnych monomerów, aby zapewnić dostosowane powierzchnie materiału20,21,22,23,24,25,26. Polimeryzacja powierzchni wtórnej dyktuje właściwości materiału międzyfazowego i może być przeprowadzana w sposób kontrolowany przestrzennie poprzez inicjację fotochemiczną.
Obecny protokół opisuje metodę drukowania materiałów polimerowych w 3D za pomocą procesu fotoindukowanej polimeryzacji RAFT i późniejszej modyfikacji powierzchni in situ w celu modulacji właściwości międzyfazowych niezależnie od właściwości mechanicznych materiału sypkiego. W porównaniu z poprzednimi podejściami do druku 3D i modyfikacji powierzchni, obecny protokół nie wymaga odtleniania ani innych rygorystycznych warunków, a zatem jest wysoce dostępny dla osób niebędących specjalistami. Co więcej, wykorzystanie sprzętu do drukowania 3D do wykonania zarówno początkowej produkcji materiału, jak i postfunkcjonalizacji powierzchni zapewnia kontrolę przestrzenną nad właściwościami materiału i może być wykonywane bez żmudnego wyrównywania kilku różnych fotomasek w celu tworzenia złożonych wzorów.

<table><tbody><tr><td>Metakrylan 1-pirenemetylu</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>765120</td><td></td></tr><tr><td>2-(n-butylotiokarbobonotiotio)propanowy</td><td>Bor Molekularna</td><td>BM1640</td><td></td></tr><tr><td>Drukarka 3D</td><td>Photon</td><td>Mono S</td><td>natężenie światła na powierzchni maski cyfrowej = 0,81 mW cm-2</td></tr><tr><td>Oprogramowanie do krojenia druku 3D</td><td>Photon</td><td>Photon Workshop V2.1.19</td><td></td></tr><tr><td>Kąpiel ultradźwiękowa 40 kHz</td><td>Thermoline</td><td>UB-410</td><td></td></tr><tr>Zbiornik <td>230142</td><td>sprężonego powietrza</td><td></td><td>Coregas pracujący przy 130 kPa</td></tr><tr><td>Program do projektowania wspomaganego komputerowo</td><td>SpaceClaim SpaceClaim</td><td>Design Manager V19.1</td><td></td></tr><tr><td>Tlenek difenylu (2,4,6-trimetylobenzoilo)fosfiny</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>415952</td><td></td></tr><tr><td>Etanol niedenaturowany 100% AR</td><td>ChemSupply</td><td>EL043-2.5L-P</td><td></td></tr><tr><td>Butelka do mycia etanolu</td><td>Rowe Scientific</td><td>AZLWGF541P</td><td></td></tr><tr><td>Fluorescence Imager</td><td>Bio-Rad</td><td>Gel Doc XR+</td><td>Wykorzystuje lampę wyładowczą o długości fali 302 nm jako źródło emisji</td></tr><tr><td>Miernik natężenia światła Tester</td> mechaniczny <td>Newport</td><td>843-R</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Znak&ndash; 10</td><td>ESM303</td><td>Miernik siły 1 kN M5&ndash; 200</td></tr><tr><td>Formowalna folia z tworzywa sztucznego</td><td>Parafilm</td><td>PM992</td><td></td></tr><tr><td>N,N-dimethlacrylamid</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>274135</td><td></td></tr><tr><td>N,N-dimetyloformamid HPLC</td><td>ChemSupply</td><td>LC1051-G4L</td><td></td></tr><tr><td>Średnia diakrylanowa poli(glikolu etylenowego) Mn 250</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>475629</td><td></td></tr><tr><td>Lampa po utwardzeniu</td><td>Leoway</td><td>&lrm; B0869BY79P</td><td>60 W 405 nm</td></tr><tr><td>Dokument norm</td><td>ASTM</td><td>ASTM Norma ASTM D638-14</td><td></td></tr><tr><td>Maszyna do prób rozciągania</td><td>Mark-10</td><td></td><td></td></tr><tr><td>UV</td><td>Light Fisher Scientific</td><td>11-982-30</td><td>6 W Spectroline E-Series, Lampa wyładowcza</td></tr><tr><td>Vortex Mixer IKA Vortex 3</td><td>LabTek</td><td>3340000I</td><td></td></tr></tbody></table>

druk 3d i modyfikacja powierzchni in situ za pomocą fotoinicjowanej odwracalnej polimeryzacji łańcuchowej addycyjno-fragmentacyjnej typu i

3D Printing and In Situ Surface Modification via Type I Photoinitiated Reversible Addition-Fragmentation Chain Transfer Polymerization

Druk 3D zapewnia łatwy dostęp do geometrycznie złożonych materiałów. Materiały te mają jednak nieodłącznie powiązane właściwości sypkie i międzyfazowe, zależne od składu chemicznego żywicy. W obecnych pracach materiały drukowane w 3D są postfunkcjonalizowane przy użyciu sprzętu drukarki 3D poprzez wtórny proces polimeryzacji inicjowanej powierzchniowo, zapewniając w ten sposób niezależną kontrolę nad właściwościami materiału sypkiego i międzyfazowego. Proces ten rozpoczyna się od przygotowania płynnych żywic, które zawierają monofunkcjonalny monomer, sieciujący wielofunkcyjny monomer, fotochemicznie labilny substancję, która umożliwia inicjację polimeryzacji oraz, co najważniejsze, związek tiokarbonylotiologiczny, który ułatwia odwracalną polimeryzację łańcucha addycyjno-fragmentacyjnego (RAFT). Związek tiokarbonylotiologiczny, znany powszechnie jako środek RAFT, pośredniczy w procesie polimeryzacji wzrostu łańcucha i zapewnia materiałom polimerowym bardziej jednorodne struktury sieciowe. Płynna żywica jest utwardzana warstwa po warstwie za pomocą dostępnej na rynku cyfrowej drukarki 3D do obróbki światła, aby uzyskać trójwymiarowe materiały o przestrzennie kontrolowanej geometrii. Początkowa żywica jest usuwana i zastępowana nową mieszaniną zawierającą funkcjonalne monomery i gatunki fotoinicjujące. Materiał wydrukowany w 3D jest następnie wystawiany na działanie światła z drukarki 3D w obecności nowej funkcjonalnej mieszaniny monomerów. Pozwala to na fotoindukowaną polimeryzację inicjowaną powierzchniowo z utajonych grup agentów RAFT na powierzchni materiału drukowanego w 3D. Biorąc pod uwagę elastyczność chemiczną obu żywic, proces ten pozwala na produkcję szerokiej gamy materiałów drukowanych 3D o dostosowanych właściwościach masowych i międzyfazowych.

Ogólna procedura druku 3D i funkcjonalizacji powierzchni przedstawiona jest na Rysunku 1. W niniejszym protokole początkowo syntetyzowana jest sieć polimerowa via proces fotowywołanej polimeryzacji RAFT15, przy użyciu drukarki 3D do wytwarzania obiektu w procesie warstwowym (Rysunek 1A). Żywica masowa używana do tworzenia sieci polimerowej zawiera fotolabilny inicjator (TPO), który generuje rodniki pod wpływem światła o długości ...

Obecny protokół opisuje cyfrowy druk 3D materiałów polimerowych oparty na przetwarzaniu światła przy użyciu fotoinicjowanej odwracalnej polimeryzacji łańcuchowej addycyjno-fragmentacyjnej typu I i późniejszej post-funkcjonalizacji materiału in situ poprzez polimeryzację za pośrednictwem powierzchni. Fotoindukowany druk 3D zapewnia materiałom niezależnie dopasowane i kontrolowane przestrzennie właściwości sypkie i międzyfazowe.

Druk 3D i modyfikacja powierzchni in situ za pomocą fotoinicjowanej odwracalnej polimeryzacji łańcuchowej addycyjno-fragmentacyjnej typu I

3D printing provides facile access to geometrically complex materials. However, these materials have intrinsically linked bulk and interfacial properties ...

Protokół ten pozwala na niezależne dostrojenie właściwości masowych i międzyfazowych materiałów drukowanych w 3D. Daje to większą elastyczność w projektowaniu i wytwarzaniu złożonych materiałów drukowanych w 3D. Technika ta nie wymaga rygorystycznych warunków reakcji i może być wykonywana przy użyciu dostępnego na rynku sprzętu.W rezultacie technika ta znacznie ułatwia wytwarzanie złożonych materiałów drukowanych w 3D. Na początek przygotuj żywicę luzem, ważąc 0,36 grama BTPA do czystej 50-mililitrowej bursztynowej fiolki. Dodać 13,63 mililitra diakrylanu glikolu polietylenowego i 14,94 mililitra DMAm do bursztynowej fiolki za pomocą mikropipety.W osobnej 20-mililitrowej fiolce z czystego szkła pokrytej folią aluminiową dodaj 0,53 grama TPO. Za pomocą mikropipety dodać 10 mililitrów DMAm do szklanej fiolki o pojemności 20 mililitrów zawierającej TPO i zamknąć fiolkę za pomocą nakrętki. Dokładnie homogenizować roztwór TPO w DMAm, mieszając za pomocą mieszalnika wirowego przez 10 sekund, a następnie używając standardowej laboratoryjnej łaźni sonicznej do sonikacji mieszaniny przez 2 minuty w temperaturze pokojowej.Za pomocą szklanej pipety i gumowej gruszki do pipet przenieś roztwór z 20-mililitrowej szklanej fiolki do 50-mililitrowej bursztynowej fiolki i zamknij fiolkę nakrętką i formowaną folią z tworzywa sztucznego. Delikatnie wstrząśnij 50-mililitrową bursztynową fiolką, a następnie umieść fiolkę w łaźni sonicznej na 2 minuty w temperaturze pokojowej, aby upewnić się, że mieszanina jest jednorodna. Umieść szczelnie zapieczętowaną bursztynową fiolkę wypełnioną żywicą w dygestoriach do późniejszego użycia.Przygotować żywicę powierzchniową zgodnie z wcześniejszym opisem do przygotowania żywicy luzem. Po przygotowaniu żywicy powierzchniowej należy umieścić zapieczętowany bursztynowy podmuch wypełniony żywicą powierzchniową w dygestorium do późniejszego użycia. Aby wykonać druk 3D, należy wlać wcześniej przygotowaną żywicę luzem do drukarki 3D, upewniając się, że roztwór całkowicie pokrywa dolną folię w bez pęcherzyków powietrza lub innych niejednorodności, a następnie zamknąć obudowę drukarki 3D.Poruszaj się po USB za pomocą ekranu drukarki 3D i wybierz pokrojony model file, klikając trójkątny przycisk Odtwórz, aby rozpocząć proces drukowania 3D. Obserwując ekran drukarki 3D, zwróć uwagę na liczbę drukowanych warstw i wstrzymaj program drukowania, naciskając dwie pionowe linie Przycisk Pauzy podczas drukowania 3D ostatniej warstwy podłoża bazowego. Usuń cały etap budowy i delikatnie opłucz etap budowy i wydrukowany materiał niedenaturowanym 100% etanolem z butelki do mycia przez 10 sekund, aby usunąć resztki żywicy luzem z materiału wydrukowanego w 3D i etapu budowy.Za pomocą sprężonego powietrza delikatnie wysusz materiał wydrukowany w 3D i etap budowy, aby usunąć resztki etanolu, a następnie ponownie włóż etap budowy do drukarki 3D. Wyjmij z drukarki 3D i wlej pozostałą ilość żywicy luzem do bursztynowej podłości i przechowuj podłość w chłodnym, ciemnym miejscu. Używając niedenaturowanego 100% etanolu z butelki do mycia, ostrożnie wypłucz, aby usunąć resztki żywicy luzem.Wysuszyć za pomocą strumienia sprężonego powietrza, aby usunąć resztki etanolu i ponownie włóż do drukarki 3D. W celu wykonania funkcjonalizacji powierzchni należy wlać wcześniej przygotowaną żywicę powierzchniową do drukarki 3D, upewniając się, że roztwór całkowicie pokrywa dolną folię bez pęcherzyków powietrza lub innych niejednorodności, a następnie zamknąć obudowę drukarki 3D. Wznów program drukowania 3D, klikając trójkątny przycisk Odtwórz, aby umożliwić wystąpienie z góry określonego wzoru powierzchni.Po zakończeniu programu drukowania usuń etap budowy z drukarki 3D i myj przez 10 sekund niedenaturowanym 100% etanolem za pomocą butelki do mycia, aby usunąć resztki żywicy powierzchniowej z materiału wydrukowanego w 3D i etapu budowy. Za pomocą sprężonego powietrza delikatnie wysusz materiał wydrukowany w 3D i zbuduj etap, aby usunąć resztki etanolu. Będąc nadal podłączonym do etapu budowy, utwardź materiał, odwracając cały etap budowy i umieszczając go pod światłem o długości 405 nanometrów na 15 minut.Delikatnie usuń funkcjonalizowany powierzchniowo materiał wydrukowany w 3D z etapu budowy za pomocą cienkiej metalowej płytki lub skrobaka do farby. Aby przeprowadzić analizę fluorescencji, umieść wydrukowany w 3D materiał funkcjonalizowany powierzchniowo pod lampą wyładowczą ultrafioletową o długości 312 nanometrów w ciemnym miejscu, upewniając się, że warstwa funkcjonalizowana powierzchniowo jest skierowana do góry. Włącz lampę, aby w sposób ciągły naświetlać warstwę powierzchniową światłem o długości fali 312 nanometrów i obserwować wzór fluorescencyjny.Aby przeprowadzić analizę właściwości rozciągania, umieść próbki w kształcie kości psa między uchwytami maszyny do prób rozciągania, upewniając się, że materiał wydrukowany w 3D jest równomiernie umieszczony w odległości 50,3 milimetra. Uruchom program, aby uzyskać dane o sile i ruchu. Po wydrukowaniu 3D i funkcjonalizacji powierzchni, materiał został poddany posttwardzalnej filtracji pod promieniowaniem o długości 405 nanometrów.Zaobserwowano, że funkcjonalizowane materiały były żółte, ale wysoce przezroczyste o dobrze zdefiniowanych kształtach. Funkcjonalizowane materiały nie wykazują fluorescencji w ciemności. Jednak po napromieniowaniu ultrafioletowym zaobserwowano przestrzennie rozdzielczą fluorescencję powierzchniową w obszarach naświetlanych światłem podczas etapu funkcjonalizacji powierzchni, widoczną jako lekko podniesiony wzór yin-yang.Obrazy fluorescencyjne wykazały, że spód materiału nie wykazywał fluorescencji pod wpływem promieniowania ultrafioletowego. Jednak górna strona materiału wykazywała silną fluorescencję we wzorze yin-yang. Przeanalizowano właściwości mechaniczne wydrukowanych w 3D próbek w kształcie kości psa i uzyskano krzywą naprężenie-odkształcenie.Materiał wykazywał odkształcenie sprężyste, zapewniające granicę plastyczności około 25 megapaskalów, a następnie odkształcenie plastyczne przed uszkodzeniem. Wydłużenie przy zerwaniu wynosiło około 12%, podczas gdy naprężenie przy zerwaniu wynosiło około 22 megapaskale. Moduł Younga obliczono na około 7 megapaskalów, podczas gdy wytrzymałość wynosiła około 115 megadżuli na metr sześcienny.Ważne jest, aby upewnić się, że powierzchnia rezydująca całkowicie zakrywa folię i jest wolna od pęcherzyków powietrza lub innych niedoskonałości, które mogą prowadzić do odchyleń od zamierzonego wzoru powierzchni.

3d-printing-situ-surface-modification-via-type-i-photoinitiated

Research

JoVE Journal

Chemistry

Chemia

Procedura polimeryzacji indukowanej plazmą jest opisana dla inicjowanej powierzchniowo polimeryzacji na membranach polimerowych. Dalsza postmodyfikacja szczepionego polimeru substancjami fotochromowymi została przedstawiona wraz z protokołem przeprowadzenia pomiarów przepuszczalności membran reagujących na światło.

Przygotowanie membran reagujących na światło w połączonym procesie szczepienia powierzchniowego i postmodyfikacji

Substraty do hodowli komórkowych funkcjonalizowane mikroskalowymi wzorcami biologicznych ligandów mają ogromną użyteczność w dziedzinie inżynierii tkankowej. W tym miejscu demonstrujemy wszechstronną i zautomatyzowaną produkcję substratów do kultur tkankowych za pomocą wielu, mikrowzorcowych szczotek z poli(glikolu etylenowego) prezentujących ortogonalną chemię, która umożliwia przestrzennie precyzyjną i specyficzną dla miejsca immobilizację ligandów biologicznych.

Wytwarzanie złożonych substratów kulturowych przy użyciu zrobotyzowanego drukowania mikrokontaktowego (R-μCP) i sekwencyjnej substytucji nukleofilowej

Przedstawiono nowatorską metodologię syntezy i programowania elastomerów ciekłokrystalicznych w łańcuchu głównym przy użyciu dostępnych na rynku monomerów wyjściowych. Szeroki zakres właściwości termomechanicznych został dostosowany poprzez dostosowanie ilości środka sieciującego, podczas gdy wydajność uruchamiania zależała od wielkości zastosowanego naprężenia podczas programowania.

Synteza programowalnych elastomerów ciekłokrystalicznych w łańcuchu głównym z wykorzystaniem dwuetapowej reakcji tiolowo-akrylowej

Przedstawiono protokół syntezy i przygotowania nanocząstek składających się z elektroaktywnych polimerów.

Elektroaktywne nanocząstki polimerowe wykazujące właściwości fototermiczne

Ten artykuł opisuje proces wytwarzania polimerowych, samoorganizujących się nanocząstek za pomocą polimeryzacji dyspersyjnej za pośrednictwem światła widzialnego. Wykorzystanie niskoenergetycznego światła widzialnego do kontrolowania polimeryzacji pozwala na powtarzalne tworzenie samoorganizujących się miceli przypominających robaki przy wysokiej zawartości części stałych.

Łatwa synteza robakopodobnych miceli za pomocą polimeryzacji dyspersyjnej za pośrednictwem światła widzialnego przy użyciu katalizatora fotoredoks

Przedstawiony tutaj protokół umożliwia zautomatyzowane wytwarzanie mikrowzorów, które standaryzują kształt komórki, do badania struktur cytoszkieletu w komórkach ssaków. Ta przyjazna dla użytkownika technika może być skonfigurowana z dostępnymi na rynku systemami obrazowania i nie wymaga specjalistycznego sprzętu niedostępnego dla standardowych laboratoriów biologii komórki.

Kontrola geometrii komórki za pomocą mikromodelowania wspomaganego laserem w podczerwieni

Ten protokół szczegółowo opisuje syntezę nanokapsułek do późniejszego wykorzystania w żywicach fotopolimeryzowalnych do wolumetrycznego druku 3D z ułatwioną fuzją trypletową.

Synteza nanokapsułek Triplet Fusion Upconversion

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

Przedstawiono metodę nałożenia topografii powierzchniowej pochłaniającej światło materiałów kompozytowych polimerowych, szczególnie magnetoaktywnych elastomerów (MAE), za pomocą mikroobróbki laserowej. Ta metoda umożliwia dużą elastyczność w projektowaniu topograficznym i szybkim prototypowaniu. Przedstawiono przykład strukturyzacji powierzchni MAE, charakteryzacji oraz ich reakcji na zewnętrzne pole magnetyczne.

Mikroobróbka laserowa do projektowania topografii powierzchni polimerów

Poznaj metodę druku 3D z niezależnym dostrajaniem właściwości objętościowych i powierzchniowych materiałów polimerowych. Technika wykorzystuje fotoinicjowaną polimeryzację RAFT typu I i dostępne komercyjnie urządzenia.

Druk 3D i modyfikacja powierzchni in situ za pomocą fotoinicjowanej odwracalnej polimeryzacji łańcuchowej addycyjno-fragmentacyjnej typu I (Wideo) | JoVE Journal

Druk 3D i modyfikacja powierzchni in situ za pomocą fotoinicjowanej odwracalnej polimeryzacji łańcuchowej addycyjno-fragmentacyjnej typu I

Przeglądaj więcej filmów