Методическая статья

Показания 3-D прямой записи Подвесные мкм / субмикронных Масштаб волокнистые структуры с помощью роботизированной распределительной системе

9.6K просмотров

⸱

DOI:

10.3791/52834

⸱

12 июня 2015 г.

 ,  , 
1Bioengineering Department, University of Louisville

В этой статье

Краткое содержание

Здесь мы приводим протокол для изготовления свободно взвешенные, мкм / субмикронных масштаба полимерные волокна и "WEB-как" структуры, созданные с помощью автоматизированного прямом порядке записи с помощью системы дозирования 3-оси.

Аннотация

Трехосевая система дозирования используется для управления начальными и конечными позициями и траекторией волокон с помощью программного обеспечения для дозирования. Длина и ориентация полимерного волокна определяется пространственным расположением 3-х осевых ступеней системы дозирования. Диаметр волокна определяется заданным временем дозирования клапана системы дозирования, скоростью подачи (скоростью, с которой ступень перемещается из начального положения в конечное), диаметром манометра дозирующего наконечника, вязкостью и поверхностным натяжением полимерного раствора, а также запрограммированной длиной волочения. Скорость подачи ступени влияет на скорость испарения полимерного раствора и капиллярное разрушение нитей. Система дозирования состоит из контроллера пневматического клапана, капельного дозирующего клапана и дозирующего наконечника. Определение характеристик процесса прямой записи для определения оптимальной комбинации факторов приводит к многократному получению желаемого диапазона диаметров волокон. Преимуществом этой роботизированной системы дозирования является простота получения точного диапазона микронных/субмикронных волокон в нужном, запрограммированном месте с помощью автоматизированного управления процессом. Здесь обсуждаемые самоорганизующиеся 3D-структуры микронного/субмикронного масштаба были использованы для изготовления подвесных конструкций для создания микронных/субмикронных жидкостных устройств и биоинженерных каркасов.

Введение

За последние несколько десятилетий, разнообразие методов изготовления, таких как мокрое прядение, сухое прядение и электропрядения, были использованы для создания новых структур полимерного волокна с разнообразными и надежных биологических, химических, электрических и механических свойств 1-12. Хотя эти методы вращающиеся способны генерировать приостановлено трехмерные волокна, они ограничены в их способности точно контролировать ориентацию волокон в трех измерениях, так как осаждение волокон с помощью этих процессов случайный характер. Кроме того, эти методы ограничены в одномерном диапазона для изготовления волокон; В частности, волокна, полученные с помощью мокрой и сухой прядения различаться в диаметре от десятков до сотен микрон, а электроформования урожаи волокна с диаметрами в диапазоне от нескольких десятков нанометров до одного микрона 13.

Для обеспечения более точного контроля ориентации волокон в 3-D пространстве, наша группа разработала себя-assemble или "прямой записи" волокна Процесс изготовления, что непосредственно выбрасывает полимерный материал из полого капилляра, а затем рисует отдельные волокна, которые тонкие и затвердевают в предсказуемых диаметров волокон, используя поверхностного натяжения жидкости приводом механику 14. Наша первоначальная система прямого записи для повышения уровня контроля положения волокна и диаметром состоял из пользовательской изготовлены пружинным системы шприц выдачи, прикрепленной к головке выполненного на заказ сверхвысокой точности Micromilling машины (Рисунок 1). UHPMM был этап с позиционной разрешением 1,25 нм в направлениях х и у и 20 нм в направлении Z, который был программно контролируемой создать микрон и масштабные провода и структуры субмикронных. Одним из ограничений этой конкретной системы непосредственного записи было отсутствие управления потоком раствора полимера через кончик иглы. Хотя пружиной Система дозирования успешно создана постоянная ФлоW через наконечник, постоянно расширяется сферической шарик из раствора полимера был создан на выходе из наконечника шприца, которое изменяется по размеру и объему в зависимости от условий окружающей среды.

figure-introduction-1
Рисунок 1. Изображение Ультра машина высокой точности Micromilling:. Первое прямое система записи используется в изготовлении мкм / субмикронных крупномасштабные структуры Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Несостоятельность этого источника шарик влияние на способность системы к постоянно изготовления проводов, установленном диаметре. Хотя и, сооружения были успешно получены с использованием этой прямой процесс записи, усиление процесса по усилению контроля потока раствора полимера позволит более PreciSE, назначают диаметр волокна посредством регулирования размера шарика у кончика шприца. Таким образом, эта работа описывает реализацию 3-осевой системы автоматизированного дозирования с пневматическим приводом дозатора клапана точно контролировать расход раствора полимера и наконечник шарик размер, чтобы создать предписанной, мкм / субмикронных подвесных конструкций.

Протокол

1. установка оборудования

  1. Сборка системы дозирования и соединить контроллер клапана и шприца для пневматического источника, с помощью регулятора давления, чтобы установить давление в 15 фунтов на квадратный дюйм для дозирования полимерного раствора из кончика иглы, при скорости потока 2,45 мкл / мин.
  2. Вставьте 3-оси робота и системы дозирования в тепловой камеры, чтобы обеспечить стабильную рабочую среду (рисунок 2).
  3. Установите акционерное Robot контрольных точек (JR-C) Очки программное обеспечение, предоставляемые производителем системы и подключить 3 оси робота к компьютеру через последовательный порт связи.
  4. Установите дозирования клапан 3-осевой робот и установить на кончик иглы клапана.
  5. Уровень робота этап валик в соответствии с указаниями производителя по обеспечению плоскостности по отношению к высоте наконечника клапана 15.
  6. Соберите нагреватель с обратной связью в корпусе, чтобы добавить экологического контроля.
Содержание "FO: Keep-together.within-странице =" всегда "> figure-protocol-1
Рисунок 2. () 3-Axis дозирования робота с необходимыми принадлежностями, размещенных внутри корпуса; и (б) закрыть изображение распределительного клапана с прикрепленным USB микроскоп для визуализации. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

2. Экспериментальные материалы и определяющими факторами

  1. Управление факторы и их сочетание.
    1. Вары скорость подачи от 1% скорости (5 мм / сек) до 100% (500 мм / сек), в С-точек программного обеспечения JR. Для этого приложения, использовать скорость 2% (10 мм / сек) для изготовления волокнистые структуры представлены в этой работе.
    2. Вары полимерных концентрации раствора, чтобы достичь удельной вязкости, поверхностного натяжения и параметры волатильности необходимыйдля требуемого применения. Для этого приложения, использовать 24% полиметилметакрилат (ПММА) в хлорбензоле решения для изготовления волокна структуры, представленные в этой работе.
    3. Вары управления клапана дозирования время от 0,02 сек до 1 сек для того, чтобы извлечь решения через сжатому воздуху. Для этого приложения, использовать 0,02 сек для изготовления волокна структуры, представленные в этой работе.
    4. Выберите размер калибра высокоточных советы игл обойтись полимерных растворов. Для этого приложения, использовать 30 G (внутренний диаметр (ID) = 152,4 мкм) наконечник для изготовления волокна структуры, представленные в этой работе.
    5. Установите диапазон рабочих температур от 70 ° F до 100 ° F в теплоизолированной коробки для поддержания постоянной скорости испарения образца полимера. Для этого приложения, использовать температуру 70 ° F для изготовления волокна структуры, представленные в этой работе.
  2. Приготовление растворов полимеров.
    1. Смешиватьполимерные смолы полиметилметакрилат (ПММА; 0,72 г) с хлорбензол растворителя (2,28 г) в химической капотом потока.
    2. Вычислить массу полимера (ПММА) и его растворителем (хлорбензол), чтобы достичь желаемой концентрации полимера в растворе. Для этого приложения, использовать 24% полиметилметакрилата (ПММА) в растворе хлорбензола для изготовления волокнистых структур, представленных в этой работе.
    3. Поместите нужное количество полимерного порошка / смолы в стеклянный флакон. Для этого приложения, использовать 0,72 г ПММА смолы, чтобы достичь концентрации ПММА 24%.
    4. Передача растворителя на полимера в пробирку пипеткой до общий вес 3 г не будет достигнута.
    5. Смешайте флакон в течение 1 мин, используя вихревой шейкер и ультразвуковой обработки их в течение 5 часов, чтобы полностью растворить порошок полимера / смолы.
    6. Проверьте прозрачность решений, если есть какие-либо облачность или непрозрачность образцу продолжать разрушать ультразвуком до ясно.
  3. Измерение вязкости растворов полимеров.
    1. Мера решение вязкости через конус и пластина вискозиметра (например, LVDV-II + и RVDV-II +) 16.
    2. Нагрузка 0,5 мл известны вязкости стандартного образца (смесь глицерина основе и вода), предоставленной изготовителем вискозиметра для калибровки вискозиметра с целью минимизации погрешности в измерениях вязкости. Производитель предоставил выбор стандартных образцов для калибровки вискозиметра. Используйте стандартный образец глицерина на основе с вязкостью 100000 сП.
    3. Подключение водяную рубашку, чтобы поддерживать вискозиметра испытательной жидкости при постоянной рабочей температуре.
    4. Начните измерение жидкости тест перемещением переключатель Вкл / Выкл в положение Вкл, чтобы начать вращение шпинделя. После того, как значение крутящего момента на панели дисплея стабилизировалась, записывать и крутящий момент расчета конечного значения вязкости с использованием отношения между крутящим моментом, постоянный множитель шпинделя и скоростью шпинделя 16
      figure-protocol-2
      где вязкость, число оборотов в минуту скорость шпинделя, прикрепленной к конусу, ТЗ крутящий момент (0,09373 для LVDV-II +, 1 для RVDV-II +), SMC является постоянный множитель шпинделя, что зависит от конкретного шпинделя используется во вязкости Измерение. Для этого исследования, СР-52 шпинделя используется, который имеет мультипликативный шпинделя постоянной 9,83.
  4. Поверхность измерения натяжения растворов полимеров.
    1. Метод измерения относится к технике Вильгельми. 14
    2. Поместите 1 мл тест решения в стеклянном флаконе на балансе высоким разрешением (масштаб разрешением = 0,001 г). Опустите стеклянную палочку известной диаметром в тестовых решений.
    3. Контролировать положение штока через серво или шаговых контролем линейного привода прикоснуться к поверхности и частично погрузиться в тестовых решений с нулевым контактом.
    4. Мониторинг и запись изменений в измерения массы на баланс, когдаудаление стержня с поверхности раствора.
    5. Рассчитать поверхностное натяжение по изменению силы, периметр стержня и угол контакта жидкости на стержне.
      figure-protocol-3
      где смоченный периметр стержня (L = 10,05 мм с диаметром = 3,2 мм), θ является угол контакта жидкости на стержне, F является изменение силы из-за поверхностного натяжения испытательной жидкости на кончике стержня.
  5. Измерение массы коэффициент передачи решений.
    1. Измерьте коэффициенты массопереноса полимерных растворов термогравиметрического анализа. 14
    2. Загрузка 30 мкл 24% (по весу) раствора полимера ПММА на платиновой пластине до тарирования весов.
    3. Vent палаты, запрограммировать устройство для работы в требуемой рабочей температуры (70 ° F) в течение 2 часов, чтобы контролировать массу целевых решений.
    4. Рассчитать коэффициенты массообмена изменения в массе продукта позволяет,Площадь раствор / воздух и плотности.
      figure-protocol-4

      где М (т) масса решений ПММА, является область интерфейса раствора / воздуха (равна 78,5 мм 2 для стандартной пластины), mPOLYMER это масса полимера в растворе и плотность раствора.

Порядок Эксперимент 3. Прямая Написать

  1. Раздача протокол загрузки образца системы.
    1. Нагрузка 3 мл раствора полимера в цилиндре шприца, поместите поршень в цилиндре шприца, чтобы исключить противоречивые распределение пневматическое давление.
    2. Поверните адаптер на входе линии на шприца, подключите его к воздушной трубки источник линии.
    3. Выберите нужный размер калибра кончика иглы точности выполнить эксперимент.
    4. На дозирования контроллера панели, переключиться на чистку состояние и нажмите "цикл", чтобы заполнить распределительный клапан с полимером, таклюция, пока не выпускают из кончика иглы.
    5. Протрите остаточного полимерного раствора от кончика в подготовке запрограммированной процедуре записи волокна.
  2. Прямые записи полимерные волокна с 3-оси робота и системы дозирования.
    1. Определить этап робота смещения, чтобы изменить кончик иглы выдачи из исходного положения по умолчанию до точки инициации установленном микро / субмикронного волокнистой структуры, который можно сделать. Установите микроскоп USB (увеличение = 200X) для клапана кронштейном системы дозирования, которая переводит по Z-оси. Вручную сосредоточиться на кончике дозатора путем регулировки ручки фокусировки на микроскопе USB, который помогает в точности позиционирования наконечник клапана в нужное место, сборного подложки или устройства.
    2. Создание / спроектировать желаемую структуру волокна шаблон (3а, 4а, 5а) с помощью пакета программного обеспечения САПР. Входные пространственные координаты (х, у, г) в робот JR-С управления программное обеспечение для всех инициации и терминации пунктов в последовательном порядке по отношению к желаемым рисунком, созданной в рамках программы CAD (рис 3В, 4В, 5В и). 15
    3. Перенести заполненную структуру волокна дизайн программы с компьютера на робота, нажав "Отправить C & T данные" в меню Robot в программном обеспечении JR-C 15.
    4. Нагрузка 3 мл раствора ПММА образца известной концентрации (24%) в цилиндре шприца, клапана продувки и иглы, установить все параметры дозирования для контроллера клапана и управляющего программного обеспечения робота.
    5. Поместите полуфабрикат подложки на этапе робота валиком, закрыть тепловые двери корпуса для предотвращения потока воздуха, который может вызвать нестабильную испарение полимерного раствора.
    6. Начните писать волокон на подложке, в меню робота от JR-C программное обеспечение и выбрав "тест работает" 15.
    7. DC распыления покрытия проводящий металлический слой золота в течение 2 мин до толстым слоем 2 нм золота осаждается на нарисованных волокон, чтобы позволить визуализацию волокон в сканирующем электронном микроскопе.
    8. Измерить диаметр и структуру волокон через сканирующем электронном микроскопе 17. Параметры Микроскоп: Высокий уровень напряжения: 2.00 кВ; Цель: InLens, Рабочее расстояние (9,0 мм).
  3. Выполните процедуру очистки системы дозирования под капотом химической потока.
    1. Установите систему дозирования в капюшоне химической потока для выполнения процедуры очистки.
    2. Разберите игольчатый клапан в соответствии с протоколом производителя.
    3. Поместите все металлические части в стакан, залить ацетон в стакан, пока все детали не погружены в воду.
    4. Поместите стакан в ультразвуковой ванне в течение 30 мин, чтобы удалить все остатки полимерных.
    5. Тщательно промойте все части под проточной дистиллированной водой, а затем использовать пневматический пистолет, чтобы взорвать их сухими.
    LI>

figure-protocol-5
Рисунок 3. () Пример разработанной "четырехъядерный" веб-структуры на 10 мм х 10 мм кадра, (Б) последовательные точки к точке пространственные инструкции для введенные в программное обеспечение точки JR-C. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть крупная версия этой фигуры.

figure-protocol-6
Рисунок 4. () Пример разработанной "симметричного" веб-структуры на 10 мм х 10 мм кадра, (Б) последовательные точки к точке пространственные инструкции, которые будут введены в программное обеспечение точки JR-C.пустой "> Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

figure-protocol-7
Рисунок 5. () Пример разработанной «двойного шеврона» веб-структуры на 10 мм х 10 мм кадра, (B) последовательные точки к точке пространственные инструкции быть введены в программное обеспечение точки JR-C. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть крупная версия этой фигуры.

Результаты

Изображения реальных структур, полученных с помощью 3-осевого робота и прямой метод записи для каждого из соответствующих конструкций и алгоритмов JR C-точка, определенная на рисунках 3-5a & B выше, показаны на фиг.6А, 7А и 8А. Как можно видеть, в полученных изображений, трехмерные, свободно подвешенные волокна успешно "написано" был на подложках точно манипулировать наконечник дозатора с установленными пространственного расположения в том числе инициирующий / прекращения точки, а также точки пересечения. Вставки из этих фигур увеличить точки пересечения взвешенных волокон, которые демонстрируют способность системы точно контролировать ориентацию волокон (Рисунки 6B, 7B и 8B) в 3-D пространстве.

figure-results-1
Рисунок 6. () Op ческое изображение, изготовленной "четверки" приостановлено веб структуру, имеющую 2 поддержки волокна (диагоналей) и 12 раздвоенного разветвленные ПММА волокна (15X оптическое увеличение; масштаб бар = 1 мм), (б) СЭМ-изображение одного раздвоенного волокна (289X увеличении; масштаб бар = 100 мкм). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

figure-results-2
Рисунок 7. (А) Оптическое изображение изготовленного "симметричного" подвешенного веб структуры, имеющей от 1 поддержки волокна (по горизонтали) и 11 раздвоенного разветвленные ПММА волокна (15X оптическое увеличение; масштаб бар = 1 мм), (В) СЭМ-изображение одного раздвоенный волокно (107X увеличение; масштаб бар = 100 мкм).52834fig7large.jpg "цель =" _ пустое "> Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

figure-results-3
Рисунок 8. (А) Оптическое изображение изготовленного "двойного шеврона" приостановлено веб структуру, имеющую 1 поддержки волокна (по горизонтали) и 22 раздвоенного разветвленные ПММА волокна (15X оптическое увеличение; масштаб бар = 1 мм), (б) СЭМ-изображение одного раздвоенный волокна. (80X увеличение, масштаб бар = 100 мкм) Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Рисунок 9 показывает крупным планом вид последовательной точка-точка порядка изготовления волокна, при котором 3-осевой робот и система дозирования может генерировать свободно взвешенных веб-подобных структур. Р olymer контактные точки, отображаемые с номерами соответствуют программным начала и прекращения точек в JR-C программное обеспечение ссылка в 3В выше. Стрелки представляют траекторию робота. Рисунок 10 отображает микрон и субмикронных полимерных волокон, которая демонстрирует способность системы прямого Написать на изготовить провода различных размеров.

figure-results-4
Рисунок 9. РЭМ изображения, иллюстрирующая последовательный точка-точка порядка изготовления для рисования микрон и субмикронных полимерных волокон (29X увеличении; масштаб бар = 200 мкм). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

2834 / 52834fig10.jpg "/>
Рисунок 10. СЭМ изображения микрон (6,5 мкм) и к югу от микрона (555 нм) волокон составленных с использованием 20% концентрация раствора полимера ПММА. (2,270X увеличения; масштаб бар = 2 мкм) Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этот показатель.

Полимер длина волокна и диаметр были измерены с использованием сканирующего электронного микроскопа. Таблица 1 показывает средний диаметр проволоки для каждого уникального структуры представлены на рисунках 6-8 выше, соответствующие ветви разветвленных волокон и опорных волокон. Таблицы 2 отображает параметры полимерные которые были измерены от 24% ПММА решений, которые были использованы для изготовления конструкций, указанных выше.

Диаметр Структура на рисунке 6 Диаметр Структура на рисунке 7 Диаметр Структура на рисунке 8
Поддержка волокна 8.65 ± 1.43 мкм 9.39 ± 1.23 мкм 9.31 ± 1.65 мкм
Отрасль волокна 20.96 ± 3.35 мкм 15.92 ± 1.44 мкм 12.24 ± 5.42 мкм

Таблица 1. Средние диаметры взвешенных поддержки и отраслевых волокон показаны на рисунках 6-8 для 24% -ного раствора ПММА.

24% ПММА
Вязкость (Па * сек) 35.19
Поверхностное натяжение (мН / м) 262,01
массообмена Коэффициент (м / сек) 8.59 х 10 -8

Таблица 2. Полимерные параметры 24% ПММА решений, которые были использованы для изготовления волокна структуры, представленные в этой работе.

Обсуждение

Перед тем каждом испытании, очень важно, чтобы вязкость, коэффициенты массопереноса и поверхностное натяжение тест из растворов полимеров быть точно измерена, чтобы определить, является ли робот и система дозирования способен обрабатывать желаемого полимера. Как было описано ранее в нашей группе, полимерные растворы должны сохранять адекватным: 1) поверхностное натяжение для того, чтобы образование жидких нитей в микронных / субмикронных структур; 2) вязкость, чтобы противостоять капиллярной разбить; и 3) скорость испарения для повышения волокна затвердевание 18. Синергия между этими параметрами является ключевым для успешного получения волокон более определенного диапазона диаметров. В то же время, нестабильность в любой из этих параметров предотвращает образование микронных / субмикронных масштаба волокон. Для поддержания синергии между этими параметрами при изготовлении волокна, важно, чтобы гарантировать, что игла и игольчатый клапан тщательно очищены после прямой записи сession, чтобы предотвратить: 1) загрязнение раствора; 2) снижение расхода раствора полимера через иглу; и, 3) чрезмерный рост в полимерной шарик на кончике иглы. Кроме того, температура-контроллер на нагреватель должен быть установлен до желаемой температуры для поддержания постоянной скорости испарения раствора полимера.

Ветвь раздвоенного Волокна были 59%, 41% и 24% больше по диаметру, чем у опорных конструкций на рисунках 6-8, соответственно, с использованием 24% -ного раствора ПММА. Это, прежде всего, из-за расстояния, на котором волокна вничью. В частности, опорные конструкции взяты по всей ширине подложки (10,0 мм в Х и Y направлениях; 14,4 мм по диагонали). В результате, эти самые длинные волокна от общего подвесных конструкций. Раздвоенного отраслевых структур значительно короче, от 7 мм Максимальная длина до 2,5 мм. Это не короче длина рисунок волокон делает нетт эффективно индуцировать напряжение оптического волокна, необходимый в процессе прореживания волокна с целью получения волокон малого диаметра. С другой стороны, провода большего диаметра, должны служить в качестве опорных волокон, с тем чтобы эффективно поддерживать в дергать и деформации, индуцированной во раздвоенного ветви процесса вытягивания. Как бифуркации ветви, проведенная через опорные волокна, ремоделирование геометрии поддержки волокна могут возникать из-за чертежа сил, а также локализованного растворения полимера ПММА на границе между подложкой и разветвленных волокон из растворителя, присутствующего в Раствор полимера. Таким образом, в некоторых случаях, опорные волокна могут должны быть изготовлены из полимерного раствора, состоящего из более высокой концентрации полимера, чтобы произвести больший диаметр и механически прочных волокон.

Есть в основном три эффективные методы для изменения существующего протокола, чтобы генерировать более широкий спектр поддержки и разветвленную волокнаДиаметры: 1) первоначально дозировать полимера из наконечника иглы больше (например, 25 г; ID = 254 мкм), чтобы обеспечить себе поддержку волокон, а затем обменять на кончике иглы меньше (например, 32 г; ID = 101,6 мкм) для изготовления мелкие разветвленные волокна; 2), как указано выше, использование нескольких концентрациях полимера; и / или 3) отрегулировать скорость подачи, т.е. скорость, с которой проходит этап, где увеличение скорости подачи производит волокна меньшего диаметра и уменьшения скорости подачи создает волокна большего диаметра. На сегодняшний день, мы смогли успешно изготовить волокна, как малые, как 90 нм; Однако, выход волокна в этом измерении является низкой из-за капиллярного распада.

Одним из ограничений автоматизированной прямого процесса записи является то, что только один концентрации полимерного раствора можно обойтись одновременно. Это ограничивает уровень сложности подвесных конструкций, которые будут разработаны без: 1) добавить второй дозирующий клапан к роботу;или 2) удалить существующий клапан и выполнять протокол очистки (раздел 3.4) перед нанесением второго полимерного раствора, который занимает дополнительное время. Второе ограничение является скорость подачи (или скорость печати), где максимальная скорость подачи, что система способна достигать 500 мм / сек. Тем не менее, существует компромисс между скоростью подачи и формирование волокна. В частности, если силы инерции (силы из-за скорости подачи) больше сил поверхностного натяжения и скорости испарения раствора полимера, формирование волокна не происходит. С другой стороны, если скорость подачи слишком низкая, волокна будут разрушения из-за чрезмерного испарения до и во время процесса удлинения. В-третьих, волокна и структура размеры ограничены рабочем диапазоне этапе робота, т.е. 200 мм, 200 мм и 25 мм (с позиционной точностью 10 мкм) в X, Y и Z. соответственно. Тем не менее, этот процесс делает возможным образование высоким соотношением сторон (волокно лength: диаметр) волокон. Стратегически изменения дозирования размер зонда и концентрации раствора полимера позволит в более широком диапазоне диаметров волокна, создавая возможность для создания свободно подвешенных структур более высокой сложности.

Следуя протоколы указано выше, микрон и диаметром субмикронных полимерных волокон могут быть созданы с высоким уровнем пространственного управления, используя поверхностное натяжение приводом механики жидкости из полимерных растворов, которые не могут управляться с любыми другими мокрый, сухой или электропрядения процессов , Из предыдущих работ 8,19, мы знаем, что этот метод может быть использован для изготовления сложная микро / субмикронных жидкостных устройств 19 и биоинженерных каркасов 8. Это дешево и легко метод имеет свои преимущества по сравнению с традиционными методами изготовления станок во многих отношениях.

Раскрытие информации

Авторам нечего раскрывать.

Благодарности

Эта работа поддержана NSF-EPSCoR (грант #0814194) и Департаментом биоинженерии.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
РОБОТ DR2203N 3 ОСИ 200 ММ X 200 ММNordson EFD70231453-осевой КОНТРОЛЛЕР РОБОТА
7100, ДОЗИРУЮЩИЙ КЛАПАНNordson EFD7015340Контроллер клапана
MICRODOT КЛАПАНNORDSON EFD7021233Клапан Microdot ПЛАСТИНА
РОБОТА ACC 200 ММПластина приспособления Nordson EFD7028276Пластина
приспособления РОБОТ ACC DRN / DSRN ТОЧКИ SOFTWARПрограммное обеспечение Nordson EFD7023144JR-C УНИВЕРСАЛЬНОЕ
КРЕПЛЕНИЕ КЛАПАНА ДЛЯ РОБОТАNordson EFD7028273Microdot Valve Mount
15 PSI BARREL PRESS. РЕГУЛЯТОРNordson EFD7020585Регулятор ствола
КОМПЛЕКТ O BRL/PIST 5CC CL/WH 40Nordson EFD70120965CC Стволы с поршнями
АДАПТЕР ASM O 5CC BLNordson EFD7012054Пневматический адаптер для ствола
TIP 30GA .006X.25 LAVNDR 50PCNordson EFD701842430 калибр Наконечник иглы (длина 0,250 дюйма)
Электрический плинтусный обогреватель (500  W, длина 30 дюймов)Cadet2F500Нагреватель
Регулятор температуры с таймеромуправления компанией130726596Контроллер температуры
eScope USB МикроскопOiTezDP-M02200X USB
Микроскоп Поли (метилметакрилат)Aldrich182265-500GPMMA Порошок
хлорбензолаSigma Aldrich284513Растворитель для растворения ПММА
ПРИСПОСОБЛЕНИЯ

Ссылки

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

Перепечатки и разрешения

Теги

Процесс прямой записиизготовление полимерных волоконмикро- и субмикронные волокнатрехкоординатные столикиинтеграция с программным обеспечением CADпневматическое управление клапаномконтроль вязкости раствораоптимизация скорости подачисканирующая электронная микроскопия
Показания 3-D прямой записи Подвесные мкм / субмикронных Масштаб волокнистые структуры с помощью роботизированной распределительной системе
Связаться с нами
Порекомендовать библиотеке

Конфиденциальность

Условия использования

Политики

© 2026 MyJoVE Corporation. Все права защищены.