Процесс изготовления трехмерных микроструктур использованием Испарение жертвенный компонент

Общая цель данной процедуры заключается в создании трехмерных микрососудистых структур. Это достигается путем предварительного изготовления жертвенных волокон с включением оксалата олова(II) в волокна из полимолочной кислоты. На втором этапе осуществляется трехмерное формирование структуры волокон с использованием шаблонирующих пластин.

Затем волокна заливают в компаундирующую смолу. Заключительным этапом является удаление волокон из смолы с применением нагрева и вакуума. В конечном итоге полученную микрососудистую систему можно использовать для многих целей, включая теплообмен, массоперенос и создание самовосстанавливающихся систем.

Как правило, лицам, впервые применяющим данный метод, будет сложно освоить его из-за высоких требований к мануальной ловкости и визуальному контролю при работе с волокнами. Визуальная демонстрация данного метода имеет решающее значение, так как химическую обработку волокон и установку шаблонов для создания узоров трудно освоить самостоятельно, поскольку эти операции требуют зрительно-моторной координации и специализированного оборудования. Начните процесс инфузии волокон катализатором, используя модифицированный шпиндель и источник волокон полимолочной кислоты известного диаметра.

Здесь используется 200 микрон. Намотайте необходимое количество волокон на нижние три четверти шпинделя. Минимизируйте перекрытие волокон, чтобы обеспечить максимальную открытую площадь поверхности в бутыли, которую можно герметично закрыть.

Смешайте 400 миллилитров деионизированной воды с 40 миллилитрами dysbaric. One 30. Закройте флакон и встряхивайте до получения гомогенного раствора.

Затем поместите стакан объемом 1000 мл в водяную баню при 37 °C. Налейте в стакан 400 мл трифторэтанола. Добавьте в стакан водный дисперсный раствор и перемешивайте до достижения однородности.

Добавьте один грамм малахитового зеленого или другого красителя в смесь и перемешивайте до полного растворения. Теперь установите шпиндель в цифровой миксер и отрегулируйте высоту так, чтобы шпиндель находился на расстоянии half an inch от дна. Установите скорость миксера на 400 RPM и начните медленное перемешивание.

Добавьте в смесь 1,3 грамма катализатора оксалата олова. Отрегулируйте pH смеси с помощью гидроксида натрия до достижения значения примерно от 6,8 до 7,2. Затем плотно закройте стакан крышкой и увеличьте скорость вращения шпинделя до 500 RPM.

Выдержите в таком состоянии в течение 24 часов, начав в первые два часа. Вручную раздавливайте любые образующиеся agglomerations оксалата олова. По истечении 24 часов подготовьте предварительно разогретый до 35 °C oven.

Извлеките шпиндель из смесителя и поместите его в сушильный шкаф. Оставьте его для высушивания на ночь. После высушивания в течение как минимум восьми часов извлеките шпиндель из шкафа и снимите с него волокна.

Удалите излишки катализатора с волокон. Изготовление микрососудистого блока газообмена начинается с получения пары латунных трафаретных пластин с вырезанным лазером необходимым микрососудистым рисунком. Закрепите пластины в зажимах-держателях.

Отрежьте кусок каталитического волокна длиной 10 inch для каждого микроканала. Используйте пластину, размер которой соответствует диаметру волокна, чтобы удалить с волокон остатки катализатора. С помощью носика клеевого пистолета придайте концам волокна конусообразную форму.

Для этого медленно выдавите кончики волокон. После завершения проденьте волокна через соответствующие отверстия в парах латунных шаблонирующих пластин. Затем прикрутите пластины к форме для литья.

При прикреплении пластин убедитесь, что волокна не перекручены. Затем проденьте концы волокон через колки на специальной натяжной доске и натягивайте волокна PLA до достижения упругости. Будьте осторожны, чтобы не перетянуть и не порвать волокна.

Удалите излишки твердых частиц с волокнистой структуры с помощью сжатого воздуха. Теперь смешайте полидиметилсилоксановую основу с отвердителем в объемном соотношении 10:1 и поместите смесь в эксикатор. Дегазируйте смесь в течение 10 минут под вакуумом.

Залейте смесь PDMS в форму для молдинга, стараясь не лить ее непосредственно на волокна. Используйте иглу 26-го калибра, чтобы удалить пузырьки воздуха в форме или между волокнами. По завершении this процедуры отверждайте сборку при температуре 85 °C в течение 30 минут.

После охлаждения формы отсоедините латунные пластины от формовочного короба, стараясь не согнуть пластины и не прилагать чрезмерных усилий. Извлеките отвержденную первую стадию из формовочного короба. Используя гиподермическую иглу, диаметр которой как минимум в два раза превышает внешний диаметр волокон, проделайте отверстия в торцевой заглушке из RTV-силикона; затем, не вынимая иглу, проденьте волокно сквозь отверстие.

Затем извлеките иглу. Расположение отверстий должно быть аналогично рисунку на латунной шаблоне, но с большим расстоянием между ними. Далее закрепите торцевые крышки на более крупном формовочном ящике.

Залейте второй слой PDMS и удалите все оставшиеся пузырьки газа. Снова подвергните отверждению при 85 °C в течение 30 минут. После второго этапа отверждения обрежьте излишки волокон PLA с образца.

Поместите его в вакуумный сушильный шкаф при температуре 210 °C на 24 часа или до тех пор, пока большая часть волокон PLA не будет удалена. Если какие-либо волокна PLA не удаляются, введите 1 мл хлороформа, чтобы растворить остатки в микроканалах. На этом изготовление устройства завершено.

В данной процедуре представлен метод изготовления микрососудистых структур в смоле, подобных тем, что используются в блоке газообмена. Показано в верхней части. Внизу слева представлен фрагмент структуры в деталях.

Для визуальной наглядности были использованы красители. Справа представлена гексагональная структура отверстий диаметром 200 micron и 300 micron, которые использовались для создания микроканалов. Микроканалы полностью полые, а расстояние между ними может составлять менее 50 microns.

Структура микрососудистой сети ограничена только теми формами, которые могут быть созданы с помощью жертвенных волокон. В микроканалах могут появляться как утечки, так и закупорки. С левой стороны этого блока газообмена видна закупорка.

Их часто можно удалить с помощью растворителя. Справа приведен пример утечки. Они образуются, когда жертвенные волокна недостаточно тщательно очищены или плохо натянуты. После освоения данной методики создание волокон занимает 45 минут, а изготовление микрососудистых единиц — 60 минут.

После просмотра этого видео вы должны будете четко понимать, как использовать жертвенные волокна для создания трехмерного паттерна, а также способы устранения проблем, возникающих в ходе этого процесса.