Summary
हम अस्थिरता लोचदार सूजन जेल ट्यूबों के नियंत्रित पैटर्न परिवर्तन प्रदर्शित करता है. एक सरल प्रक्षेपण सूक्ष्म स्टीरियो लिथोग्राफी सेटअप एक बंद शेल्फ डिजिटल डेटा प्रोजेक्टर का उपयोग परत दर परत एक फैशन में तीन आयामी polymeric संरचनाओं के निर्माण के लिए बनाया गया है. यांत्रिक बाधा के तहत hydrogel ट्यूबों सूजन विभिन्न घैरा buckling आयाम पर निर्भर करता मोड प्रदर्शित करते हैं.
Protocol
1. Prepolymer समाधान की तैयारी
- मिक्स पाली (ethylene glycol) (खूंटी डीए) diacrylate (औसत आणविक भार ~ 575, सिग्मा Aldrich) और पाली (ethylene glycol) (खूंटी) 01:02 वजन अनुपात (औसत आणविक भार ~ 200, सिग्मा Aldrich).
- 0.67% wt जोड़ें. फोटो सर्जक ((2,4,6 trimethylbenzoyl) Phenylbis phosphine ऑक्साइड, सिग्मा Aldrich). समाधान इस बिंदु पर से अंधेरे वातावरण में रखा जाना चाहिए.
- 0.05% wt जोड़ें. तस्वीर अवशोषक (सूडान मैं, सिग्मा Aldrich).
- 24 घंटे के लिए कमरे के तापमान पर एक चुंबकीय उत्तेजक का उपयोग कर समाधान मिलाएं.
2. एक डेस्कटॉप 3 डी प्रिंटर का उपयोग करते हुए एक डिजिटल डाटा प्रोजेक्टर की स्थापना
- एक फ्लैट और स्थिर स्थिति पर एक डिजिटल डेटा प्रोजेक्टर प्लेस, और यह Microsoft PowerPoint स्थापित के साथ एक कंप्यूटर से कनेक्ट.
- डिजिटल प्रोजेक्टर की बीम उत्पादन लेंस के सामने एक उत्तल लेंस सही रखें. एक उत्तल लेंस चुनें समर्थक से फोकल हवाई जहाज़ के बारे में 10 सेमी दूरjector. (ऑप्टिकल संकल्प छोटे फोकल लम्बाई, लेकिन एक ऑप्टिकल घटकों के लिए कुछ स्थान आरक्षित करने की जरूरत के साथ एक लेंस के लिए छोटा हो जाता है.)
- 45 डिग्री कोण पर किरण पथ पर उत्तल लेंस बीम सीधे नीचे प्रत्यक्ष के बाद एक दर्पण रखें.
- अनुमानित बीम के फोकल हवाई जहाज़ में एक नमूना धारक रखें. नमूना धारक जिसके द्वारा नमूना धारक की ऊर्ध्वाधर स्थिति नियंत्रित है एक रैखिक चरण से जुड़ी होनी चाहिए.
- नमूना धारक के नीचे एक राल स्नान रखें.
3. और जेल ट्यूबों के डिजाइन, निर्माण
- व्यास, दीवार मोटाई, और जेल गढ़े जा ट्यूब की ऊंचाई निर्धारित करते हैं.
- पार के अनुभागीय छवियों जेल ट्यूब के लिए ड्रा. छवियों सफेद में काली पृष्ठभूमि के साथ होना चाहिए. Microsoft PowerPoint स्लाइड्स में इन छवि डालें.
- Microsoft PowerPoint में स्लाइड शो प्रारंभ करें और किसी भी छवि परियोजना. फोकल हवाई जहाज़ में ऊर्ध्वाधर att का उपयोग कर स्थिति का समायोजन के द्वारा नमूना धारक प्लेसमंच बैठ जाता.
- एक "डमी" काला छवि स्विच ताकि कोई अवांछित polymerization हो जबकि prepolymer समाधान डाल दिया जाएगा.
- Prepolymer राल स्नान करने के लिए समाधान डालो. स्नान भरें जब तक समाधान थोड़ा नमूना धारक शामिल हैं. अब यह मुद्रण 3D वस्तु के लिए तैयार है.
- जेल ट्यूब की पहली छवि पार के अनुभागीय पहली परत polymerize युक्त स्लाइड स्विच करें. 8 सेकंड के लिए छवि पेश रखें और "अंधकार" स्लाइड वापस स्विच.
- रैखिक चरण पर ¼ बारी से घुंडी घुमाएँ (~ 160 सुक्ष्ममापी) नमूना धारक को कम. अब ताजा राल polymerized पहली परत को कवर में बहती है.
- पार के अनुभागीय छवि फिर से इस परियोजना के लिए एक कार्यवाही के शीर्ष पर दूसरी परत polymerize. दोहराएँ 3.6-3.8 कदम जब तक वांछित ऊंचाई के जेल ट्यूब गढ़े है.
- एक बार सभी परतों को पूरा कर रहे हैं, नमूना धारक उठा prepolymer समाधान के बाहर, और गढ़े नमूना पुनः प्राप्त ध्यान से एक उस्तरा blad का उपयोगई.
- ~ 3 घंटे के लिए एसीटोन में नमूना कुल्ला, और फिर यह ~ 1 घंटा के लिए शुष्क करने की अनुमति है.
4. अस्थिरता लोचदार निर्धारित पैटर्न गठन के लिए प्रयोग सूजन
- एक पारदर्शी कांच की डिश में पानी तेल दोहरी परत तरल तैयार.
- सुपर गोंद का उपयोग कर एक नमूना धारक पर सूखी नमूना संलग्न.
- फ्लिप नमूना धारक इतना है कि नमूना उल्टा है. तरल पानी तेल स्नान में नमूना विसर्जित कर दिया. तेल की परत से पानी तेल इंटरफ़ेस नमूना दृष्टिकोण. नमूना प्रफुल्लित करने के लिए है जब नमूना पानी की सतह को छू जबकि बेस सब्सट्रेट हिस्सा तय की गई थी जिस पर जेल ट्यूब शीर्ष तेल परत में रहना शुरू होता है. इस तरह, पानी ट्यूब नमूना प्रफुल्लित पहले बाधा आधार गीला द्वारा आराम की अनुमति देता है दीवार में विसरित कर सकते हैं. जेल ट्यूब पहुँच जाती है एक डिजिटल कैमरे का उपयोग के रूप में पैटर्न परिवर्तन की निगरानी.
Representative Results
एक साधारण PμSL एक बंद शेल्फ डिजिटल डेटा प्रोजेक्टर का उपयोग प्रणाली चित्रा 1 में दिखाया गया है. 2 सेमी से 2 सेमी के छोटे रोशनी क्षेत्र में 75 मिमी के फोकल लम्बाई वाला उत्तल लेंस बीम केंद्रित है. ऑप्टिकल संकल्प विमान में जिसके परिणामस्वरूप के बारे में 45 सुक्ष्ममापी है. ऊर्ध्वाधर संकल्प रैखिक चरण की शुद्धता के स्तर से निर्धारित होता है. इस अध्ययन के लिए बना संरचनाओं की परत की मोटाई 160 सुक्ष्ममापी है. प्रत्येक परत 8 सेकंड प्रकाश रोशनी के लिए polymerized किया गया था. एक प्रतिनिधि 3 डी संरचना प्रणाली द्वारा गढ़े चित्रा 1D में दिखाया है. यह वस्तुओं PEGDA की 58 परतों के होते हैं.
हम फोटो इलाज PEGDA hydrogel तैयार. कम crosslinking, PEGDA hydrogel की इसलिए बड़े सूजन, prepolymer समाधान में गैर crosslinking खूंटी जोड़कर हासिल की थी. परिणामस्वरूप PEGDA hydrogel की लंबाई वार सूजन अनुपात 1.5 है, जो 300% से अधिक बड़ा विस्तार करने के लिए मेल खाती है.
> PEGDA hydrogel ट्यूबों के एक सेट तैयार किया गया और हमारे सिद्धांत 12 पर आधारित गढ़े. हम एक नमूना उल्टा रखा और पानी के साथ शीर्ष पर तेल की परत के साथ कवर के रूप में चित्रा 2A में सचित्र स्नान में डाल दिया. आयामी मानकों पर निर्भर करता है, परिपत्र ट्यूब या तो स्थिर बने रहे या के रूप में एक लहरदार पैटर्न में तब्दील चित्रा 2B में दिखाया. विभिन्न नमूनों के पैटर्न सूजन की विस्तृत विविधता एक डिजिटल कैमरे द्वारा कब्जा कर लिया गया था और चित्रा 3A में प्रस्तुत किया.
चित्रा 1 एक डेस्कटॉप प्रक्षेपण प्रणाली सूक्ष्म stereolithography (क) योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व (ख) वास्तविक प्रणाली (ग) घटकों के ऊपर बंद दृश्य (घ) प्रतिनिधि 3D संरचनाओं. बड़ा आंकड़ा देखने के लिए यहां क्लिक करें .
चित्रा 2 (क) hydrogel सूजन (ख) विवश hydrogel ट्यूब अलग पैटर्न में परिवर्तित ट्यूब के लिए प्रयोगात्मक स्थापना. स्केल बार 5 मिमी इंगित करता है.
चित्रा 3 (क) प्रयोग सूजन में गठन पैटर्न. उर्ध्वाधर धुरी टी / ज (इस प्रकार स्थिरता) इंगित करता है, और क्षैतिज अक्ष / एच डी (इस प्रकार मोड buckling) इंगित करता है. स्केल बार 5 मिमी इंगित करता है. (ख) मोड buckling / एच डी पर ही निर्भर करता है. प्रायोगिक परिणाम सैद्धांतिक भविष्यवाणी के साथ अच्छी तरह से सहमत हैं. बड़ा आंकड़ा देखने के लिए यहां क्लिक करें .
| नमूना </ Strong> | D (सुक्ष्ममापी) | टी (सुक्ष्ममापी) | ज (सुक्ष्ममापी) | |
| मैं | मैं | 9300 ± 420 | ± 760 40 | 840 ± 40 |
| ii | 9700 ± 420 | 1040 ± 40 | 1060 ± 40 | |
| iii | 9700 ± 420 | 1210 ± 40 | 1340 ± 40 | |
| iv | 9700 ± 420 | 1660 ± 40 | 1680 ± 40 | |
| द्वितीय | मैं | 9000 ± 420 | 480 ± 40 | 880 ± 40 |
| ii | 9000 ± 420 | 1060 ± 40 | ||
| iii | 9500 ± 420 | 740 ± 40 | 1350 ± 40 | |
| iv | 9200 ± 420 | 970 ± 40 | 1650 ± 40 | |
| III | मैं | 8900 ± 420 | 160 ± 40 | 790 ± 40 |
| ii | 8900 ± 420 | 300 ± 40 | 1020 ± 40 | |
| iii | 9100 ± 420 | 380 ± 40 | 1330 ± 40 | |
| iv | 9000 ± 420 | 490 ± 40 | 1630 ± 40 | |
| चतुर्थ | मैं | 8900 ± 420 | 140 ± 40 | 780 ± 40 |
| ii | 8800 ± 420 | 190 ± 40 | 1010 ± 40 | |
| iii | 9300 ± 420 | 230 ± 40 | 1340 ± 40 | |
| iv | 8900 ± 420 | 290 ± 40 | 1650 ± 40 | |
तालिका 1. नमूना आयाम ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप के माध्यम से मापा जाता है. त्रुटियाँ माप अनिश्चितता का संकेत मिलता है.
Discussion
ट्यूबलर सब्सट्रेट पर विवश hydrogel की सूजन, टी / h और मोड buckling घंटे / 12 डी पर ही निर्भर करता है स्थिरता पर ही निर्भर करता है. नमूने के चार समूहों (मैं-IV) सामान्यीकृत मोटाई टी / ज के विभिन्न स्तरों के साथ, मैं मोटा जा रहा है और समूह चतुर्थ अधिक पतला किया जा रहा समूह के साथ गढ़े गए थे. प्रत्येक समूह सामान्यीकृत ऊंचाई / एच डी के विभिन्न स्तरों के साथ चार (i-IV) नमूना मैं छोटा जा रहा है और नमूना iv लम्बे जा रहा है के साथ, नमूने के होते हैं. आयाम गढ़े नमूनों की तालिका 1 में प्रस्तुत कर रहे हैं. समूह मैं और द्वितीय सूजन के दौरान स्थिर रहने के लिए तैयार कर रहे हैं, जबकि समूह तृतीय और चतुर्थ बकसुआ और सूजन पर बदलने के लिए डिज़ाइन कर रहे हैं. Buckling Bucklin, नमूने लिएछ मोड नमूना ऊंचाई के साथ कम चित्रा 3A प्रयोगात्मक परिणाम से पता चलता है. चाहिए. जैसा कि सिद्धांत भविष्यवाणी, समूह मैं और द्वितीय में नमूने स्थिर थे और सूजन पर परिपत्र बने रहे, जबकि समूह तृतीय और चतुर्थ में नमूने सभी लोचदार अस्थिरता के माध्यम से चला गया और पकड़े बैठा रहता. इसके अलावा, एक ही घंटे / डी के साथ नमूने इसी तरह buckling मोड प्रदर्शित चित्रा 3B समूह तृतीय और चतुर्थ में सैद्धांतिक भविष्यवाणी वाले नमूनों के प्रयोगात्मक मनाया buckling मोड तुलना. हम एक ही घंटे / डी के साथ कि नमूने देख मोटाई की परवाह किए बिना एक ही पैटर्न के बाद buckling ढोंग कर सकते हैं और कि प्रयोगात्मक परिणामों के सिद्धांत के साथ अच्छी तरह से सहमत हूँ.
हम पेश कैसे एक सरल डेस्कटॉप 3 डी मुद्रण एक व्यावसायिक रूप से उपलब्ध डिजिटल डेटा प्रोजेक्टर का उपयोग कर प्रणाली का निर्माण करने के लिए. प्रस्तावित दृष्टिकोण बहुलक का चुनाव photocuring पर निर्भर करता है3 डी संरचनाओं struct, और इसलिए, किसी भी photocurable पॉलिमर सामान्य रूप में भी इस्तेमाल किया जा सकता है, जहाँ तक photoinitiator दिखाई तरंगदैर्य रेंज में उपयुक्त absorbance है. ध्यान दें कि कई व्यावसायिक रूप से उपलब्ध photoinitiators अल्ट्रा वायलेट (यूवी) तरंग दैर्ध्य के लिए तैयार कर रहे हैं, लेकिन यहां इस्तेमाल किया photoinitiator अब से 400 एनएम तरंगदैर्य पर अपेक्षाकृत उच्च absorbance है. 3 डी वस्तुओं के निर्माण के लिए एक आसान और तेजी से करने के लिए जिस तरह से इस विधि के रूप में यहाँ का प्रदर्शन नरम सामग्री यांत्रिकी सहित विभिन्न क्षेत्रों में कई आवेदन मिल जाएगा.
Disclosures
ब्याज की कोई संघर्ष की घोषणा की.
Acknowledgments
लेखकों के लिए Champaign-Urbana में इलिनोइस विश्वविद्यालय में 3 डी चित्रा 1D में दिखाया संरचनाओं के लिए पार के अनुभागीय छवियों को उपलब्ध कराने के के लिए यूसुफ Muskin और मैथ्यू Ragusa धन्यवाद देना चाहूंगा.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Poly(ethylene glycol) diacrylate | Sigma-Aldrich | 437441 | Mw~575 |
| Poly(ethylene glycol) | Sigma-Aldrich | P3015 | Mw~200 |
| phenylbis(2,4,6-trimethylbenzoyl) phosphine oxide | Sigma-Aldrich | 511447 | Photo-initiator |
| Sudan I | Sigma-Aldrich | 103624 | Photo-absorber |
| Digital data projector | Viewsonic | PJD6221 | |
| Convex lens | Thorlabs | LA1145 | f = 75.0 mm |
| Mirror | 4" silicon wafer | ||
| Manual stage | Velmex | A2506DE-S2.5 |
References
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