Summary
제안된 기술은 포장된 분말 베드를 통한 유체 흐름을 이미징하기 위한 새롭고 효율적이며 검소하고 비침습적인 접근 방식을 제공하여 높은 공간 및 시간 해상도를 생성합니다.
Abstract
나노 입자를 포함한 분자 및 콜로이드 수송의 새로운 이미징 기술의 개발은 미세 유체 및 밀 유체 연구에서 활발한 연구 영역입니다. 3차원(3D) 프린팅의 출현으로 새로운 재료 영역이 등장하여 새로운 폴리머에 대한 수요가 증가했습니다. 특히, 평균 입자 크기가 미크론 정도인 고분자 분말은 학계 및 산업계에서 관심이 높아지고 있습니다. 메조스코픽에서 현미경 길이 스케일까지 재료 조정 가능성을 제어하면 그래디언트 재료와 같은 혁신적인 재료를 개발할 수 있는 기회가 생깁니다. 최근에는 재료에 대한 명확한 응용 분야가 개발됨에 따라 미크론 크기의 고분자 분말에 대한 필요성이 증가하고 있습니다. 3차원 프린팅은 새로운 응용 분야에 직접 연결되는 고처리량 프로세스를 제공하여 메조스케일에서 물리화학적 및 운송 상호 작용에 대한 조사를 주도합니다. 이 기사에서 설명하는 프로토콜은 포장된 분말 베드의 유체 흐름을 이미지화하는 비침습적 기술을 제공하여 스마트폰과 같은 모바일 장치에서 쉽게 사용할 수 있는 모바일 기술을 활용하면서 높은 시간적 및 공간적 해상도를 제공합니다. 일반적인 모바일 장치를 활용하면 일반적으로 광학 현미경과 관련된 이미징 비용이 제거되어 검소한 과학적 접근 방식이 가능합니다. 제안된 프로토콜은 유체와 분말의 다양한 조합을 성공적으로 특성화하여 유체와 분말의 최적 조합을 신속하게 이미징하고 식별하기 위한 진단 플랫폼을 만들었습니다.
Introduction
분말 매체에 분사되는 잉크젯 기반 바인더는 적층 제조(3D 프린팅)에서 중요한 기술입니다. 바인더 분사 공정은 스캐닝 잉크젯 인쇄 공정을 사용하여 기능성 유체를 분말 매체에 증착하는 것으로 시작됩니다. 구체적으로, 잉크젯 프린트 헤드는 분말 표면 위에 변환되어, 액체 결합제를 분말 표면 상에 증착시키고, 이로써 층별 방식으로 고체 부분을 형성한다1. 잉크젯 기반 바인더 분사 기술에는 일반적으로 모래, 금속 분말 및 고분자 분말이 포함됩니다. 그러나 바인더 분사에서 재료의 공간을 확장하려면 유체-분말 및 분말-분말 상호 작용, 마찰, 분말 패킹 밀도 및 입자 응집을 조사하는 근본적인 접근 방식이 필요합니다. 특히, 유체-분말 상호 작용의 경우 분말 베드를 통한 유체 흐름을 실시간으로 이미지화하는 기능이 매우 필요합니다. 이는 연구자들이 특성화 기술 및 잠재적으로 유체 및 분말 2,3,4의 다양한 조합뿐만 아니라 입자 베드 방법을 사용하는 콘크리트 3D 프린팅 시스템과 같은보다 복잡한 시스템에 대한 스크리닝 방법으로 포함 할 수있는 강력한 도구가 될 것을 약속합니다.
나노 입자를 포함한 분자 및 콜로이드 수송의 새로운 이미징 기술의 개발은 미세 유체 및 밀 유체 연구에서 활발한 조사 영역입니다. 이미징 기술로 분자간 상호 작용을 조사하는 것은 불포화 및 불안정한 유체 흐름 조건에서 이러한 유형의 상호 작용을 조사하기 위한 작업이 거의 수행되지 않았기 때문에 어려울 수 있습니다. 문헌에보고 된 많은 연구는 유리 비드 5,6,7,8,9,10,11,12 및 토양13,14,15,16,17,18과 같은 포화되고 사전 습윤 된 다공성 매체에 초점을 맞추 었습니다. . 이 기술은 비침습적 접근 방식을 제공하여 높은 시간적 및 공간적 해상도 2,3,4,19를 제공합니다. 또한, 개발된 기술은 고분자 분말에 초점을 맞춘 다양한 다공성 매체에서 나노 스케일 및 미크론 스케일 입자 수송을 특성화하고 정량화하는 새로운 방법을 제공합니다.
제안된 기술은 유체 분말층 융합 기술을 활용하는 3D 프린팅 시스템에 사용되는 분말을 대표하는 입자 치수를 갖는 다공성 중합체 매체를 통해 불포화되고 불안정한 유체 수송을 기록하기 위해 모바일 장치를 이용한다. 이 기술은 플로우 셀이 비용 효율적이고 재사용 가능하며 작고 취급이 용이하여 검소한 과학의 지배적인 측면을 보여주기 때문에 유리합니다. 이러한 간단한 실험을 현장 연구에 구현하는 기능은 매우 간단하여 광학 현미경에 필요한 복잡성, 비용 및 시간을 제거합니다. 설정 생성의 용이성, 빠른 결과에 대한 액세스 및 최소한의 샘플 요구 사항을 고려할 때 이 기술은 진단 스크리닝을 위한 최적의 플랫폼입니다.
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Protocol
1. 미세유동 세포의 준비
참고: 이 프로토콜의 경우 상업용 미세유체 유동 셀이 사용됩니다. 광학 현미경의 빛 투과를 위해 설계된 상용 제품을 사용하면 미디어의 명시야 조명과 관련된 모든 문제가 최소화됩니다.
- 빈 유동 셀이 중합체성 분말로 충전될 수 있도록 채널의 한쪽 단부를 밀봉하기 위해 배출구를 파라필름으로 덮음으로써 미세유체 유동 세포의 제조를 시작한다. 실험을 시작하기 전에 미세 유체 채널이 깨끗하고 건조한지 확인하십시오.
- 미터법 용지 눈금자를 흐름 채널 바로 아래에 테이프로 붙입니다.
- 파라필름과 자가 부착된 미세유체 유동 세포의 무게를 측정합니다. 플로우 셀의 질량은 압축되지 않은 플로우 셀 질량(mu)입니다.
2. 분말을 채널로 포장
- 분말을 포장할 때 플라스틱 피펫을 사용하여 분말을 옮깁니다. 입자는 피펫 팁의 외부에 부착될 수 있으며, 이는 마찰충전의 결과입니다.
- 분말을 채널에 도입하는 동안 플로우 셀을 5회 이상 두드려 분말을 압축합니다. 분말이 유동 채널 개구부의 시작 부분에 도달 할 때까지 포장을 계속하십시오.
알림: 태핑은 재현 가능한 진단 도구를 제공하기 위해 채널 내의 분말을 압축합니다. 특정 용도의 경우, 이러한 노력은 관심 적용에서 관찰되는 압축보다 높거나 낮거나 동등한 수준의 분말 압축일 수 있습니다. 태핑의 재현성 또는 응용 분야 내 패킹 파우더에 문제가 있는 경우 ASTM D7481-1820 수행을 고려하십시오. - 알코올에 적신 물티슈로 플로우 셀의 외부 표면에 존재하는 분말을 제거합니다.
알림: 일부 유형의 입자는 소수성 일 수 있으므로 물이 입자를 잘 제거하지 못할 수 있습니다.
- 분말을 채널에 도입하는 동안 플로우 셀을 5회 이상 두드려 분말을 압축합니다. 분말이 유동 채널 개구부의 시작 부분에 도달 할 때까지 포장을 계속하십시오.
- 분말이 포장되면 플로우 셀에 느슨하게 포장된 분말이 있는지 육안으로 검사합니다. 플로우 셀 내의 파우더가 느슨하게 채워진 것처럼 보이면 (그림 1) 플로우 셀을 다섯 번 더 누릅니다. 분말 패킹이 일관되고 콤팩트하게 나타나는 경우, 유동 셀을 칭량하여 중합체성 분말의 질량을 측정한다(mp-mu; 수학식 1 참조).
- 비포장 밀도(mu)와 충진 플로우 셀 질량(mp)의 차이를 사용하여 벌크 패킹 밀도(ρ)를 계산하고 플로우 셀의 부피로 나눕니다. 그러면 플로우 셀의 부피가 알려집니다[길이(l): 50mm, 너비(w): 5mm, 채널 깊이(h): 0.8mm].
식 1 - 충전 밀도가 폴리머 분말 0.45의 경우 0.55g/mL에서 2,3,4,21g/mL의 일반적인 범위에 있는지 확인합니다. 3단계와 4단계가 완료될 때까지 플로우 셀을 흄 후드에 그대로 두십시오.
주의 : 직경이 10μm 미만인 입자는 폐로 침투하여 잠재적으로 혈류로 들어가 폐 및 심혈관 시스템과 관련된 건강 문제를 일으킬 수 있습니다. 본 실험에 사용된 고분자 분말은 대략 50μm의 입자 직경을 갖는다. 따라서 입자를 흡입하면 건강 문제가 발생할 가능성이 적지 만 좁은 입자 크기 분포에서도 더 작은 입자가 존재합니다. 가장 안전한 환경을 위해 플로우 셀의 준비는 흄 후드에서 이루어져야합니다.
- 비포장 밀도(mu)와 충진 플로우 셀 질량(mp)의 차이를 사용하여 벌크 패킹 밀도(ρ)를 계산하고 플로우 셀의 부피로 나눕니다. 그러면 플로우 셀의 부피가 알려집니다[길이(l): 50mm, 너비(w): 5mm, 채널 깊이(h): 0.8mm].
식 13. 용매 준비
- 물에 에탄올의 75 중량 % 용액을 준비하십시오. 용매는 이 원고의 나머지 부분에서 유체라고 합니다.
주의 : 계면 활성제가 결과에 영향을 미치므로 용액을 준비하는 데 사용 된 비커에 계면 활성제가 없는지 확인하십시오.
4. 백색광 테이블 준비
- 감지기(카메라)에 너무 많은 빛이 넘치지 않도록 하려면 검은색 폴리락트산(PLA) 필라멘트로 3D 프린팅된 덮개와 같은 불투명한 재료로 조명 테이블을 덮습니다(보충 그림 1). 빛이 분말을 비출 수 있도록 재료에 마이크로 채널 크기 (5mm x 55mm)의 구멍이 있는지 확인하십시오.
참고: 빛이 너무 많으면 카메라의 화면이나 모니터가 흰색으로 나타나고 마이크로 채널이 보이지 않습니다. 따라서 검출기는 렌즈를 마이크로 채널에 초점을 맞출 수 없습니다. - 모바일 장치의 카메라가 습식 분말과 건식 분말 간의 대비를 캡처할 수 있도록 하려면 조명 테이블을 낮거나 중간 정도의 광도로 사용하십시오.
참고: 높은 광도는 100%입니다. 다른 두 설정은 높은 광도를 기준으로 합니다. 낮은 광도에 대한 설정은 ~30%이고 중간 광도는 ~65%입니다. - 모바일 장치의 카메라를 라이트 테이블 바로 위에 맞춥니다. 카메라가 라이트 테이블 상단에 수직인지 확인합니다(그림 2).
- 모바일 장치의 장축이 플로우 셀의 가장 긴 축과 정렬되도록 모바일 장치에서 카메라 방향을 지정합니다.
5. 실험 시작
- 라이트 테이블에 플로우 셀을 놓고 플로우 채널의 모바일 장치에 카메라 초점을 맞춥니다.
참고: 최적의 결과를 얻으려면 일반적으로 더 어두운(머리 위 조명 감소) 녹화 공간이 더 나은 이미지 해상도를 제공합니다. 어두운 공간을 사용할 수 없는 경우 녹화 중 머리 위 조명의 변화(조명이 켜지거나 꺼지거나 흐려짐)를 최소화하면 그래픽 신호가 개선되고 실험에서 원치 않는 노이즈가 최소화됩니다. - 모바일 장치에 카메라 초점을 맞춘 후 녹화 버튼을 선택합니다. 피펫을 사용하여 마이크로채널의 열린 입구에 125μL의 유체를 추가합니다.
- 2분 동안 또는 모든 분말이 눈에 띄게 젖을 때까지 흐름을 기록합니다.
6. 데이터 분석
- 쉽게 액세스할 수 있도록 모바일 장치에서 컴퓨터로 비디오 파일을 전송합니다. 2 분 이상의 비디오는 파일 크기가 너무 클 수 있으므로 현재 소프트웨어에로드되지 않을 수 있습니다.
- 다운로드 추적기, Physlets 웹 사이트에서 무료 소프트웨어22. 이 소프트웨어는 .mov, .avi, .mp4, .flv, .wmv 등의 비디오 파일에서 위치, 속도 및 가속도를 추적할 수 있습니다. 다음 단계는 보충 파일을 참조하십시오.
참고: Mac 사용자의 경우 소프트웨어가 제대로 작동하려면 최신 버전의 소프트웨어를 설치하십시오. 또한 Mac 사용자는 비디오 엔진(Xuggle), 애니메이션 GIF 파일(.gif) 또는 하나 이상의 디지털 이미지(클립보드에서 붙여넣.jpg, .png 또는 붙여넣기)로 구성된 이미지 시퀀스가 필요할 수 있습니다. - 소프트웨어가 설치되면 추적기 소프트웨어를 엽니다. 파일 메뉴에서 파일 열기를 선택하여 6.1단계에서 전송된 비디오 파일을 컴퓨터 바탕 화면에 로드합니다.
- 필름 스트립 모양의 클립 설정 아이콘을 클릭하여 시작 프레임 과 단계 크기를 정의합니다.
참고: 아이콘 위에 마우스를 놓으면 아이콘이 식별됩니다.- 시작 프레임을 정의합니다. 시작 프레임은 첫 번째 대비(습식 분말과 건식 분말 사이의 대비)가 관찰되는 프레임으로 정의됩니다.
- 단계 크기를 설정합니다. 단계 크기는 소프트웨어가 분석하는 프레임 단계 크기를 나타냅니다. 이전 실험에서 최적의 스텝 크기는 10입니다.
- 클립 설정 버튼 오른쪽에 있는 파란색 눈금자가 있는 아이콘인 보정 도구를 클릭합니다. 새로 만들기에서 보정 스틱을 선택합니다.
- 비디오에서 눈금자를 확대하려면 확대할 영역을 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고 목록에서 확대 를 선택합니다. 적절하게 확대되면 마이크로 채널에 테이프로 붙인 눈금자에서 1mm의 시작과 끝을 정의하고 1mm 를 입력하여 거리를 정의합니다.
- 보정 도구의 오른쪽에 있는 보라색 아이콘인 좌표축 도구를 클릭합니다. 이 단계를 수행하는 동안 시작 프레임을 사용하여 x축과 y축의 원점을 설정합니다.
- 초기 해석 점을 정의하려면 점 질량을 생성합니다. 생성을 클릭한 다음 점 질량을 선택합니다. Shift + 컨트롤을 사용하여 사각형의 크기를 변경합니다. 초기 지점은 입구와 채널이 연결되는 지점입니다.
참고: 사각형은 사용자가 정의한 도메인을 나타내며 소프트웨어가 대조되는 습식 및 건식 분말을 찾기 위해 스캔합니다. 경계를 통해 사용자는 초기 점을 관찰할 영역을 정의할 수 있습니다.- 다음 검색을 몇 번 클릭하여 소프트웨어가 올바른 영역을 분석하고 있는지 확인합니다. 소프트웨어가 제대로 작동하면 검색을 클릭하고 소프트웨어가 비디오 분석을 마칠 때까지 기다립니다. 소프트웨어가 이전 프레임에서 현재 프레임까지 일치하는 이미지 강도를 자동으로 찾을 수 없는 경우 소프트웨어는 중지하고 사용자가 검색 영역을 재정의할 때까지 기다립니다.
참고: 재현성과 다양한 실험 결과를 비교할 수 있는 기능을 사용하려면 모든 샘플에 대해 유체 흐름 선단의 가장 빠르거나 가장 느린 지점(습윤 분말과 건조 분말 간의 대비 영역)을 선택하십시오. - 추적기 화면의 오른쪽에 있는 라이브 플롯 데이터에서 분석 오류가 관찰되면 오류가 있는 데이터 포인트 이전 단계에서 데이터 포인트를 한 번 클릭합니다. 메인 화면에서 빨간색 직사각형 검색 영역 위치를 수정하여 관심 영역을 검색하고 6.8.1단계를 반복합니다.
참고: 오류가 있는 경우 부정확한 데이터 포인트를 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고 추가 분석을 위해 포인트를 선택 취소합니다.
- 다음 검색을 몇 번 클릭하여 소프트웨어가 올바른 영역을 분석하고 있는지 확인합니다. 소프트웨어가 제대로 작동하면 검색을 클릭하고 소프트웨어가 비디오 분석을 마칠 때까지 기다립니다. 소프트웨어가 이전 프레임에서 현재 프레임까지 일치하는 이미지 강도를 자동으로 찾을 수 없는 경우 소프트웨어는 중지하고 사용자가 검색 영역을 재정의할 때까지 기다립니다.
- 분석이 완료되면 결과를 복사하여 스프레드시트에 붙여넣습니다. 스프레드 시트에 저장된 결과는 거리 및 시간 데이터로 구성됩니다.
- 스프레드시트에 복사된 데이터를 파우더 베드를 통과하는 유체 수송 거리(시간 함수)로 플로팅합니다.
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Representative Results
데이터 분석 섹션에서 그림 3 의 타임 랩스 이미지에 대한 데이터는 폴리 카보네이트 (PC) 분말에 침투하는 75 wt % 에탄올 용액을 보여줍니다. Fluorescein은 이 출판물의 이미지 품질을 향상시키기 위해 용액에 첨가되었습니다. 타임랩스 이미지에서 시간 분해 프로세스는 유체가 입구에 추가될 때 시작됩니다. 시간 t는 유체가 채널을 관통하기 시작하자마자 시작됩니다. 일련의 이미지는 유체와 플루오레세인의 진행을 보여줍니다. PC에서 유체와 플루오레세인은 동일한 유속으로 운반됩니다. 그림 4 의 플롯에서 열린 빨간색 원은 표 1에 있는 컴파일된 정보의 정확한 시간과 거리를 나타냅니다. 증분 시간 단계(빨간색 원)와 결합된 분말 베드로의 유체 침투는 그림 3에 시각적으로 표시됩니다.
1 초에서 2 초까지의 간격에서 유체가 이동 한 거리는 두 배가되었습니다. 2초에서 5초까지의 간격 동안 유체가 이동한 거리도 두 배가 됩니다. 5 초에서 10 초까지 유체는 여전히 빠르게 움직입니다. 그러나 15초 후에는 유속이 5초마다 약 2mm의 속도로 느려집니다. 단일 분말 및 유체 조합의 경우 단일 그룹에서 5 가지 테스트가 수행됩니다. 총 검사 횟수는 각 그룹마다 다를 수 있습니다. 예를 들어, 5 가지 실험 중 하나가 실패하면 실패한 테스트 대신 새로운 패킹 된 마이크로 채널이 분석됩니다. 고장은 분말층을 관통하지 않거나 일관되지 않은 분말 패킹으로 인한 채널에서 형성되는 기포로 인해 분말층을 부분적으로만 관통하는 유체로 정의됩니다. 그룹의 테스트 집합 간의 표준 편차를 관찰하려면 Donovan 21, 특히 그림 19 및 그림 21을 참조하십시오.
그림 1: 미세유체 유동 셀에 느슨하게 포장된 고분자 분말로, 해결되지 않을 경우 실험이 실패할 수 있습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 2: 실험 설정을 만화로 표현한 그림. 이 이미지는 배율에 맞게 그려지지 않습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 3: 단일 실험의 대표적인 타임랩스 이미지 시리즈. 왼쪽에서 오른쪽으로 이미지는 패킹된 다공성 베드를 통한 용매의 흐름(시각화를 위해 형광 염료로 강화됨)을 보여줍니다. 선행 전선은 균일하지 않으므로 전파 전선의 평균 거리가 일반적으로 사용됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 4: 유체가 충전된 분말층을 관통할 때의 평균 전파 거리(Δl) 대 시간(t)의 정량적 표현. 빨간색 원은 그림 3에 표시된 각 시간 증분에 대한 데이터 요소를 나타냅니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
| 시간 (들) | 거리 (밀리미터) |
| 0 | 0 |
| 1 | 2.1 |
| 2 | 4.1 |
| 5 | 8.3 |
| 10 | 12.8 |
| 15 | 15.8 |
| 20 | 17.9 |
| 25 | 20.1 |
| 30 | 22.1 |
표 1: 그림 4에 표시된 빨간색 점의 거리 및 시간 값.
보충 그림 1: 검은색 폴리락트산(PLA) 필라멘트로 된 불투명 3D 프린터 커버의 CAD 도면. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
보충 파일: 추적 소프트웨어를 사용한 데이터 분석과 관련된 단계의 스크린샷입니다. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
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Discussion
제공되는 프로토콜은 선택된 입자의 재료 특성에 크게 의존합니다. 흐름에 영향을 미치는 재료 특성에는 입자 크기 분포 2,3,4,5,11,21, 입자 표면 거칠기 11, 입자 표면의 화학적 특성 2,3,4,5,11,16,21,23, 24,25, 분자 쌍극자 모멘트, 입자 모양 11 및 입자-입자 상호 작용 2,3,4,5,11,16,23,24,25,26,27 . 이러한 특성은 미세유체 채널에서 분말의 패킹 밀도에 직접적으로 영향을 미치고, 결과적으로 입자를 적실 때 유체의 모세관 유동 거동에 직접적인 영향을 미칩니다 2,3,4,5,7,8,14,15.
분말 패킹 밀도는이 기술에서 매우 중요한 역할을합니다. 분말이 충분히 조밀하게 충전되지 않으면 이미징 중에 기포가 형성되거나 분말이 분리되어 재현 가능한 샘플이 방지될 수 있습니다. 따라서, 분말을 포장하면서 미세유체 채널을 두드리는 것(단계 2.1.1)은 매우 중요한 단계이다. 도 1 은 유체가 전체 채널에 침투된 후에 일관되지 않은 패킹된 분말을 갖는 마이크로유체 유동 세포를 나타낸다. 분말의 분리는 채널의 입력쪽으로 볼 수 있습니다. 셀이 포장되면 실험을 실행하기 전에 라이트 박스에서 분말 패킹 밀도를 확인하는 것이 이러한 유형의 실험 실패를 피하는 데 도움이되는 방법입니다. 이 프로토콜에 제시된 분말은 표준화 된 탭 밀도 테스트, 특히 ASTM D7481-18을 사용하여 분석되어 탭20의 함수로 벌크 패킹 밀도를보고합니다. ASTM D7481-18은 제안 된 프로토콜을 완료하기 위해 수행 할 필요는 없지만 ASTM은 분말에 대한 보충 정보를 제공합니다.
측정 가능한 특성인 입자 크기 분포는 벌크 패킹 밀도23,24,25에 직접적인 영향을 미칩니다. 패킹 시스템에서 더 큰 입자는 큰 빈 공간을 만들어 작은 입자가 침전될 수 있는 위치를 제공합니다. 큰 입자와 작은 입자의 비율을 측정하면 유체가 분말을 관통 할 수있는 빈 공간의 부피에 대한 통찰력을 얻을 수 있습니다. 실험을 위해 미세유체 유동 세포를 패킹할 때, 모든 작은 입자는 더 큰 입자에 의해 만들어진 빈 공간을 채울 것이다. 사용 가능한 빈 공간을 최소화하면 유체 수송에 영향을 미칠 뿐만 아니라 분자 및 입자 머무름이 발생할 수 있는 더 많은 부위를 제공합니다. 추가 기술 개선을 위해, 유사한 크기의 입자 (예를 들어, 60 μm에서 65 μm까지의 입자)는이 기술이 단지 몇 미크론의 평균 입자 크기를 갖는 입자를 구별 할 수있는 감도를 갖는지 결정하기 위해 추가로 조사 될 필요가있다.
벌크 밀도는 재료가 어떻게 취급되는지에 따라 크게 의존하기 때문에 분말의 고유 한 특성이 아닙니다26. 분말이 사내에서 제조되었는지 또는 비행기, 기차 또는 자동차로 운송되었는지 여부는 벌크 포장 밀도 값에 큰 영향을 미쳐 입자 크기 분포에 영향을 미칠 수 있습니다. 분말 샘플이 용기의 상단과 하단에서 선택되는지 여부도 결과에 영향을 줄 수 있습니다. 시리얼 상자를 여는 것을 상상해보십시오. 상단의 재료는 모든 큰 조각으로 구성되며 상자 하단의 재료는 모든 작은 조각으로 구성됩니다. 같은 방식으로, 여행으로 인한 응력 (진동)을 경험 한 분말은 용기 전체에 입자 크기 구배를 갖습니다.
고분자 분말의 경우, 유동 셀의 내부 표면이 소수성 처리를 받았는지 확인하는 것이 필수적입니다. 미세유체 유동 세포의 벽이 처리되지 않은 경우, 유체 수송을 이미징할 때 벽 효과가 종종 발생합니다. 벽 효과는 유체가 관심 분말을 통과하는 벌크 유체 흐름보다 훨씬 빠르고 멀리 벽을 따라 이동할 때 관찰됩니다. 벽이 소수성이 아닌 경우 형태에 대한 저항이 가장 적은 경로를 허용하고 유체는 분말을 통하지 않고 해당 경로 (벽)를 따라 흐릅니다. 따라서 소수성 셀을 활용하면 다공성 매체를 통한 수성 시스템의 흐름에 대한보다 대표적인 연구가 가능한 반면 친수성 셀은 유기 시스템에 활용되어야합니다.
일부 중합체성 분말의 경우, 분말 입자와 플라스틱 피펫의 팁 사이에서 발생하는 마찰충전 효과(26, 27)가 존재할 수 있다. 결과적으로, 분말은 피펫에 분말 입자를 로딩할 때 피펫 팁의 외부에 부착될 수 있다. 분말 접착은 분말 또는 입자 패킹을 전사하는 데 문제를 일으키지 않았습니다. 그러나 입자 접착이 문제가 되는 경우 피펫에 부착되는 입자의 발생을 줄일 수 있는 몇 가지 수정을 시도할 수 있습니다. 한 가지 옵션은 피펫의 바깥쪽 끝을 물로 적시고 끝을 닦아 정전기를 방해하는 것입니다. 또 다른 옵션은 플라스틱 대신 유리 피펫을 사용하는 것입니다. 세 번째 옵션은 분말 입자를보다 습한 환경으로 옮기는 것입니다.
이 기술은 3D 입자 베드 내에서 유체 침입 길이의 1차원(1D) 측정을 위한 검소한 방법입니다. 따라서, 상기 기술은 관심 방향의 우선적 유동 경로만을 설명할 수 있을 것이다.
현재 프로토콜은 다공성 매체를 통한 유체 수송, 검소한 설정 활용 및 광학 현미경의 복잡성과 비용 제거에 대해 설명합니다. 또한 형광 및 광발광 종을 여기시키는 UV 투과 테이블을 사용하여이 기술을 사용하여 분자 및 나노 입자의 운명과 수송을 이미지화 할 수도 있습니다. 이 설정을 위해서는 분자 및 나노 입자 시스템에 대해 용매 프로토콜을 수정해야합니다.
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Disclosures
저자는 공개 할 것이 없습니다.
Acknowledgments
없음.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| µ-Slide I Luer | ibidi | 80191 | Microfluidic flow cell |
| Beaker | Southern Labware | BG1000-800 | Glassware |
| CALIBRE 301-58 LT Natural Polycarbonate Resin | TRINSEO LLC | CALIBRETM 301-58 LT | Natural polycarbonate resin |
| Ethanol | Sigma Aldrich | 1.00983 | Solvent |
| Fume Hood | Kewaunee | Supreme Air LV Fume Hoods | Used with 92 FPM at 18" opening |
| iPhone 7 plus | Apple | Camera | |
| Opaque 3D printed material | The CAD drawing is provided in the supplemental file | ||
| ORGASOL 2002 ES 6 NAT 3 | ARKEMA | A12135 | Polyamide powder |
| Pipet | VWR | 10754-268 | Disposable Transfer Pipet |
| Pipette | Globe Scientific Inc. | 3301-200 | Pipette that can hold 125 µL of fluid |
| Polystyrene | Advanced Laser Materials, LLC. | PS200 | Polystyrene for sintering |
| Tracker | Video analysis and modeling tool | ||
| VariQuest 100 White Light Model 3-3700 | FOTODYNE | 3-3700 | White light |
| Water | Distilled water |
References
- Redwood, B., Schoffer, F., Garret, B. The 3D Printing Handbook. , 3D HUBS. Amsterdam, NL. (2018).
- Chaffins, S., Holden, A., Donovan, K. J., Hinch, G. Three dimensional printing, Patent ID: 20210087418. , Available from: https://uspto.report/patent/app/20210087418 (2021).
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