Method Article

Bir Kurban bileşeni buharlaşma kullanarak üç boyutlu Mikroyapılar Yapma Süreci

DOI:

10.3791/50459

⸱

November 2nd, 2013

 ,  , 
1Department of Physics, University of California, Irvine, 2Department of Chemistry, University of California, Irvine

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Gözden çıkarılabilir bir bileşeni (vasküler) işleminin bir buharlaşma mikrovasküler yapılar imal etmek için kullanılır. Bu işlem lazer Mikroişlenmiş kılavuzu plakaları tarafından sağlanan hassas 3D geometrik konumlandırma ile içi boş mikro oluşturmak için kurban poli (laktik) asit lifleri kullanır.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Doğal sistemlerde vasküler yapıların yüksek yüzey alanları ve optimize edilmiş yapısı ile yüksek toplu taşıma sağlayabiliyoruz. Birkaç sentetik madde üretim teknikleri ölçeklenebilirlik korurken bu yapıların karmaşıklığı taklit edebilme yeteneğine sahiptirler. Bir Kurban Bileşen (vasküler) sürecinin buharlaşma bunu yapabiliyor. Bu işlem, bir matris içine gömülü, içi boş, silindirik bir mikro oluşturmak için bir şablon olarak kurban lifler kullanılır. Kalay (II)-oksalat (snox) poli (laktik) bu sürecin kullanımı kolaylaştıran asit (PLA) lifleri içine yerleştirilmiştir. Snox düşük sıcaklıklarda PLA liflerin depolimerizasyon katalize eder. Laktik asit monomer, bu sıcaklıklarda gaz ve matris zarar vermeyecek sıcaklıklarda gömülü matris kaldırılabilir. Burada üç boyutlu dizilmiş mikro karmaşık desenleri oluşturmak için Mikroişlenmiş plakaları ve germe cihazı kullanarak bu liflerin hizalanması için bir yöntem göstermektedir.Süreci, lif hemen hemen herhangi bir düzenlemenin keşif topolojileri ve yapılar sağlar.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Doğal sistemleri birçok biyolojik fonksiyonları kolaylaştırmak için kapsamlı damar ağları kullanın. Toplu taşıma hacim oranları ve optimize edilmiş ambalaj yapılara yüksek bir yüzey alanı nedeniyle bu tür sistemlerde verimli bir şekilde elde edilebilir. Birçok sentetik üretim teknikleri mikrovasküler yapılar üretmek mümkün olmakla birlikte mevcut üretim yöntemleri 1-5 karmaşıklığı ve uyumluluk korurken, hiçbiri büyük ölçekli mikrovasküler üretebilir. Bu kuş akciğer gibi yapıların bir ilham kaynağı. Nasıl toplu taşıma geliştirmek için bu karmaşıklık yapılar imal musunuz?

Bir Kurban bileşeni Buharlaşma (vasküler) büyük ölçekli, karmaşık mikrovasküler yapılar 6-7 üretebilir. Bu yöntem, ısıl depolimerizasyonu yapılarak ve poli buharlaştırmalı çıkarılması (laktik) fiberin şablonunun ters olan içi boş bir kanal oluşturmak için lifleri asit kullanır. Bu mevcut üretim ile uyumlu bir kurban tekniktiryöntemleri. Metre uzun, silindirik mikrokanal desenler bu imalat işlemi kullanılarak oluşturulabilir. Bu, 7-10 kendi kendini iyileştirme polimerler ve 3D mikrovasküler karbon tutma birimi olarak vaskülarize cihazlar oluşturmak için de kullanılabilir.

Karbon yakalama birimleri uçuş kullanımı için etkin bir gaz-döviz-ağırlık oranı sayesinde sağlar kuş akciğer ilham edildi. Parabronchus yüksek gaz döviz kurları ve yapısal olarak stabil gaz değişimi birimleri sağlar altıgen desenli mikro, oluşmaktadır. Üç boyutlu uyumlu mikro özellikleri ile değişim birimleri oluşturmak için, biz bağımsız gitar tuner ve lazer Mikroişlenmiş plakalı özel tasarlanmış gerilim kartı kullanarak lifleri germe bir yöntem geliştirdi. Her fiber dış gerginlik yerinde tutulur ve desen lifler çalıştırmak, üzerinden plaka delik yerleştirme ile ayarlanır.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Kurban Elyaf katalizör

  1. Alt etrafında poli (laktik) asit lifleri ¾ özel mili istenilen miktarda sarın. Maksimum yüzey alanı maruz sağlamak için fiber örtüşme azaltın.
  2. Kapalı bir şişe içinde Disperbyk 130, 40 ml deiyonize H2O karıştırın ve homojen bir çözelti elde edilene kadar çalkalanmaktadır. Daha sonra 37 ° C'de bir su banyosu içinde bir 1.000 ml beher yerleştirmek ve beher içine trifloroetanol dökün. Kullanmak için H2O ve TFE nin miktarı, kullanılan PLA elyaf çapına bağlıdır.
    Fiber Çapı H2O (ml) miktarı TFE nin miktarı (ml)
    200 400 400
    300 360 440
    500 320 480
  3. EklemekH2O / Disperbyk 187 behere çözeltisi ve üniform olana kadar karıştırın.
  4. Karışım Malachite Green 1 g ekleyin ve çözülene kadar karıştırın.
  5. Beher lifleri ½ alttan inç ile özel mili yerleştirin ve bir dijital mikser için mili takın. Daha sonra 400 rpm dijital mikser başlar.
  6. Karışıma yavaş yavaş kalay (II) oksalat (snox) katalizörü 1.3 g ekleyin. Snox ilavesi çözeltiden çökmesini malzemenin büyük aglomerasyonlar önlemek için yavaş yavaş olmalıdır.
  7. PH ~ 6.8-7.2 olana kadar NaOH kullanılarak karışımın pH 'ı ayarlayınız.
  8. Beher bir kapak elde edin ve 24 saat boyunca 500 rpm dönme mili artar. Snox bir yığılma gözlenirse, elle ilk 2 saat içinde bunu kırmak.
  9. 35 ° C gecede fırında mili ve kuru çıkarın.
  10. Katalize PLA liflerden aşırı katalizör açmak ve çıkarın.

2. Mikrovasküler Gaz Exchange Birim Fabrikasyon

  1. Klip sahipleri üzerinde istediğiniz mikrovasküler desen ve yapıştırın plakalı lazer kesim pirinç desen pirinç levha bir çift alın.
  2. Mikrokanallı başına katalize lif bir 10 inç uzunluğunda kesin ve elyaf çapı (hadde levhası) kesilmiş kalın bir plaka kullanarak kalan katalizör çıkarın.
  3. Yavaş yavaş bir sıcak tutkal silahın ucunu kullanarak Konik liflerin kenarları fiber uçları a'ya.
  4. Pirinç desen plaka çift delik eşleştirilmesi yoluyla elyaf iplik.
  5. Bir döküm kutu üzerine plakaları vida. Plakaları takarken lifleri bükülmüş olmadığından emin olun.
  6. String ayarlama ile lif ipuçları özel germe kurulu mandal.
  7. Gergin kadar gerilim PLA lifleri. Değil aşırı gerginliğe dikkat ve lifleri oturtun.
  8. Basınçlı hava ile elyaf desenin aşırı parçacık çıkarın.
  9. Bir 10:1 sertleştirici, v ile Mix polidimetilsiloksan (PDMS) taban: v oranı.
  10. 10 dakika boyunca bir kurutucuda kavanoza vakumda gazdan karışım.
  11. Kalıp kutusuna PDMS karışımı dökün. Hava kabarcıklarının bindirme azaltmak için, liflerin doğrudan üzerinde akıtılmamalıdır.
  12. Bir 26 G iğne kullanarak, döküm kutu içinde veya lifleri arasındaki boşlukları giderilir.
  13. 30 dakika boyunca 85 ° C'de PDMS karışımı Cure.
  14. Plakaları bükmeyin veya çok sert çekmek için emin olarak, kalıp kutusundan pirinç levhalar sökün. Kalıp kutusundan tedavi 1. aşamada çıkarın.
  15. Bir derialtı iğne ile son kapağı delik batırılarak bir RTV son kapak ile elyaf iplik. Fiber ebadı ile ilgili olarak, en azından fiberin dış çapı iç çapı 2 x sahip bir iğne manometre. Pirinç desen plaka olarak benzer bir model koruyun, ama daha yaygın yayılmış.
  16. Daha büyük bir kalıp kutusunun ucuna son kapaklar bağlayın ve PDMS bir 2. aşama dökün.
  17. Kalan gaz kabarcıkları ve30 dakika boyunca 85 ° C'de tedavi.
  18. PLA lifleri, çoğunlukla boşaltılmıştır 24 saat boyunca ° C kadar ya da 210 ° C'de bir vakum fırın içinde numune ve yerden herhangi bir aşırı PLA lifler kesin.
  19. Herhangi bir PLA kaldırılamaz, hafifçe kloroform 1 ml bir enjeksiyon kullanılarak mikro dışında çözülür.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu prosedür, bir reçine içinde gömülü mikrovasküler yapıların imal edilmesi için bir yöntem sağlar. Bu yapılar desen çeşitli (Şekil 2) uygun olabilir. Mikrovasküler ağ yapı, sadece geçici lifleri ile oluşturulabilir yapıları ile sınırlıdır.

Gazlar geçirgen arası kanal membran hareket olarak mikrovasküler kanalları, sıvı akarsuları arasında gaz taşıma paralel bir düzenleme kullanarak kolaylaştırılır. Bu cihazlar, litografi için ihtiyaç (Şekil 3) olmayan bir ö...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

PLA liflerinin içine snox katalizör giriş elyaf düşük bir sıcaklıkta depolimerize sağlar. Bu bu durumda PDMS yılında, gömme reçine bozulmayı önler. Özel bir mili düzgün muamele çözeltisi (Şekil 5A) karıştırmak için gereklidir. Mil, bir dijital mikser bağlanan bir merkezi çekirdeği çevreleyen altı Destek çubukları oluşmaktadır. Fiberler, katalitik çözeltisi ile temas sarma elyafların yüzey alanı maksimize edildi, böylece destek çubukları etrafında sarılır. Mili alt kaotik akış tanıtmak için bıçaklar bir ...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Biz bu teknolojiyi und ABD patent ABD Geçici Başvuru Seri No 61/590, 086 bir geçici patent başvurusunda var.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu çalışma FA9550-12-1-0352 ve 3M Sigara Tenured Fakültesi Ödülü altında AFOSR Genç Araştırmacı Programı tarafından desteklenmiştir. Yazarlar bu proje ile ilgili yararlı tartışma Lalisa Stutts ve Janine Tom teşekkür etmek istiyorum. Yazarlar tesislerinde kullanımı izin verdiği için California Üniversitesi, Irvine Calit2 Mikroskopi Merkezi ve Laser Spektroskopisi Tesisi teşekkür ederim. Hodge Harland ve UCI Fizik Bilimleri Makine Atölyesi araçları imalatı için kabul edilmiştir. Poli (laktik) asit lifleri cömertçe Teijin Monofilament tarafından sağlandı.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Reagent
>Tin (II) oksalatSigma-Aldrich402761
Disperbyk 130BYK Katkı Maddeleri Aletler
TrifloroetanolHalokarbon
Malakit Yeşil (teknik sınıf)Sigma-AldrichM6880
Sodyum hidroksit (≥ %98, peletler)Sigma-AldrichS5881
Polidimetilsiloksan (PDMS)Dow Corning3097358-1004Ellsworth Yapıştırıcılarından Dağıtılır
Poli(laktik) asit lifleriTeijin Monofilament
Material
RW 20 Dijital MikserIKA3593001
Kurutucu KavanozPyrex
Vakumlu FırınFisher Scientific
Üçüncü ElJameco Elektronik26690Plaka tutucu
Tutkal TabancasıStanleyGR20L
PLA MilÖzel yapım
Gerdirme TahtasıÖzel yapım

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Bellan, L. M., Singh, S. P., Henderson, P. W., Porri, T. J., Craighead, H. G., Spector, J. A. Fabrication of an artificial 3-dimensional vascular network using sacrificial sugar structures. Soft Matter. 5 (7), 1354(2009).
  2. Bellan, L. M., Strychalski, E. A., Craighead, H. G. Nano-channels fabricated in polydimethylsiloxane using sacrificial electrospun polyethylene oxide nanofibers. J. Vac. Sci. Technol. B Microelectron. Nanometer Struct. Process. Meas. Phenom. 26 (5), 1728(2008).
  3. Borenstein, J. T., Weinberg, E. J., Orrick, B. K., Sundback, C., Kaazempur-Mofrad, M. R., Vacanti, J. P. Microfabrication of three-dimensional engineered Scaffolds. Tissue Eng. 13 (8), 1837-1844 (2007).
  4. Wu, H., Odom, T. W., Chiu, D. T., Whitesides, G. M. Fabrication of complex three-dimensional microchannel systems in PDMS. J. Am. Chem. Soc. 125 (2), 554-559 (2003).
  5. Trask, R. S., Bond, I. P. Biomimetic self-healing of advanced composite structures using hollow glass fibres. Smart Mater. Struct. 15 (3), 704-710 (2006).
  6. Dong, H., Esser-Kahn, A. P., et al. Chemical treatment of poly(lactic acid) fibers to enhance the rate of thermal depolymerization. ACS Appl. Mater. Interfaces. 4 (2), 503-509 (2012).
  7. Esser-Kahn, A. P., Thakre, P. R., et al. Three-dimensional microvascular fiber-reinforced composites. Adv. Mater. 23 (32), 3654-3658 (2011).
  8. White, S. R., Blaiszik, B. J., Kramer, S. L. B., Olugebefola, S. C., Moore, J. S., Sottos, N. R. Self-healing polymers and composites. Am. Sci. 99 (5), 392(2011).
  9. Nguyen, D. T., Leho, Y. T., Esser-Kahn, A. P. A three-dimensional microvascular gas exchange unit for carbon dioxide capture. Lab Chip. 12 (7), 1246(2012).
  10. Nguyen, D. T., Leho, Y. T., Esser-Kahn, A. P. The effect of membrane thickness on a microvascular gas exchange unit. Adv. Funct. Mater. , (2012).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Vaporization of Sacrificial ComponentSacrificial FibersTin Oxalate CatalystPolylactic Acid FibersThree dimensional PatterningEmbedding ResinPDMS CastingHeat Vacuum EvacuationMicrovascular StructuresFiber Alignment

Related Articles