Önceden Tasarlanmış Boyut ve Şekle Sahip Polimerik ve Biyohidred Elyafların Mikroakışkan İmalatı

Aşağıdaki deneyin genel amacı, mikrofiberlerin üretiminde gözlemlendiği gibi karmaşık sıvı şekillendirmesini göstermektir. Bu, önceden belirlenmiş bir enine kesit şekline sahip polimer gerçekleştirilebilir bir çekirdek üretmek için belirli oluklara sahip bir mikroakışkan kanalın monte edilmesiyle elde edilir. İkinci adım olarak, kanaldan geçtikten sonra şekillendirilecek ve polimerize edilecek bir ön polimer çözeltisi hazırlanır.

Daha sonra, polimer malzemeyi polimerize etmek için kanalın dibinde UV ışığı açılır. Bu taramalı elektron mikrografları, imal edilmiş birkaç mikrofiber şekli göstermektedir. Benzer şekilde, bu tekniğin elektro eğirme ve eriyik eğirme gibi diğer mevcut yöntemlerle karşılaştırıldığında avantajları, bu tekniğin oda sıcaklığında gerçekleştirilebilmesi ve bu tekniğin çeşitli polimer makul malzemelerle kullanılabilmesidir.

Ek olarak, bu teknik yüksek voltaj gerektirmez. Yüksek sıcaklık ve ardından hızlı soğutma süreleri gerektirmez ve ayrıca nem gibi çevresel faktörlerin kontrolünü gerektirmez. Bu tekniğin görsel gösterimi kritiktir, çünkü mikroakışkan fiber üretimi diğer bazı yöntemler kadar yaygın değildir ve bu nedenle onu görmeden kavramsallaştırmak zor olabilir.

Görsel olarak, bu yöntem polimer mikrofiberlerin üretimi için kullanılmıştır. Aynı prensipler, mikro kan damarları gibi diğer sistemlerin geliştirilmesi için laboratuvarımızda da kullanılmaktadır. Bu fikir ilk olarak mikro karıştırıcıları ve mikroçip akış sitometri sistemlerini konflookal olarak gözlemlerken aklımıza geldi.

Gördüğümüz gibi, sürekli süslü kesitler gelişiyor. Bir polimer çözeltisi ekleyerek, şekillerin sürekli ve göreceli olarak kolaylıkla foto polimerizasyon yoluyla kilitlenebileceğini öne sürdük. Prosedürü gösterenler, laboratuvarımdan doktora sonrası araştırmacılar olan Michael Danielle ve Darrell Boyd olacak.

İlk olarak, önceden tasarlanmış bir kılıf akış cihazını, tabana bir sabitleme plakası, ardından bir COC döngüsel olefin kopolimer tabakası ve kalan sabitleme plakası yerleştirerek aşağıdan yukarıya doğru monte edin. Şekillendirme oluklarının kanalın kenarları boyunca birbiriyle hizalandığından ve COC katmanlarındaki akışkan şekillendirme geometrilerinin mükemmel bir şekilde örtüştüğünden emin olun. Cihazın ortasına cıvatalar yerleştirin ve bir elektrikli tornavida kullanarak, cihazı merkezin solundan sağına dönüşümlü olarak birbirine sıkıştırmak için somunları ve cıvataları sıkın.

Hizalamayı kilitlemek ve sızıntıları önlemek için merkezden dışarıya doğru önceki adımı tekrarlayın. Montaj deliklerine ulaşıldığında giriş aynasını ekleyin ve vidaları dönüşümlü olarak monte etmeye devam edin. Ardından, kılıf akış cihazını tigon tüpüne bağlayın.

Standart HPLC bağlantı parçalarını kullanarak, tüm bağlantıları manuel olarak sıkın, cihazı bir halka sehpa ve cl kullanarak dikey olarak monte edin.amp, en üst kısımda bir seviye kullanarak cihazın dikey olduğundan emin olun. Ardından UV kaynağını, mikro kanalın son üç ila beş santimetresi ışınlanacak şekilde, kılıf akış cihazının COC yüzünden yaklaşık bir santimetre uzakta dik olarak konumlandırın. Polimer olmayan bir çekirdek sıvısı olarak işlev görmesi için bir mililitrelik yem ucu şırıngasını PEG 400 ile doldurun ve kılıf sıvısı olarak işlev görmesi için 30 mililitrelik yem uçlu şırıngayı PEG 400 ile doldurun.

Daha sonra, küçük bir şişede taze hazırlanmış bir tiyol hattı çözeltisini, dört kez 10 ila eksi dördüncü mol DMPA foto başlatıcı ile destekleyin. Yaklaşık iki dakika karıştırdıktan sonra, beş mililitrelik bir alüminyum folyo ile sarılmış alt uçlu şırıngayı bir ön polimer çözeltisi ile yükleyin. Bu yeri takiben, mikroakışkan kanalın çıkışı su içeren bir toplama banyosundadır.

Çekirdek kaplama ve kılıf sıvı şırınga pompalarını sırasıyla dakikada 30 ve 120 mikrolitre demlenecek şekilde ayarlayın. Ardından ilgili şırınga çaplarını şırınga pompalarına girin. Ardından şırıngaları ilgili şırınga pompalarına monte edin ve bunları kılıf akış cihazına bağlayın.

UV koruyucu tigon borusu ile, kılıf akış cihazını doldurmak ve sistemdeki havayı ortadan kaldırmak için kılıf sıvısını başlatın. Mikro kanalı görsel olarak inceleyin ve bir sonraki adıma geçmeden önce mikro kanalda hava kabarcığı kalmadığından emin olmak için şekillendirme oluklarına özellikle dikkat edin. Hava kabarcıkları varsa, bunları cihazdan dışarı atmak için akış halindeyken döndürerek ve/veya hafifçe vurarak cihazı

Kaplama sıvısını başlatın, ayrıca akışın stabilize olmasına izin verin. Mikrokanalı inceledikten ve hava kabarcıklarını temizledikten sonra, çekirdek sıvıyı başlatın ve sistemde daha önce olduğu gibi kabarcıkların bulunmadığından emin olun. Son olarak, UV kaynağını açın ve kılıf sıvısı ile dışarı atılırken içi boş mikrofiberin sürekli üretimi için toplama banyosunu gözlemleyin.

Elyafı toplama banyosundan alın, içi boş elyaflar oluşturmak için şekillendirme olukları ve üç çözelti girişi kullanan basit bir iki aşamalı tasarım kullanıldı. İstenen kesit boyutunu elde etmek için uygun akış hızı oranlarını belirlemek için Comsol simülasyonları kullanılmıştır. Frezeleme ve kalıplamanın bir kombinasyonu, elyafları imal etmek için kılıf akış düzeneği için bileşenler üretti.

Kaplama malzemesinin polimerizasyonu UV ışık kaynağı tarafından başlatıldı ve içi boş lifler mikrokanaldan toplama banyosuna ekstrüde edildi. Elyaf üretimi dakikalarca devam etti ve bir metreden uzun tek bir elyaf üretti. Bu koşullar altında yapılan liflerin çapı yaklaşık 200 mikrometre idi.

Liflerin yapısı optik ve elektron mikroskobu kullanılarak görselleştirildi. Lifler, içi boş bir çekirdeğe sahip oval bir şekle sahipti. Kılcal hareket, elyafın iç kısmına sıvı ve kabarcıklar sokmak için kullanıldı ve içi boş yapının elyafın uzunluğu boyunca sürekli olduğunu doğruladı.

Bir kez ustalaştıktan sonra, bu işlem 45 dakika kadar kısa sürebilir. Bu, kanalın kurulum süresini, çözelti hazırlığını, elyaf imalatını ve elyafların toplanmasını içerir. Bu videoyu izledikten sonra, içi boş mikrofiberler üretmek için bir mikroakışkan kanalın nasıl tasarlanacağını ve monte edileceğini iyi anlamış olmalısınız.

Tehlikeli kimyasallar ve UV ışınları ile çalışırken her zaman kişisel koruyucu ekipmanınızı giymeniz gerektiğini unutmayın.