Name: Önceden Tasarlanmış Boyut ve Şekle Sahip Polimerik ve Biyohidred Elyafların Mikroakışkan İmalatı (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-01-08T13:45:00.000+00:00
Duration: 7 min 38 s
Description: Öğrenin, mikroakışkan kanal ve UV polimerizasyonu kullanarak önceden tasarlanmış şekilli mikrofiber üretimini. Bu yöntem, oda sıcaklığında çalışarak malzeme biliminde yeni uygulamalar sunar.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Darryl A. Boyd ve Michael A. Daniele, Ulusal Araştırma Konseyi Doktora Sonrası Bursiyerleridir. Çalışma ONR/NRL Çalışma Birimleri 4286 ve 9899 tarafından desteklendi. Görüşler yazarların görüşleridir ve ABD Donanması veya Savunma Bakanlığı'nın görüşünü veya politikasını temsil etmez.

Bu protokol, fotoinitiated thiol-yne tıklama kimyası kullanılarak içi boş bir lifin imalatını açıklar. Mikrokanet, kanalın altındaki ve üstündeki şekillendirme özellikleri olarak köşeli çift ayraç oluklarına veya "çizgilere" sahiptir (Şekil 1). Üç sıvı tanıtılır ve eşmerkezli akışlara yönlendirilir; içten dış sıvı akışlarına kadar, bunlar çekirdek, kaplama ve kılım sıvısı olarak adlandırılır. Sadece kaplama akışı içi boş lifi oluşturmak için polimerize edilir. Seçilen malzemeler şunlardır:
<ol type="a"><li>Çekirdek Sıvısı: PEG (M.W. = 400), ~100 mPa. sn (20 ºC)</li>
	<li>Kaplama Sıvısı: Thiol-yne Polimer (PETMP + ODY), Başlatıcı (DMPA)</li>
	<li>Kılım Sıvısı: PEG (M.W. = 400), ~100 mPa. sn (20 ºC)</li>
</ol>Mikrokanel cihazı, CNC frezeleme ve PDMS dökümü ile üretilen alüminyum ve plastik parçalardan monte edilmiştir. Mikro kanaldaki akış üç şırınga pompası tarafından kontrol edildi.
1. Mikrokanel Tasarımı ve Simülasyon
Mikrokanal içinde hem akışkan hızını hem de konveksiyon/difüzyonu hesaplarken, gelen her sıvıya uygun viskozitenin atanması kritik öneme sahiptir.
<ol><li>Hesaplamalı akışkanlar dinamiği yazılımına (COMSOL) aktarılmak üzere istenen mikrokanalin bir bilgisayar modelini oluşturun. Şekil 1'deki örnek Autodesk Inventor CAD yazılımı ile oluşturulmuştır. Aşağıdaki adımlar, bir mikro kanal içindeki sıvı akışının hesaplanması için COMSOL Multiphysics kullanımına atıfta bulunmaktadır.</li>
	<li>Tasarlanan mikrokananın COMSOL'a ithal edildikten sonra, Yinelemeli sıvı akış hızları Navier-Stokes çözücüye sokulabilir.<ol>
<li>Program ayarını başlatın ve 3D Laminar Flow+Convection/Difüzyon Denklemleri'ni seçin. Mikrokanellerde üretilen düşük Reynolds sayıları, cihaz içinde tam laminer akış sağlar.</li>
		<li>Sayısal hesaplamaların yapılması için sonlu eleman ağı tasarlayın. Mesh, özelliklerin hızla değiştiği alanlarda daha rafine olmalıdır (küçük bölmelere sahip olmalıdır). Ağın hem şekillendirme özelliğinde hem de çıkışta <1 μm yan uzunluğa kadar rafine edilmesi önerilir. Bu, çekirdek kılıma sıvısı arayüzünün "net" görselleştirilmesini sağlar.</li>
		<li>Akışkan akışı için giriş malzemesi özellikleri, yani viskozite, difüzyon sabiti ve konsantrasyon. Şu anda, çıkış akışı için sınır koşullarını da ayarlayın. Açık bir çıkışı simüle etmek için sıfır viskoz stres öneriyoruz.</li>
		<li>Bir dizi giriş akış hızı boyunca yinelemeli olarak bisiklete binerek akışkan akışı hızı çalışmalarını hesaplayın. Örneğin, çekirdek sıvı = 7,5 μl/dk, kılım sıvısı = 30 μl/dk.</li>
		<li>Mikrokanel akışının konveksiyon/difüzyon özelliklerini çözmek için hız alanı çözümlerini başlangıç değerleri olarak içe aktarın. Konveksiyon/difüzyon problemlerinin çözümü, çekirdek kılıf sıvısı arayüzünü gösterecek ve üretilen nihai sıvı akışının ve lifinin şeklini tahmin etmeye yardımcı olacaktır.</li>
	</ol>
</li>
</ol>Hesaplama sonuçlarından, istenen fiber şekline elde etmek için gerekli sayıda ve şekillendirme özelliklerinin türü tahmin edilebilir. Akışkan akış hızı girişleri, liflerin üretilmesi için gerekli akış hızlarıyla da ilişkili olacaktır. Bu tahminlerle polimer liflerin ekstrüzyonu için bir mikrokanal cihaz imal edilebilir.
2. Kılıt Akış Aparatı Bileşenlerinin İmalatı
Kılıf akış cihazının bileşenlerini oluşturmak için doğrudan mikromilling, sıcak kabartma ve/veya polimer dökümünün bir kombinasyonu kullanılabilir. Kaynaklara bağlı olarak, stratejiyi buna göre seçin. Sunulan örnek, Bilgisayar Sayısal Kodu (CNC) kullanan doğrudan bir frezeleme işlemidir.  Şekil 2: 1'de gösterilen beş katman vardır (yukarıdan aşağıya). Giriş aynası (alüminyum), 2. Sabitleme plakası (alüminyum), 3. Mikrokanal üst tabaka (döngüsel olefin koalimör, COC veya PDMS), 4. Mikrokanal alt tabaka (COC veya polieter eter ketonu, PEEK), 5. Sabitleme plakası (alüminyum). (Doğrudan frezeleme için örnek dosyalar Destek Bilgileri'nde *.stl biçiminde mevcuttur)
<ol><li>COMSOL simülasyonlarıyla uyumlu bir tasarım kullanarak, bilgisayar destekli taslak oluşturma (CAD) aracılığıyla sistemin 3D modelini geliştirin. Cihazın her katmanı için ayrı bir CAD dosyası oluşturun.</li>
	<li>Bir katman doğrudan mikromilling yoluyla üretilecekse, cihazı üretmek için bilgisayar sayısal kontrollü (CNC) freze tarafından yorumlanacak sayısal kod (NC) oluşturmak için CAD modellerini bilgisayar destekli bir işleme uygulamasına içe aktarın.</li>
	<li>En az 3,2 mm kalınlığında 30,5 cm × 30,5 cm kurbanlık tabaka malzemelerinden oluşan 5 yaprak elde edin.</li>
	<li>30,5 cm × 30,5 cm ve 3,2 mm kalınlığında COC, PEEK, alüminyum ve poli (metilasyonacrylate) her biri 1 yaprak alın.</li>
	<li>30,5 cm × 30,5 cm ve 9,5 mm kalınlığında 1 yaprak alüminyum elde edin.</li>
	<li>2.4-2.5 adımlarındaki sayfaların her birini çift taraflı yapıştırıcı ile 2.3. En fazla 2,5 cm dış bantlanmamış kenarlık olduğundan emin olun. Bant, frezelenirken iş malzemesini yerinde tutmaya ve frezelenmiş parça değirmen döngüsünün sonunda stok malzemesinden kesildikten sonra korumaya yarar.</li>
	<li>COC + kurban stoğunu CNC Değirmeni'nin masasına sabitleyin, sayısal kodda (NC) belirtilen araçları yükleyin ve aletleri ve stok (iş) malzemelerini x, y ve z olarak kalibre edin.</li>
	<li>NC kodunu yükleyin ve COC katmanını frezeleyin.</li>
	<li>Malzeme tabakasını değirmenden çıkarın ve işlenmiş parçayı substrattan dikkatlice çıkarın. Bu işlem sırasında, freze soğutma sıvısı parçayı ve stoğu doyuracaktır. Parçayı hafifçe çıkarmadan önce iyice durulayın. Hafif bir deterjanla yıkayın, ardından% 70 izopropil alkolle yıkayın. Hafif deterjan yağlı kalıntıları giderir ve alkol artık yapıştırıcıyı giderir. Çapaklar mikro mimarisinde sıkışıp kalırsa, onları yerinden çıkarmak için sonication gerekebilir.</li>
	<li>Kılım akış aygıtını oluşturmak için kullanılacak diğer katmanların her biri için 2.7 ve 2.9 adımlarını yineleyin.</li>
	<li>PMMA katmanı dışında, bu noktaya kadar hazırlanan katmanların her biri doğrudan cihazda kullanılacaktır. PMMA, 10 parça Sylgard 184 tabanını 1 parça kürleme maddesi ile birleştirerek ve karıştırarak iyice karıştırarak pdms katmanı hazırlamak için kullanılacaktır. Bu bilgiler, COC katmanlarından birini conta benzeri PDMS malzemesiyle değiştirmeyi tercih eder diye sağlanır.</li>
	<li>Sylgard 184'ü daha önce hazırlanan PMMA kalıp boşluğuna dökerek hava kabarcıklarının ortadan kaldırılmasını sağlayın. Gerekirse, kabarcıklar bir vakumda çıkarılabilir. PDMS oda sıcaklığında 48 saat, 100 °C'de 45 dakika, 125 °C'de 20 dakika veya 150 °C'de 10 dakika kürlenebilir.</li>
</ol>3. Kılıt Akış Aparatı Montajı
<ol><li>Bir sabitleme plakasını alta, ardından COC katmanını ve ardından diğer COC katmanını ve kalan sabitleme plakasını(Şekil 2)yerleştirerek kılım akış cihazını aşağıdan yukarıya monte edin. Şekillendirme oluklarının kanalın kenarları boyunca birbiriyle hizalanıp hizalanıp COC katmanlarındaki sıvı şekillendirme geometrilerinin mükemmel bir şekilde üst üste geldiğinden emin olun. Hizalamaya yardımcı olmak için bir diseksiyon mikroskobu kullanılabilir.</li>
	<li>Cıvataları cihazın ortasına yerleştirin ve cihazı birbirine sıkıştırmak için somunları ve cıvataları elle sıkın.</li>
	<li>Merkezin solundan sağuna değiştirerek, hizalamayı kilitlemek ve sızıntıları önlemek için 3.2 adımını merkezden dışarı doğru tekrarlayın. Montaj deliklerine ulaşıldığında giriş mandrenini ekleyin ve vidaları alternatif bir şekilde monte etmeye devam edin.</li>
	<li>Kılım akış cihazını kılım sıvısı ve prepolimer çözeltisi içeren boru ve şırınglara arayüz yapmak için standart HPLC bağlantı parçalarını kullanın. El sıkma tüm bağlantılar için yeterlidir.</li>
	<li>Cihazı bir halka standı ve kelepçe kullanarak dikey olarak monte edin. Cihazın en üstteki bir düzey kullanarak dikey olduğundan emin olun. Kılım akış cihazı dikey değilse, lif mikrokanel duvarına dokunabilir ve tıkanmaya neden olabilir.</li>
	<li>UV kaynağını kılıf akış cihazının COC yüzünden dik olarak ~1 cm yerleştirin, böylece mikrokanalın son 3-5 cm'si ışınlanır. UV kaynağı ~200 mW/cm2teslim etmek için kalibre edilmelidir.</li>
</ol>4. Çözüm Hazırlama
Daha önce de belirtildiği gibi, benzer protokoller ve kılıf akış sistemleri kullanılarak mikrofiber oluşturmak için birçok malzeme kullanılabilir, ancak burada tiyol-yne kimyası kullanılır. Depolamada zamanla oluşabilecek viskozite artışını önlemek için fiber ekstrüzyon işlemine başlamadan hemen önce prepolimer çözeltisini hazırlayın.
<ol><li>Kılıf sıvısı olarak hizmet etmek için bir aliquot polietilen glikol 400 (PEG 400) hazırlayın.</li>
	<li>1 ml Luer uçlu bir şırınnayı PEG 400 ile doldurarak sulandırılamaz bir çekirdek sıvısı olarak hizmet edin ve kılım sıvısı olarak hizmet etmek için 30 ml Luer uçlu bir şırınnayı PEG 400 ile doldurun.</li>
	<li>0.01 mol pentaerythritol tetrakis 3-mercaptopropionate (PETMP) ve 0.01 mol 1,7-oktadiyne (ODY) içeren bir prepolimer çözeltisi hazırlayın. İki bileşenin deney boyunca iyi karıştığından emin olun, tüm prepolimer reaktiflerin ortam ışığı da dahil olmak üzere UV ışık kaynaklarına maruz kalmasını en aza indirin(örneğin şırınnaları folyo ile sarın).</li>
	<li>PETMP / ODY çözeltisini 4 x 10-4 mol 2,2-disetoksi-2-fenilosetophenon (DMPA) fotoinatörü ile destekleyin. Kapları alüminyum folyo ile kaplayarak çözeltilerin iyi karıştırıldığından ve UV ışığına maruz kalmadıklarından emin olmaya devam edin.</li>
	<li>5 ml alüminyum folyo sarılı, Luer uçlu şırınnayı prepolimer çözeltisi ile yükleyin.</li>
</ol>5. Mikrofiber Üretimi (Video Odağı)
<ol><li>Mikroakışkan kanalın çıkışının toplama banyosundaki bir çözelti ile temas halinde olduğundan emin olun (Şekil 3). Karmaşık yapılar için, toplama banyosundaki çözelti, çekirdek ve kılıfet sıvılarıyla viskozite ile eşleştirilmelidir, ancak basit içi boş lifler için su yeterlidir.</li>
	<li>Çekirdek, kaplama ve kılıf sıvı şırınna pompalarını sırasıyla 1, 30 ve 120 μl/dak'a demlenmeye ayarlayın. İlgili şırınd çaplarının şırınna pompalarına düzgün bir şekilde girilmiş olduğundan emin olun.</li>
	<li>Şırınnaları ilgili şırınna pompalarına monte edin ve UV koruyucu Tygon boru ile kılıt akış cihazına bağlayın.</li>
	<li>Kılım akış cihazını astarlamak ve sistemdeki havayı ortadan kaldırmak için kılım sıvısını başlatın. Mikrokanalı görsel olarak inceleyin, bir sonraki adıma geçmeden önce mikro kanal içinde hava kabarcıklarının kalmamasını sağlayın. Çizgilere özellikle dikkat edin. Mikrokanel muayenesine yardımcı olmak için bir diseksiyon mikroskobu kullanılabilir. Hava kabarcıkları varsa, hava kabarcıklarını cihazdan temizlemek için akış altındayken hafifçe döndürerek ve/veya dokunarak cihazı ajite edin.</li>
	<li>Kaplama sıvısını başlatın, ayrıca akışın stabilize olmasını sağlar. Bir sonraki adıma geçmeden önce mikro kanal içinde hava kabarcıklarının kalmadığından emin olun. Şekillendirme oluklarına özellikle dikkat edin. Hava kabarcıkları varsa, hava kabarcıklarını cihazdan temizlemek için akış altındayken cihazı ajite edin.</li>
	<li>Son olarak, çekirdek sıvısını başlatın; yine, kabarcıkların sistemde bulunmadığından emin olun.</li>
	<li>UV kaynağını açın ve kılıf sıvısı ile dışarı atıldığı için içi boş mikrofiberin(Şekil 4A)sürekli üretimi için toplama banyoyu gözlemleyin. Değiştirilmiş bir spatula veya aşılayan bir döngü kullanarak toplama banyosundan lifi alın ve sürekli lifin motorlu bir makadırda toplanmasına izin verin (Şekil 3).</li>
</ol>

<ol><li>Khademhosseini, A., Langer, R., Borenstein, J., Vacanti, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microscale+technologies+for+tissue+engineering+and+biology%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Natl.+Acad.+Sci.+U.S.A%22%5BJournal%5D)">Microscale technologies for tissue engineering and biology.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 103, 2480-2487 (2006).</li>
<li>Blond, D., McCarthy, D. N., Blau, W. J., Coleman, J. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Toughening+of+artificial+silk+by+incorporation+of+carbon+nanotubes%5BTitle%5D)+AND+%22Biomacromolecules%22%5BJournal%5D)">Toughening of artificial silk by incorporation of carbon nanotubes.</a> Biomacromolecules. 8, 3973-3976 (2007).</li>
<li>Aykut, Y., Saquing, C. D., Pourdeyhimi, B., Parsons, G. N., Khan, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Templating+quantum+dot+to+phase-transformed+electrospun+TiO%282%29+nanofibers+for+enhanced+photo-excited+electron+injection%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Appl.+Mater.+Interfaces%22%5BJournal%5D)">Templating quantum dot to phase-transformed electrospun TiO(2) nanofibers for enhanced photo-excited electron injection.</a> ACS Appl. Mater. Interfaces. 4 (2), 3837-3845 (2012).</li>
<li>Puigmarti-Luis, J., Schaffhauser, D., Burg, B. R., Dittrich, P. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Microfluidic+Approach+for+the+Formation+of+Conductive+Nanowires+and+Hollow+Hybrid+Structures%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">A Microfluidic Approach for the Formation of Conductive Nanowires and Hollow Hybrid Structures.</a> Adv. Mater. 22, 2255-22 (2010).</li>
<li>Edie, D. D., Fox, N. K., Barnett, B. C., Fain, C. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Melt-spun+noncircular+carbon-fibers%5BTitle%5D)+AND+%22Carbon%22%5BJournal%5D)">Melt-spun noncircular carbon-fibers.</a> Carbon. 24, 477-482 (1986).</li>
<li>Park, S. J., Seo, M. K., Shim, H. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+fiber+shapes+on+physical+characteristics+of+non-circular+carbon+fibers-reinforced+composites%5BTitle%5D)+AND+%22Mater.+Sci.+Eng.+A+Struct%22%5BJournal%5D)">Effect of fiber shapes on physical characteristics of non-circular carbon fibers-reinforced composites.</a> Mater. Sci. Eng. A Struct. 352, 34-39 (2003).</li>
<li>Haile, W. A., Phillips, B. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Deep+grooved+polyester+fiber+for+wet+lay+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Tappi%22%5BJournal%5D)">Deep grooved polyester fiber for wet lay applications.</a> Tappi. 78, 139-142 (1995).</li>
<li>Yamada, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Radiative+properties+of+fibers+with+non-circular+cross+sectional+shapes%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Quant.+Spectrosc.+Ra%22%5BJournal%5D)">Radiative properties of fibers with non-circular cross sectional shapes.</a> J. Quant. Spectrosc. Ra. 73, 261-272 (2002).</li>
<li>Kopp, V. I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chiral+fiber+gratings%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Chiral fiber gratings.</a> Science. 305, 74-75 (2004).</li>
<li>Thangawng, A. L., Howell, P. B., Richards, J. J., Erickson, J. S., Ligler, F. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+simple+sheath-flow+microfluidic+device+for+micro%2Fnanomanufacturing%3A+fabrication+of+hydrodynamically+shaped+polymer+fibers%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">A simple sheath-flow microfluidic device for micro/nanomanufacturing: fabrication of hydrodynamically shaped polymer fibers.</a> Lab Chip. 9, 3126-3130 (2009).</li>
<li>Thangawng, A. L., Howell, P. B., Spillmann, C. M., Naciri, J., Ligler, F. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((UV+polymerization+of+hydrodynamically+shaped+fibers%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">UV polymerization of hydrodynamically shaped fibers.</a> Lab Chip. 11, 1157-1160 (2011).</li>
<li>Thangawng, A. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+hard+microflow+cytometer+using+groove-generated+sheath+flow+for+multiplexed+bead+and+cell+assays%5BTitle%5D)+AND+%22Anal.+Bioanal.+Chem%22%5BJournal%5D)">A hard microflow cytometer using groove-generated sheath flow for multiplexed bead and cell assays.</a> Anal. Bioanal. Chem. 398, 1871-1881 (2010).</li>
<li>Mott, D. R., Howell Jr,, B, P., Obenschain, K. S., Oran, E. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Numerical+Toolbox%3A+An+approach+for+modeling+and+optimizing+microfluidic+components%5BTitle%5D)+AND+%22Mech.+Res.+Commun%22%5BJournal%5D)">The Numerical Toolbox: An approach for modeling and optimizing microfluidic components.</a> Mech. Res. Commun. 36, 104-109 (2009).</li>
<li>Mott, D. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Toolbox+for+the+design+of+optimized+microfluidic+components%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Toolbox for the design of optimized microfluidic components.</a> Lab Chip. 6, 540-549 (2006).</li>
<li>Howell Jr,, B, P., Ligler, F. S., Shields, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sheath+fow+device+and+method%5BTitle%5D)+AND+%22United+States+patent+US20110193259%22%5BJournal%5D)">Sheath fow device and method.</a> United States patent US20110193259. , (2011).</li>
<li>Howell, P. B., Ligler, F. S., Shields, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Creating+sheathed+flow+for+applications+e.g.+particle+counting%2C+by+introducing+sheath+and+core+streams+at+proximal+end+of+channel+that+creates+multiple+sheathed+flows%2C+and+polymerizing+multiple+sheathed+flows+to+form+multiple+fibers%5BTitle%5D)+AND+%22United+States+patent+US2011193259-A1%22%5BJournal%5D)">Creating sheathed flow for applications e.g. particle counting, by introducing sheath and core streams at proximal end of channel that creates multiple sheathed flows, and polymerizing multiple sheathed flows to form multiple fibers.</a> United States patent US2011193259-A1. , (2009).</li>
<li>Mott, D., Howell Jr,, B, P., Ligler, F. S., Fertig, S., Bobrowski, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sheath+flow+device+and+method%5BTitle%5D)+AND+%22United+States+patent+US20090208372%22%5BJournal%5D)">Sheath flow device and method.</a> United States patent US20090208372. , (2009).</li>
<li>Daniele, M. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rapid+and+continuous+hydrodynamically+controlled+fabrication+of+biohybrid+microfibers%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Funct.+Mater%22%5BJournal%5D)">Rapid and continuous hydrodynamically controlled fabrication of biohybrid microfibers.</a> Adv. Funct. Mater. 23, 698-704 (2012).</li>
<li>Howell, P. B., Mott, D., Golden, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Numerical+toolbox+for+design+of+fluidic+components+and+systems%5BTitle%5D)+AND+%22United+States+patent+US20080221844%22%5BJournal%5D)">Numerical toolbox for design of fluidic components and systems.</a> United States patent US20080221844. , (2008).</li>
<li>Shields, A. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hydrodynamically+directed+multiscale+assembly+of+shaped+polymer+fibers%5BTitle%5D)+AND+%22Soft+Matter%22%5BJournal%5D)">Hydrodynamically directed multiscale assembly of shaped polymer fibers.</a> Soft Matter. 8, 6656-6660 (2012).</li>
<li>Boyd, D. A., Shields, A. R., Naciri, J., Ligler, F. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hydrodynamic+shaping%2C+polymerization%2C+and+subsequent+modification+of+thiol+click+fibers%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Appl.+Mater.+Inter%22%5BJournal%5D)">Hydrodynamic shaping, polymerization, and subsequent modification of thiol click fibers.</a> ACS Appl. Mater. Inter. 5, 114-119 (2012).</li>
<li>Daniele, M. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rapid+and+Continuous+Hydrodynamically+Controlled+Fabrication+of+Biohybrid+Microfibers%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Funct.+Mater%22%5BJournal%5D)">Rapid and Continuous Hydrodynamically Controlled Fabrication of Biohybrid Microfibers.</a> Adv. Funct. Mater. 23, 698-704 (2013).</li>
<li>Boyd, D. A., Shields, A. R., Howell, P. B., Ligler, F. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Design+and+fabrication+of+uniquely+shaped+thiol-ene+microfibers+using+a+two-stage+hydrodynamic+focusing+design%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Design and fabrication of uniquely shaped thiol-ene microfibers using a two-stage hydrodynamic focusing design.</a> Lab Chip. 13, 3105-3110 (2013).</li>
</ol>

Referanslarda listelenen patentler Deniz Kuvvetleri Bakanlığı'ndan<a href="http://www.nrl.navy.mil/doing-business/tech-transfer/">(http://www.nrl.navy.mil/doing-business/tech-transfer/)</a>lisans alınabilir.

Polimer liflerin kılım akışı yaklaşımını kullanarak imalatı, diğer lif imalat tekniklerine göre birden fazla avantaja sahiptir. Bu avantajlardan biri, çeşitli reaktif kombinasyonlarını kullanarak lifler üretebilme yeteneğidir. Burada belirli bir tiyol-yne kombinasyonu sunulmasına rağmen, diğer birkaç tiol tıklaması (thiol-ene dahil) kimya kombinasyonları eşit derecede iyi çalışır. Kılım çözeltisi polimerize edilecek çekirdek malzeme ile yanıltıldığı sürece lif üretmek için çok çeşitli kombinasyonlar kullanılabilir. Bu katkı maddelerinin prepolimer çözeltisinin viskozitesine katkıları dikkate alındığı sürece nanofiberler, parçacıklar ve hücreler gibi inklüzyonlar da mümkündür.
Tiyol tıklama kimyası, tiyol grubuna sahip bir kompleksin UV ışık fotopolimerizasyonu ile alkene (çift bağ) veya alkin (üçlü bağ) fonksiyonel grubu olan bir komplekse kurcalanabilir olduğu tıklama kimyası ailesinin bir alt kümesidir. Alkenes içeren reaksiyonlar thiol-ene reaksiyonları olarak, alkinleri içeren reaksiyonlar ise thiol-yne reaksiyonları olarak adlanır. Bir pi bağı (bir alkene veya alkinden) UV ışık ışınlanması üzerine bir tiyol grubuna bağlanır. İşlem, tıklama reaksiyon ailesine iyi uyum sağlar ve mikroakışkan kanalımızda çok sayıda tiyol tıklama başlangıç bileşeninden çeşitli şekillerde(örneğin yuvarlak, kurdele şeklinde, çift çapa) lifler üretmek için etkili bir şekilde kullanılmıştır.
Burada özetlenen yöntemin diğer benzer süreçlerin çoğuna kıyasla özel bir avantajı, üretilen liflerin hem şeklini hem de boyutunu kontrol etme yeteneğidir (Şekil 4A-H). Çizgili, köşeli çift ayraçlı veya herringbonlu bir kanal tasarlayarak, üretilen lif farklı bir kesit şekline sahip olacaktır. Genel olarak, şeritler yuvarlak şekiller üretmek veya daha önce şekillendirilen akışları tamamen çevrelemek ve polimerizasyondan önce kanal duvarlarından uzaklaştırmak için ek kılı kılı kılıt akışlarının tanıtılması için yararlıdır. Köşeli çift ayraçlar, yatay simetriyi koruyarak şekilli akışın ortasındaki dikey boyutu azaltır. Herringbonlar, şekilli akışın bir tarafının dikey boyutunu azaltarak asimetri üretir. Bu şekillendirme araçları sayısız kombinasyon halinde karıştırılabilir. Eşdeğer özelliklerin sayısı(yani 7 köşeli çift ayraç ve 10 köşeli çift ayraç) farklı kesit profillerine sahip lifler üretmek için de kullanılabilir.
Lif şeklini kontrol etme yeteneğine ek olarak, sunulan lif imalat metodolojisi, tek bir kılıf akış tertibatı kullanarak bile üretilen liflerin boyutunu kontrol etme yeteneğine sahiptir(örneğin Şekil 1). Kılıma:çekirdek akış hızı oranının ayarlanması, farklı kesit alanlarına sahip liflerin imalatının bir yoludur. Kanal tasarımını ek kılıf aşamalarına sahip olacak şekilde ayarlayarak fiberin boyutunu kontrol etmek de mümkündür. Şekillendirme ister bir veya daha fazla aşamada gerçekleşse de, şekli değiştirmeden çekirdeğin boyutunu küçültmek için basit bir son aşama kullanılabilir.
Bu mikroakışkan kanal tasarımını kullanarak çeşitli şekil ve boyutlarda lifler üretmek için çok sayıda reaktif kombinasyonunun kullanılabilme kolaylığı, doku mühendisliğinden optik iletişime ve akıllı tekstillere kadar çok çeşitli uygulamalarda yararlı olacaktır.

Doku iskeleleri1,kompozit malzemeler2,optik iletişim3ve iletken hibrid malzemeler4 özel polimer lifleri kullanarak araştırma alanlarıdır. Lif üretimi için geleneksel yöntemler arasında eriyik ekstrüzyon, iplik, çizim, döküm ve elektrospinning sayar. Bu yöntemlerle üretilen polimer liflerinin çoğu, imalat sırasında polimer ve hava arasındaki yüzey geriliminden oluşan yuvarlak kesitler sergiler. Bununla birlikte, yönlendirilmemiş kesitlere sahip lifler kompozit malzemelerin mekanik özellikleriniartırabilir 5,6, yüzey alanı-hacim oranlarını artırabilir, ıslatma veya fitilleme7'yikontrol edebilir ve dalga kılavuzları8 veya polarizatörler9olarak kullanılabilir.
Başka bir akışı (çekirdek akışı) çevrelemek ve şekillendirmek için bir akış (kılıf akışı) kullanan mikroakışkan sistemler tarafından özel polimer liflerin üretimi, yüksek oranda tekrarlanabilir liflerin sürekli üretimi için hafif koşullar ve kapasite nedeniyle çekicidir. İlk deneyler, prepolimer ve kılıf sıvılarının bağıl akış hızlarına bağlı boyutlara sahip yuvarlak lifler üretti10-12. Mikroakışkan kanalın üst ve alt kısmındaki olukların, 13,14 çekirdek akışı için önceden belirlenmiş bir şekil üretmek için kılıfı saptırabileceğinin keşfi,10-12,15-17daha karmaşık lif şekilleri üretmek için teknolojiye yol açtı.
NRL araştırmacıları aşağıdaki kritik teknik özellikleri göstermiştir13-21:
<ol><li>Kılıfi sıvısını çekirdek akışını şekillendirmeye yönlendirmek için çeşitli şekillendirme özellikleri kullanılabilir: oluklar veya sırtlar çizgili, köşeli çift ayraç veya herringbon olarak yapılandırılabilir.</li>
	<li>Bu özelliklere sahip bir araç kutusu istenen akış sonucuyla eşlenebilir.</li>
	<li>Mikrokanetler litografi, kalıplama, frezeleme veya baskı teknikleri kullanılarak oluşturulabilir. Substrat malzemeler prepolimer veya kılıf çözeltilerinde çözülmemeli veya aşındırılmamalı ve fotoinitiated polimerizasyonlar için dış katmanlar ultraviyole ışığa şeffaf olmalıdır.</li>
	<li>Tek bir şekillendirme özelliği kümesi tarafından oluşturulan şekil, kanal üzerinden akış hızları değiştirilerek değiştirilebilir. COMSOL Mikrokanellerdeki sıvı akışının multifizik simülasyonları, elde edilen sıvı ve lif şekillerini tahmin edebilir.</li>
	<li>Kılıf ve çekirdek sıvılarının viskozitesi ve fazının (hidrofiliklik) eşleşmesi, sıvı arayüzü boyunca kesme suşundaki değişimden kaynaklanan bükülme tipi kararsızlığını önlemek için kritik öneme sahiptir. Büyük bir viskozite veya faz uyuşmazlığı varsa viskoz bükülme meydana gelebilir, muhtemelen son lif şeklini deforme edebilir veya hatta mikrokananı tıkayabilir.</li>
	<li>Lifler döküm veya polimerizasyon ile oluşturulabilir, ancak polimerizasyon şekil üzerinde daha fazla kontrol sağlar.</li>
	<li>Polimerizasyon (çekirdek sıvının katılaşması) mikrokanalden çıkmadan önce gerçekleşmelidir. Bununla birlikte, kanal içindeki daha yavaş polimerizasyon viskozitede bir artışa, lif şeklinin artmasına ve hatta kanalın tıkanmasına neden olabilir. Polimerizasyon olaylarının zamanı ve yeri dikkatle kontrol edilmelidir.</li>
	<li>Hızlı reaksiyon kinetiği nedeniyle, fotoğraf kaynaklı serbest radikal polimerizasyonları, özellikle tiyol bazlı tıklama kimyaları, özellikle lif üretimi için çok uygundur.</li>
	<li>Göreli akış hızları, nonuniform fiber çapları oluşturmak için imalat sırasında değiştirilebilir.</li>
	<li>Aşağıdaki nedenlerden dolayı birden fazla şekillendirme özelliği grubu tek bir kanala entegre edilebilir:<ol type="a">
<li>Şekillendirme ve boyutlandırma işlevlerini ayırmak için</li>
		<li>Çok katmanlı veya içi boş lifler oluşturmak için</li>
		<li>Tek bir mikroakışkan kanaldan birden fazla lif üretmek için</li>
	</ol>
</li>
	<li>Polimere çok düşük konsantrasyonlarda dahil edilen sıvı kristal mezojenler polarize ışık altında birefringence gösterir, bu da polimer moleküllerinin liflerin ekseni boyunca hizalanabileceğini düşündürmektedir.</li>
	<li>Hücreler biyouyumlu hidrojel prepolimerlere dahil edilebilir ve yüksek canlılık ile imalat sürecinde hayatta kalabilir22.</li>
</ol>Bir prepolimer akışını şekillendirmek için bir kılıfiz akışı ile hidrodinamik odaklama kullanarak polimer lifleri imal ederken, polimer malzemelerin seçimi pratik bir ilk adımdır. Uygun polimerler, karşılık gelen başlatıcı kimyalar ve kılım sıvıları aşağıdaki kılavuzlar içinde tanımlanmalıdır:
<ol><li>Polimer ve kılıfet sıvıları yanılgıya kaptır ve benzer viskoziteye sahip. Örneğin, sulu bir monomer çözeltisi suyu canlı bir kılım sıvısı olarak kullanabilir, ancak kılım sıvısı olarak heksanı kullanamaz.</li>
	<li>Polimerizasyon mekanizması, şekillendirdikten sonra ve lif kanaldan çıkmadan hemen önce çekirdek sıvıyı katılaştıracak kadar hızlı oranlı kinetiklere sahip olmalıdır.</li>
</ol>Malzemeler seçildikten sonra, istenen lif şeklini ve boyutunu oluşturmak için bir mikrokanel tasarlanmalıdır. Gerekli şekillendirme özelliklerini (şeritler, herringbones, köşeli çift ayraçlar) belirlemek için, akışkan akışkan akış modellerini tahmin etmek için hesaplamalı akışkanlar dinamiği yazılımı kullanılabilir. Şekillendirme özellikleri kılım sıvısını çekirdek sıvısının etrafına taşır. Genel olarak, şeritler kılım sıvısını kanalın üst ve alt kısmı boyunca bir taraftan diğerine taşırken, herringbonlar ve şeritler sıvıyı yanlardan kanalın üst ve/veya altına doğru uzaklaştırır ve daha sonra doğrudan yapının noktasının altındaki kanalın merkezine doğru geri döner. Kanalın üst ve alt kısmındaki tekrarlayan olukların sayısı kılım sıvısının yönlendirilme derecesini etkiler. Çekirdek ve kılım sıvısının akış hızlarının oranı da etkiye aracılık eder. COMSOL Multiphysics yazılımını kullanan simülasyonlar, kesit şeklini tahmin etmek için şekillendirme özelliklerinin ve akış hızı oranlarının etkileşimlerini değerlendirmede güvenilir olduğunu kanıtlamıştır. Bu simülasyonlar ayrıca, önerilen kanalın boyutu, viskozite ve akış hızları ile çekirdek ve kılıf arasındaki solutların yayılması hakkında yararlı bir içgörü sağlar.
Boyd ve ark.'da açıklanan "çift çapa" gibi karmaşık bir şekil isteniyorsa. 23, şekillendirme ve boyutlandırma işlevlerini ayırmak yararlıdır. Karmaşık bir şekil, bir dizi özellik ile oluşturulabilir ve daha sonra ikinci bir kılım akışının girişine yerleştirilen stratejik olarak yerleştirilmiş tek kanallı bir yapı, şeklini önemli ölçüde değiştirmeden polimerize edilebilir akışın kesit alanını azaltmak için kullanılabilir.
Karmaşık mikrokanel tasarımının başka bir örneği çok katmanlı lifler üretebilir. Bu tasarımda, sıralı şekillendirme özellikleri setleri ve ek kaplama sıvıları tanıtılmıştır. Bu eşmerkezli akışlar katı çekirdek kaplama liflerine veya içi boş borulara katılaştırılabilir. Bu cihazın bir örneği aşağıda sunulacaktır.
Mikroakışkan cihazın tasarımı seçildikten sonra, mikrokanel imalat süreci başlayabilir. Kullanılabilecek imalat aletleri arasında yumuşak litografi, CNC frezeleme, sıcak kabartma ve 3D baskı bulunur. Kullanılan aletlerden bağımsız olarak, mikroakışkan kanalın duvarına yanlışlıkla sokulan özelliklerin kılıf akışını da yönlendireceğini ve bu cihaz kullanılarak yapılan tüm liflerin kesit şeklinde yüksek oranda tekrarlanabilir sapmalara neden olabileceğini fark etmek önemlidir. Mikro kanal substrat malzemeleri de fiziksel olarak sağlam, kimyasal olarak hareketsiz ve UV hasarına dayanıklı olacak şekilde dikkatlice seçilmelidir. Örneğin, polidimetilsiloksan (PDMS) kolayca dökilebilir, conta benzeri contalar sağlar ve UV şeffaftır; PDMS, kanalın şeffaf üst kısmı için yararlıdır, ancak daha sertliğe ihtiyaç duyan kanalın kenarları ve alt kısmı için kullanışlı değildir.
Sonuç olarak, sıvı dinamiği simülasyonları tarafından tahmin edilen akış hızlarında uygun şekilde seçilmiş çekirdek ve kılıma sıvılarını tanıtarak, şekillendirme özellikleri uygun akışkan profilini oluşturacak ve aşağı akış UV kürleme lambası tasarlanan polimer liflerini katılaştıracaktır. Polimerize elyafların kanaldan sürekli ekstrüzyonu, sadece sıvı rezervuarlarının hacmi ile sınırlı uzunluklarda tekrarlanabilir lifler sağlayabilir.

<table><tbody><tr><td>Pentaeritritol tetrakis 3-merkaptopropionat</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>381462</td><td>Referanslara bakın</td></tr><tr><td>1.7-Oktadiyne</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>161292</td><td>Referanslara bakın</td></tr><tr><td>2,2-Dimetoksi-2-fenilasetofenon</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>196118</td><td>Referanslara bakın</td></tr><tr><td>Polietilen glikol 400</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>202398</td><td>Polietilen glikol 200 veya 600, dekstroz veya gliserol ikame edilebilir</td></tr><tr><td>Sylgard 184&nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>761036</td><td>QSIL 216, OptiTec 7020 veya GS RTV 615 ikame edilebilir</td></tr><tr><td><güçlü>Özel Ekipman Tablosu</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>MiniMill</td><td>Haas</td><td>MINIMILL</td><td>2.5 eksenli (veya daha yüksek) değirmeni yorumlayan herhangi bir NC kodu ikame edilebilir</td></tr><tr><td>Şırınga pompaları (3)</td><td>Harvard Aparatı</td><td>702212</td><td>İstenilen hacimsel akış hızlarını sağlamak üzere programlanabilen şırınga pompaları değiştirilebilir</td></tr><tr><td>Tygon boru (3 m)</td><td>Fisher Scientific</td><td>14-169-13A</td><td>NA</td></tr><tr><td>PEEK boru</td><td>Upchurch Scientific</td><td>1435</td><td>NA</td></tr><tr><td>HPLC bağlantı parçaları</td><td>Upchurch Scientific</td><td>1457</td><td>NA</td></tr><tr><td>BlueWave 200 Stand ve ışık kılavuzlu UV lambası</td><td>Dymax</td><td>38905; 38477; 39700</td><td>300-450 nm, >200 mW/cm2 sağlayan herhangi bir kılavuzlu UV kaynağı</td></tr><tr><td>500 ml beher</td> ile ikame edilebilir <td>Fisher Scientific</td><td>FB-100-600</td> Yaklaşık <td>olarak aynı boyut ve şekle sahip herhangi bir kap ikame edilebilir</td></tr><tr><td>Halka standı</td><td>Fisher Scientific</td><td>S47807</td><td>Şırınga pompalarının seviyesinin üzerine kelepçeli bir kılıf akış aparatı monte edebilen herhangi bir halka standı ikame edilebilir</td></tr><tr><td>Halka standı kelepçe tutucusu (2)</td><td>Fisher Scientific</td><td>S02625</td><td>Kelepçeleri tutabilen herhangi bir halka sehpa kelepçesi tutucusu değiştirilebilir</td></tr><tr><td>Halka standı kelepçeleri (2)</td><td>Fisher Scientific</td><td>02-216-352</td><td>Kelepçeli kılıf akış aparatını ve ışık kılavuzlarını tutabilen herhangi bir halka sehpa kelepçesi</td></tr><tr><td>1, 5 ve 60 ml ile değiştirilebilir Şırıngalar</td><td>Fisher Scientific</td><td>14-823-16H; 14-823-16D; 14-820-11</td><td>Bilinen iç çapa ve yeterli hacme sahip herhangi bir şırınga ikame edilebilir</td></tr><tr><td>Poli (metilmetakrilat) (3,2 mm)</td><td>McMaster-Carr</td><td>8560K239</td><td>Polikarbonat ve siklik olefin kopolimeri ikame edilebilir</td></tr><tr><td>Polieter eter keton (3,2 mm)</td><td>McMaster-Carr</td><td>8504K25</td><td>Solvente dayanıklı işlenebilir malzemeler ikame edilebilir</td></tr><tr><td>Alüminyum (3.2, 9.5 mm)</td><td>McMaster-Carr</td><td>1651T41; 9246K23</td><td>Gerektiği gibi diğer malzemeleri değiştirin</td></tr></tbody></table>

Önceden tasarlanmış boyut ve Şekle sahip polimerik ve biyohidred elyafların mikroakışkan İmalatı

Microfluidic Fabrication of Polymeric and Biohybrid Fibers with Predesigned Size and Shape

Düşük Reynolds sayısındaki mikroakışkan bir kanaldan geçen bir "kılıf" sıvısı başka bir "çekirdek" akışı etrafında yönlendirilebilir ve şekli ve çekirdek akışının çapını dikte etmek için kullanılabilir. Mikroakışkan bir kanalın üst ve alt kısmındaki oluklar kılıf sıvısını yönlendirmek ve çekirdek sıvısını şekillendirmek için tasarlanmıştır. Kılıf ve çekirdek sıvılarının viskozitesi ve hidrofilizitesi eşleştirilerek, interfasiyal etkiler en aza indirilir ve karmaşık sıvı şekilleri oluşturulabilir. Kılım ve çekirdek sıvılarının göreli akış hızlarının kontrol altına uzaklıkları, çekirdek sıvının kesit alanını belirler. Lifler 300 nm ila ~1 mm arasında değişen boyutlarda üretilmiştir ve fiber kesitler çift çapa liflerinde olduğu gibi yuvarlak, düz, kare veya karmaşık olabilir. Çekirdek sıvının şekillendirme bölgesinden aşağı doğru polimerizasyonu lifleri katıleştirir. Fotoinitiated tıklama kimyaları, ultraviyole ışıkla ışınlama ile çekirdek sıvısının hızlı polimerizasyonu için çok uygundur. Sıvı kristaller, poli (methylmethacrylate), tiyol-ene ve tiol-yne reçineleri, polietilen glikol ve hidrojel türevleri dahil olmak üzere çok çeşitli şekillere sahip lifler polimerler listesinden üretilmiştir. Şekillendirme işlemi sırasında minimum kesme ve hafif polimerizasyon koşulları, imalat sürecini hücrelerin ve diğer biyolojik bileşenlerin kapsüllenmesi için de çok uygun hale getirir.

İçi boş lifler oluşturmak için şekillendirme olukları ve üç çözelti girişi kullanılarak basit bir 2 aşamalı tasarım kullanılmıştır (Şekil 1). COMSOL simülasyonları, istenen kesit boyutunu elde etmek için uygun akış hızı oranlarını belirlemek için kullanılmıştır (Şekil 1, ESI Video). Frezeleme ve kalıplama kombinasyonu, lifleri imal etmek için kılı kılıba akış tertibatı için bileşenler üretti (Şekil 2). Komple montaj kılıfta akış cihazı, fiber optik bağlantılı UV lazer, üç şırıng pompası, bir toplama banyosu (beher) ve bir fiber toplama makarası(Şekil 3)içeriyordu.
Kaplama malzemesinin polimerizasyonu UV ışık kaynağı tarafından başlatıldı ve içi boş lifler mikrokanaldan toplama banyosuna ekstrüde edildi. Lif oluştu ve UV ışığı kapatılana kadar sürekli toplandı. Lif üretimi dakikalarca devam etti ve bir metre uzunluğunda tek bir lif üretti. Bu koşullar altında yapılan liflerin çapı yaklaşık 200 μm'dir. Fiberlerin yapısı optik ve elektron mikroskopisi kullanılarak görselleştirildi. Lifler içi boş bir çekirdeğe sahip oval bir şekle sahipti. Kılcal etki, lifin iç kısmına sıvı ve kabarcıklar sokmak için kullanıldı ve içi boş yapının lifin uzunluğu üzerinde sürekli olduğunu doğruladı (Şekil 4A).
<img alt="Figure 1" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/50958/50958fig1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50958/50958fig1.jpg"> Şekil 1. Kılıfet akış cihazı tasarımı ve COMSOL verileri. Düz oluklu iki bölümlü imalat cihazı, içi boş bir lif üretmek için seçildi (x ekseni 45 ° etrafında döndürüldü). Soldaki COMSOL simülasyonları, çekirdek:kaplama:kılıma akış hızı oranlarının (her simülasyonun altındaki sayılar) içi boş liflerin son boyutunu nasıl etkilediğini gösterir. Mikrokanel kesiti 1 mm x 0,75 mm'dir ve şeritler 0,38 mm genişliğinde ve 250 μm derinliğindedir. Şeritler kanala göre ∠45° seviyesindedir.
<img alt="Figure 2" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/50958/50958fig2highres.jpg" width="500"> Şekil 2. Kılıfi akış tertibatının patlatılmış görünümü. Yukarıdan aşağıya, (A) giriş mandreni, (B) sabitleme plakası, (C) mikrokanel kapağı, (D) mikrokanel tabanı, (E) sabitleme plakası. Bileşenler sırasıyla alüminyum, alüminyum, COC (veya PDMS), COC (veya PEEK) ve alüminyumdan üretilmiştir. Düzenli aralıklı delikler montaj vidalarını barındırır.
<img alt="Figure 3" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/50958/50958fig3highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50958/50958fig3.jpg"> Şekil 3. Düzen fotoğrafı ve şematik genel bakış. Kurulum, su banyosu içeren beher üzerine dikey olarak sabitlenmiş kılım akış tertibatı, fotopolimerizasyon için fiber optik lazer, üç şırıngam pompası ve polimer lifleri toplamak için mil içerir. Inset, UV aydınlatmalı imalat tertibatlarını gösterir. (A) Kılıf ve çekirdek girişleri, (B) mikroakışkan kanal, (C) UV ışığı, (D) toplama rezervuarı, (E) polimerize lif toplanmaktadır.
<img alt="Figure 4" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/50958/50958fig4highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50958/50958fig4.jpg"> Şekil 4. Hidrodinamik odaklama kullanılarak yapılan liflerin optik ve taramalı elektron mikrografi görüntüleri. Lifler hidrodinamik odaklama kullanılarak aşağıdaki şekillerde imal edilmiştir: (A) İçi boş tüpler, (B) Dikdörtgen şeritler, (C) İnce elastik kurdeleler, (D) Üçgenler, (E) Barbunyalar, (F) İnci dizisi, (G) Gömülü karbon nanofiberli yuvarlak lif ve (H) Çift bağlantılı şekilli. Lifler akrilatlar, metakrilatlar ve tiyol-enes dahil olmak üzere çeşitli malzemelerden yapılmıştır.
 <a href="/files/ftp_upload/50958/ESI_Video.mp4" target="_blank">ESI Video.</a> COMSOL Multiphysics'te üretilen dilim çizimi, mikrokanallerin bir yarısını çekirdek, kaplama ve kılıf sıvılarının cihaza girdiğini ve iki aşamalı akış değiştiren çapraz şeritli oluklardan geçiş yaptığını tasvir eder. Simüle edilen çekirdek, kaplama ve kılım akış hızları sırasıyla 1, 28 ve 256 μl/dk'dır. Video gerçek zamanlı olarak ~6 sn'yi temsil eder, açıklayıcı amaçlar için 6 kat yavaşladı.

Yivli bir mikroakışkan kanaldan geçen iki bitişik sıvı, bir prepolimer çekirdeğinin etrafında bir kılıf oluşturmaya yönlendirilebilir; böylece hem şekil hem de kesit belirlenir. Tiyol tıklama kimyası gibi fotoinitiated polimerizasyon, çekirdek sıvısını önceden belirlenmiş boyut ve şekle sahip bir mikrofiber haline hızlı bir şekilde katılaştırmak için çok uygundur.

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

A &#8220;sheath&#8221; fluid passing through a microfluidic channel at low Reynolds number can be directed around another &#8220;core&#8221; stream and ...

Aşağıdaki deneyin genel amacı, mikro fiberlerin üretimiyle gözlemlenen kompleks akışkan şekillendirmeyi göstermektir. Bu, önceden belirlenmiş bir kesit şekline sahip, gerçekleştirilebilir bir polimer çekirdek üretmek için belirli oluklara sahip bir mikroakışkan kanal birleştirilerek sağlanır. İkinci adım olarak, kanaldan geçtikten sonra şekillendirilecek ve polimerize edilecek bir ön polimer çözeltisi hazırlanır.Ardından, polimer malzemeyi polimerize etmek için kanalın alt kısmında UV ışığı açılır. Bu taramalı elektron mikrografları, üretilen çeşitli mikrofiber şekillerini göstermektedir. Benzer şekilde, bu tekniğin elektro eğirme ve eriyik eğirme gibi diğer mevcut yöntemlerle karşılaştırıldığında sunduğu avantajlar arasında; bu tekniğin oda sıcaklığında gerçekleştirilebilmesi ve çeşitli uygun polimer malzemelerle kullanılabilmesi yer almaktadır.Ayrıca, bu teknik yüksek voltaj gerektirmez. Yüksek sıcaklık ve ardından gelen hızlı soğutma sürelerine ihtiyaç duymaz ve nem gibi çevresel faktörlerin kontrol edilmesini de gerektirmez. Mikroakışkan fiber üretimi diğer bazı yöntemler kadar yaygın olmadığı için bu tekniğin görsel olarak gösterilmesi kritik önem taşımaktadır; aksi takdirde, görülmeden kavramsal olarak anlaşılması zor olabilir.Görsel olarak ise bu yöntem, polimer mikro fiberlerin üretimi için kullanılmıştır. Laboratuvarımızda aynı prensipler, mikro kan damarları gibi diğer sistemlerin geliştirilmesinde de kullanılmaktadır. Bu fikir, başlangıçta mikro karıştırıcıları ve mikroçip akış sitometrisi sistemlerini konfokal olarak gözlemlerken ortaya çıkmıştır.Sürdürülebilir, süslü enine kesitlerin geliştiğini gördük. Bir polimer çözeltisi ekleyerek, şekillerin fotopolimerizasyon yoluyla sürekli ve nispeten kolay bir şekilde sabitlenebileceğini öne sürdük. Prosedürü, laboratuvarımdan doktora sonrası araştırmacılar olan Michael Danielle ve Darrell Boyd gösterecekler.Öncelikle, alt kısma bir sabitleme plakası, ardından bir COC siklik olefin kopolimer tabaka ve son olarak kalan sabitleme plakasını yerleştirerek daha önce tasarlanmış kılıf akış cihazını aşağıdan yukarıya doğru monte edin. Şekillendirme kanallarının kanal kenarları boyunca birbiriyle hizalandığından ve COC tabakalardaki akışkan şekillendirme geometrilerinin tam olarak üst üste bindiğinden emin olun. Cihazın merkezinden cıvataları geçirin ve bir şarjlı tornavida kullanarak, merkezden sola ve sağa sırayla geçiş yaparak cihazı sıkıştırmak için somun ve cıvataları sıkın.Hizalamayı sabitlemek ve sızıntıları önlemek için önceki adımı merkezden dışarıya doğru tekrarlayın. Montaj deliklerine gelindiğinde giriş mandrenini ekleyin ve vidaları dönüşümlü bir şekilde takmaya devam edin. Ardından, kılıf akış cihazını tigon hortuma bağlayın.Standart HPLC bağlantı parçalarını kullanarak tüm bağlantıları manuel olarak sıkın, cihazı bir ring stand ve kıskaç yardımıyla dikey olarak monte edin ve cihazın en üst kısmındaki su terazisini kullanarak dikey konumda olduğundan emin olun. Ardından, mikro kanalın son üç ila beş santimetresinin ışınlanmasını sağlayacak şekilde UV kaynağını, kılıf akış cihazının COC yüzeyinden yaklaşık bir santimetre uzağa, dik olacak şekilde konumlandırın. Polimer olmayan çekirdek sıvı olarak kullanılmak üzere bir mililitrelik bir luer uçlu şırıngayı PEG 400 ile doldurun ve kılıf sıvısı olarak kullanılmak üzere 30 mililitrelik bir luer uçlu şırıngayı PEG 400 ile doldurun.Ardından, küçük bir vial içerisinde, taze hazırlanmış tiyol hattı solüsyonunu dört x 10⁻⁴ mol DMPA foto başlatıcı ile takviye edin. Yaklaşık iki dakikalık karıştırmanın ardından, beş mililitrelik, alüminyum folyoyla sarılmış alt uç şırıngasını ön polimer solüsyonu ile doldurun. Bunu takiben, mikroakışkan kanalın çıkışını su içeren bir toplama banyosuna yerleştirin.Çekirdek, kaplama ve kılıf sıvısı şırınga pompalarını sırasıyla 30 ve 120 µL/dk hızında infüzyon yapacak şekilde ayarlayın. Ardından, ilgili şırınga çaplarını şırınga pompalarına girin. Daha sonra şırıngaları karşılık gelen şırınga pompalarına monte edin ve bunları kılıf akış cihazına bağlayın.UV korumalı tigon tüplerle, kılıf akış cihazını hazırlamak ve sistemdeki havayı tahliye etmek için kılıf sıvığını başlatın. Bir sonraki adıma geçmeden önce, mikrokanalda hava kabarcığı kalmadığından emin olmak için mikrokanalı görsel olarak inceleyin ve özellikle şekillendirme kanallarına dikkat edin. Hava kabarcıkları mevcutsa, akış devam ederken cihazı döndürerek ve/veya hafifçe vurarak sarsarak kabarcıkları cihazdan dışarı atın.Kılıf sıvısını başlatın ve akışın stabilize olmasına izin verin. Mikrokanalı inceleyip hava kabarcıklarını temizledikten sonra, çekirdek sıvısını başlatın ve daha önce olduğu gibi sistemde kabarcık bulunmadığından emin olun. Son olarak, UV kaynağını açın ve içi boş mikrofiberin kılıf sıvısıyla birlikte dışarı atılırken sürekli üretildiğini toplama banyosundan gözlemleyin.Lifleri toplama banyosundan çıkarın; içi boş liflerin oluşturulması için şekillendirme kanallarına ve üç çözelti girişine sahip basit, iki aşamalı bir tasarım kullanılmıştır. İstenen kesit boyutunu elde etmek için uygun akış hızı oranlarını belirlemek amacıyla Comsol simülasyonlarından yararlanılmıştır. Liflerin üretimi için kılıf akış düzeneği bileşenleri, frezeleme ve kalıplamanın bir kombinasyonuyla üretilmiştir.Kaplama malzemesinin polimerizasyonu UV ışık kaynağı ile başlatılmış ve içi boş fiberler mikrokanaldan toplama banyosuna ekstrüde edilmiştir. Fiber üretimi dakikalarca devam etmiş ve bir metrenin üzerinde uzunluğa sahip tek bir fiber oluşturulmuştur. Bu koşullar altında üretilen fiberlerin çapı yaklaşık 200 mikrometreydi.Liflerin yapısı optik ve elektron mikroskobu kullanılarak görselleştirilmiştir. Lifler, içi boş bir çekirdeğe sahip oval bir şekle sahipti. Lifin iç kısmına sıvı ve kabarcıklar aktarmak için kılcallık etkisi kullanılmış ve böylece boş yapının lif boyunca kesintisiz olduğu doğrulanmıştır.Bu işlemde uzmanlaşıldığında, süreç toplam 45 dakika kadar kısa sürebilir. Buna kanalın kurulumu, solüsyon hazırlığı, fiber üretimi ve fiberlerin toplanması için geçen süreler dahildir. Bu videoyu izledikten sonra, içi boş mikrofiberler üretmek için mikroakışkan bir kanalın nasıl tasarlanacağı ve monte edileceği konusunda iyi bir anlayışa sahip olmalısınız.Tehlikeli kimyasallar ve UV ışınımı ile çalışırken, her zaman kişisel koruyucu ekipmanlarınızı kullanmanız gerektiğini unutmayın.

microfluidic-fabrication-polymeric-biohybrid-fibers-with-predesigned

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Biyomühendislik

Özellikle proteinleri ile etkileşim yeteneğine fonksiyonel grupları ile dekore nanoelyaflar hazırlamak için etkili bir yaklaşım tarif edilmektedir. Yaklaşım, ilk olarak uygun bir fonksiyonel grup ile fonksiyonelleştirilmiş bir polimerin hazırlanmasını gerektirmektedir. Işlevsel polimer elektroeğirme nanoelyaflar içine imal edilir. Bir protein ile nanoliflerden bağlanma etkinliği konfokal mikroskopi ile incelenmiştir.

Biofunctional Nanoliflerin Yapımı İçin Prosedür

Burada, biz 3 eksenli dağıtım sistemi vasıtasıyla otomatik direkt yazma prosedürü yoluyla üretilen özgürce askıya mikron / alt mikron ölçekli polimer lifler ve "web-like" yapılar imal etmek için bir protokol mevcut.

Asma Micron / Sub-mikron Ölçeği Fiber Yapıların 3-D Doğrudan Yazma Robotik Dağıtım Sistemi aracılığıyla Prescribed

Polidimetilsiloksan (PDMS) içinde iki mikrokanal arasında nanoakışkan bir bağlantı oluşturmak için silika kolloidal nanopartiküllerin basit bir kendi kendine montaj tekniği öneriyoruz. Bu teknik kullanılarak, bir mikrokanalın içine ~ 45 nm'ye kadar gözenek boyutuna sahip nano gözenekli bir boncuk zarı inşa edildi ve DNA örneklerinin elektrokinetik ön konsantrasyonuna uygulandı.

Kolloidal Parçacıkların Öz-Montaj Süreci yoluyla PDMS mikroakışkan Chip Sub-50 Nm Nanofluidic Junctions oluşturma

İletişim kuralları hydrazone toplu ölçek, microscale ve Nano, ikincisi jel nano tanecikleri ve nanofibers hazırlanması için polimer reaksiyonlar, cross-linking göre parçalanabilir thermoresponsive hydrogels imalatı için açıklanmıştır.

Parçalanabilir Thermoresponsive Hydrogels birden fazla uzunluğu ölçeklerde yolu ile reaktif ekstrüzyon, havacilik, kendinden montajlı imalatı ve Electrospinning

Bu protokol, poli(etilen glikol) diakrilat (PEGDA) hidrojellere gömülü vasküler türetilmiş, biyomimetik mikroakışkan ağları üretmek için görüntü kılavuzlu, lazer tabanlı hidrojel bozunmasının uygulanmasını ana hatlarıyla belirtir. Bu biyomimetik mikroakışkan sistemler, doku mühendisliği uygulamaları, in vitro hastalık modellerinin oluşturulması ve gelişmiş "çip üzerinde" cihazların üretilmesi için yararlı olabilir.

Vasküler kaynaklı mikroakışkan Ağların görüntü kılavuzluğunda, Lazer tabanlı Fabrikasyon

UV-crosslinkable hydrogels işlemek için bir katkı üretim stratejisi geliştirmiştir. Bu strateji microfabricated hidrojel yapıları katman katman Meclisi hem de, bağımsız bileşenler Meclisi tümleşik aygıtlar için manyetik çalıştırma duyarlı hareket bileşenleri içeren verimli sağlar.

Teknik hidrojel tabanlı Micromachines manyetik olarak duyarlı bileşenleri ile Facile ve hızlı üretim için üretim bir katkı

Kanalları polydimethylsiloxane mikrosıvısal aygıt içinde gömülü dikdörtgen olmayan bölümlerin imalatı için çeşitli yöntemler kullanılabilir. Bunların çoğu multistep üretim ve geniş hizalama içerir. Bu yazıda, bir tek adımlı yaklaşım farklı geometrik kesitleri mikrosıvısal kanal imalatı için polydimethylsiloxane sıralı ıslak gravür tarafından bildirilmektedir.

Polydimethylsiloxane mikrosıvısal kanalları sıralı ıslak gravür işlemler tarafından farklı geometrik bölümlerin imalatı tek adımlı yaklaşım

Burada, açıklar gerilebilir, Çift Kanal imalatı, organ çip mikrosıvısal hücre kültür cihazlar organ düzeyi işlevlerine içinde in vitrorecapitulating için bir iletişim kuralı mevcut.

Ölçeklenebilir gerilebilir, Çift kanal, mikrosıvısal Organ cips imalatı

Burada en az finansal ve zaman yatırımı ile özel mikroakışkan cihazlar tasarlamak ve imal etmek için bir protokol salıyoruz. Amaç, biyomedikal araştırma laboratuvarlarında ve eğitim ortamlarında mikroakışkan teknolojilerin benimsenmesini kolaylaştırmaktır.

Araştırma ve Eğitim Uygulamaları için Özel Mikroakışkan Cihazların Hızlı İmalatı

Bu protokol, tek emülsiyon formülasyonuna dayalı kolay mikroakışkan teknolojisi ile poli(laktik-ko-glikolik asit) bazlı yüksek açık gözenekli mikrosferlerin (HOPM'ler) üretimini açıklamaktadır. Bu mikrosferlerin doku mühendisliği ve ilaç taramasında potansiyel uygulamaları vardır.

Mikroakışkan Teknoloji ile Yüksek Açık Gözenekli Mikrosferlerin ( HOPM'ler ) Üretilmesi

Bu protokol, polikarbonat ve silikon bileşenleri entegre eden hibrit mikrofluidik cihaz üretmek için üç basit mühürleme yöntemini tanımlar. Çözücü bağlanma, termal sıkıştırma ve mekanik sıkıştırma stratejilerini uygulayarak, hibrit mikrofluidik cihazlar için özel ekipmanlardan kaçınan güvenilir, düşük sıcaklık sızdırmazlık tekniklerini mümkün kılıyoruz.

Hibrit polikarbonat-silikon mikrofluidik cihazların yapım yöntemleri

Öğrenin, mikroakışkan kanal ve UV polimerizasyonu kullanarak önceden tasarlanmış şekilli mikrofiber üretimini. Bu yöntem, oda sıcaklığında çalışarak malzeme biliminde yeni uygulamalar sunar.

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

Daha fazla video keşfet