Processus de fabrication de microstructures tridimensionnelles en utilisant la vaporisation d'un composant sacrificiel
Summary
La vaporisation d'un processus de composant sacrificiel (VASC) est utilisé pour fabriquer des structures microvasculaires. Cette procédure utilise des fibres d'acide poly (lactique sacrificielles) pour former des microcanaux creuses avec un positionnement géométrique 3D précises fournies par des plaques de guidage laser micro-usinés.
Abstract
Structures vasculaires dans les systèmes naturels sont en mesure d'assurer le transport de masse élevée à travers des zones de surface élevée et une structure optimisée. Peu de techniques de fabrication de matière synthétique sont capables d'imiter la complexité de ces structures tout en conservant l'évolutivité. La vaporisation d'un processus de composant sacrificiel (VASC) est en mesure de le faire. Ce processus utilise des fibres sacrificielles comme modèle pour former creux, microcanaux cylindriques incorporées dans une matrice. Tin (II) oxalate (SnOx) est incorporé dans le poly (lactique) fibres acide (PLA) qui facilite l'utilisation de ce processus. Le SnOx catalyse la dépolymérisation des fibres PLA à des températures plus basses. Les monomères d'acide lactique sont gazeux à ces températures, et peuvent être retirées de la matrice incorporé à des températures qui ne nuisent pas à la matrice. Ici, nous montrons une méthode pour aligner ces fibres à l'aide de plaques de micro-usinés et un dispositif de tension pour créer des motifs complexes en trois dimensions des microcanaux disposés.Le processus permet l'exploration de pratiquement n'importe quel arrangement de fibres topologies et structures.
Introduction
Les systèmes naturels utilisent de vastes réseaux vasculaires de faciliter de nombreuses fonctions biologiques. le transport de masse peut être réalisé efficacement dans de tels systèmes en raison d'une grande surface de rapports de volume et les structures d'emballage optimisés. Alors que de nombreuses techniques de fabrication synthétiques peuvent produire des structures microvasculaires, nul ne peut produire microvasculature à grande échelle tout en maintenant la complexité et la compatibilité avec les procédés de fabrication existants 1-5. Des structures telles que le poumon aviaire fournissent une source d'inspiration. Comment pouvons-nous fabriquer des structures de cette complexité pour améliorer le transport de masse?
La vaporisation d'un composant sacrificiel (VASC) peut produire des structures microvasculaires de grande envergure, complexes 6-7. Cette méthode utilise la dépolymérisation thermique par évaporation et l'élimination de poly (lactique), des fibres d'acide pour former des canaux creux qui sont l'inverse de la matrice de fibres. Il s'agit d'une technique de sacrifice compatible avec la fabrication existanteméthodes. Mètres de long, les modèles de microcanaux cylindriques peuvent être formées en utilisant ce procédé de fabrication. Ceci peut être utilisé pour créer des dispositifs vascularisés tels que les polymères auto-guérison et d'unités de capture du carbone microvasculaires 3D 7-10.
Les unités de capture du carbone ont été inspirés par le poumon aviaire qui fournit un moyen efficace d'échange de gaz à rapport poids en raison de son utilisation en vol. Le parabronchus est composé de microcanaux hexagonale à motifs, qui fournit des taux de change élevé de l'essence et des unités d'échange de gaz structurellement stables. Afin de créer des unités d'échange avec des caractéristiques micrométriques alignés en trois dimensions, nous avons développé une méthode de mise en tension indépendamment fibres en utilisant une planche de tension conçu sur mesure avec tuners de guitare et de plaques au laser micro-usinés. Chaque fibre est maintenue en place par la tension externe et le motif est défini par l'emplacement des trous de la plaque à travers laquelle les fibres s'exécutent.
Protocol
Representative Results
Discussion
L'introduction du catalyseur SnOx dans les fibres PLA permet aux fibres de dépolymérisent à une température inférieure. Ceci permet d'éviter la dégradation de la résine d'enrobage, dans ce cas, le PDMS. Une broche de commande est nécessaire de bien mélanger la solution de traitement (figure 5A). L'axe est composé de six tiges de support autour d'un noyau central qui se fixe à un mélangeur numérique. Les fibres sont enroulés autour des tiges de support de telle sorte qu…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ce travail a été soutenu par le programme Young Investigator AFOSR sous FA9550-12-1-0352 et un Prix 3M de la faculté non permanent. Les auteurs tiennent à remercier lalisa Stutts et Janine Tom de discussion utile relative à ce projet. Les auteurs remercient le Centre de Microscopie Calit2 et pour la spectroscopie laser à l'Université de Californie, Irvine pour permettre l'utilisation de ses installations. Hodge Harland et l'UCI Sciences physiques Atelier d'usinage sont reconnus pour la fabrication d'outils. Poly (lactique) de fibres d'acide a été généreusement fourni par Teijin monofilament.
Materials
| Reagent | |||
| Tin (II) oxalate | Sigma-Aldrich | 402761 | |
| Disperbyk 130 | BYK Additives & Instruments | ||
| Trifluoroethanol | Halocarbon | ||
| Malachite Green (technical grade) | Sigma-Aldrich | M6880 | |
| Sodium hydroxide (≥98%, pellets) | Sigma-Aldrich | S5881 | |
| Polydimethylsiloxane (PDMS) | Dow Corning | 3097358-1004 | Distributed from Ellsworth Adhesives |
| Poly(lactic) acid fibers | Teijin Monofilament | ||
| Material | |||
| RW 20 Digital Mixer | IKA | 3593001 | |
| Desiccator Jar | Pyrex | ||
| Vacuum Oven | Fisher Scientific | ||
| Third Hand | Jameco Electronics | 26690 | Plate holder |
| Glue Gun | Stanley | GR20L | |
| PLA Spindle | Custom made | ||
| Tensioning Board | Custom made |
Referenzen
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