Proces van het maken van drie-dimensionale Microstructuren behulp Verdamping van een Sacrificial Component
Summary
De verdamping van een Sacrificial Component (Vasc) proces wordt gebruikt om microvasculaire structuren fabriceren. Deze procedure maakt gebruik van opofferende poly (melkzuur) zuur vezels om holle microchannels vormen met nauwkeurige 3D geometrische positionering door het laser micromachined geleidingsplaten.
Abstract
Vasculaire structuren in natuurlijke systemen zijn in staat om hoge massa vervoer aan te bieden door middel van groot oppervlak en geoptimaliseerde structuur. Enkele kunststof fabricagetechnieken kunnen de complexiteit van deze structuren nabootsen behoud schaalbaarheid. De verdamping van een Sacrificial Component (Vasc) proces is in staat om dit te doen. Dit proces maakt gebruik offers vezels als een sjabloon om holle, cilindrische microkanalen ingebed in een matrix. Tin (II) oxalaat (SNOX) is ingebed in poly (melkzuur) (PLA) vezels die het gebruik van dit proces vergemakkelijkt. De SNOX katalyseert de depolymerisatie van de PLA vezels bij lagere temperaturen. Het melkzuur monomeren zijn gasvormig bij deze temperaturen en kunnen vanaf de geïntegreerde matrix verwijderd worden bij temperaturen die niet de matrix niet beschadigen. Hier laten we een methode voor het uitlijnen van deze vezels met behulp micromachined borden en een spaninrichting om complexe patronen van driedimensionaal gekleed microkanalen maken.Het proces maakt de exploratie van vrijwel elke regeling van vezels topologieën en structuren.
Introduction
Natuurlijke systemen uitgebreid vasculaire netwerken vele biologische functies te vergemakkelijken. Massatransport efficiënt in dergelijke systemen als gevolg van hoge oppervlak tot volume verhouding en geoptimaliseerde verpakking constructies worden gerealiseerd. Hoewel veel synthetische fabricagetechnieken kan produceren microvasculaire structuren, kan geen grootschalige microvasculatuur produceren met behoud van complexiteit en compatibiliteit met bestaande fabricagemethoden 1-5. Structuren zoals het aviaire long bieden een inspiratie. Hoe gaan we fabriceren structuren van deze complexiteit voor het verbeteren van massatransport?
De verdamping van een Sacrificial Component (Vasc) kan produceren grootschalige, complexe microvasculaire structuren 6-7. Deze methode gebruikt de thermische depolymerisatie en verdamping verwijderd poly (melkzuur) zuur vezels holle kanalen die de inverse van de vezel matrijs vormen. Dit is een offer techniek verenigbaar met de bestaande productie-methoden. Meter lange, cilindrische microkanaal patronen kunnen worden gevormd middels het fabricageproces. Dit kan worden gebruikt om gevasculariseerd apparaten zoals zelfherstellende polymeren en 3D microvasculaire afvangen eenheden 7-10 creëren.
De carbon capture eenheden werden geïnspireerd door het aviaire longen die een efficiënte gas-uitwisseling-to-gewichtsverhouding gevolg geeft aan het gebruik ervan tijdens de vlucht. De parabronchus is samengesteld uit hexagonaal patroon microkanalen, die een hoge gas wisselkoersen en structureel stabiel gasuitwisseling eenheden biedt. Om te wisselen eenheden te creëren met microschaal functies uitgelijnd in drie dimensies, we een methode van zelfstandig spannen vezels met behulp van een op maat ontworpen spanning raad met gitaar tuners en laser-micromachined platen ontwikkeld. Elke vezel wordt op zijn plaats gehouden door externe spanning en het patroon wordt door de plaatsing van de gaten in de plaat, waardoor de vezels lopen instellen.
Protocol
Representative Results
Discussion
De invoering van de SNOX katalysator in de PLA vezels kunnen de vezels depolymeriseren bij een lagere temperatuur. Dit voorkomt de degradatie van de inbedding hars, in casu PDMS. Een aangepaste spil moet de behandelingsoplossing (figuur 5A) meng goed. De spil bestaat uit zes draagstangen rondom een centrale kern die hecht aan een mixer. De vezels zijn gewikkeld rond de steunstangen zodat het oppervlaktegebied van de verpakking vezels in contact met de katalytische oplossing werd gemaximaliseerd. D…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd ondersteund door de AFOSR Young Investigator programma in het kader FA9550-12-1-0352 en een 3M Non-Zelfstandig Faculty Award. De auteurs willen graag Lalisa Stutts en Janine Tom bedanken voor nuttige discussie met betrekking tot dit project. De auteurs danken de Calit2 Microscopy Center en Laser Spectroscopy faciliteit aan de University of California, Irvine voor het toestaan van het gebruik van haar faciliteiten. Hodge Harland en de UCI Exacte Wetenschappen Machine Shop worden bedankt voor de fabricage van gereedschappen. Poly (melkzuur) zuur vezels werden genereus geleverd door 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 |
Referências
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Esser-Kahn, A. P., Thakre, P. R., et al. Three-dimensional microvascular fiber-reinforced composites. Adv. Mater. 23 (32), 3654-3658 (2011).
- 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).
- 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).
- 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).
