Proceso de fabricación microestructuras tridimensionales mediante vaporización de un componente de sacrificio
Summary
La vaporización de un proceso de componentes de sacrificio (VASc) se utiliza para fabricar estructuras microvasculares. Este procedimiento utiliza fibras de ácido poli (láctico sacrificio) para formar micro-canales huecos con la posición geométrica en 3D precisa proporcionada por láser de placas de guía micromecanizadas.
Abstract
Estructuras vasculares en los sistemas naturales son capaces de proporcionar transporte de alta masa a través de las zonas elevadas de la superficie y la estructura optimizada. Pocas técnicas de fabricación de materiales sintéticos son capaces de imitar la complejidad de estas estructuras, mientras que el mantenimiento de escalabilidad. La vaporización de un proceso de componentes de sacrificio (VASc) es capaz de hacerlo. Este proceso utiliza fibras de sacrificio como una plantilla para formar micro-canales cilíndricos huecos, incrustados dentro de una matriz. Estaño (II) oxalato (snox) está incrustado dentro de poli (láctico) fibras de ácido (PLA) que facilita el uso de este proceso. El snox cataliza la despolimerización de las fibras de PLA a temperaturas más bajas. Los monómeros de ácido láctico son gaseosos a estas temperaturas y se pueden eliminar de la matriz incrustada a temperaturas que no dañen la matriz. Aquí se muestra un método para alinear estas fibras utilizando placas micromecanizadas y un dispositivo tensor para crear patrones complejos de tres dimensiones microcanales dispuestos.El proceso permite la exploración de virtualmente cualquier disposición de fibra de topologías y estructuras.
Introduction
Los sistemas naturales utilizan redes vasculares extensas para facilitar muchas funciones biológicas. Transporte masivo se puede lograr de manera eficiente en estos sistemas debido a elevada área superficial de relaciones de volumen y estructuras de embalaje optimizado. Mientras que muchas técnicas de fabricación sintéticos pueden producir estructuras microvasculares, ninguno puede producir microvasculatura a gran escala manteniendo al mismo tiempo la complejidad y la compatibilidad con los métodos de fabricación existentes 1-5. Estructuras como los pulmones de las aves constituyen una fuente de inspiración. ¿Cómo elaborar estructuras de esta complejidad para mejorar el transporte de masas?
La vaporización de un componente de sacrificio (VASc) puede producir estructuras microvasculares a gran escala, complejos 6-7. Este método utiliza la despolimerización térmica y la eliminación por evaporación de poli (láctico) fibras de ácido para formar canales huecos que son la inversa de la plantilla de la fibra. Esta es una técnica de sacrificio compatibles con la fabricación existentemétodos. Metro de largo patrones de microcanales, cilíndricos se pueden formar usando este proceso de fabricación. Esto puede ser usado para crear dispositivos vascularizados tales como polímeros de autocuración y unidades de captura de carbono microvasculares 3D 7-10.
Las unidades de captura de carbono se inspiraron en el pulmón de las aves que proporciona una relación gas-cambio peso-eficiente debido a su uso durante el vuelo. El parabronchus se compone de microcanales hexagonal estampados, que proporciona tipos de cambio más elevados de la gasolina y las unidades de intercambio gaseoso estructuralmente estables. Con el fin de crear unidades de intercambio con características microescala alineados en tres dimensiones, se desarrolló un método de tensado de forma independiente utilizando un tablero de fibras de tensión de diseño personalizado con sintonizadores de la guitarra y las placas por láser micromecanizadas. Cada fibra se mantiene en su lugar por la tensión externa y el patrón está establecido por la colocación de los agujeros en la placa a través del cual las fibras se ejecutan.
Protocol
Representative Results
Discussion
La introducción del catalizador en el snox fibras de PLA permite que las fibras se despolimerizan a una temperatura inferior. Esto evita la degradación de la resina de la incrustación, en este caso PDMS. Se requiere un husillo de encargo para mezclar adecuadamente la solución de tratamiento (Figura 5A). El husillo se compone de seis barras de soporte que rodean un núcleo central que se conecta a un mezclador digital. Las fibras se envuelven alrededor de las varillas de soporte de modo que el área …
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabajo fue apoyado por el Programa de Jóvenes Investigadores AFOSR bajo FA9550-12-1 hasta 0352 y un Premio Facultad no permanentes 3M. Los autores desean agradecer a Lalisa Stutts y Janine Tom útil para el debate en relación con este proyecto. Los autores agradecen al Centro de Microscopía Calit2 y el Fondo Espectroscopía Láser de la Universidad de California, Irvine para permitir el uso de sus instalaciones. Hodge Harland y la UCI Física Ciencias de máquinas son reconocidos para la fabricación de herramientas. Poli (ácido láctico) fibras de ácido fueron generosamente proporcionadas por Teijin monofilamento.
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).
