Verfahren zur Herstellung von dreidimensionalen Mikrostrukturen mit Verdampfung eines Opferbauteil
Summary
Die Verdampfung eines Sacrificial Komponente (Vasc)-Prozess wird verwendet, um mikrovaskulären Strukturen herzustellen. Bei diesem Verfahren wird Opfer Poly (Milchsäure) Säure Fasern hohl Mikrokanäle mit präzisen geometrischen 3D-Positionierung durch Laser-Mikrobearbeitung Leitbleche vorgesehen bilden.
Abstract
Vaskulären Strukturen in natürlichen Systemen sind in der Lage, hohe Massentransport durch große Oberfläche und optimierte Struktur bereitzustellen. Wenige Kunststoff Herstellungstechniken können, um die Komplexität dieser Strukturen nachzuahmen, während Skalierbarkeit. Die Verdampfung eines Sacrificial Komponente (Vasc) Prozess ist in der Lage, dies zu tun. Dieses Verfahren verwendet Opferfasern als Vorlage zu hohlen, zylindrischen Mikrokanäle in einer Matrix eingebettet sind. Zinn (II)-oxalat (SnO x) in Poly (Milchsäure) Säure (PLA) Fasern, die die Verwendung dieses Verfahrens erleichtert eingebettet. Die SnOx katalysiert die Depolymerisation des PLA-Fasern bei niedrigeren Temperaturen. Die Milchsäure-Monomeren gasförmig sind bei diesen Temperaturen und kann von der Matrix eingebettet, die bei Temperaturen nicht schaden der Matrix entfernt werden. Hier zeigen wir ein Verfahren zum Ausrichten dieser Fasern mit mikrobearbeiteten Platten und eine Spannvorrichtung komplexe Muster von dreidimensional angeordneten Mikrokanälen zu schaffen.Das Verfahren ermöglicht die Erforschung von praktisch jeder Anordnung von Faser-Topologien und Strukturen.
Introduction
Natürliche Systeme verwenden umfangreichen Gefäßnetze viele biologische Funktionen zu erleichtern. Der Stofftransport kann effizient in solchen Systemen durch hohen Oberflächen-zu-Volumen-Verhältnisse und optimierte Verpackung Strukturen erreicht werden. Während viele synthetische Herstellungstechniken mikrovaskulären Strukturen erzeugen kann, kann keiner produzieren großen Mikrovaskulatur während Komplexität und Kompatibilität mit bestehenden Herstellungsverfahren 1-5. Bauwerke wie die Vogellunge bieten eine Inspiration. Wie können wir fabrizieren Strukturen dieser Komplexität für die Verbesserung Stofftransport?
Die Verdampfung eines Sacrificial Komponente (Vasc) produzieren können große, komplexe Strukturen microvascular 6-7. Bei diesem Verfahren wird die thermische Depolymerisation und Abdampfen von Poly (milchsäure)-säure Fasern hohle Kanäle, die das Inverse der Faser Schablone zu bilden. Dies ist eine Opfer-Technik kompatibel mit bestehenden FertigungMethoden. Meter langen, zylindrischen Mikrokanalmuster können unter Verwendung dieses Herstellungsprozesses werden. Dies kann verwendet werden, um vascularized Geräte wie selbstheilende Polymere und 3D microvascular Carbon Capture Einheiten 7-10 schaffen.
Die Carbon Capture Einheiten wurden von der aviären Lunge, die eine effiziente Gas-Austausch-Gewichts-Verhältnis bietet aufgrund seiner Verwendung im Flug inspiriert. Die parabronchus wird von hexagonal strukturierte Mikrokanäle, die hohen Gas-Wechselkursen und strukturell stabil Gasaustausch Einheiten bietet zusammen. Um den Austausch mit mikro-Einheiten bietet in drei Dimensionen ausgerichtet zu erstellen, entwickelten wir ein Verfahren zum Spannen unabhängig Fasern mit einem individuell gestalteten Spannung Board mit Guitar Tuner und Laser-Mikrobearbeitung Platten. Jede Faser wird durch externe Spannung gehalten wird und das Muster wird durch die Anordnung von Löchern in der Platte, durch welche die Fasern laufen soll.
Protocol
Representative Results
Discussion
Die Einführung des Katalysators in den SnOx PLA-Fasern können die Fasern bei einer niedrigeren Temperatur depolymerisieren. Hierdurch wird der Abbau der Einbettung Harz, in diesem Fall PDMS. Eine benutzerdefinierte Spindel wird benötigt, um richtig mischen die Behandlung Lösung (5A). Die Spindel wird von sechs Tragstäbe um einen zentralen Kern, der mit einem digitalen Mischpult legt zusammen. Die Fasern sind um die Tragstangen, so daß die Oberfläche der Umhüllung Fasern in Kontakt mit der kataly…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde von der AFOSR Young Investigator Programm unter FA9550-12-1 bis 0352 und einem 3M Non-Tenured Faculty Award unterstützt. Die Autoren möchten Lalisa Stutts und Janine Tom für hilfreiche Diskussionen zu diesem Projekt danken. Die Autoren danken der Calit2 Microscopy Center und der Laserspektroskopie Einrichtung an der Universität von Kalifornien, Irvine zum Zulassen der Verwendung seiner Anlagen. Hodge Harland und die UCI Physical Sciences Machine Shop werden für die Herstellung von Werkzeugen anerkannt. Poly (Milchsäure) Säure Fasern wurden großzügig von Teijin Monofilament vorgesehen.
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 |
References
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