Процесс изготовления трехмерных микроструктур использованием Испарение жертвенный компонент
Summary
Испарение жертвенный компонент (VASC) процесс используется для изготовления микрососудистые структур. В этой процедуре используется жертвенной поли (молочной) волокон кислотой с образованием полых микроканалов с точными геометрическими 3D позиционирования предоставляемые лазерной микромеханический направляющих пластин.
Abstract
Сосудистых структур в природных системах в состоянии обеспечить высокие транспортные массы через районы с высокой поверхности и оптимизированной структурой. Мало синтетические методы изготовления материала способны имитировать сложность этих структур, сохраняя при этом масштабируемость. Испарение жертвенный компонент (VASC) процесс в состоянии сделать это. Этот процесс использует жертвенный волокон в качестве шаблона для формирования полый цилиндрический микроканалов, внедренного в матрицу. Олова (II) оксалат (SnOx) встроен в поли (молочная) кислота (PLA) волокон, которые облегчает использование этого процесса. SnOx катализирует деполимеризации PLA волокна при более низких температурах. Молочную кислоту мономеров являются газообразными при этих температурах и могут быть удалены из встроенного матрицы при температурах, которые не повреждают матрицы. Здесь мы показываем, метод для ориентации этих волокон с использованием микромеханический пластин и натяжным устройством для создания сложных моделей трехмерно выстроил микроканалов.Этот процесс позволяет исследование практически любое расположение волокон топологии и структуры.
Introduction
Природные системы используют обширные сосудистые сети для облегчения многих биологических функций. Массопереноса могут быть достигнуты эффективно в таких системах из-за большой площади поверхности к объему и оптимизированной упаковки структур. В то время как многие синтетические методы изготовления может производить микрососудистые структур, никто не может производить крупномасштабные микрососудов, сохраняя при этом сложность и совместимость с существующими методами производства 1-5. Структуры, такие как птичий легких обеспечивают вдохновения. Как мы можем изготовить структуры этой сложности для повышения общественного транспорта?
Испарение жертвенный компонент (VASC) может привести к крупномасштабной, сложных структур микрососудистые 6-7. Этот метод использует тепловой деполимеризации и испарительного удаления поли (молочная) кислота волокон для образования полых каналов, которые являются обратными по отношению волокно шаблона. Это жертвенный техники совместимы с существующими производствеметодами. Метр длины, цилиндрические микроканальной шаблоны могут быть сформированы с помощью этого процесса изготовления. Это может быть использовано для создания васкуляризированной устройств, таких как самовосстановления полимеров и 3D микрососудистых единиц улавливания 7-10.
Углеродных единиц захвата были вдохновлены птичьего легких, который обеспечивает эффективный газообмен-к весу вследствие использования устройства в самолете. Parabronchus состоит из гексагональной узорные микроканалов, что обеспечивает высокую газа обменные курсы и грубых единиц газообмен. Для того чтобы создать обмен единиц с функциями микромасштабной выровнены в трех измерениях, мы разработали метод независимо натяжения волокон с использованием специально созданных напряженности доска с гитарой тюнеров и лазерной микромеханический пластин. Каждое волокно удерживается на месте с помощью внешнего напряжения и шаблон установлен на размещение отверстий в пластине, через которое волокна идут.
Protocol
Representative Results
Discussion
Введение катализатора в SnOx PLA волокна позволяет волокнам деполимеризации при более низкой температуре. Это предотвращает деградацию вложение смолы, в данном случае PDMS. Пользовательских шпиндель необходимо правильно смешивать раствор для обработки (фиг.5А). Шпиндель состоит и…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа была поддержана AFOSR Программа молодых следователя под FA9550-12-1-0352 и 3M Номера для штатных преподавателей Award. Авторы хотели бы поблагодарить Lalisa Stutts Джанин и Тома за полезные обсуждения, связанные с этим проектом. Авторы благодарят Calit2 центр микроскопии и спектроскопии лазерной установки в Университете Калифорнии в Ирвине, позволяющего их использование для своих объектов. Ходж Харланд энд физических наук UCI Machine Shop признаны для изготовления инструментов. Поли (молочная) кислота волокна были любезно предоставлена мононити Teijin.
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
- 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).
