Processo de fabricação de microestruturas tridimensionais usando vaporização de um componente sacrificial
Özet
A vaporização de um processo de componentes sacrificial (Vasc) é usado para o fabrico de estruturas microvasculares. Este procedimento utiliza fibras de poli (ácido láctico sacrificiais) para formar microcanais oco com posicionamento preciso geométrica 3D fornecido por placas de guia de microfabricação laser.
Abstract
Estruturas vasculares em sistemas naturais são capazes de oferecer transporte de alta massa através de áreas de superfície e estrutura otimizada. Algumas técnicas de fabricação de materiais sintéticos são capazes de imitar a complexidade destas estruturas, mantendo escalabilidade. A vaporização de um processo de componentes sacrificial (Vasc) é capaz de fazê-lo. Este processo utiliza fibras sacrificiais como um modelo, para formar, cilíndricos ocos microcanais incorporados dentro de uma matriz. Estanho (II), oxalato de (snox) é incorporado dentro de poli (ácido láctico), ácido (PLA) fibras que facilitam a utilização do presente processo. O snox catalisa a despolimerização das fibras de PLA, a temperaturas mais baixas. Os monómeros de ácido láctico são gasosos a estas temperaturas e pode ser removido da matriz de incorporado a temperaturas que não danifiquem a matriz. Aqui nós mostramos um método para alinhar estas fibras usando placas de microfabricação e um dispositivo de tensionamento para criar padrões complexos de tridimensionalmente microcanais dispostos.O processo permite a exploração de virtualmente todo o arranjo de fibra topologias e estruturas.
Introduction
Sistemas naturais utilizar redes vasculares extensivas para facilitar muitas funções biológicas. O transporte de massa pode ser alcançada de forma eficiente em tais sistemas, devido à área de superfície elevada para razões de volume e de estruturas de embalagem optimizadas. Embora várias técnicas de fabricação sintéticos podem produzir estruturas microvasculares, ninguém pode produzir microvasculatura grande escala, mantendo a complexidade e a compatibilidade com os métodos de fabrico existentes para 1-5. Estruturas tais como o pulmão aviária proporcionar uma inspiração. Como é que vamos fabricar estruturas desta complexidade para melhorar o transporte de massa?
A vaporização de um componente sacrificial (Vasc) pode produzir estruturas microvasculares em larga escala, complexos 6-7. Este método utiliza a despolimerização térmica e eliminação por evaporação do poli (ácido láctico), fibras de ácido para formar canais ocos que são o inverso do modelo de fibra. Esta é uma técnica de sacrifício compatível com fabrico existentemétodos. Metro de comprimento, padrões de microcanais cilíndricas pode ser formada usando o processo de fabricação. Isto pode ser usado para criar dispositivos vascularizados, tais como polímeros de auto-cura e 3D unidades de captura de carbono microvasculares 7-10.
As unidades de captura de carbono foram inspirados pelo pulmão aviária que fornece um eficiente gás troca-peso proporção devido ao seu uso durante o vôo. O parabronchus é composto de microcanais hexagonal padronizados, o que proporciona alta taxas de gás e unidades de troca gasosa estruturalmente estáveis. A fim de criar taxas de unidades com características microescala alinhados em três dimensões, foi desenvolvido um método de tensionamento independentemente fibras usando uma placa de tensão projetado personalizado com sintonizadores de violão e placas laser microfabricação. Cada fibra é mantida no lugar por tensão externa e o padrão é estabelecido pela colocação de orifícios na placa por meio do qual as fibras são executados.
Protocol
Representative Results
Discussion
A introdução do catalisador para o snox fibras de PLA permite que as fibras para despolimerizar a uma temperatura inferior. Isto evita a degradação da resina de incorporação, neste caso, o PDMS. Um fuso de costume é necessário para misturar adequadamente a solução de tratamento (Figura 5A). O eixo é composto de seis hastes de apoio em torno de um núcleo central, que atribui a um mixer digital. As fibras são enrolados em torno das hastes de suporte de modo que a área de superfície das fibr…
Açıklamalar
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabalho foi apoiado pelo Programa Jovem Investigador AFOSR sob FA9550-12-1-0352 e um prêmio Faculdade Não Docente da 3M. Os autores gostariam de agradecer a Lalisa Stutts e Janine Tom útil para a discussão relacionada a este projeto. Os autores agradecem ao Centro de Microscopia Calit2 e Espectroscopia de Laser Facility, na Universidade da Califórnia, em Irvine para permitir o uso de suas instalações. Hodge Harland and Physical Sciences UCI Machine Shop são reconhecidos para a fabricação de ferramentas. Poli (ácido láctico) fibras de ácido foram generosamente fornecidos pela 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 |
Referanslar
- 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).
