制作三维微结构，用牺牲部分汽化过程

摘要

的汽化一个祭祀元器件（VASC）的过程中，用于制造微血管结构。此过程使用牺牲聚乳酸纤维（乳酸），形成空心微所提供的激光微加工导光板的精确的三维几何定位。

摘要

在自然系统中的血管结构通过高比表面积和优化结构，能够提供高质量传输。几个合成材料制造技术保持可扩展性的同时，能够模拟这些结构的复杂性。汽化一个祭祀元器件（VASC）的过程是能够做到这一点。此过程中使用牺牲纤维作为模板，以形成空心的圆筒形的嵌入在一个矩阵中的微通道。锡（II），草酸（SNOX）的嵌入于聚（乳酸）乳酸（PLA）纤维，在此过程中有利于使用。的的SNOX催化解聚的聚乳酸纤维在较低温度下。乳酸的单体气体在这些温度下，可以在不损伤基体的温度从嵌入的矩阵除去。在这里，我们使用微机械板和张紧装置来创建复杂的三维排列的微通道模式使这些纤维的方法。该过程允许任意排列的纤维的探索拓扑和结构。

引言

自然系统使用广泛的血管网络，方便许多生物功能。大众运输可以有效地实现，在这种系统中，由于高的表面积与体积比和优化包装结构。虽然许多合成制造技术可以产生微血管结构，没有人能生产大型微血管的复杂性和兼容性，同时保持与现有的制造方法^1-5。如禽流肺的结构提供了灵感。我们如何制造这种复杂的结构，提高大众交通工具吗？

汽化牺牲组件（VASC）的生产规模大，复杂的微血管结构^6-7。此方法使用的热解聚和聚（乳酸）乳酸纤维，形成中空纤维模板的逆通道的蒸发除去。这是一个牺牲的技术与现有的制造的方法。米长，可以使用此制造过程中形成的圆筒状微通道型态。这可以被用来创建血管化设备，如自愈^7至10的聚合物和三维微血管碳捕获单元。

碳捕获单元灵感禽流肺，提供了一个有效的气体交换 - 重量比，由于在飞行途中使用。 parabronchus组成的六边形图案的微通道，它提供了高瓦斯汇率和结构稳定的气体交换单位。为了创建交换单元微型三维对齐功能，我们开发了使用自定义吉他调谐器和激光微加工板设计张力板独立拉紧纤维的方法。每根纤维由外部的张力保持在适当位置，由放置在板中的孔，通过该纤维的运行模式被设置。

研究方案

1。催化牺牲纤维

1. 包装所需量的聚（乳酸）乳酸纤维围绕降低¾定制的主轴。减少纤维的重叠，以提供最大的表面积暴露。
2. 剂Disperbyk 130在一个封闭的瓶用40ml去离子H ₂ O混合并摇动，直到获得均匀的溶液。然后将1000毫升烧杯中，在37℃水浴中，并放入烧杯中倒入三氟。 H ₂ O和TFE使用量取决于，PLA纤维直径。

   光纤直径	量的H 2 O（毫升）	金额TFE（毫升）
   200	400	400
   300	360	440
   500	320	480

3. 加H ₂ O / DISPERBYK 187溶液的烧杯中，并搅拌直至均匀。
4. 添加1克孔雀石绿的混合物，搅拌至溶解。
5. 纤维烧杯中的半英寸从底部将安装主轴和主轴连接到数字混频器。然后启动数字调音台每分钟400转。
6. 向混合物中慢慢加入1.3克锡（II），草酸（SNOX）的催化剂。 SNOX除了必须循序渐进，以防止材料的大型群崩溃的解决方案。
7. 在混合物中的pH调节用NaOH直至pH是6.8-7.2〜。
8. 的盖固定到烧杯中，并增加了24小时，以每分钟500转的主轴旋转。观察SNOX如果结块，手动前2小时内打破它。
9. 拆下主轴，并在烘箱中干燥，在35℃下保温过夜。
10. 拆开并去除多余的催化剂催化聚乳酸纤维。

2。微血管燃气EXCHANGE单位制造

1. 获取一个对激光切割黄铜图案铜板的剪辑持有人所需的微血管图案，并加盖板。
2. 切割10英寸长的催化膳食纤维微通道，并删除任何剩余的催化剂使用较厚的板切纤维直径（平局板）。
3. 锥形的边缘纤维用热胶枪的尖端慢慢挤出纤维的提示。
4. 螺纹黄铜图案板对纤维通过对应的孔中。
5. 用螺丝将板成型盒上。确保纤维在安装板时，没有扭曲。
6. 弦乐纤维提示通过调谐钉定制张紧板。
7. 直到绷紧的张力聚乳酸纤维。要小心，不要过度紧张和捕捉纤维。
8. 删除多余的颗粒用压缩空气从光纤模式。
9. 混合聚二甲基硅氧烷（PDMS）基与固化剂以10:1，V：V比。
10. 混合物在真空下脱气10分钟，在干燥器中jar文件。
11. 倒入的PDMS混合物送入模箱。不要直接倒在纤维，以减少气泡俘获。
12. 使用26 G针，取出成型箱或纤维之间的任何气泡内。
13. 固化的PDMS混合物在85℃下30分钟。
14. 松开铜板模箱，确保不要弯曲板或用力太猛。从模具中取出固化^第一阶段。
15. 线程的纤维通过RTV端盖，在端盖用注射器穿刺孔。根据纤维的大小，使用的针测量仪，该测量仪具有至少2倍的内直径的外直径的纤维。作为黄铜图案板保持了类似的模式，但更广泛地传播出去。
16. 端盖固定到一个更大的模框的两端，倒^第二阶段的PDMS。
17. 删除任何剩余的气泡和在85℃下固化30分钟。
18. 切从样品在真空烘箱中在210℃下放置24小时，或直至该聚乳酸纤维大多已抽真空的任何多余的聚乳酸纤维。
19. 不能被删除，如果没有PLA，温和地溶解出的使用注射1毫升氯仿中的微通道。

结果

本程序提供了嵌入树脂中的微血管结构的制造方法。这些结构可以符合各种图案（ 图2）。仅受限于微血管网络的结构，可以形成与牺牲纤维结构。

使用平行排列的微血管通道，流体流的气体之间的运输容易气体遍历信道间的可渗透膜。这些设备可以在一个可扩展的方式制造的光刻而不需要（ 图3）。所形成的微通道是完全空心的，可以相隔小于50μm?...

讨论

的SNOX催化剂的成聚乳酸纤维的引入允许在较低温度下的纤维的解聚。这可以防止嵌入树脂的降解，在这种情况下的PDMS。一个自定义的主轴需要正确地混合处理液（ 图5A）。主轴由六个支撑棒附加到数字混频器的中心纤芯周围。将纤维缠与催化剂溶液接触的包装的纤维的表面积最大化，使支承杆。包含主轴的底部一组叶片引入混沌流动。的乱流，防止附聚的催化剂。

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
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