Los autores desean agradecer a la Universidad de Viena para apoyar KYL y la Ingeniería y Ciencias Físicas del Consejo de Investigación del Reino Unido (EPSRC) para un fondo de seguimiento de la financiación del SRS y el trabajo (EP/J013390/1).

1. Preparación de suspensión bacteriana de fibra de celulosa-sisal <ol><li> Determinar la masa húmedo a seco de BC mediante la medición de la masa húmeda de BC, seguido por secado al vacío de BC húmedo a 80 ° C durante la noche (O / N). Una vez seco, medir la masa seca de BC. </li><li> Mida la cantidad de mojado BC película equivalente a 18 g de seco BC de la masa de húmedo a seco predeterminado de BC. </li><li> Cortar las unas películas BC mojadas en pequeños trozos de ~ 1-2 cm con un par de tijeras afiladas. Después de cortar, remojar las unas películas BC en 1 litro de agua para permitir la hidratación de unas películas de corte. </li><li> Alimentar a la película de corte antes de Cristo en la licuadora y agregar una cantidad apropiada de agua en la licuadora de tal manera que el proceso de mezcla salga bien. </li><li> Mezcle estos unas películas BC durante 2 min. </li><li> Vierta el blended BC en un recipiente 15 L y añadir agua hasta que el volumen total de agua es de 14 L, lo que representa una concentración de BC en agua de 0,1 (g / ml)% (porcentaje de masa de celulosa bacteriana per unvolumen que de agua). Las unas películas BC que tenga que ser alimentado a la licuadora en lotes para la mezcla. </li><li> Cortar 72 g de fibras de sisal sueltos (o cualquier fuente de fibras naturales cortas) en fibras largas 1-2 cm y agregarlos a la suspensión antes de Cristo. Revuelva suavemente la suspensión para asegurar una dispersión homogénea de fibras de sisal en la suspensión antes de Cristo. </li><li> Remoje las fibras de sisal en esta suspensión de O / N. </li></ol> 2. Fabricación de fibra de sisal Preform <ol><li> Molde de hoja Abra y cierre la válvula de drenaje. </li><li> Llenar el sistema con agua desionizada hasta que el nivel del agua alcanza el alambre de refuerzo. </li><li> Coloque una rejilla de formación 100 de malla de metal en el cable de refuerzo, se centró dentro de la base del molde de hoja. </li><li> Cierre y asegure el molde de hoja. Añadir agua fresca adicional hasta que la malla de formación se sumerge en agua. </li><li> Verter la suspensión de fibras de sisal-BC preparado en el molde de la hoja. Agitar suavemente la suspensión para asegurar que las fibras de sisal son distribuyen homogéneamentebuido en todo el molde. </li><li> Abrir la válvula de drenaje para drenar el agua, lo que resultará en la formación de una torta de filtro húmeda de fibras de sisal y BC en la tela metálica formadora. Inmediatamente después de los desagües de agua, abrir el molde de hoja y retire la malla de formación. </li><li> Coloque la rejilla de formación en un pedazo de papel secante. Papeles adicionales de transferencia se colocan en la parte superior de la torta de filtro, seguido de una placa de metal. </li><li> Voltear la torta de filtro alrededor. Con la malla de formación que se enfrenta la parte superior, retire la malla de formación y colocar más papel secante directamente en la parte superior de la torta de filtración, seguido por una placa de metal. </li><li> Coloque un peso de 10 kg en la parte superior de la placa metálica para presionar el agua fuera. Cuando el papel secante está totalmente empapado, reemplace los papeles de transferencia con los papeles de transferencia frescos y pulse la torta del filtro nuevo con un peso de 10 kg. </li><li> Vuelva a colocar los papeles de transferencia 1 hora final y realizar una última pulsación de 1 tonelada en una prensa caliente para consolidar la preforma de fibra. </li><li> Calentar la prensa caliente hasta 120 ° C para ayudar a la evaporación del agua residual. Esto debería tomar aproximadamente 4 horas. Reducir la temperatura de la prensa caliente a temperatura ambiente (RT) y permitir que la preforma se enfríe antes de retirarlos de la prensa caliente. </li></ol> 3. Microscopía Electrónica de Barrido (SEM) de la preforma de fibra de sisal BC- <ol><li> Cortar una preforma de 2 × 2 cm 2 de fibra BC-sisal. </li><li> Pegue esta preforma corte en SEM talón mediante fichas de carbono. </li><li> Escudo de la muestra en un dispositivo de recubrimiento por pulverización catódica Cr operando a 75 mA durante 1 min. </li><li> Imagen de la preforma de fibra BC-sisal con emisión de campo SEM arma en el modo en el objetivo utilizando una energía de haz de 5 kV. Nota: No trate de la imagen de la preforma de fibra de sisal sin pegar la preforma en el talón de SEM utilizando adhesivo conductor. Las fibras sueltas serán absorbidos de distancia durante la evacuación de la cámara de SEM y dañan el cañón de electrones. </li></ol> 4. Manufacturing Composite usando Vacío Assisted Resin Infusion (VARI) <ol><li> Coloque la preforma en la parte superior del lado utillaje, que consiste en un tejido de liberación de vidrio de PTFE no poroso recubierto. </li><li> Cubrir la preforma con una tela porosa de PTFE recubierto de liberación de vidrio, también conocido como una capa de cáscara, seguido de un medio poroso de flujo. Tanto la capa de la cáscara y el medio de flujo deben ser más grandes que la preforma (véase la Figura 2 para un esquema de proceso). </li><li> Coloque los tubos omega en la entrada de resina previsto y salida del VARI levantado. Asegúrese de que los tubos de omega se colocan en la parte superior del medio poroso de flujo para permitir que la resina para distribuir en el VARI estableció durante la infusión. La longitud de tubos de omega debe ser tan amplio como medio de flujo. </li><li> Lugar de presión cintas sensibles alrededor de la periferia de la puesta en marcha. <ol><li> Asegúrese de que el soporte de papel de las cintas sensibles a la presión todavía se deja en las cintas en este punto. </li><li> Introducir los tubos de alimentación y de salida de resina en las aberturas de latubos omega y cubrir la puesta a punto con una película de bolsa a base de polímeros fluoroetileno y sellarlo utilizando cintas sensibles a la presión. </li><li> Selle el tubo de alimentación de resina. Colocar el otro extremo del tubo de salida de resina en la parte superior de la tela del respiradero. </li></ol></li><li> Coloque una placa de metal en la parte superior de la bolsa interior, donde la preforma de fibra es, seguido de un trozo de tela respiro. La placa de metal debe ser el tamaño de la preforma. </li><li> Identificar la posición en la que la válvula de vacío a través de la bolsa debe ser y colocar la pieza inferior de la válvula en la parte superior de la tela del respiradero. </li><li> Coloque la cinta sellante de vacío alrededor de la bolsa interna y colocar una película de bolsa de vacío en la parte superior de la misma y sellarlo. El exceso de película de bolsa de vacío formará pliegues. </li><li> Coloque la cinta de sellado en el interior del pliegue para completar el sellado. </li><li> Cortar una pequeña &#39;x&#39; en la película de bolsa de vacío, donde la pieza inferior de la válvula y el tornillo está en la pieza superior para completar el medio de válvula de vacío bolsa. Es importaciónnt para evitar las arrugas de la película de bolsa de vacío bajo la pieza superior ya que esto podría causar una vía de fuga. </li><li> Conecte el conector rápido y tire de un vacío. Durante este proceso, la película de bolsa de vacío se puede mover alrededor y el lugar donde se necesita un exceso. Compruebe si hay fugas de vacío. </li><li> Preparar la resina mediante la mezcla de la resina epoxi y el endurecedor en una relación en peso entre 100 y 19. Desgasificar la resina a una presión reducida para eliminar todas las burbujas de aire atrapadas durante la mezcla de la resina epoxi y el endurecedor. </li><li> Una vez que el VARI creó está decidido a ser libre de fugas, alimenta la resina a través de un tubo conectado al tubo de omega. </li><li> Asegúrese de que la resina se alimenta lentamente tal que tiene tiempo para impregnar en la preforma de fibra. Permitir que la resina fluya hacia fuera desde el tubo de salida de resina y penetre en la tela de respiración hasta que no hay burbujas de aire pueden ser observados que sale desde el tubo de salida. </li><li> Selle el tubo de salida y deje que la resina cure durante 24 horas a temperatura ambiente, seguido de un post-curing de paso a 50 ° C durante 16 h. Nota: (1) El ciclo de curado es una resina dependiente. (2) Es muy importante que el vacío máximo se alcanza en el VARI establecido y no hay fuga de vacío dentro de puesta en marcha. Un pobre VARI estableció (no alcanzar el vacío máximo o una fuga) dará lugar a poros dentro de los compuestos fabricados y fracción de volumen de fibras reducido significativamente en los materiales compuestos. (3) La relación-epoxi-a endurecedor es la resina dependiente. Por favor, consulte la ficha técnica de la resina para la relación de epoxi para endurecedor antes de la mezcla. </li></ol>

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H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vacuum+assisted+moulding+of+fibre+reinforced+plastic+structures|in+which+even+distribution+of+resin+is+ensured+by+removable+medium+having+upwardly+facing+openings+and+connecting+lateral+passages.">Vacuum assisted moulding of fibre reinforced plastic structures|in which even distribution of resin is ensured by removable medium having upwardly facing openings and connecting lateral passages.</a> US patent. , (1989).</li></ol>

Los autores no tienen nada que revelar.

Hemos demostrado en este experimento que las fibras de sisal sueltas se pueden enlazar con el BC. Sin embargo, la elección de las fibras no se limita a fibras de sisal sólo. , También se pueden utilizar otros tipos de fibras, tales como el lino y el cáñamo. Además de esto, también hemos demostrado que la harina de madera, papel reciclado, y disolviendo la pulpa también se puede enlazar en preformas rígidas y robustas usando un aglomerante BC (resultados no publicados aún). El criterio es que las fibras usadas deben ser hidrófilo y absorber agua. Como se ha mencionado, la naturaleza hidrófila de las fibras va a absorber agua, dibujo en el BC que se dispersa en el medio. El BC se filtra contra la superficie de estas fibras hidrófilas y forma una capa de recubrimiento de AC cuando se secaron las fibras. Mientras que la celulosa bacteriana puede ser depositado alrededor de las fibras naturales mediante el cultivo de xylinus de Acetobacter en la presencia de fibras naturales 5, 29, 30, este proceso es laborioso y de rerequiere bioreactores caros con un estricto control de pH y el contenido de oxígeno disuelto. Nuestro proceso mejorado, en el otro lado, se basa en un método de fabricación de papel (es decir: la dispersión de fibras naturales en una suspensión BC) y no hay necesidad de biorreactores 31. Con respecto a la aplicación de las fibras naturales en materiales compuestos, orientadas al azar no tejido (corto y orientado al azar) preformas de fibras naturales son producidos por la perforación de la aguja (esencialmente costura) fibras de polímero (típicamente un poliéster) a través de fibras compactados sueltos 33. Para hacer un compuesto, las preformas de fibra se colocan entonces en un molde y se infunden con una resina. Fibras de polímeros también pueden ser mezclados con fibras naturales 34 (típicamente de lino, de cáñamo, de yute o) o dispersa en una suspensión de fibra natural y se filtró a vacío 35 en la fracción de alto volumen de polímero (50 vol.%). Esta estera de fibra-fibra natural polímero (preforma) se calienta entonces posteriormente para fundir el polímero a Plaborar una estructura de material compuesto. Los últimos procesos de producción de materiales compuestos son intrínsecamente escalable pero están limitadas por la elección de fibras de polímero (el polímero debe fundir a temperaturas inferiores a la temperatura de degradación de las fibras) que se pueden utilizar para hacer preformas y, por lo tanto, el tipo de matrices disponibles para hacer compuestos. Usando nuestro método, BC no sólo actúa como un aglutinante, que también actúa como un nano-refuerzo 32. Como se ha mencionado, el módulo de Young de un nanofibras BC individuo se estimó en 114 GPa. Si bien no se conoce la resistencia de la fibra a la tracción simple de AC, la resistencia a la tracción de la madera y las fibras tunicado TEMPO-oxidado individuales se ha medido recientemente utilizando cavitación inducida por ultrasonidos 36. Una resistencia a la tracción de entre 0,8-1,5 GPa se midió para estas nanofibras individuales. Estas propiedades mecánicas, junto con el potencial de unión de BC, AC hicieron un excelente candidato para producir corto Natur verdaderamente verde y orientado al azarAL reforzados con fibras, materiales compuestos renovables bacterianas de celulosa reforzado con rendimiento mecánico que excede polímeros reforzados con fibras convencionales. En término de la fabricación de material compuesto, nuestro proceso de fabricación preferido es la bolsa de doble asistida por vacío de resina de infusión discutido (DBVI) desarrollado por Waldrop et al. 37 A diferencia de la infusión asistida por vacío más convencional sola bolsa de resina (también conocido como el proceso de Seemann 38), DBVI emplea a dos bolsas de vacío independientes durante el proceso de infusión (ver Figura 2). Mientras que el proceso de Seemann funcionará para materiales compuestos de fabricación, este proceso podría sufrir de bolsa de vacío relajación detrás del frente de flujo de la resina. Cuando esto ocurre, el área donde se produce la relajación se sentirá suave y esponjoso. La relajación bolsa de vacío se traducirá en la bolsa de vacío alejándose del medio de flujo debido al flujo preferente de resina líquida en el camino de menor resistencia. Tsu causarán los compuestos manufacturados tengan fracciones de volumen de fibra no uniformes (es decir, la zona relajada tendrá una fracción de volumen de fibra menor que el área no relajado de la bolsa de vacío). DBVI no sufre de este inconveniente, como la bolsa de vacío interior nunca se relaja detrás del frente de flujo de la resina líquida. Como resultado, los paneles compuestos resultantes tendrán más alta que la fracción media de volumen de fibra y el grosor más uniforme. Por otra parte, el uso de la bolsa de vacío exterior proporciona una redundancia en el sistema y mejora la integridad de vacío del proceso de infusión líquido.

Constante aumento del precio del petróleo y la creciente demanda del público para un futuro sostenible han despertado y revivido la investigación y desarrollo de materiales verdes, especialmente polímeros y materiales compuestos. Por desgracia, el rendimiento termo-mecánico de polímeros verdes o renovables, es a menudo inferior en comparación con los polímeros a base de petróleo tradicionales 1. Por ejemplo, comercializado poliláctico (PLA) y polihidroxibutirato (PHB) son frágiles y tienen temperaturas de distorsión de calor bajo. Una solución de creación de materiales renovables que igualan o incluso superan el rendimiento de los materiales de ingeniería a base de petróleo de uso común es aprender del pasado; Henry Ford utiliza una estrategia de material compuesto, es decir, la combinación de polímeros bio-based/renewable con un refuerzo 2, para mejorar las propiedades de los polímeros renovables. Con frecuencia se afirma que las fibras naturales sirven como candidato ideal como refuerzo debido a su bajo costo, baja densidad, renewabilidad y la biodegradabilidad 3. Compuestos de fibra natural se ha visto un renacimiento en la década de 1990, como puede verse por el aumento exponencial en el número de publicaciones científicas revisadas por pares (Figura 1) 4. Sin embargo, la naturaleza hidrófila de las fibras naturales y las características hidrófobas de la mayoría de los termoplásticos se culpa a menudo para dar como resultado la adhesión de fibra-matriz pobres 5, que a menudo resulta en un rendimiento mecánico de los materiales compuestos poliméricos reforzados con fibras resultantes. Para resolver este desafío, numerosos investigadores intentaron modificar químicamente las superficies de fibras naturales 6,7. Estas modificaciones químicas incluyen acetilación 8, 9 sililación, polímero de injerto 10, tratamientos isocianato 11,12, el uso de agentes de acoplamiento maleados 13-17, y benzoilación 18. A pesar de que estos tratamientos químicos han rendido las fibras naturales más hidrofóbica, el resultado natural de la fibra de refuerzopolímeros d todavía no cumplieron en términos de rendimiento mecánico 19. Thomason 20 hipótesis de que este fracaso podría ser un resultado de la anisotropicity y el alto coeficiente térmico de dilatación lineal de fibras naturales. Además de esto, las fibras naturales también sufren de desventajas tales como la temperatura limitada de procesamiento 21, la variabilidad de lote a lote 3, baja resistencia a la tracción en comparación con las fibras sintéticas, tales como vidrio, aramida o fibras de carbono y la falta de procesos de fabricación adecuados para producir fibras naturales reforzados compuestos de polímeros. Por lo tanto, el uso de fibras naturales como refuerzo no será suficiente para cerrar la brecha de la propiedad rendimiento antes mencionada entre los materiales verdes y polímeros a base de petróleo. Nanocellulose es un agente de refuerzo verde emergente. En particular, producido nanocellulose por bacterias, tales como de la especie Acetobacter 22, también conocidos como cellulos bacterianase sirve como una alternativa interesante para el diseño de materiales verdes 23 debido a la posibilidad de explotar la alta rigidez y la resistencia de los cristales de celulosa 24. La rigidez de un solo cristal de celulosa se ​​estimó en aproximadamente 100-160 GPa usando difracción de rayos X, espectroscopia de Raman y simulaciones numéricas 25-27. Esto es más alto que las fibras de vidrio ~ 70 GPa, que son sin embargo mucho más denso. Celulosa bacteriana (AC) es también inherentemente nano-tamaño con un diámetro de aproximadamente 50 nm y varios micrómetros de longitud 28. Nos informó de un método para (sisal y el cáñamo) fibras naturales de la capa con capas de BC cultivando Acetobacter xylinius en presencia de fibras naturales 5,29,30. Esto llevó a una mejor adherencia interfacial entre PLLA y fibras naturales recubiertas de BC 29,31. Con el fin de simplificar el proceso de recubrimiento de estas fibras, Lee et al. 31 desarrolló un método de revestimiento (sisal) Fibe naturalesCódigo de producto sin el uso de biorreactores. Este método se basa proceso de inmersión lechada, con lo cual las fibras de sisal secos se sumergen en una suspensión BC. Una extensión de este método 32 es filtrar la suspensión acuosa que contiene fibras de sisal sueltas y BC para producir preformas de fibra de sisal adecuados para operaciones típicas de fabricación de estructuras compuestas.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:1196px;" width="1196">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:237px;">Name of Material/ Equipment</td>
			<td style="width:216px;">Company</td>
			<td style="width:119px;">Catalog Number</td>
			<td style="width:624px;">Comments/Description</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:237px;">Bacterial cellulose</td>
			<td style="width:216px;">fzmb</td>
			<td style="width:119px;">9004-34-6</td>
			<td>The CAS number is based on the CAS number for cellulose</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:237px;">Sisal fibres</td>
			<td style="width:216px;">Wigglesworth &#38; Co. Ltd, UK</td>
			<td style="width:119px;">-</td>
			<td>The type of fibres can be substituted with any type of natural fibres</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:237px;">Prime 20 ULV</td>
			<td style="width:216px;">SP Gurit</td>
			<td style="width:119px;">-</td>
			<td>The type of resin can be substituted with any type of liquid resin designed for vacuum assisted resin infusion</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:237px;"></td>
			<td style="width:216px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:237px;">Formax standard sheet mould</td>
			<td style="width:216px;">Adirondack Machine Corporation</td>
			<td style="width:119px;">-</td>
			<td>This piece of equipment could be replaced with a B&#252;chner funnel.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:237px;">Vacuum pump</td>
			<td style="width:216px;">Edwards, UK</td>
			<td style="width:119px;">XDS 5</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:237px;">Hot plate</td>
			<td style="width:216px;">Wenesco Inc, USA</td>
			<td style="width:119px;">HP 1836-AH</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:237px;">Porous PTFE coated glass release fabric</td>
			<td style="width:216px;">Tygavac Advaced Materials Ltd, UK</td>
			<td style="width:119px;">TFG075P</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:237px;">Omega tubes</td>
			<td style="width:216px;">Tygavac Advaced Materials Ltd, UK</td>
			<td style="width:119px;">Omegaflow 313</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:237px;">Breather cloth</td>
			<td style="width:216px;">EasyComposites Ltd, UK</td>
			<td style="width:119px;">-</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:237px;">Pressure sensitive tapes</td>
			<td style="width:216px;">Aerovac, UK</td>
			<td style="width:119px;">SM5127</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:237px;">Vacuum bagging film (FEP)</td>
			<td style="width:216px;">Tygavac Advaced Materials Ltd, UK</td>
			<td style="width:119px;">RF260</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:237px;">Vacuum bagging film (Nylon)</td>
			<td style="width:216px;">Aerovac, UK</td>
			<td style="width:119px;">Capran 519</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

manufacturing of robust natural fiber preforms utilizing bacterial cellulose as binder

Un nuevo método de fabricación de preformas de fibras naturales rígidas y robustas se presenta aquí. Este método se basa en un proceso de fabricación de papel, con lo cual las fibras de sisal sueltos y cortas se dispersan en una suspensión de agua que contiene celulosa bacteriana. Se filtra la fibra y la suspensión nanocellulose entonces (usando el vacío o la gravedad) y la torta de filtro prensado en húmedo para exprimir el exceso de agua, seguido de una etapa de secado. Esto dará lugar a la hornificación de la red de celulosa bacteriana, la celebración de las fibras naturales sueltos juntos. Nuestro método es especialmente adecuado para la fabricación de preformas rígidas y robustas de fibras hidrófilas. La naturaleza porosa e hidrófila de estas fibras resulta en la absorción de agua significativa, dibujo en la celulosa bacteriana dispersado en la suspensión. La celulosa bacteriana A continuación, se filtró contra la superficie de estas fibras, formando un recubrimiento de celulosa bacteriana. Cuando la célula bacteriana de fibra sueltaulosa suspensión se filtra y se seca, la celulosa bacteriana adyacente forma una red y hornified para mantener las fibras sueltas de otro modo juntos. La introducción de celulosa bacteriana en la preforma resultó en un aumento significativo de las propiedades mecánicas de las preformas de fibra. Esto se puede atribuir a la alta rigidez y la resistencia de la red de celulosa bacteriana. Con esta preforma, materiales compuestos de alto rendimiento jerárquicos renovables también se pueden fabricar mediante el uso de métodos de producción compuesto convencionales, tales como la infusión de resina película (RFI) o moldeo por transferencia de resina (RTM). Aquí, también se describe la fabricación de materiales compuestos jerárquicos renovables usando vacío de doble bolsa de infusión de resina asistida.

Sin una carpeta antes de Cristo, las cortas, fibras de sisal sueltos se mantienen unidas sólo por la fricción y enredos entre las fibras. Como resultado, esta preforma está suelto y no era capaz de soportar tanto peso. Figura 3 muestra la preforma de fibra de sisal y sin AC como el aglutinante, con una carga aplicada en modo de flexión de 3 puntos. La preforma puede ser visto a ser bastante suelta y cuando se aplica una carga mediante la adición de agua en la taza de polipropileno, la preforma comienza a desviar severamente. La carga aplicada es equivalente a 40 g de agua. Sin embargo, cuando se utilizó 20 en peso.% BC como el aglutinante para estas fibras de sisal cortos y sueltos, se fabrica una preforma de fibra rígida. Esta preforma puede soportar la carga de una taza de polipropileno completa (~ 170 g) sin ninguna desviación significativa (Figura 3). Micrografías electrónicas de barrido de una preforma típica de fibra de sisal BC-se muestran en la Figura 4. BC puede verse que se cubre la superficie delas fibras de sisal. Este efecto es debido a la naturaleza hidrófila de las fibras de sisal (o cualquier otras fibras naturales). La naturaleza hidrófila de las fibras de sisal absorbe el agua, dibujo en el BC que se dispersa en el medio. Desde BC es más grande que los poros de las fibras naturales, que no fueron capaces de penetrar en las fibras. En su lugar, se filtraron contra la superficie de fibras de sisal y forman una capa de recubrimiento de AC cuando se secaron las fibras. El comportamiento mecánico de estas preformas de fibra bajo tensión se tabulan en la Tabla 1. Debido a la naturaleza porosa de las preformas de fibra con una porosidad de ~ 70%, la resistencia a la tracción (carga por unidad de área) de la preforma no está bien definido. Por lo tanto, tabulamos la fuerza de tracción (carga necesaria para quebrar la muestra por unidad de ancho, que es de 15 mm en nuestro experimento, del material) y el índice de tracción (fuerza de tracción por unidad de gramaje) de nuestras muestras. Un índice de fuerza de tracción y resistencia a la tracción de 12.1 kN · m -1<html> y se midió 15 N · m · g-1, respectivamente, cuando se usó 20 en peso.% BC como el aglutinante. Sin embargo, las propiedades de tracción de preformas de fibra de sisal limpias no eran mensurables como la preforma de fibra está suelto. Figura Legends: <img alt="Figura 1" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51432/51432fig1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51432/51432fig1.jpg" /> Figura 1. Número de publicaciones en el campo de las fibras naturales y materiales compuestos. Los datos fueron recolectados de la Web of Knowledge usando una búsqueda por palabra clave de &#39;fib naturales *&#39; Y &#39;compuesto *&#39;, respectivamente. Se obtiene de Bismarck et al. 4 con el permiso de la revista Scientific American Publishing Ltd. files/ftp_upload/51432/51432fig2.jpg &quot;/&gt; Figura 2. Esquema de doble bolsa de vacío asistido infusión de resina. <img alt="Figura 3" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51432/51432fig3highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51432/51432fig3.jpg" /> Figura 3. Las fotografías que ilustran la diferencia en la rigidez de preformas de fibra de sisal flexión sin (dos imágenes superiores) y con (dos imágenes inferiores) BC como aglutinante. <img alt="Figura 4" fo:content-width="3in" fo:src="/files/ftp_upload/51432/51432fig4highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51432/51432fig4.jpg" /> .. Figura 4 micrografías electrónicas de barrido de una típica preforma de fibra natural utilizando BC como aglutinante con distintos aumentos Top: 100X, medio: 1000 X y el fondo: 25000 X, respectivamente. (A) y (b) denotar la SIfibra de sal y BC nanofibras, respectivamente. <table border="1" cellpadding="0" cellspacing="0"><tbody><tr><td> Materiales </td><td> Fuerza de tracción (kN · m -1) </td><td> Índice de la tracción (N · m · g -1) </td></tr><tr><td> Preforma sisal Neat </td><td> No se puede medir </td><td> No se puede medir </td></tr><tr><td> Preforma BC-sisal </td><td> 12,1 ± 2,4 </td><td> 15 ± 3 </td></tr></tbody></table> Tabla 1. Las propiedades de tracción de las preformas de fibra de sisal, con y sin AC como el aglutinante.

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Manufacturing Of Robust Natural Fiber Preforms Utilizing Bacterial Cellulose as Binder

Se presenta un nuevo método de fabricación de preformas de fibras naturales cortas rígidas y robustas usando un proceso de fabricación de papel. Celulosa bacteriana actúa simultáneamente como aglutinante para las fibras sueltas y proporciona rigidez a las preformas de fibra. Estas preformas puede ser infundido con una resina para producir materiales compuestos jerárquicos realmente verdes.

Fabricación De robustos Fibra Natural Preformas Utilizando bacteriana celulosa como Carpeta

A novel method of manufacturing rigid and robust natural fiber preforms is presented here. This method is based on a papermaking process, whereby loose ...

manufacturing-robust-natural-fiber-preforms-utilizing-bacterial

Research

JoVE Journal

Bioengineering

27.3K vistas.  University of Vienna.  Se presenta un nuevo método de fabricación de preformas de fibras naturales cortas rígidas y robustas usando un proceso de fabricación de papel. Celulosa bacteriana actúa simultáneamente como aglutinante para las fibras sueltas y proporciona rigidez a las preformas de fibra. Estas preformas puede ser infundido con una resina para producir materiales compuestos jerárquicos realmente verdes. 

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Patient-specific Modeling of the Heart: Estimation of Ventricular Fiber Orientations

Patient-specific simulations of heart (dys)function aimed at personalizing cardiac therapy are hampered by the absence of in vivo imaging technology for clinically acquiring myocardial fiber orientations. The objective of this project was to develop a methodology to estimate cardiac fiber orientations from in vivo images of patient heart geometries. An accurate representation of ventricular geometry and fiber orientations was reconstructed, respectively, from high-resolution ex vivo structural magnetic resonance (MR) and diffusion tensor (DT) MR images of a normal human heart, referred to as the atlas. Ventricular geometry of a patient heart was extracted, via semiautomatic segmentation, from an in vivo computed tomography (CT) image. Using image transformation algorithms, the atlas ventricular geometry was deformed to match that of the patient. Finally, the deformation field was applied to the atlas fiber orientations to obtain an estimate of patient fiber orientations. The accuracy of the fiber estimates was assessed using six normal and three failing canine hearts. The mean absolute difference between inclination angles of acquired and estimated fiber orientations was 15.4 &deg;. Computational simulations of ventricular activation maps and pseudo-ECGs in sinus rhythm and ventricular tachycardia indicated that there are no significant differences between estimated and acquired fiber orientations at a clinically observable level.The new insights obtained from the project will pave the way for the development of patient-specific models of the heart that can aid physicians in personalized diagnosis and decisions regarding electrophysiological interventions.

A methodology to estimate ventricular fiber orientations from in vivo images of patient heart geometries for personalized modeling is described. Validation of the methodology performed using normal and failing canine hearts demonstrate that that there are no significant differences between estimated and acquired fiber orientations at a clinically observable level.

Modelado específico del paciente del corazón: Estimación de las orientaciones de las fibras ventriculares

Patient-specific  simulations of heart (dys)function aimed at personalizing cardiac therapy are hampered  by the absence of in vivo imaging technology for ...

Investigación

Bioingeniería

High-throughput, Automated Extraction of DNA and RNA from Clinical Samples using TruTip Technology on Common Liquid Handling Robots

TruTip is a simple nucleic acid extraction technology whereby a porous, monolithic binding matrix is inserted into a pipette tip. The geometry of the monolith can be adapted for specific pipette tips ranging in volume from 1.0 to 5.0 ml. The large porosity of the monolith enables viscous or complex samples to readily pass through it with minimal fluidic backpressure. Bi-directional flow maximizes residence time between the monolith and sample, and enables large sample volumes to be processed within a single TruTip. The fundamental steps, irrespective of sample volume or TruTip geometry, include cell lysis, nucleic acid binding to the inner pores of the TruTip monolith, washing away unbound sample components and lysis buffers, and eluting purified and concentrated nucleic acids into an appropriate buffer. The attributes and adaptability of TruTip are demonstrated in three automated clinical sample processing protocols using an Eppendorf epMotion 5070, Hamilton STAR and STARplus liquid handling robots, including RNA isolation from nasopharyngeal aspirate, genomic DNA isolation from whole blood, and fetal DNA extraction and enrichment from large volumes of maternal plasma (respectively).

TruTip is a simple nucleic acid extraction technology whereby a porous, monolithic binding matrix is inserted into a pipette tip. Consequently, the sample preparation format is compatible with most liquid handling instruments, and can be used for many medium to high-throughput clinical applications and sample types.

De alto rendimiento, extracción automática de ADN y RNA de muestras clínicas utilizando la tecnología TruTip en común Robots Manejo de líquidos

TruTip is a simple nucleic acid extraction  technology whereby a porous, monolithic binding matrix is inserted into a  pipette tip. The geometry of the ...

Manufacturing Devices and Instruments for Easier Rat Liver Transplantation

Orthotopic rat liver transplantation is a popular model, which has been shown in a recent JoVE paper with the use of the "quick-linker" device. This technique allows for easier venous cuff-anatomoses after a reasonable learning curve. The device is composed of two handles, which are carved out from scalpel blades, one approximator, which is obtained by modifying Kocher's forceps, and cuffs designed from fine-bore polyethylene tubing. The whole process can be performed at a low-cost using common laboratory material. The present report provides a step-by-step protocol for the design of the required pieces and includes stencils.

We describe the design of the &#x201C;quick-linker&#x201D; device for easier orthotopic rat liver transplantation.

Fabricación de aparatos e instrumentos para facilitar la rata Trasplante de Hígado

Orthotopic rat liver transplantation is a popular model, which has been shown in a recent JoVE paper with the use of the "quick-linker" device. This ...

Cell Squeezing as a Robust, Microfluidic Intracellular Delivery Platform

Rapid mechanical deformation of cells has emerged as a promising, vector-free method for intracellular delivery of macromolecules and nanomaterials. This technology has shown potential in addressing previously challenging applications; including, delivery to primary immune cells, cell reprogramming, carbon nanotube, and quantum dot delivery. This vector-free microfluidic platform relies on mechanical disruption of the cell membrane to facilitate cytosolic delivery of the target material. Herein, we describe the detailed method of use for these microfluidic devices including, device assembly, cell preparation, and system operation. This delivery approach requires a brief optimization of device type and operating conditions for previously unreported applications. The provided instructions are generalizable to most cell types and delivery materials as this system does not require specialized buffers or chemical modification/conjugation steps. This work also provides recommendations on how to improve device performance and trouble-shoot potential issues related to clogging, low delivery efficiencies, and cell viability.

Rapid mechanical deformation of cells has emerged as a promising, vector-free method for intracellular delivery of macromolecules and nanomaterials. This protocol provides detailed steps on how to use the system for a broad range of applications.

Exprimir la célula como un robusto, Microfluidic intracelular Delivery Platform

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Electrospun Nanofiber Scaffolds with Gradations in Fiber Organization

The goal of this protocol is to report a simple method for generating nanofiber scaffolds with gradations in fiber organization and test their possible applications in controlling cell morphology/orientation. Nanofiber organization is controlled with a new fabrication apparatus that enables the gradual decrease of fiber organization in a scaffold. Changing the alignment of fibers is achieved through decreasing deposition time of random electrospun fibers on a uniaxially aligned fiber mat. By covering the collector with a moving barrier/mask, along the same axis as fiber deposition, the organizational structure is easily controlled. For tissue engineering purposes, adipose-derived stem cells can be seeded to these scaffolds. Stem cells undergo morphological changes as a result of their position on the varied organizational structure, and can potentially differentiate into different cell types depending on their locations. Additionally, the graded organization of fibers enhances the biomimicry of nanofiber scaffolds so they more closely resemble the natural orientations of collagen nanofibers at tendon-to-bone insertion site compared to traditional scaffolds. Through nanoencapsulation, the gradated fibers also afford the possibility to construct chemical gradients in fiber scaffolds, and thereby further strengthen their potential applications in fast screening of cell-materials interaction and interfacial tissue regeneration. This technique enables the production of continuous gradient scaffolds, but it also can potentially produce fibers in discrete steps by controlling the movement of the moving barrier/mask in a discrete fashion.

Here, we present a protocol to fabricate electrospun nanofiber scaffolds with gradated organization of fibers and explore their applications in regulating cell morphology/orientation. Gradients with regard to physical and chemical properties of the nanofiber scaffolds offer a wide variety of applications in the biomedical field.

Electrospun nanofibras andamios con gradaciones en Organización de fibra

The goal of this protocol is to report a simple method for generating nanofiber scaffolds with gradations in fiber organization and test their possible ...

Techniques for the Evolution of Robust Pentose-fermenting Yeast for Bioconversion of Lignocellulose to Ethanol

Lignocellulosic biomass is an abundant, renewable feedstock useful for production of fuel-grade ethanol and other bio-products. Pretreatment and enzyme saccharification processes release sugars that can be fermented by yeast. Traditional industrial yeasts do not ferment xylose (comprising up to 40% of plant sugars) and are not able to function in concentrated hydrolyzates. Concentrated hydrolyzates are needed to support economical ethanol recovery, but they are laden with toxic byproducts generated during pretreatment. While detoxification methods can render hydrolyzates fermentable, they are costly and generate waste disposal liabilities. Here, adaptive evolution and isolation techniques are described and demonstrated to yield derivatives of the native Scheffersomyces stipitis strain NRRL Y-7124 that are able to efficiently convert hydrolyzates to economically recoverable ethanol despite adverse culture conditions. Improved individuals are enriched in an evolving population using multiple selection pressures reliant on natural genetic diversity of the S. stipitis population and mutations induced by exposures to two diverse hydrolyzates, ethanol or UV radiation. Final evolution cultures are dilution plated to harvest predominant isolates, while intermediate populations, frozen in glycerol at various stages of evolution, are enriched on selective media using appropriate stress gradients to recover most promising isolates through dilution plating. Isolates are screened on various hydrolyzate types and ranked using a novel procedure involving dimensionless relative performance index (RPI) transformations of the xylose uptake rate and ethanol yield data. Using the RPI statistical parameter, an overall relative performance average is calculated to rank isolates based on multiple factors, including culture conditions (varying in nutrients and inhibitors) and kinetic characteristics. Through application of these techniques, derivatives of the parent strain had the following improved features in enzyme saccharified hydrolyzates at pH 5-6: reduced initial lag phase preceding growth, reduced diauxic lag during glucose-xylose transition, significantly enhanced fermentation rates, improved ethanol tolerance and accumulation to 40 g/L.

Adaptive evolution and isolation techniques are described and demonstrated to yield derivatives of Scheffersomyces stipitis strain NRRL Y-7124 that are able to rapidly consume hexose and pentose mixed sugars in enzyme saccharified undetoxified hydrolyzates and to accumulate over 40 g/L ethanol.

Las técnicas para la Evolución de la robusta levaduras que fermentan la pentosa para la bioconversión de lignocelulosa en etanol

Lignocellulosic biomass is an abundant, renewable feedstock useful for production of fuel-grade ethanol and other bio-products. Pretreatment and enzyme ...

Optimized Setup and Protocol for Magnetic Domain Imaging with In Situ Hysteresis Measurement

This paper elaborates the sample preparation protocols required to obtain optimal domain patterns using the Bitter method, focusing on the extra steps compared to standard metallographic sample preparation procedures. The paper proposes a novel bespoke rig for dynamic domain imaging with in situ BH (magnetic hysteresis) measurements and elaborates the protocols for the sensor preparation and the use of the rig to ensure accurate BH measurement. The protocols for static and ordinary dynamic domain imaging (without in situ BH measurements) are also presented. The reported method takes advantage of the convenience and high sensitivity of the traditional Bitter method and enables in situ BH measurement without interrupting or interfering with the domain wall movement processes. This facilitates establishing a direct and quantitative link between the domain wall movement processes&#8211;microstructural feature interactions in ferritic steels with their BH loops. This method is anticipated to become a useful tool for the fundamental study of microstructure&#8211;magnetic property relationships in steels and to help interpret the electromagnetic sensor signals for non-destructive evaluation of steel microstructures.

Optimized Setup and Protocol for Magnetic Domain Imaging with In Situ Hysteresis Measurement

This paper elaborates the sample and sensor preparation procedures and the protocols for using the test rig particularly for dynamic domain imaging with in situ BH measurements in order to achieve optimal domain pattern quality and accurate BH measurements.

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This paper elaborates the sample preparation protocols required to obtain optimal domain patterns using the Bitter method, focusing on the extra steps ...

Microhoneycomb Monoliths Prepared by the Unidirectional Freeze-drying of Cellulose Nanofiber Based Sols: Method and Extensions

Monolithic honeycomb structures have been attractive to multidisciplinary fields due to their high strength-to-weight ratio. Particularly, microhoneycomb monoliths (MHMs) with micrometer-scale channels are expected as efficient platforms for reactions and separations because of their large surface areas. Up to now, MHMs have been prepared by a unidirectional freeze-drying (UDF) method only from very limited precursors. Herein, we report a protocol from which a series of MHMs consisting of different components can be obtained. Recently, we found that cellulose nanofibers function as a distinct structure-directing agent towards the formation of MHMs through the UDF process. By mixing the cellulose nanofibers with water soluble substances which do not yield MHMs, a variety of composite MHMs can be prepared. This significantly enriches the chemical constitution of MHMs towards versatile applications.

Here, we present a general protocol to prepare a variety of microhoneycomb monoliths (MHMs) in which fluid can pass through with an extremely low pressure drop. MHMs obtained are expected to be used as filters, catalyst supports, flow-type electrodes, sensors and scaffolds for biomaterials.

Monolitos de Microhoneycomb preparados por la liofilización unidireccional de nanofibras de celulosa basan Sols: método y extensiones

Monolithic honeycomb structures have been attractive to multidisciplinary fields due to their high strength-to-weight ratio. Particularly, microhoneycomb ...

Recombinant Collagen I Peptide Microcarriers for Cell Expansion and Their Potential Use As Cell Delivery System in a Bioreactor Model

Tissue engineering is a promising field, focused on developing solutions for the increasing demand on tissues and organs regarding transplantation purposes. The process to generate such tissues is complex, and includes an appropriate combination of specific cell types, scaffolds, and physical or biochemical stimuli to guide cell growth and differentiation. Microcarriers represent an appealing tool to expand cells in a three-dimensional (3D) microenvironment, since they provide higher surface-to volume ratios and mimic more closely the in vivo situation compared to traditional two-dimensional methods. The vascular system, supplying oxygen and nutrients to the cells and ensuring waste removal, constitutes an important building block when generating engineered tissues. In fact, most constructs fail after being implanted due to lacking vascular support. In this study, we present a protocol for endothelial cell expansion on recombinant collagen-based microcarriers under dynamic conditions in spinner flask and bioreactors, and we explain how to determine in this setting cell viability and functionality. In addition, we propose a method for cell delivery for vascularization purposes without additional detachment steps necessary. Furthermore, we provide a strategy to evaluate the cell vascularization potential in a perfusion bioreactor on a decellularized&#160;biological matrix. We believe that the use of the presented methods could lead to the development of new cell-based therapies for a large range of tissue engineering applications in the clinical practice.

We propose a cell expansion protocol on macroporous microcarriers and their use as delivery system in a perfusion bioreactor to seed a decellularized tissue matrix. We also include different techniques to determine cell proliferation and viability of cells cultured on microcarriers. Furthermore, we demonstrate functionality of cells after bioreactor cultures.

Recombinante colágeno péptido Microcarriers para la extensión celular y su posible uso como sistema de células en un biorreactor modelo

Tissue engineering is a promising field, focused on developing solutions for the increasing demand on tissues and organs regarding transplantation ...

Manufacturing Abdominal Aorta Hydrogel Tissue-Mimicking Phantoms for Ultrasound Elastography Validation

Ultrasound (US) elastography, or elasticity imaging, is an adjunct imaging technique that utilizes sequential US images of soft tissues to measure the tissue motion and infer or quantify the underlying biomechanical characteristics. For abdominal aortic aneurysms (AAA), biomechanical properties such as changes in the tissue's elastic modulus and estimates of the tissue stress may be essential for assessing the need for the surgical intervention. Abdominal aortic aneurysms US elastography could be a useful tool to monitor AAA progression and identify changes in biomechanical properties characteristic of high-risk patients.
A preliminary goal in the development of an AAA US elastography technique is the validation of the method using a physically relevant model with known material properties. Here we present a process for the production of AAA tissue-mimicking phantoms with physically relevant geometries and spatially modulated material properties. These tissue phantoms aim to mimic the US properties, material modulus, and geometry of the abdominal aortic aneurysms. Tissue phantoms are made using a polyvinyl alcohol cryogel (PVA-c) and molded using 3D printed parts created using computer aided design (CAD) software. The modulus of the phantoms is controlled by altering the concentration of PVA-c and by changing the number of freeze-thaw cycles used to polymerize the cryogel. The AAA phantoms are connected to a hemodynamic pump, designed to deform the phantoms with the physiologic cyclic pressure and flows. Ultra sound image sequences of the deforming phantoms allowed for the spatial calculation of the pressure normalized strain and the identification of mechanical properties of the vessel wall. Representative results of the pressure normalized strain are presented.

Here we describe a method to manufacture aneurysmal, aortic tissue-mimicking phantoms for the use in testing ultrasound elastography. The combined use of computer-aided design (CAD) and 3-dimensional (3D) printing techniques produce aortic phantoms with predictable, complex geometries to validate the elastographic imaging algorithms with controlled experiments.

Fabricación de Aorta Abdominal hidrogel de tejido imitando fantasmas para la validación de la elastografía de ultrasonido

Ultrasound (US) elastography, or elasticity imaging, is an adjunct imaging technique that utilizes sequential US images of soft tissues to measure the ...