המחברים מודים תמיכה כספית מFQRNT (Le Fonds קוויבק de la משוכלל ונדיר sur la טבע et les טכנולוגיות). המחברים מבקשים להודות לתמיכת הייעוץ של פרופ &#39;מרטין לווסק, פרופ&#39; שלי עלי אל Khakani וד&quot;ר Brahim עיסא.

1. המצאה של 3D Microfluidic רשתות <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ממסים את הדיו נמלט על 80 מעלות צלזיוס ולטעון אותו לתוך חבית מזרק 3 מיליליטר. הערה: הדיו הנמלט הוא תערובת בינארית של שעוות מייקרו וזלין עם שיעור משקל של 40:60. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בחר זרבובית בתצהיר בהתאם לקוטר החוט הרצוי (הקוטר למשל פנימי (ID) = 150 מיקרומטר). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התקן את הזרבובית על חבית המזרק המכילה את חומר הדיו ולעלות אותו על בעל המזרק של הרובוט מחלק. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בתכנית Excel לעצב את נתיב העברתו של הרובוט מחלק לייצור של מבנה פיגום 3D הרצוי. הערה: ממדיו הכוללים של מבנה דיו 3D ומרווח &#39;סיבים בשכבת נתונה ניתן לתכנת בקלות, במקרה זה, את הממדים הם 60 מ&quot;מ אורך, 7.5 מ&quot;מ ברוחב, ו1.7 מ&quot;מ עובי עם 0.25 מ&quot;מ מרווח אופקי בין כל חוט להט. </li><li&gt; הגדר את הלחץ בתצהיר על וסת הלחץ ומהירות מחלק הרובוט. הערה: קוטר נימה הדיו הנמלט משתנה בהתאם לקוטר הנחיר, לחץ בתצהיר, צמיגות דיו ומהירות מחלק. כאן, קוטר החוט הוא ~ 150 מיקרומטר למהירות תצהיר של 4.7 מ&quot;מ / שנייה בלחץ שחול של 1.9 מגפ&quot;ס. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התחל את הייצור של microscaffold עם התצהיר של הסיבים מבוססי דיו על מצע אפוקסי, מה שמוביל לדפוס 2D (איור 2 א). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להפקיד את השכבות לאחר מכן על ידי ברציפות להגדיל כל z-המיקום של פייה מחלק בסכום השווה לקוטר של החוטים (איור 2b). הערה: מבני 3D תמיכה עצמית בגיאומטריות אחרות ושכבות רבות (לדוגמא: כמה שכבות מאות) יכול להיות בנויה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מערבבים את שני חלקי אפוקסי (כלומר השרף והמקשה) המשמש לאנקפסולציה ודגת epתערובת Oxy תחת ואקום במשך זמן מוגדר (כאן, 0.15 רף 30 דקות) כדי להסיר את הבועות שנלכדו במהלך הערבוב של רכיבי אפוקסי. שים לב: בפעם degassing עשויה להשתנות עם זמן ג &#39;של תערובת אפוקסי. למערכת אפוקסי שונה, זמן degassing הנדרש עשוי להיות קצר או ארוך יותר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> טען את שרף אפוקסי לתוך חבית מזרק 3 מיליליטר באמצעות מתקן נוזל על ידי הפעלת לחץ שלילי ולאחר מכן לעלות זרבובית קנס (למשל ID = 0.51 מ&quot;מ) לתוך חבית המזרק. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מקום טיפות של אפוקסי על מבנה הפיגום נוטה בקצה העליון שלה תוך שימוש באותו מתקן הנוזל ורכוב נחיר כדי למזער את הסיכון להשמנת בועה במהלך אנקפסולציה אפוקסי. הערה: אפוקסי אז זורם לתוך החללים הריקים בין חוטים, מונעים על ידי כוחות הכבידה ונימים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> המשך הצבת טיפות של אפוקסי על הפיגום עד החלל הריק בין חוטי פיגום מלא לחלוטין. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בואו EPO encapsulatingPrecure XY בטמפרטורת חדר למשך 24 שעות ולאחר מכן לשים את המבנה בתנור להודעה ריפוי-ב 60 ° C (איור 2 ג). הערה: לוח הזמנים של תרופה שונה עשויים להיות מיושמים למערכת אפוקסי שונה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חותכים את החלקים העודפים של אפוקסי באמצעות מסור דיוק לאחר ריפוי מלא. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לקדוח שני חורים בשני קצוות של המבנה ולהכניס שני צינורות פלסטיק. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את הדיו נמלט מהמבנה כדלקמן: <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שים את הדגימות בתנור בחום של C ° 90 ל30 דקות לעיבוי הדיו (איור 2). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> זמן קצר לאחר נטילת הדגימות מהתנור, לשטוף את רשת הערוץ עם השאיבה של מים מזוקקים חמים דרך הצינורות מחוברים לערוצים נפתחו למשך 5 דקות ואחריו הקסאן למשך 5 דקות נוספות. הערה: הסרת הדיו מניבה רשת microfluidic 3D ביניהם (איור 5). לאחר ניקוי של הרשתות באמצעות הקסאן מבוצע על מנת להסיר את possiעקבות שיורי ble של הדיו מקירות הערוץ. </li></ol></li></ol> 2. Nanocomposite הכנה הערה: nanocomposites מוכן על ידי ערבוב תרופה כפולה שרף תרמופלסטיים (אולטרה סגול / חום לריפוי), או שרף אפוקסי או שרף מבוסס urethane וnanofillers (כאן, צינורות פחמן אחת חומה) בעומסים שונים. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מוסיף את הכמות הרצויה של צינורות לפתרון של 0.1 מ&quot;מ של שטח (IX האבץ protoporphyrin) או באצטון או dichloromethane 14 (איור 6). הערה: כאן, 150 מ&quot;ג של CNTs התווסף לפתרון (~ 50 מיליליטר) על מנת להכין nanocomposite עם ריכוז Nanotube סופי של WT 0.5%. זה צריך להיות גם ציינו שהשימוש בממסי טמפרטורת רתיחה גבוהה כמו DMF יש להימנע בשל חום ריפוי אפשרי של UV-אפוקסי השתמש במחקר זה בטמפרטורות מעל 60 מעלות צלזיוס במהלך האידוי הממס. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Sonicate suspension באמבטיה קולי ל30 דקות לdebundle מצרפי Nanotube (איור 6). הערה: מאמצים נוספים כגון סינון או ultracentrifugation של פתרון Nanotube צריכים להיעשות כדי להסיר את האשכולות גדולים שנותרו לפני הערבוב עם השרף. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מערבבים את השרף (או אפוקסי או urethane) עם ההשעיה Nanotube לאורך צלחת חמה ערבוב מגנטי בטמפרטורה נמוכה מעט מטמפרטורת רתיחת הממס (למשל C ° 50 לפתרון אצטון) למשך 4 שעות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את תערובת nanocomposite לאמבטיה ultrasonication ובו זמנית חל sonication וחימום (40-50 ° C) במשך שעה 1 (איור 6). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בואו להתאדות ממס שיורי על ידי חימום nanocomposite ב30 מעלות צלזיוס במשך שעה 12 ולאחר מכן על 50 מעלות צלזיוס למשך 24 שעות תחת ואקום (~ בר 0.1). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> גזירה לערבב את חומרי nanocomposite ידי העביר אותם דרך פער קטן בין הלחמניות במיקסר טחנה שלושה מתגלגלי ביורדוr לשבור אגרגטים Nanotube גדולים (איור 6). שמור על חלק של nanocomposite לפני שלושה מתגלגלי ערבוב לשם השוואה בתחילת מחקר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדר את הפרמטרים של שלושה רול ערבוב (כלומר פערים ומסתובב במהירות). הערה: כאן, מהירות קבועה של 250 סל&quot;ד משמשת לרול הסינר. עם זאת, הפערים בין הלחמניות מופחתים בעיבוד של שלושה שלבים כדלקמן: 5 עובר ב25 מיקרומטר, 5 עובר ב10 מיקרומטר, ו10 עובר ב5 מיקרומטר, בהתאמה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> דגה התערובת הסופית תחת ואקום של ~ 0.1 רף 24 שעות באמצעות ייבוש להסיר בועות האוויר שנלכדו במהלך הערבוב. </li></ol> 3. Nanocomposite הסתננות (הזרקה) <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> טען את nanocomposites, שהוכן בסעיף 2, לתוך חבית מזרק 3 מיליליטר באמצעות מנפק הנוזל על ידי הפעלת לחץ שלילי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנס זרבובית קנס (למשל ID = 0.51 מ&quot;מ) שמתאימה לצינורות הפלסטיק המחוברים לערוצים נפתחו (אותו צינורות משמשיםלהסרת הדיו) ולעגן אותה לתוך חבית המזרק המכילה את חומרי nanocomposite. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדר את הלחץ הרצוי (כלומר לחץ חיובי) במתקן בלחץ. הערה: הנה, את לחץ הזרקת nanocomposite מוגדר ב400 kPa. הערה: ואקום (לחץ שלילי כלומר) יכול להיות מיושם על הצד השני (כלומר צד יציאה) כדי לסייע למילוי הרשת. ברגע שהלחץ מוחל, רשת microfluidic, שנבנתה בשנת 1 לפרוטוקול, מתמלאת על ידי השעיה nanocomposite, שנכנסה לרשת דרך צינורות הפלסטיק. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> זמן קצר לאחר ההזרקה, לחשוף את הקורות מרוכבים מלא nanocomposite לתאורת UV של מנורת UV למשך 30 דקות לprecuring. שים לב: הוא חשב פעולת precuring זה כדי להפחית את ההשפעה של תנועה הבראונית על הנטייה האפשרית CNTs. זה גם מקטין את הצטמקות מושרה בחום (איור 7) </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פוסט לרפא את הקורות מיוצרות בתנורב, במקרה של UV-אפוקסי, 80 מעלות צלזיוס במשך שעה 1 ואחריו 130 מעלות צלזיוס במשך עוד שעה 1 (איור 7). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חותכים את חלקי אפוקסי העודפים באמצעות מסור ולאחר מכן ללטש את הקורות לממדים הרצויים (כאן, ~ 60 מ&quot;מ אורך, ~ 6.8 מ&quot;מ ברוחב, ו~ 1.6 מ&quot;מ בעובי של הקורות יוצרו על מנת להקל על אפיון מכאני). </li></ol>

<ol>
	<li>Endo, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Applications+of+Carbon+Nanotubes+in+the+Twenty-First+Century.">Applications of Carbon Nanotubes in the Twenty-First Century.</a> Philosoph. Trans. Math. Phys. Eng. Sci. 362 (1823), 2223-2238 (2004).</li><li>Ear, Y., Silverman, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Challenges+and+opportunities+in+multifunctional+nanocomposite+structures+for+aerospace+applications.">Challenges and opportunities in multifunctional nanocomposite structures for aerospace applications.</a> MRS Bull. 32 (4), 328-334 (2007).</li><li>Mirfakhrai, T., Krishna-Prasad, R., Nojeh, A., Madden, J. D. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electromechanical+actuation+of+single-walled+carbon+nanotubes:+an+ab+initio+simulation+study.+Nanotechnology.">Electromechanical actuation of single-walled carbon nanotubes: an ab initio simulation study. Nanotechnology.</a> Nanotechnology. 19 (31), 1-8 (2008).</li><li>Sahoo, N. G., Jung, Y. C., Yoo, H. J., Cho, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+carbon+nanotubes+and+polypyrrole+on+the+thermal,+mechanical+and+electroactive+shape-memory+properties+of+polyurethane+nanocomposites.">Influence of carbon nanotubes and polypyrrole on the thermal, mechanical and electroactive shape-memory properties of polyurethane nanocomposites.</a> Comp. Sci. Technol. 67 (9), 1920-1929 (2008).</li><li>Coleman, J. N., Khan, U., Gun'ko, Y. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanical+reinforcement+of+polymers+using+carbon+nanotubes.">Mechanical reinforcement of polymers using carbon nanotubes.</a> Adv. Mater. 18 (6), 689-706 (2006).</li><li>Fan, Z. H., Advani, S. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+orientation+state+of+carbon+nanotubes+in+shear+flow.">Characterization of orientation state of carbon nanotubes in shear flow.</a> Polymer. 46 (14), 5232-5240 (2005).</li><li>Abbasi, S., Carreau, P. J., Derdouri, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flow-induced+particle+orientation+and+rheological+properties+of+suspensions+of+organoclays+in+thermoplastic+resins.">Flow-induced particle orientation and rheological properties of suspensions of organoclays in thermoplastic resins.</a> Polymer. 51 (4), 922-935 (2010).</li><li>Kimura, T., Ago, H., Tobita, M., Ohshima, S., Kyotani, M., Yumura, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Polymer+composites+of+carbon+nanotubes+aligned+by+a+magnetic+field.">Polymer composites of carbon nanotubes aligned by a magnetic field.</a> Adv. Mater. 14 (19), 1380-1383 (2002).</li><li>Chronakis, I. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Novel+nanocomposites+and+nanoceramics+based+on+polymer+nanofibers+using+electrospinning+process-A+review.">Novel nanocomposites and nanoceramics based on polymer nanofibers using electrospinning process-A review.</a> J. Mater. Process. Technol. 167 (2-3), 283-293 (2005).</li><li>Zhou, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single+wall+carbon+nanotube+fibers+extruded+from+super-acid+suspensions:+preferred+orientation,+electrical,+and+thermal+transport.">Single wall carbon nanotube fibers extruded from super-acid suspensions: preferred orientation, electrical, and thermal transport.</a> J. Appl. Phys. 95 (2), 649-655 (2004).</li><li>Sandler, J. K. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+comparative+study+of+melt+spun+polyamide-12+fibres+reinforced+with+carbon+nanotubes+and+nanofibres.">A comparative study of melt spun polyamide-12 fibres reinforced with carbon nanotubes and nanofibres.</a> Polymer. 45 (6), 2001-2015 (2004).</li><li>Therriault, D., Shepherd, R. F., White, S. R., Lewis, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fugitive+inks+for+direct-write+assembly+of+three-dimensional+microvascular+networks.">Fugitive inks for direct-write assembly of three-dimensional microvascular networks.</a> Adv. Mater. 17 (4), 395-399 (2005).</li><li>Therriault, D., White, S. R., Lewis, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chaotic+mixing+in+three-dimensional+microvascular+networks+fabricated+by+direct-write+assembly.">Chaotic mixing in three-dimensional microvascular networks fabricated by direct-write assembly.</a> Nat. Mater. 2 (4), 265-271 (2003).</li><li>Lebel, L. L., Aissa, B., Khakani, A. E., Therriault, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preparation+and+mechanical+characterization+of+laser+ablated+single-walled+carbon-nanotubes/polyurethane+nanocomposite+microbeams.">Preparation and mechanical characterization of laser ablated single-walled carbon-nanotubes/polyurethane nanocomposite microbeams.</a> Comp. Sci. Technol. 70 (3), 518-524 (2010).</li><li>Farahani, R. D., Dalir, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Micro-infiltration+of+three-dimensional+porous+networks+with+carbon+nanotube-based+nanocomposite+for+material+design.">Micro-infiltration of three-dimensional porous networks with carbon nanotube-based nanocomposite for material design.</a> Comp. A. Appl. Sci. Manufact. 42 (12), 1910-1919 (2011).</li><li>Farahani, R. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Manufacturing+composite+beams+reinforced+with+three-dimensionally+patterned-oriented+carbon+nanotubes+through+microfluidic+infiltration.">Manufacturing composite beams reinforced with three-dimensionally patterned-oriented carbon nanotubes through microfluidic infiltration.</a> Mater. Design. 41 (5), 214-225 (2012).</li><li>Volder, M. D., Tawfick, S. H., Copic, D., Hart, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrogel-driven+carbon+nanotube+microtransducers.">Hydrogel-driven carbon nanotube microtransducers.</a> Soft Matter. 7 (21), 9844-9847 (2011).</li></ol>

אין ניגודי האינטרסים הכריזו.

הליך הניסוי שהוצג כאן הוא שיטת ייצור חדשה וגמישה כדי להתאים את הביצועים מכאניים של חומרים מבוססי פולימרים למטרות עיצוב חומר. באמצעות שיטה זו, ניתן להשיג תכונות הרצויות המבוססות על הבחירה הנכונה של רכיבים (חומרים הסתננו כלומר מטריצה ​​ועיקרית), כמו גם הנדסת המבנים מרוכבים. ראשית, הטכניקה מאפשרת ייצור של חומר אחד, מורכב מפולימרי תרמופלסטיים שונים, המייצג את תכונת טמפרטורה תלויה ייחודית אשר שונה מאלו של הרכיבים bulks 15. יתרון נוסף של השיטה הנוכחית על טכניקות ייצור nanocomposite אחרות שבי nanofillers מופץ באופן אחיד דרך כל המטריצה ​​הוא היכולת להציב מרחבית החיזוקים במקומות רצויים בקורות מרוכבים מחוזק 3D אלה. בשל יכולת מיצוב זה, כמות נמוכה יותר של ננו אולי היקריש צורך בחומרים מילוי להשיג 13 ביצועים מכאניים ספציפיים. מאז דפוס החיזוק מציית ישירה הכתיבה המקורית של פיגום הדיו, הריווח &#39;הסיבים בשכבה נתון מוגבל לכעשר פעמים קוטר חוטי דיו בשל מאפייני viscoelastic של הדיו הנמלט. מצד השני, מרווח קטן עלול להגביל את הזרימה של אפוקסי הנוזלי במהלך שלב אנקפסולציה אפוקסי. יתר על כן, בקוטר של נימה הדיו צריך להיות גדול מספיק (למשל, מעל 50 מיקרומטר), כדי להקל על ייצור (לדוגמא חול של דיו צמיג גבוה) וצעדי ייצור הבאים כגון חדירת nanocomposite לרשתות microfluidic. פוטנציאל נוסף של השיטה הנוכחית עשוי להיות היכולת של יישור CNTs הפרט או nanofillers אחר בכיוון הזרימה בזרימת גזירה 16 ידי חדירת nanocomposite במהירויות / לחצים גבוהים יותר, אם nanofillers היטבפיזור בבמהלך תהליך nanocomposite ערבוב. עם זאת, רמה גבוהה של יישור יכולה להיות מושגת רק בלחצים גבוהים מאוד חדירות (בשל קוטר ערוץ קטן), שעלול לגרום ללכידת אוויר ברשת בזמן החדירה. תמונות אופטיות נציג באיור 6 מראות nanocomposites שהוכן על ידי הליך הערבוב שהוצג בפרוטוקול 2 (שתי תמונות בחלק התחתון של הדמות). הכתמים הכהים שנצפו נחשבים אגרגטים Nanotube. לnanocomposite ultrasonicated, אגרגטים בגודל מיקרון בקוטר של עד ~ 7 מיקרומטר נמצאים תוך שינוי דרסטי של הגודל של המצרפים (עם ממוצע של ~ 1 מיקרומטר) הוא ציין לnanocomposite הגזירה מעורבת. מאז פיזור nanofiller משפיע על התכונות מכאניות וחשמליות של קורות nanocomposite 3D מיוצרים, פיזור משופר צריך להיות מושגת לקחת את מלוא היתרונות של מיקום 3D של נאןofillers באמצעות טכניקת הייצור הנוכחית. לכן, יש צורך במחקר נוסף כדי לחקור באופן שיטתי מדינות הפיזור של צינוריות ושימוש בnanofillers האחר, אשר יכול להיות מפוזר בקלות רבה יותר בתוך מטריצת אפוקסי. טכניקת הייצור הנוכחית עשויה לאפשר העיצוב של מוצרי nanocomposite 3D פונקציונליים ליישום microengineering 17. הטכניקה אינה מוגבלת לחומרים המשמשים במחקר זה. לכן, היישום של טכניקה זו ניתן יהיה להאריכו על ידי הניצול של חומרי תרמוסטית אחרים וnanofillers. בין מספר יישומים, ניטור בריאות מבני, מוצרי ספיגת רעידות והמיקרואלקטרוניקה יכול להיות מוזכרת.

nanocomposites פולימרים באמצעות ננו, במיוחד צינורות פחמן (CNTs) שולב מטריצות פולימר כוללים מאפיינים רב תכליתיים 1 עבור יישומים פוטנציאליים כגון חומרים מרוכבים מבניים 2, מערכות מייקרו 3 (למשל microsensors), ופולימרים חכמים 4. כמה מדרגות עיבוד הכוללים טיפול CNT וnanocomposite ערבוב שיטות עשויות להידרש desirably לפזר CNTs לתוך המטריצה. מאז יחס הממדים &#39;CNTs, טיפול המדינה ובשטח הפיזור שלהם בעיקר להשפיע על הביצועים החשמליים ומכאניים, הליך עיבוד nanocomposite עשוי להשתנות תלוי בתכונות הרצויות ליישום 5 ממוקד. יתר על כן, לתנאי העמסה ספציפיים, יישור CNTs לאורך כיוון רצוי וגם מיצוב החיזוקים במקומות רצויים לאפשר שיפור נוסף של התכונות מכאניות ו / או חשמליות של אלה nanocomposites. כמה טכניקות כגון זרימת הגזירה 6-7 ושדות אלקטרומגנטיים 8 כבר בשימוש כדי ליישר את CNTs לאורך כיוון רצוי במטריצת פולימר. יתר על כן, הנטייה CNT הנגרמת על ידי מגביל ממדי, במיוחד בחד ממד (1D) ושני מימדים (2D), נצפה במהלך העיבוד / יוצרים של חומרי nanocomposite 9-11. עם זאת, התפתחויות חדשות בתהליכי הייצור יש צורך עדיין כדי לאפשר שליטה מספקת של הנטייה תלת ממדי (3D) ו / או מיקום של חיזוק Nanotube במהלך הייצור של מוצר לתנאים אופטימליים. במאמר זה, אנו מציגים פרוטוקול לייצור קורות מרוכבים מחוזק 3D באמצעות חדירה מכוונת והמקומית של רשת microfluidic 3D עם השעיות nanocomposite הפולימר (איור 1). ראשית, הייצור של 3D מחובר microfluidicהרשת באה לידי ביטוי, הכוללת את הייצור הישיר לכתוב של סיבי דיו הנמלט 12-13 על מצעי אפוקסי (2a דמויות ו2b), ואחריו אנקפסולציה אפוקסי (איור 2 ג) והסרת הקרבת דיו (איור 2). השיטה ישירה לכתוב מורכבת מרובוט מבוקר מחשב שזז מנפק נוזל לאורך x, y, z וגרזנים (איור 3). טכניקה זו מספקת דרך מהירה וגמישה לפברק microdevices 3D עבור פוטוניים, MEMS ויישומי ביוטכנולוגיה (איור 4). לאחר מכן, הכנת nanocomposite הוא הוכיח, יחד עם החדירה שלה (או הזרקה) לרשת נקבובית תחת לחצים מבוקרים וקבועים שונים לייצור חומרים מרוכבים מחוזק 3D multiscale (2e דמויות ו2F). לבסוף, כמה תוצאות נציג יחד עם היישומים הפוטנציאליים שלהם מוצגות.

<table><tbody><tr><td>Dispensing Robot</td><td>I &amp;amp; J Fisnar</td><td>I &amp;amp; J2200-4</td><td></td></tr><tr><td>Robot software</td><td>I &amp;amp; J Fisnar</td><td></td><td>JR-Point Dispensing</td></tr><tr><td>Syringe Barrel</td><td>Nordson EFD Inc.</td><td>7012072</td><td>3 ml</td></tr><tr><td>Dispensing Nozzle</td><td>Nordson EFD Inc.</td><td>7018225</td><td>Stainless Steel Tip&amp;nbsp;&amp;nbsp; (ID: 0.51 mm)</td></tr><tr><td>Dispensing Nozzle</td><td>Nordson EFD Inc.</td><td>7018424</td><td>Stainless Steel Tip&amp;nbsp;&amp;nbsp; (ID: 0.15 mm)</td></tr><tr><td>Fluid Dispenser</td><td>Nordson EFD Inc.</td><td>HP-7X</td><td></td></tr><tr><td>Fluid Dispenser</td><td>Nordson EFD Inc.</td><td>800</td><td></td></tr><tr><td>Live camera</td><td>MediaCybernetics</td><td>QI, Cool, Color</td><td>12 Bit, Qimaging</td></tr><tr><td>Live Camera Software</td><td>Image-Pro Plus</td><td></td><td>Version 6</td></tr><tr><td>Precision Saw</td><td>Buehler (IsoMet)</td><td>622-ISF-03604</td><td>Low-Speed Saw</td></tr><tr><td>Flexible plastic tube</td><td>Saint-Gobain PRL Corp.</td><td>Tygon 177936</td><td></td></tr><tr><td>Stirring hot plate</td><td>Barnstead International</td><td>SP131825</td><td></td></tr><tr><td>Vacuumed-oven</td><td>Cole-Parmer</td><td>EW-05053-10</td><td></td></tr><tr><td>Ultrasonic cleaner</td><td>Cole-Parmer</td><td>EW-08891-11</td><td></td></tr><tr><td>Three-roll mill mixer</td><td>Exakt Technologies</td><td>Exakt 80E</td><td></td></tr><tr><td>Dynamic Mechanical Analyzer</td><td>TA Instruments</td><td>DMA Q800</td><td></td></tr><tr><td>UV-lamp</td><td>Cole Parmer</td><td>RK-97600-00</td><td>Intensity of 21 mW/cm&amp;sup2;</td></tr></tbody></table>

manufacturing of three-dimensionally microstructured nanocomposites through microfluidic infiltration

קורות מרוכבים microstructured חיזקו עם מורכב בתלת ממד (3D) סיבים מיקרוסקופים nanocomposite דוגמת מיוצרים באמצעות חדירת nanocomposite של 3D מחובר רשתות microfluidic. הייצור של הקורות חיזוק מתחיל בייצור של רשתות microfluidic, הכולל תצהיר שכבה אחר שכבה של סיבי דיו נמלטים באמצעות רובוט מחלק, ממלא את החלל הריק שבין חוטים באמצעות שרף צמיגות נמוך, ריפוי השרף ולבסוף הסרת דיו. מבני 3D הנתמכים עצמיים בגיאומטריות אחרות ושכבות רבות (לדוגמא: כמה שכבות מאות) יכולים להיות בנויים בשיטה זו. אז רשתות microfluidic צינורי וכתוצאה מכך הם הסתננו עם השעיות nanocomposite תרמופלסטיים המכילות nanofillers (למשל צינורות פחמן אחת חומה), ולאחר מכן נרפאו. ההסתננות נעשית על ידי יישום הדרגתי בלחץ בין שני קצוות של n הריקetwork (בין אם על ידי הפעלת ואקום או microinjection בסיוע ואקום). לפני החדירה, השעיות nanocomposite מוכנות על ידי פיזור nanofillers למטריצות פולימר באמצעות ultrasonication ושלושה מתגלגלי ערבוב שיטות. Nanocomposites (כלומר החומרים שחדר) אז התגבש תחת תרופת חשיפת UV / חום, וכתוצאה מכך מבנה מורכב חיזק-3D. הטכניקה המוצגת כאן מאפשרת את התכנון של מוצרים מקרוסקופית nanocomposite פונקציונליים ליישומי microengineering כגון מפעילים וחיישנים.

8a דמויות ו8b מראה תמונה מייצגת של קורות מיוצרות ותמונה אופטית של החתך שלה, בהיקף של תשע שכבות של סיבי nanocomposite. 8C הדמויות ו8D להראות תמונות טיפוסיות SEM של פני השטח שבר מיוצר קורות ותמונה בהגדלה גבוהה יותר של ערוצים מלאים (כלומר microfibers nanocomposite המוטבע), בהתאמה. מאחר שלא debonding נתפסת בקיר הערוצים, זה הוגן לומר כי אפוקסי שמסביב והחומרים הסתננו הם דבקו גם כתוצאה מניקוי הנכון של הערוצים עם הקסאן לאחר הסרת הדיו. איור 9 מראה תמונה אופטית נציג של קרן נשברה במהלך הבדיקה מכאנית שבי הקסאן אינו משמש במהלך הסרת הדיו. debonding סיבים, כתוצאה מממשק מכאני עני הוא ציינה שייתכן שדבר נובעעקבות דיו נמלטים נותרו לאחר ניקוי רשת. איור 10 מציג את מודול האחסון, E &#39;, של דגימות יצוקות אפוקסי בתפזורת (כמו מבחני ביצועים) והקורות מחוזקים 3D. התוצאות מראות מגמות ייחודיות לקורות מיוצרות בו הם השילוב של מוטבע וחומרי אפוקסי שמסביב עם מאפיינים מעולים עם הנוכחות של רק ~ WT 0.18. CNTs%. איור 11 מציג את תוצאות בדיקת כיפוף שלוש נקודות של הקורות מרוכבים מיוצרות באמצעות DMA. כתוצאה ממיצוב CNTs, מודול לכפיפה של 3D חיזק קורות הראו גידול של 34% בהשוואה ל( אפוקסי השלם) הטהור חדר אפוקסי קורות. <img alt="איור 1" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig1highres.jpg" width="500" /> איור 1. ייצוג סכמטי של 3D-rnanocomposite einforced מיוצר על ידי גישת microinfiltration. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig1highres.jpg" target="_blank">לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.</a> <img alt="איור 2" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig2highres.jpg" width="500" /> איור 2. ייצוג סכמטי של הייצור של קורות מתכת 3D. (א) בתצהיר ישיר נימה דיו באמצעות רובוט מחלק, (ב) בתצהיר של מספר שכבות על גב אחד את השני על ידי הגדלת זרבובית הניפוק בכיוון-z, (ג ) ממלא את החלל הנקבובית בין סיבים באמצעות שרף צמיגות נמוך, (ד) אם ניקח את הדיו אל מחוץ לרשת על ידי עיבוי שלה, וכתוצאה מכך הייצור של ערוצי microfluidic. (ה) מילוי הרשת הריקה עםההשעיה nanocomposite אחרי ריפוי, ו( ​​ו) חיתוך חלקי אפוקסי העודפים. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig2highres.jpg" target="_blank">לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.</a> <img alt="איור 3" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig3highres.jpg" width="500" /> איור 3. תמונה של הבמה בתצהיר רובוטית בהיקף של רובוט מבוקר מחשב, מנגנון ניפוק, ומצלמה בשידור חי. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig3highres.jpg" target="_blank">לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.</a> <img alt="איור 4" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig4highres.jpg" width="500" /> איור 4. כמה תמונות של microstructures מיוצרות על ידי עאסם הישיר לכתובבליי. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig4highres.jpg" target="_blank">לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.</a> <img alt="איור 5" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig5highres.jpg" width="500" /> איור 5. מבט איזומטרי ותמונת SEM הרשת הריקה microfluidic מחובר-3D. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig5highres.jpg" target="_blank">לחצו כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.</a> <img alt="איור 6" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig6highres.jpg" width="500" /> איור 6. Nanocomposite ערבוב אסטרטגיות כוללים functionalization Nanotube noncovalent, ultrasonication, ו / או ערבוב טחנה שלושה מתגלגלי אשר להוביל Nanotube תפוצות עם איכויות שונות (תמונות אופטיות של סרטי nanocomposite). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig6highres.jpg" target="_blank">לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.</a> <img alt="איור 7" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig7highres.jpg" width="500" /> איור 7. Nanocomposite ריפוי תחת תאורת UV של UV-מנורה ואחריו לאחר ריפוי בתנור. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig7highres.jpg" target="_blank">לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.</a> <img alt="איור 8" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig8highres.jpg" width="500" /> איור 8. (א) אני sometric תמונה של קרן חיזקה-3D, (ב) חתך אופייני של קרן הזריק nanocomposite, (ג) תמונת מיקרוסקופ אלקטרונים סורק בר משטח קורה, ו( <stron<html> g&gt; ד) תקריב של (ג). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig8highres.jpg" target="_blank">לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.</a> <img alt="איור 9" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig9highres.jpg" width="500" /> איור 9. תמונת פני השטח של שבר הקורה הסתנן nanocomposite פוליאוריטן. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig9highres.jpg" target="_blank">לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.</a> <img alt="איור 10" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig10highres.jpg" width="500" /> איור 10 נכסים. טמפרטורה תלויה מכאניים (מודול אחסון) של אפוקסי בתפזורת והקורות מיוצרות באמצעות מנתח מכאני דינמי./ &quot;= היעד&quot; _blank www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig10highres.jpg &quot;&gt; לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר. <img alt="איור 11" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig11highres.jpg" width="500" /> איור 11. מאפיינים מעין סטטי מכאניים (כפיפה) של אפוקסי בתפזורת וקורות מיוצרות (מבחן כיפוף שלוש נקודות). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51512/51512fig11highres.jpg" target="_blank">לחצו כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Manufacturing of Three-dimensionally Microstructured Nanocomposites through Microfluidic Infiltration at JoVE.com

Manufacturing of Three-dimensionally Microstructured Nanocomposites through Microfluidic Infiltration

קורות תלת ממדי (3D) microstructured מרוכבים מיוצרים באמצעות החדירה המכוונת והמקומית של nanocomposites לרשתות microfluidic נקבוביים 3D. הגמישות של שיטת ייצור זו מאפשרת הניצול של חומרי תרמופלסטיים שונים וnanofillers כדי להשיג מגוון רחב של מוצרי nanocomposite חיזקו 3D הפונקציונלי מקרוסקופית.

ייצור של Nanocomposites microstructured תלת ממדי באמצעות Microfluidic הסתננות

Microstructured composite beams reinforced with complex three-dimensionally (3D) patterned nanocomposite microfilaments are fabricated via nanocomposite ...

manufacturing-three-dimensionally-microstructured-nanocomposites

Research

JoVE Journal

Chemistry

12.3K Views.  École Polytechnique de Montréal.  קורות תלת ממדי (3D) microstructured מרוכבים מיוצרים באמצעות החדירה המכוונת והמקומית של nanocomposites לרשתות microfluidic נקבוביים 3D. הגמישות של שיטת ייצור זו מאפשרת הניצול של חומרי תרמופלסטיים שונים וnanofillers כדי להשיג מגוון רחב של מוצרי nanocomposite חיזקו 3D הפונקצי?...

Video: Manufacturing of Three-dimensionally Microstructured Nanocomposites through Microfluidic Infiltration

Fabrication, Densification, and Replica Molding of 3D Carbon Nanotube Microstructures

The introduction of new materials and processes to microfabrication has, in large part, enabled many important advances in microsystems, lab-on-a-chip devices, and their applications. In particular, capabilities for cost-effective fabrication of polymer microstructures were transformed by the advent of soft lithography and other micromolding techniques 1, 2, and this led a revolution in applications of microfabrication to biomedical engineering and biology. Nevertheless, it remains challenging to fabricate microstructures with well-defined nanoscale surface textures, and to fabricate arbitrary 3D shapes at the micro-scale. Robustness of master molds and maintenance of shape integrity is especially important to achieve high fidelity replication of complex structures and preserving their nanoscale surface texture. The combination of hierarchical textures, and heterogeneous shapes, is a profound challenge to existing microfabrication methods that largely rely upon top-down etching using fixed mask templates. On the other hand, the bottom-up synthesis of nanostructures such as nanotubes and nanowires can offer new capabilities to microfabrication, in particular by taking advantage of the collective self-organization of nanostructures, and local control of their growth behavior with respect to microfabricated patterns. 
Our goal is to introduce vertically aligned carbon nanotubes (CNTs), which we refer to as CNT "forests", as a new microfabrication material. We present details of a suite of related methods recently developed by our group: fabrication of CNT forest microstructures by thermal CVD from lithographically patterned catalyst thin films; self-directed elastocapillary densification of CNT microstructures; and replica molding of polymer microstructures using CNT composite master molds. In particular, our work shows that self-directed capillary densification ("capillary forming"), which is performed by condensation of a solvent onto the substrate with CNT microstructures, significantly increases the packing density of CNTs. This process enables directed transformation of vertical CNT microstructures into straight, inclined, and twisted shapes, which have robust mechanical properties exceeding those of typical microfabrication polymers. This in turn enables formation of nanocomposite CNT master molds by capillary-driven infiltration of polymers. The replica structures exhibit the anisotropic nanoscale texture of the aligned CNTs, and can have walls with sub-micron thickness and aspect ratios exceeding 50:1. Integration of CNT microstructures in fabrication offers further opportunity to exploit the electrical and thermal properties of CNTs, and diverse capabilities for chemical and biochemical functionalization 3.

We present methods for fabrication of patterned microstructures of vertically aligned carbon nanotubes (CNTs), and their use as master molds for production of polymer microstructures with organized nanoscale surface texture. The CNT forests are densified by condensation of solvent onto the substrate, which significantly increases their packing density and enables self-directed formation of 3D shapes.

ייצור, Densification, העתק דפוס של Microstructures Nanotube 3D פחמן

The introduction of new materials and processes to microfabrication has, in large part, enabled many important advances in microsystems, lab-on-a-chip ...

Engineering

Process of Making Three-dimensional Microstructures using Vaporization of a Sacrificial Component

Vascular structures in natural systems are able to provide high mass transport through high surface areas and optimized structure. Few synthetic material fabrication techniques are able to mimic the complexity of these structures while maintaining scalability. The Vaporization of a Sacrificial Component (VaSC) process is able to do so. This process uses sacrificial fibers as a template to form hollow, cylindrical microchannels embedded within a matrix. Tin (II) oxalate (SnOx) is embedded within poly(lactic) acid (PLA) fibers which facilitates the use of this process. The SnOx catalyzes the depolymerization of the PLA fibers at lower temperatures. The lactic acid monomers are gaseous at these temperatures and can be removed from the embedded matrix at temperatures that do not damage the matrix. Here we show a method for aligning these fibers using micromachined plates and a tensioning device to create complex patterns of three-dimensionally arrayed microchannels. The process allows the exploration of virtually any arrangement of fiber topologies and structures.

The Vaporization of a Sacrificial Component (VaSC) process is used to fabricate microvascular structures. This procedure uses sacrificial poly(lactic) acid fibers to form hollow microchannels with precise 3D geometric positioning provided by laser micromachined guide plates.

תהליך של הפיכת Microstructures תלת ממדי באמצעות אידוי של רכיב של קורבן

Vascular structures in natural systems are able to provide high mass transport through high surface areas and optimized structure. Few synthetic material ...

Micro-masonry for 3D Additive Micromanufacturing

Transfer printing is a method to transfer solid micro/nanoscale materials (herein called &#8216;inks&#8217;) from a substrate where they are generated to a different substrate by utilizing elastomeric stamps. Transfer printing enables the integration of heterogeneous materials to fabricate unexampled structures or functional systems that are found in recent advanced devices such as flexible and stretchable solar cells and LED arrays. While transfer printing exhibits unique features in material assembly capability, the use of adhesive layers or the surface modification such as deposition of self-assembled monolayer (SAM) on substrates for enhancing printing processes hinders its wide adaptation in microassembly of microelectromechanical system (MEMS) structures and devices. To overcome this shortcoming, we developed an advanced mode of transfer printing which deterministically assembles individual microscale objects solely through controlling surface contact area without any surface alteration. The absence of an adhesive layer or other modification and the subsequent material bonding processes ensure not only mechanical bonding, but also thermal and electrical connection between assembled materials, which further opens various applications in adaptation in building unusual MEMS devices.

This paper introduces a 3D additive micromanufacturing strategy (termed &#8216;micro-masonry&#8217;) for the flexible fabrication of microelectromechanical system (MEMS) structures and devices. This approach involves transfer printing-based assembly of micro/nanoscale materials in conjunction with rapid thermal annealing-enabled material bonding techniques.

מיקרו בנייה לMicromanufacturing 3D תוסף

Transfer printing is a method to transfer solid micro/nanoscale materials (herein called &#8216;inks&#8217;) from a substrate where they are generated to ...

Fabrication of the Thermoplastic Microfluidic Channels

In our lab, we have successfully isolated nucleic acids directly from microliter and submicroliter volumes of human blood, urine and stool using polymer/nanoparticle composite microscale lysis and solid phase extraction columns. The recovered samples are concentrated, small volume samples that are PCRable, without any additional cleanup. Here, we demonstrate how to fabricate thermoplastic microfluidic chips using hot embossing and heat sealing. Then, we demonstrate how to use in situ light directed surface grafting and polymerization through the sealed chip to form the composite solid phase columns. We demonstrate grafting and polymerization of a carbon nanotube/polymer composite column for bacterial cell lysis. We then show the lysis process followed by solid phase extraction of nucleic acids from the sample on chip using a silica/polymer composite column. The attached protocols contain detailed instructions on how to make both lysis and solid phase extraction columns.

Here we demonstrate how to fabricate thermoplastic microfluidic chips using hot embossing and heat sealing. Then we demonstrate how to use in situ light directed surface grafting and polymerization through the sealed chip to form the composite solid phase columns.

ייצור של ערוצים Microfluidic תרמופלסטיים

In our lab, we have successfully isolated nucleic acids directly from microliter and submicroliter volumes of human blood, urine and stool using ...

Biology

Microfabrication of Chip-sized Scaffolds for Three-dimensional Cell cultivation

Using microfabrication technologies is a prerequisite to create scaffolds of reproducible geometry and constant quality for three-dimensional cell cultivation. These technologies offer a wide spectrum of advantages not only for manufacturing but also for different applications. The size and shape of formed cell clusters can be influenced by the exact and reproducible architecture of the microfabricated scaffold and, therefore, the diffusion path length of nutrients and gases can be controlled.1 This is unquestionably a useful tool to prevent apoptosis and necrosis of cells due to an insufficient nutrient and gas supply or removal of cellular metabolites.
Our polymer chip, called CellChip, has the outer dimensions of 2 x 2 cm with a central microstructured area. This area is subdivided into an array of up to 1156 microcontainers with a typical dimension of 300 m edge length for the cubic design (cp- or cf-chip) or of 300 m diameter and depth for the round design (r-chip).2
So far, hot embossing or micro injection moulding (in combination with subsequent laborious machining of the parts) was used for the fabrication of the microstructured chips. Basically, micro injection moulding is one of the only polymer based replication techniques that, up to now, is capable for mass production of polymer microstructures.3 However, both techniques have certain unwanted limitations due to the processing of a viscous polymer melt with the generation of very thin walls or integrated through holes. In case of the CellChip, thin bottom layers are necessary to perforate the polymer and provide small pores of defined size to supply cells with culture medium e.g. by microfluidic perfusion of the containers.
In order to overcome these limitations and to reduce the manufacturing costs we have developed a new microtechnical approach on the basis of a down-scaled thermoforming process. For the manufacturing of highly porous and thin walled polymer chips, we use a combination of heavy ion irradiation, microthermoforming and track etching. In this so called "SMART" process (Substrate Modification And Replication by Thermoforming) thin polymer films are irradiated with energetic heavy projectiles of several hundred MeV introducing so-called "latent tracks" Subsequently, the film in a rubber elastic state is formed into three dimensional parts without modifying or annealing the tracks. After the forming process, selective chemical etching finally converts the tracks into cylindrical pores of adjustable diameter.

We present two processes for the microfabrication of porous polymer chips for three-dimensional cell cultivation. The first one is hot embossing combined with a solvent vapour welding process. The second one uses a recently developed microthermoforming process combined with ion track technology leading to a significant simplification of manufacture.

Microfabrication של שבב בגודל פיגומים לעיבוד תלת ממדי נייד

Using microfabrication technologies is a prerequisite to create scaffolds of reproducible geometry and constant quality for three-dimensional cell ...

Microfluidic Fabrication of Polymeric and Biohybrid Fibers with Predesigned Size and Shape

A &#8220;sheath&#8221; fluid passing through a microfluidic channel at low Reynolds number can be directed around another &#8220;core&#8221; stream and used to dictate the shape as well as the diameter of a core stream.&#160;Grooves in the top and bottom of a microfluidic channel were designed to direct the sheath fluid and shape the core fluid.&#160;By matching the viscosity and hydrophilicity of the sheath and core fluids, the interfacial effects are minimized and complex fluid shapes can be formed.&#160;Controlling the relative flow rates of the sheath and core fluids determines the cross-sectional area of the core fluid.&#160;Fibers have been produced with sizes ranging from 300 nm to ~1 mm, and fiber cross-sections can be round, flat, square, or complex as in the case with double anchor fibers. Polymerization of the core fluid downstream from the shaping region solidifies the fibers.&#160;Photoinitiated click chemistries are well suited for rapid polymerization of the core fluid by irradiation with ultraviolet light.&#160;Fibers with a wide variety of shapes have been produced from a list of polymers including liquid crystals, poly(methylmethacrylate), thiol-ene and thiol-yne resins, polyethylene glycol, and hydrogel derivatives. Minimal shear during the shaping process and mild polymerization conditions also makes the fabrication process well suited for encapsulation of cells and other biological components.

Two adjacent fluids passing through a grooved microfluidic channel can be directed to form a sheath around a prepolymer core; thereby&#160;determining both shape and cross-section. Photoinitiated polymerization, such as thiol click chemistry, is well suited for rapidly solidifying the core fluid into a microfiber with predetermined size and shape.

ייצור מיקרופלואידי של סיבים פולימריים וביוהיברידים עם גודל וצורה מעוצבים מראש

A &#8220;sheath&#8221; fluid passing through a microfluidic channel at low Reynolds number can be directed around another &#8220;core&#8221; stream and ...

Bioengineering

A Soft Tooling Process Chain for Injection Molding of a 3D Component with Micro Pillars

The purpose of this paper is to present the method of a soft tooling process chain employing Additive Manufacturing (AM) for fabrication of injection molding inserts with micro surface features. The Soft Tooling inserts are manufactured by Digital Light Processing (vat photo polymerization) using a photopolymer that can withstand relatively high temperaturea. The part manufactured here has four tines with an angle of 60&#176;. Micro pillars (&#216;200 &#181;m, aspect ratio of 1) are arranged on the surfaces by two rows. Polyethylene (PE) injection molding with the soft tooling inserts is used to fabricate the final parts. This method demonstrates that it is feasible to obtain injection-molded parts with microstructures on complex geometry by additive manufactured inserts. The machining time and cost is reduced significantly compared to conventional tooling processes based on computer numerical control (CNC) machining. The dimensions of the micro features are influenced by the applied additive manufacturing process. The lifetime of the inserts determines that this process is more suitable for pilot production. The precision of the inserts production is limited by the additive manufacturing process as well.

A protocol for fabricating injection molding inserts for complex geometry with micro features on surfaces employing Additive Manufacturing (AM) is presented.

עמודי רשת אבזור רך בתהליך הזרקה של רכיב 3D עם מיקרו

The purpose of this paper is to present the method of a soft tooling process chain employing Additive Manufacturing (AM) for fabrication of injection ...

Micropatterning and Assembly of 3D Microvessels

In vitro platforms to study endothelial cells and vascular biology are largely limited to 2D endothelial cell culture, flow chambers with polymer or glass based substrates, and hydrogel-based tube formation assays. These assays, while informative, do not recapitulate lumen geometry, proper extracellular matrix, and multi-cellular proximity, which play key roles in modulating vascular function. This manuscript describes an injection molding method to generate engineered vessels with diameters on the order of 100 &#181;m. Microvessels are fabricated by seeding endothelial cells in a microfluidic channel embedded within a native type I collagen hydrogel. By incorporating parenchymal cells within the collagen matrix prior to channel formation, specific tissue microenvironments can be modeled and studied. Additional modulations of hydrodynamic properties and media composition allow for control of complex vascular function within the desired microenvironment. This platform allows for the study of perivascular cell recruitment, blood-endothelium interactions, flow response, and tissue-microvascular interactions. Engineered microvessels offer the ability to isolate the influence from individual components of a vascular niche and precisely control its chemical, mechanical, and biological properties to study vascular biology in both health and disease.

This manuscript presents an injection molding method to engineer microvessels that recapitulate physiological properties of endothelium. The microfluidic-based process creates patent 3D vascular networks with tailorable conditions, such as flow, cellular composition, geometry, and biochemical gradients. The fabrication process and examples of potential applications are described.

Micropatterning והרכבת 3D microvessels

In vitro platforms to study endothelial cells and vascular biology are largely limited to 2D endothelial cell culture, flow chambers with polymer or glass ...

ייצור מיקרו-מובלט של התקנים אנליטיים מבוססי נייר ננוצלולוז  

Microembossing: A Convenient Process for Fabricating Microchannels on Nanocellulose Paper-Based Microfluidics

Nanopaper, derived from nanofibrillated cellulose, has generated considerable interest as a promising material for microfluidic applications. Its appeal lies in a range of excellent&#160;qualities, including an exceptionally smooth surface, outstanding optical transparency, a uniform nanofiber matrix with nanoscale porosity, and customizable chemical properties. Despite the rapid growth of nanopaper-based microfluidics, the current techniques used to create microchannels on nanopaper, such as 3D printing, spray coating, or manual cutting and assembly, which are crucial for practical applications, still possess certain limitations, notably susceptibility to contamination. Furthermore, these methods are restricted to the production of millimeter-sized channels. This study introduces a straightforward process that utilizes convenient plastic micro-molds for simple microembossing operations to fabricate microchannels on nanopaper, achieving a minimum width of 200 &#181;m. The developed microchannel outperforms existing approaches, achieving a fourfold improvement, and can be fabricated within 45 min. Furthermore, fabrication parameters have been optimized, and a convenient quick-reference table is provided for application developers. The proof-of-concept for a laminar mixer, droplet generator, and functional nanopaper-based analytical devices (NanoPADs) designed for Rhodamine B sensing using surface-enhanced Raman spectroscopy was demonstrated. Notably, the NanoPADs exhibited exceptional performance with improved limits of detection. These outstanding results can be attributed to the superior optical properties of nanopaper and the recently developed accurate microembossing method, enabling the integration and fine-tuning of the NanoPADs.

מחבר Spotlight: מהפכה במיקרופלואידיקה באמצעות ייצור מיקרו-ערוצים על ננו-נייר 

This protocol describes a straightforward process that utilizes convenient plastic micro-molds for simple microembossing operations to fabricate microchannels on nanofibrillated cellulose paper, achieving a minimum width of 200 &#181;m.

מיקרו-הבלטה: תהליך נוח לייצור מיקרו-ערוצים על מיקרופלואידיקה מבוססת נייר ננוצלולוז

Nanopaper, derived from nanofibrillated cellulose, has generated considerable interest as a promising material for microfluidic applications. Its appeal ...

ייצור של Nanocomposites microstructured תלת ממדי באמצעות Microfluidic הסתננות

Summary

Explore More Videos

Chapters in this video

ייצור, Densification, העתק דפוס של Microstructures Nanotube 3D פחמן

תהליך של הפיכת Microstructures תלת ממדי באמצעות אידוי של רכיב של קורבן

מיקרו בנייה לMicromanufacturing 3D תוסף

ייצור של ערוצים Microfluidic תרמופלסטיים

Microfabrication של שבב בגודל פיגומים לעיבוד תלת ממדי נייד

ייצור מיקרופלואידי של סיבים פולימריים וביוהיברידים עם גודל וצורה מעוצבים מראש

עמודי רשת אבזור רך בתהליך הזרקה של רכיב 3D עם מיקרו

Micropatterning והרכבת 3D microvessels

מיקרו-הבלטה: תהליך נוח לייצור מיקרו-ערוצים על מיקרופלואידיקה מבוססת נייר ננוצלולוז

מיקרו-הבלטה: תהליך נוח לייצור מיקרו-ערוצים על מיקרופלואידיקה מבוססת נייר ננוצלולוז