This work is supported by the NSF-EPSCoR (grant #0814194) and the Department of Bioengineering.

<html> 1. ציוד Set-up <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להרכיב מחלק מערכת ולהתחבר בקר שסתום וחבית מזרק למקור פנאומטי, באמצעות ווסת לחץ, כדי להגדיר את הלחץ בגיל 15 psi לוותר פתרון הפולימר מקצה המחט בקצב זרימה של 2.45 μl / דקה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנס את מערכת מחלק הרובוט ו 3-ציר למארז תרמי על מנת להבטיח סביבת עבודה יציבה (איור 2). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התקן נקודות משותפת-רובוט בקרה (נקודות JR-C) תוכנה המסופקות על ידי יצרן המערכת ולהתחבר רובוט 3-ציר למחשב דרך יציאת תקשורת טורית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הר מחלק שסתום לרובוט 3 ציר ולהתקין קצה מחט על השסתום. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> רמת גליל דיו השלב רובוטית על פי ההנחיות של היצרן כדי להבטיח שטיחות ביחס לגובה של קצה השסתום 15. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להרכיב דוד-נשלט משוב במתחם כדי להוסיף איכות סביבה. </li></ol>תוכן &quot;FO: לשמור-together.within עמודים =&quot; תמיד &quot;&gt; <img alt="איור 2" src="/files/ftp_upload/52834/52834fig2.jpg" /> איור 2. (א) 3-ציר מחלק רובוט עם אבזרים דרושים שוכנים בתוך מתחם; ו, (ב) לסגור את התמונה של שסתום מחלק עם מיקרוסקופ USB המצורף להדמיה. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52834/52834fig2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> 2. חומרים ניסיוניים וגורמי שליטה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שליטה גורמים ושילובם. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> משתנה להאכיל שיעור ממהירות 1% (5 מ&quot;מ / sec) עד 100% (500 מ&quot;מ / sec), על ידי תוכנת C-נקודות JR. ליישום זה, להשתמש במהירות של 2% (10 מ&quot;מ / sec) לפברק מבני סיבים הוצגו בעבודה זו. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להשתנות ריכוזי פתרון פולימר להשיג צמיגות מסוימת, מתח פנים ופרמטרי תנודתיות הנדרשתליישום רצוי. לבקשה זו, להשתמש polymethylmethacrylate 24% (PMMA) בפתרון Chlorobenzene לפברק מבני הסיבים הוצגו בעבודה זו. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להשתנות זמן לוותר שסתום בקרה מ0.02 שניות עד 1 שניות כדי להוציא פתרונות באמצעות אוויר פנאומטי. לבקשה זו, להשתמש 0.02 שניות לפברק מבני הסיבים הוצגו בעבודה זו. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בחר גודל של מד טיפים מחט דיוק גבוה לוותר פתרונות פולימר. לבקשה זו, השתמש 30 G (קוטר פנימי (ID) = 152.4 מיקרומטר) טיפ לפברק מבני הסיבים הוצגו בעבודה זו. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדר את טווח טמפרטורת הפעלה בין 70 ° F עד 100 ° F בתיבה מבודדת תרמית כדי לשמור על קצב אידוי מתמיד של מדגם הפולימר. לבקשה זו, השתמש בטמפרטורה של 70 מעלות לפברק מבני הסיבים הוצגו בעבודה זו. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנה של פתרונות פולימר. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מערבביםשרף פולימרים של methacrylate polymethyl (PMMA; 0.72 גר &#39;) עם Chlorobenzene הממס (2.28 גר&#39;) תחת זרם כימי מכסה המנוע. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחשב את המשקל של הפולימר (PMMA) והממס (chlorobenzene) כדי להשיג את הריכוז הרצוי של פולימר בתמיסה. לבקשה זו, להשתמש polymethylmethacrylate 24% (PMMA) בפתרון Chlorobenzene לפברק מבני הסיבים הוצגו בעבודה זו. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים כמות רצויה של אבקת פולימר / שרף לתוך בקבוקון זכוכית. לבקשה זו, להשתמש 0.72 גרם של שרף PMMA להשיג ריכוז 24% מPMMA. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> העבר ממס על פולימר בתוך בקבוקון על ידי פיפטה עד שיגיע למשקל הכולל של 3 גרם. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מערבבים את בקבוקון דקות 1 באמצעות שייקר מערבולת וultrasonically לעבד אותם במשך 5 שעות כדי לפזר את אבקת פולימר / השרף לחלוטין. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בדוק את השקיפות של פתרונות, אם יש עננות או אטימות למדגם ממשיכות sonicate עד ברור. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדידת צמיגות של פתרונות פולימר. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צמיגויות פתרון מידה באמצעות viscometer חרוט וצלחת (למשל, LVDV-השני + וRVDV-II +) 16. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> טען 0.5 מיליליטר של מדגם צמיגות ידועה סטנדרטי (תערובת מבוססת גליצרין ומים) המסופק על ידי יצרן viscometer לכייל viscometer כדי למזער טעויות במדידות הצמיגות. היצרן סיפק מגוון רחב של דגימות סטנדרטי לכיול viscometer. השתמש במדגם הסטנדרטי מבוסס גליצרין עם צמיגות של 100,000 CP. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר ז&#39;קט מים לviscometer לשמור על נוזל הבדיקה בטמפרטורת הפעלה קבועה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התחל מדידת נוזל בדיקה על ידי הזזת מתג ההפעלה / כיבוי למצב בליזום סיבוב של הציר. ברגע שהערך של המומנט בלוח התצוגה התייצב, להקליט המומנט ולחשב את הצמיגות הסופית באמצעות הקשר בין המומנט, קבוע מכפיל ציר ומהירות של ציר 16 <img alt="משוואת 1" src="/files/ftp_upload/52834/52834eq1.jpg" /> שבו היא צמיגות, RPM הוא המהירות של הציר המודבק קונוס, TK הוא המומנט (.09373 לLVDV-השני +, 1 לRVDV-II +), SMC הוא קבוע מכפיל ציר שתלוי על הציר הספציפי שבשימוש בצמיגות מדידה. במחקר זה, ציר CP-52 שימש בה יש קבוע מכפיל ציר של 9.83. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדידת מתח פנים של פתרונות פולימר. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שיטת מדידה מתייחסת לטכניקת Wilhelmy. 14 </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים פתרונות בדיקה 1 מיליליטר בבקבוקון זכוכית על איזון ברזולוציה גבוהה (רזולוציה בקנה מידה = 0.001 גרם). טובלים מוט זכוכית בקוטר ידוע לפתרונות בדיקה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לשלוט על המיקום של מוט באמצעות סרוו או מפעיל ליניארי צעד מבוקר לגעת פני השטח וחלקו לטבול את סוללה בפתרונות בדיקה עם אפס מגע. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לנטר ולהקליט את השינוי במדידת מסה על האיזון כאשרהסרת מוט ממשטח פתרון. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חישוב מתח פנים בכוח השינוי, המערכת של זווית מוט וקשר של נוזל על המוט. <img alt="משוואה 2" src="/files/ftp_upload/52834/52834eq2.jpg" /> שבו למתחם הרטוב של מוט (L = 10.05 מ&quot;מ עם קוטר = 3.2 מ&quot;מ), θ הוא זווית מגע של נוזל על המוט, F הוא כוח שינוי בשל מתח פנים של נוזל בדיקה על קצה המוט. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדידה מקדם העברה המונית של פתרונות. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> למדוד מקדמי העברה המוניים של פתרונות פולימר ידי ניתוח טרמוגרווימטריים. 14 </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> 30 μl העומס של פתרון פולימר PMMA 24% (לפי משקל) על צלחת פלטינה לפני מורח חמאת האיזון. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Vent קאמרי התכנית, המכשיר לפעול בטמפרטורה רצויה הפעלה (70 ° F) לשעה 2 כדי לפקח על מסה של פתרונות יעד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחשב את מקדמי ההעברה ההמונית על ידי שינויים במסה של הפתרון,אזור של פתרון / ממשק אוויר וצפיפות. <img alt="משוואה 3" src="/files/ftp_upload/52834/52834eq3.jpg" /> שבו מ &#39;(t) הוא המסה של פתרונות PMMA, הוא האזור של ממשק פתרון / אוויר (שווה 78.5 מ&quot;מ 2 לצלחת סטנדרטית), mPOLYMER היא מסת הפולימר בתמיסה והצפיפות של הפתרון. </li></ol></li></ol> נוהל ניסוי 3. כתיבה ישירה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מחלק מדגם מערכת פרוטוקול טעינה. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> טען 3 מיליליטר של תמיסת פולימר לתוך חבית המזרק, מקום בוכנה לתוך חבית מזרק לחסל הפצת לחץ פנאומטי עולה בקנה אחד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לסובב את מתאם קו כניסה על חבית המזרק, לחבר אותו לצינור אוויר קו המקור. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בחר את הגודל רצוי של מד קצה מחט הדיוק לבצע ניסוי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בלוח בקר לוותר, לעבור לטהר מדינה ולחץ על &quot;מחזור&quot; כדי למלא את השסתום לוותר פולימר כךlution עד השתחרר מקצה המחט. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> נגב פתרון פולימר שייר מהקצה בהכנת הליך כתיבת סיבים מתוכנת. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סיבים ישירים לכתוב פולימר עם מערכת מחלק רובוט ו 3-ציר. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לקבוע את שלב הרובוט לקזז כדי למקם מחדש את קצה המחט מחלק מעמדת בית ברירת המחדל לנקודת מיקרו / מבנה סיבים תת-מיקרון נקבע הייזום להיגרר. הר מיקרוסקופ USB (הגדלה = 200X) לתושבת שסתום מערכת מחלק, המתרגמת לאורך ציר Z-. ידני להתמקד בקצה המתקן על ידי התאמת ידית ההתמקדות במיקרוסקופ USB המסייע במיצוב בדיוק קצה השסתום למיקום הרצוי, המצע טרומי או המכשיר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צור / לעצב את תבנית מבנה סיבים הרצויה (איורים 3 א, 4 א, ​​ו5A) באמצעות חבילת תוכנות CAD. קלט קואורדינטות מרחביות (x, y, z) ברובולא JR-C שליטה תוכנה עבור כל נקודות הייזום וסיום בסדר רציף ביחס לתבנית הרצויה שנוצרה במסגרת תכנית CAD (איור 3, 4 ב, ו5B). 15 </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> העבר את תכנית עיצוב מבנה סיבים הושלמו מהמחשב לרובוט על ידי לחיצה על &quot;שלח C &amp; T נתונים&quot; תחת תפריט הרובוט בתוך תוכנת JR-C 15. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> טען 3 מיליליטר של מדגם פתרון PMMA ריכוז ידוע (24%) לחבית מזרק, שסתום טיהור ומחט, להגדיר את כל הפרמטרים מחלק עבור בקר השסתום ורובוט שליטה תוכנה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים מצע טרומי על גליל דיו שלב הרובוט, לסגור את דלתות מארז התרמית כדי למנוע זרימת אוויר סביבה, אשר יכול לגרום לאידוי יציב של פתרון הפולימר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התחל לכתוב את הסיבים על גבי המצע על ידי לחיצה על תפריט הרובוט מהתוכנה JR-C ובחירה באפשרות &quot;בדיקה פועלת&quot; 15. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מעיל גמגום DC שכבת זהב מוליך מתכת למשך 2 דקות עד ששכבה עבה 2 ננומטר של זהב מופקד על הסיבים נמשכים לאפשר הדמיה של הסיבים במיקרוסקופ האלקטרונים הסורקים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדוד את הקוטר ומבנה של סיבים באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים סורק 17. פרמטרים מיקרוסקופ: רמת מתח גבוהה: 2.00 קילו וולט; מטרה: InLens, עבודה מרחק (9.0 מ&quot;מ). </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בצע את הליך ניקוי מערכת מחלק תחת זרימה כימית מכסה המנוע. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הנח את המערכת מחלק בזרימה כימית מכסה המנוע כדי לבצע את הליך הניקוי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפרק שסתום מחט על פי הפרוטוקול של היצרן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את כל חלקי המתכת לתוך כוס, לשפוך אצטון לתוך הכוס עד שכל החלקים שקועים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים כוס באמבטיה קולית במשך 30 דקות כדי להסיר את כל שרידי הפולימר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יש לשטוף את כל החלקים מתחת למים זורמים DI, ולאחר מכן להשתמש רובה אוויר לפוצץ אותם יבש. </li></ol></<html> li&gt; </ol><img alt="איור 3" src="/files/ftp_upload/52834/52834fig3.jpg" /> איור 3. (א) דוגמא של מבנה שנועד &quot;מרובע&quot; אינטרנט במסגרת x 10 מ&quot;מ 10 מ&quot;מ, (ב) הוראות רציפות מנקודה לנקודה במרחב שהוזנו לתוכנת נקודת JR-C. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52834/52834fig3large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן לצפייה גרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 4" src="/files/ftp_upload/52834/52834fig4.jpg" /> איור 4. (א) דוגמא של מבנה שנועד &quot;סימטרי&quot; אינטרנט במסגרת x 10 מ&quot;מ 10 מ&quot;מ, (ב) הוראות מרחבי מנקודה לנקודה ברצף שהוזן לתוכנת נקודת JR-C.blank &quot;&gt; לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו. <img alt="איור 5" src="/files/ftp_upload/52834/52834fig5.jpg" /> 5. דוגמא איור (א) למבנה שנועד &quot;כפול שברון&quot; אינטרנט במסגרת x 10 מ&quot;מ 10 מ&quot;מ, (ב) הוראות מרחבי מנקודה לנקודה ברצף שהוזנה לתוכנת נקודת JR-C. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52834/52834fig5large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן לצפייה גרסה גדולה יותר של דמות זו.</a>

<ol>
	<li>Andrew, K. E., Glenn, D. P., Simon, M. C., Dietmar, W. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Combining+Electrospun+Scaffolds+with+Electrosprayed+Hydrogels+Leads+to+Three-Dimensional+Cellularization+of+Hybrid+Constructs.">Combining Electrospun Scaffolds with Electrosprayed Hydrogels Leads to Three-Dimensional Cellularization of Hybrid Constructs.</a> Biomacromolecules. 9 (8), 2097-2103 (2008).</li><li>Cho, S. M., Kim, Y. J., Kim, Y. S., Yang, Y., Ha, S. -. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+application+of+carbon+nanotube-polymer+composite+as+gas+sensing+materials.+Sensors.">The application of carbon nanotube-polymer composite as gas sensing materials. Sensors.</a> Proc. of IEEE. 2, 701-704 (2004).</li><li>Xu, F., Horak, P., Brambilla, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+microfiber+coil+resonator+refractometric+sensor.">Optical microfiber coil resonator refractometric sensor.</a> Optics Express. 15 (12), 7888-7893 (2007).</li><li>Dalton, P. D., Joergensen, N. T., Groll, J., Moeller, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Patterned+melt+electrospun+substrates+for+tissue+engineering.">Patterned melt electrospun substrates for tissue engineering.</a> Biomed. Mater. 3 (3), 034109 (2008).</li><li>Hadjizadeh, A., Doillon, C. J., Vermette, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bioactive+polymer+fibers+to+direct+endothelial+cell+growth+in+a+three-dimensional+environment.">Bioactive polymer fibers to direct endothelial cell growth in a three-dimensional environment.</a> Biomacromolecules. 8 (3), 864-873 (2007).</li><li>Xu, C. Y., Inai, R., Kotaki, M., Ramakrishna, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Aligned+biodegradable+nanofibrous+structure:+a+potential+scaffold+for+blood+vessel+engineering.">Aligned biodegradable nanofibrous structure: a potential scaffold for blood vessel engineering.</a> Biomaterials. 25 (5), 877-886 (2004).</li><li>You, Y. M., Lee, B. L. e. e. S. J., Lee, T. S., Park, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vitro+degradation+behavior+of+electrospun+polyglycolide,+polylactide,+and+poly(lactide-co-glycolide).">In vitro degradation behavior of electrospun polyglycolide, polylactide, and poly(lactide-co-glycolide).</a> J. Appl. Polym. Sci. 95 (2), 193-200 (2005).</li><li>Berry, S., 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=Endothelial+cell+scaffolds+generated+by+3D+direct+writing+of+biodegradable+polymer+microfibers.">Endothelial cell scaffolds generated by 3D direct writing of biodegradable polymer microfibers.</a> Biomaterials. 32 (7), 1872-1879 (2011).</li><li>Dalton, A. B., 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=Super-tough+carbon-nanotube+fibres.">Super-tough carbon-nanotube fibres.</a> Nature. 423, 703 (2003).</li><li>Dalton, A. B., 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=Continuous+carbon+nanotube+composite+fibers:+properties,+potential+applications,+and+problems.">Continuous carbon nanotube composite fibers: properties, potential applications, and problems.</a> J. Mater. Chem. , 1-3 (2004).</li><li>Sperling, L. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Introduction to physical polymer science. , 325-347 (1992).</li><li>Harfenist, S. A., 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=Direct+drawing+of+suspended+filamentary+micro-+and+nanostructures+from+liquid+polymers.">Direct drawing of suspended filamentary micro- and nanostructures from liquid polymers.</a> Nano. Lett. 4 (10), 1931-1937 (2004).</li><li>Yang, R. R., He, J. H., Xu, L., Yu, J. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bubble-electrospinning+for+fabricating+nanofibers.">Bubble-electrospinning for fabricating nanofibers.</a> Polymer. 50 (24), 5846-5850 (2009).</li><li>Berry, S., 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=Characterization+and+modeling+of+direct-write+fabrication+of+microscale+polymer+fibers.">Characterization and modeling of direct-write fabrication of microscale polymer fibers.</a> Polymer. 52 (7), 1654-1661 (2011).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Janome Desktop Robot JR2000N Series Operation Manual. , (2007).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Brookfield DV-II+ Programmable Viscometer Operating Manual, Manual No. M/97-164-B299. , (1999).</li><li>Flegler, S. L., Heckman, J. W., Klomparens, K. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Scanning and transmission electron microscopy : an introduction. , (1993).</li><li>Berry, S. M., Pabba, S., Cohn, R. W., Keynton, R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct-Write+Drawing+of+Carbon+Nanotube/Polymer+Composite+Microfibers.">Direct-Write Drawing of Carbon Nanotube/Polymer Composite Microfibers.</a> J. Nanomater. 2012, 1-8 (2012).</li><li>Berry, S. M., Roussel, T. J., Cambron, S. D., Cohn, R. W., Keynton, R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+of+suspended+electrokinetic+microchannels+from+directly-written+sacrificial+polymer+fibers.">Fabrication of suspended electrokinetic microchannels from directly-written sacrificial polymer fibers.</a> Microfluid. Nanofluid. 13, 451-459 (2012).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

לפני שאנסה כל ניסוי, זה קריטי, כי בדיקת צמיגות, מקדמי העברה המוניים ומתח פנים של פתרונות הפולימר למדוד במדויק על מנת לקבוע האם המערכת מחלק הרובוט והוא מסוגל לעבד הפולימר הרצוי. כפי שתואר בעבר על ידי הקבוצה שלנו, פתרונות הפולימר חייבים לשמור נאותים: 1) מתח פנים כדי לאפשר ההיווצרות של חוטי נוזל לתוך מבנים / תת-מיקרון מיקרון; 2) צמיגות לעמוד נימים להיפרד; ו, 3 שיעור אידוי) כדי לשפר את מיצוק סיבים 18. הסינרגיה בין הפרמטרים אלה היא מפתח להצלחה לייצר סיבים על פני טווח מוגדר של קטרים. במקביל, חוסר יציבות בכל הפרמטרים הללו מונע היווצרות של מיקרון / סיבי קנה מידה תת-מיקרון. כדי לשמור את הסינרגיה בין הפרמטרים אלה במהלך ייצור סיבים, חשוב לוודא שהמחט ושסתום מחט מנקים ביסודיות לאחר s ישירה לכתובession למנוע: 1) זיהום של הפתרון; 2) ירידה בקצב זרימת פתרון פולימר דרך המחט; ו, 3) צמיחה מוגזמת בחרוז הפולימר בקצה המחט. בנוסף, טמפרטורת בקר בתנור חייב להיות מוגדר לטמפרטורה הרצויה לשמור על קצב אידוי מתמיד של פתרון הפולימר. סיבי הסניף מפוצלים היו 59%, 41% ו -24% גדולים יותר בקוטר מזו של מבני תמיכה באיורים 6-8, בהתאמה, באמצעות פתרון PMMA 24%. זה נובע בעיקר מהמרחק שבו הסיבים נמשכים. באופן ספציפי, מבני התמיכה נמשכים על פני כל הרוחב של המצע (10.0 מ&quot;מ בX ו- Y כיוונים; 14.4 מ&quot;מ באלכסון). כתוצאה מכך, אלה הם הסיבים הארוכים ביותר של המבנים התלויים הכולל. מבני הסניף מפוצלים הם קצרים יותר באופן משמעותי, החל מאורך מרבי 7 מ&quot;מ עד 2.5 מ&quot;מ. אורך ציור סיבים קצר זה עושה לאיעילות לא לגרום למתח הסיבים הנדרשים במהלך תהליך דילול הסיבים כדי לייצר את הסיבים בקוטר הקטנים. מצד השני, חוטים בקוטר גדולים יותר נדרשים לשמש סיבי התמיכה כדי לקיים את המשיכה ועיוות הנגרמת בתהליך ציור הסניף מפוצל ביעילות. כסניפי הסתעפות נמשכים על פני סיבי התמיכה, שיפוץ של הגיאומטריה סיבי תמיכה יכול להתרחש עקב כוחות הציור, כמו גם פירוק מקומי של פולימר PMMA בממשק שבין התמיכה וסיבים מסועפים מההווה הממס ב פתרון פולימר. לפיכך, במקרים מסוימים, סיבי התמיכה ייתכן שיהיו הצורך מפוברק מפתרון פולימר המורכב מריכוז גבוה של פולימר לייצר קוטר וסיבים מכניים חזקים יותר. יש בעיקר שלוש שיטות יעילות לשינוי הפרוטוקול הקיים כדי ליצור מגוון רחב יותר של תמיכה וסיבים מסועפיםקטרים: 1) בתחילה לוותר הפולימר מקצה מחט גדולה יותר (לדוגמא, 25 G; ID = 254 מיקרומטר) כדי ליצור את סיבי תמיכה ולאחר מכן להחליף לקצה מחט קטנה יותר (למשל, 32 G; ID = 101.6 מיקרומטר) לפברק סיבי קנים הקטנים יותר; 2) כפי שצוין לעיל, להשתמש ריכוזי פולימר מרובים; ו / או, 3) להתאים את קצב ההזנה, כלומר, המהירות שבה חוצה את הבמה, בהם הגדלת שיעור ההזנה מייצר סיבים בקוטר קטנים יותר, ולהקטין את שיעור ההזנה יוצרת סיבים בקוטר גדולים יותר. עד כה, הצלחנו לפברק הצלחת סיבים קטן כמו 90 ננומטר; עם זאת, תשואת הסיבים בממד זה היא נמוך בשל התפרקות נימים. מגבלה אחת של תהליך הכתיבה הישיר האוטומטי היא שרק אחד ריכוז של פתרון פולימר ניתן לוותר בכל פעם. זה מגביל את רמת מורכבות של המבנים התלויים כדי להתפתח מבלי: 1) להוסיף שסתום מחלק שני לרובוט;או, 2) להסיר את השסתום הקיים ולבצע את פרוטוקול הניקוי (סעיף 3.4) לפני ניפוק פתרון הפולימר השני, שלוקח זמן נוסף. מגבלה שנייה היא שיעור ההזנה (או מהירות הדפסה), שבה שיעור ההזנה המרבי שהמערכת מסוגלת להשיג הוא 500 מ&quot;מ / sec. עם זאת, יש איזון בין שיעור הזנה והיווצרות סיבים. באופן ספציפי, אם כוחות האינרציה (כוחות בשל שיעור ההזנה) הם גדולים יותר מכוחות מתח הפנים וקצב אידוי של פתרון הפולימר, היווצרות סיבים אינה מתרחשת. מצד השני, אם שיעור ההזנה הוא נמוך מדי, סיבים יהיו שבר בשל התאדות מופרזת לפני ובמהלך תהליך התארכות. שלישית, ממדי סיבים ומבנה מוגבלים לטווח הפעולה של השלב של הרובוט, כלומר, 200 מ&quot;מ, 200 מ&quot;מ ו -25 מ&quot;מ (עם דיוק מיקום 10 מיקרומטר) בכיווני x, y ו- z, בהתאמה. עם זאת, תהליך זה עושה לאפשר ההיווצרות של יחס ממדים גבוה (L סיביםסיבים בקוטר): ength. אסטרטגי שונה בגודל הקצה מחלק וריכוז פתרון הפולימר יאפשר למגוון רחב יותר בקוטר סיבים, יוצר את היכולת ליצור מבנים תלויים באופן חופשי של מורכבות גבוהה. על ידי ביצוע הפרוטוקולים האמורים לעיל, יכולים להיות שנוצרו סיבים פולימריים מיקרון וקוטר submicron עם רמה גבוהה של שליטה במרחב על ידי ניצול מכניקת המשטח מונע מתח הנוזל של פתרונות הפולימר, שלא ניתן לשלוט בכל תהליכים רטובים, יבשים או electrospinning אחרים . מהעבודה לפני 8,19, אנו יודעים כי טכניקה זו יכולה להיות מנוצלת כדי לפברק התקני מיקרו / submicron המורכב fluidic 19 ופיגומי bioengineered 8. יש טכניקה זולה וקלה זה יתרונות משלה על פני שיטות ייצור מסורתיות פלנר בדרכים רבות.

במהלך העשורים האחרונים, מגוון רחב של טכניקות ייצור, כגון ספינינג הרטוב, ספינינג היבש וelectrospinning, להיות מועסק כדי ליצור מבני פולימר סיבי רומן עם תכונות מגוונות וחזקים ביולוגיות, כימית, חשמליות ומכאניות 1-12. למרות טכניקות ספינינג אלה הן מסוגלים לייצר מושעים סיבים תלת-ממדיים, שהם מוגבלים ביכולתם לשלוט במדויק כיוון סיבים בשלושה ממדים מאז תצהיר סיבים באמצעות תהליכים אלה הם אקראיים בטבע. בנוסף, טכניקות אלה מוגבלים בטווח ממדים שלהם לייצור סיבים; במיוחד, סיבים מיוצרים באמצעות ספינינג הרטוב והיבש שונים בקוטר בין עשרות למאות מיקרונים, ואילו electrospinning סיבי תשואות בקטרים ​​הנעים בין עשרות ננומטרים למיקרון בודד 13. כדי לספק שליטה מדויקת יותר של נטייה סיבים בחלל 3-D, הקבוצה שלנו פותחה עצמית-assemble או תהליך &quot;ישיר לכתוב&quot; סיבי ייצור ישירות פולט חומר פולימרים מנימים חלולות ולאחר מכן מושך חוטים בודדים שדקים והופכים לקטרי סיבים צפויים על ידי ניצול מכניקה מונע מתח פן נוזל 14. המערכת ישירה לכתוב הראשונית שלנו להגדלת רמת השליטה של עמדת סיבים וקוטר כלל מערכת מחלק המזרק מותאמת אישית מפוברקת קפיץ המחובר לראשו של מנהג עשה אולטרה-דיוק גבוה Micromilling מכונת (איור 1). היה לי UHPMM במה עם רזולוציה positional של 1.25 ננומטר בכיווני X ו- Y ו- 20 ננומטר בכיוון Z שתיכנותי מבוקר כדי ליצור מיקרון וחוטים בקנה מידה תת-מיקרון ומבנים. מגבלה אחת של מערכת כותב את זה בפרט ישיר הייתה חוסר בקרת זרימה של פתרון הפולימר באמצעות קצה המחט. למרות שהמערכה מחלק הקפיץ נוצרה פלו מתמיד בהצלחהw דרך הקצה, חרוז כדורי הולכים ומתרחב של פתרון פולימר נוצר בנקודת היציאה של קצה המזרק, שהיה שונה בגודל ובנפח בהתאם לתנאים סביבתיים. <img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/52834/52834fig1.jpg" /> איור 1. תמונה של מכונת גבוהה Precision Micromilling Ultra:. מערכת הכתיבה הישירה הראשונה מועסקות בבודת מבנים בקנה מידה מיקרון / תת-מיקרון <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52834/52834fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> חוסר העקביות של חרוז מקור זה השפיע על היכולת של המערכת לפברק שוב ושוב חוטים בקוטר שנקבע. אם כי, מבנים שנוצרו בהצלחה באמצעות תהליך כתיבה ישיר זה, שיפור של התהליך על ידי הגדלת שליטה של ​​זרימת פתרון פולימר יאפשר ליותר preciSE, שנקבע בקטרים ​​סיבים באמצעות רגולציה של גודל חרוז בקצה המזרק. כך, עבודה זו מתארת ​​היישום של מערכת מחלק אוטומטי 3 ציר עם שסתום מונע פניאומטית מתקן דווקא לשלוט על גודל קצב זרימת פתרון פולימר וחרוז הקצה ליצור נקבע, מיקרון מבנים מושעים / תת-מיקרון.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<colgroup>
		<col span="2" />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr>
			<td>ROBOT DR2203N 3 AXES 200MM X 200MM</td>
			<td>Nordson EFD</td>
			<td>7023145</td>
			<td>3-Axis Robot</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CONTROLLER 7100, DISPENSE VALVE</td>
			<td>Nordson EFD</td>
			<td>7015340</td>
			<td>Valve Controller</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MICRODOT VALVE</td>
			<td>Nordson EFD</td>
			<td>7021233</td>
			<td>Microdot Valve</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ROBOT ACC FIXTURE PLATE 200MM</td>
			<td>Nordson EFD</td>
			<td>7028276</td>
			<td>Fixture Platen</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ROBOT ACC DRN / DSRN POINTS SOFTWAR</td>
			<td>Nordson EFD</td>
			<td>7023144</td>
			<td>JR-C Software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ROBOT MOUNT VALVE UNIVERSAL</td>
			<td>Nordson EFD</td>
			<td>7028273</td>
			<td>Microdot Valve Mount</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>15 PSI BARREL PRESS. REGULATOR</td>
			<td>Nordson EFD</td>
			<td>7020585</td>
			<td>Barrel Regulator</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>KIT O BRL/PIST 5CC CL/WH 40</td>
			<td>Nordson EFD</td>
			<td>7012096</td>
			<td>5CC Barrels with Pistons</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ADAPTER ASM O 5CC BL</td>
			<td>Nordson EFD</td>
			<td>7012054</td>
			<td>Pneumatic Barrel Adapter</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TIP 30GA .006X.25 LAVNDR 50PC</td>
			<td>Nordson EFD</td>
			<td>7018424</td>
			<td>30 GA Needle Tip (0.250&#34; length)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electric Baseboard Heater (500W, 30&#34; length)</td>
			<td>Cadet</td>
			<td>2F500</td>
			<td>Heater</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Temperature Controller with Timer</td>
			<td>Control Company</td>
			<td>130726596</td>
			<td>Temperature Controller</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>eScope USB Microscope</td>
			<td>OiTez</td>
			<td>DP-M02</td>
			<td>200X USB Microscope</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Poly(methyl methacrylate)</td>
			<td>Aldrich</td>
			<td>182265-500G</td>
			<td>PMMA Powder</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chlorobenzene</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>284513</td>
			<td>Solvent to dissolve PMMA</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

prescribed 3-d direct writing of suspended micron/sub-micron scale fiber structures via a robotic dispensing system

A 3-axis dispensing system is utilized to control the initiating and terminating fiber positions and trajectory via the dispensing software. The polymer fiber length and orientation is defined by the spatial positioning of the dispensing system 3-axis stages. The fiber diameter is defined by the prescribed dispense time of the dispensing system valve, the feed rate (the speed at which the stage traverses from an initiating to a terminating position), the gauge diameter of the dispensing tip, the viscosity and surface tension of the polymer solution, and the programmed drawing length. The stage feed rate affects the polymer solution&#8217;s evaporation rate and capillary breakup of the filaments. The dispensing system consists of a pneumatic valve controller, a droplet-dispensing valve and a dispensing tip. Characterization of the direct write process to determine the optimum combination of factors leads to repeatedly acquiring the desired range of fiber diameters. The advantage of this robotic dispensing system is the ease of obtaining a precise range of micron/sub-micron fibers onto a desired, programmed location via automated process control. Here, the discussed self-assembled micron/sub-micron scale 3D structures have been employed to fabricate suspended structures to create micron/sub-micron fluidic devices and bioengineered scaffolds.

תמונות של המבנים בפועל הופקו באמצעות רובוט 3 הציר ושיטת כתיבה ישירה לכל אחד מהעיצובים המתאימים ואלגוריתמי JR C-פוינט שהוגדרו בדמויות 3-5A &amp; B מעל מוצגות ב6A דמויות, 7 א &amp; 8A. כפי שניתן לראות בתמונות וכתוצאה מכך, סיבים תלת-ממדיים, הושעו באופן חופשי כבר בהצלחה &quot;נכתב&quot; על מצעים על ידי בדיוק המניפולציה קצה המתקן למקומות המרחבי נקבעו כולל הייזום / סיום נקודות, כמו גם נקודות של צומת. ריבועי של נתונים אלה להגדיל את נקודות החיתוך של סיבים מושעים, המדגימים את יכולתה של המערכת לשלוט במדויק כיוון סיבים (איורים 6 ב, 7 ב &amp; 8B) בחלל 3-D. <img alt="איור 6" src="/files/ftp_upload/52834/52834fig6.jpg" /> איור 6. (א) אופ<html> תמונת tical של מפוברק &quot;מרובע&quot; מבנה אינטרנט מושעה יש 2 סיבי תמיכה (אלכסונים) ו -12 מפוצלת סיבים מסועפים PMMA (15x הגדלה אופטי; בר = מ&quot;מ בקנה מידה 1), תמונה (ב) SEM של סיבים מפוצלים יחידים (הגדלת 289X; קנה מידה בר = 100 מיקרומטר). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52834/52834fig6large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 7" src="/files/ftp_upload/52834/52834fig7.jpg" /> איור 7. (א) תמונה אופטית של מפוברק מבנה &quot;סימטרי&quot; מושעה אינטרנט יש סיבי 1 תמיכה (אופקיים) ו -11 מפוצלת סיבי PMMA מסועפים (15x הגדלה אופטי; בר = מ&quot;מ בקנה מידה 1), (ב) תמונת SEM של אחת מפוצל סיבים (הגדלת 107X; הסרגל = 100 מיקרומטר).&quot;Target =&quot; _ 52834fig7large.jpg blank &quot;&gt; לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו. <img alt="איור 8" src="/files/ftp_upload/52834/52834fig8.jpg" /> איור 8. תמונה אופטית של מפוברק &quot;שברון כפול&quot; () הושעה מבנה אינטרנט יש סיבי 1 תמיכה (אופקיים) ו -22 מפוצלת סיבי PMMA מסועפים (15x הגדלה אופטי; בר = מ&quot;מ בקנה מידה 1), (ב) תמונת SEM של יחיד סיבים מפוצלים. (הגדלה 80x; בר = 100 מיקרומטר בקנה מידה) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52834/52834fig8large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> 9 מציג איור לסגור את האור כדי נקודה לנקודה רציפה של ייצור סיבים שבמערכת מחלק הרובוט ו 3-ציר יכולים ליצור מבנים-כמו האינטרנט הושעו באופן חופשי. עמ &#39;<html> נקודות מגע olymer המוצגות עם מספרים מתאימות לייזום המתוכנתים ונקודות סיום בתוכנת JR-C בהפניה באיור 3 לעיל. החצים מייצגים מסלול רובוט. איור 10 מיקרון מציג וסיבים פולימריים submicron, אשר מדגים את יכולתה של מערכת הכתיבה הישירה לפברק חוטים בגדלים שונים. <img alt="איור 9" src="/files/ftp_upload/52834/52834fig9.jpg" /> איור 9. תמונת SEM הממחישה את סדר ייצור נקודה לנקודה רציף לציור סיבי מיקרון וsubmicron הפולימר (הגדלת 29X; בר = 200 מיקרומטר בקנה מידה). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52834/52834fig9large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> 2,834 / 52834fig10.jpg &quot;/&gt; איור 10. SEM תמונה של מיקרון (6.5 מיקרומטר) ותת-מיקרון (555 ננומטר) סיבים נמשכים באמצעות 20% פתרון פולימר PMMA הריכוז. (הגדלת 2,270X; בר = 2 מיקרומטר בקנה מידה) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52834/52834fig10large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של נתון זה.</a> אורך סיבי פולימרים וקוטר נמדדו באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים סורק. לוח 1 מציג את קוטר החוט הממוצע לכל מבנה ייחודי המוצג באיורים 6-8 לעיל מתאים לסיבי סניף מפוצלים והסיבים התמיכה. טבלה 2 מציג את הפרמטרים הפולימר שנמדדו מפתרונות PMMA 24% שנוצלו לפברק המבנים שצוינו לעיל. <table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><td></td><td> קוטר מבנה באיור 6</td><td> קוטר מבנה באיור 7 </td><td> קוטר מבנה באיור 8 </td></tr><tr><td> סיבי תמיכה </td><td> 8.65 ± 1.43 מיקרומטר </td><td> 9.39 ± 1.23 מיקרומטר </td><td> 9.31 ± 1.65 מיקרומטר </td></tr><tr><td> סיבי סניף </td><td> 20.96 ± 3.35 מיקרומטר </td><td> 15.92 ± 1.44 מיקרומטר </td><td> 12.24 ± 5.42 מיקרומטר </td></tr></tbody></table> טבלת 1. קוטר ממוצע של סיבי תמיכה וסניף מושעים מוצג איורים 6-8 לפתרון PMMA 24%. <table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><td></td><td> PMMA 24% </td></tr><tr><td> צמיגות (אבא * שניות) </td><td> 35.19 </td></tr><tr><td> מתח פנים (MN / מ &#39;) </td><td> 262.01 </td></tr><tr><tד&gt; העברת המסה מקדם (מ &#39;/ שנייה) </td><td> 8.59 x 10 -8 </td></tr></tbody></table> טבלת 2. פרמטרים פולימר של פתרונות PMMA 24% שנוצלו לפברק מבני הסיבים הוצגו בעבודה זו.

Watch this Scientific Journal Video about Prescribed 3-D Direct Writing of Suspended Micron/Sub-micron Scale Fiber Structures via a Robotic Dispensing System at JoVE.com

Prescribed 3-D Direct Writing of Suspended Micron/Sub-micron Scale Fiber Structures via a Robotic Dispensing System

כאן, אנו מציגים פרוטוקול לפברק בחופשיות-מושעים, מיקרון / סיבים תת-מיקרון בקנה מידה פולימר ומבנים &quot;, כמו אינטרנט&quot; שנוצרו באמצעות הליך כתיבה ישיר אוטומטי באמצעות מערכת מחלק 3-ציר.

נקבעה 3-D ישיר כתיבה של / מבנים תת-מיקרון מיקרון מושעה סיבי קנה מידה באמצעות מערכת רובוטית חלוקה

A 3-axis dispensing system is utilized to control the initiating and terminating fiber positions and trajectory via the dispensing software. The polymer ...

prescribed-3-d-direct-writing-suspended-micronsub-micron-scale-fiber

Research

JoVE Journal

Engineering

8.0K Views.  University of Louisville.  כאן, אנו מציגים פרוטוקול לפברק בחופשיות-מושעים, מיקרון / סיבים תת-מיקרון בקנה מידה פולימר ומבנים ", כמו אינטרנט" שנוצרו באמצעות הליך כתיבה ישיר אוטומטי באמצעות מערכת מחלק 3-ציר. 

Video: Prescribed 3-D Direct Writing of Suspended Micron/Sub-micron Scale Fiber Structures via a Robotic Dispensing System

Fabrication of Uniform Nanoscale Cavities via Silicon Direct Wafer Bonding

Measurements of the heat capacity and superfluid fraction of confined 4He have been performed near the lambda transition using lithographically patterned and bonded silicon wafers. Unlike confinements in porous materials often used for these types of experiments3, bonded wafers provide predesigned uniform spaces for confinement. The geometry of each cell is well known, which removes a large source of ambiguity in the interpretation of data.
Exceptionally flat, 5 cm diameter, 375 &#181;m thick Si wafers with about 1 &#181;m variation over the entire wafer can be obtained commercially (from Semiconductor Processing Company, for example). Thermal oxide is grown on the wafers to define the confinement dimension in the z-direction. A pattern is then etched in the oxide using lithographic techniques so as to create a desired enclosure upon bonding. A hole is drilled in one of the wafers (the top) to allow for the introduction of the liquid to be measured. The wafers are cleaned2 in RCA solutions and then put in a microclean chamber where they are rinsed with deionized water4. The wafers are bonded at RT and then annealed at ~1,100 &#176;C. This forms a strong and permanent bond. This process can be used to make uniform enclosures for measuring thermal and hydrodynamic properties of confined liquids from the nanometer to the micrometer scale.

A method for permanently bonding two silicon wafers so as to realize a uniform enclosure is described. This includes wafer preparation, cleaning, RT bonding, and annealing processes. The resulting bonded wafers (cells) have uniformity of enclosure ~1%1,2. The resulting geometry allows for measurements of confined liquids and gasses.

ייצור חללים ננומטריים אחידים באמצעות מליטה וופל ישיר סיליקון

Measurements of the heat capacity and superfluid fraction of confined 4He have been performed near the lambda transition using lithographically patterned ...

Writing and Low-Temperature Characterization of Oxide Nanostructures

Oxide nanoelectronics is a rapidly growing field which seeks to develop novel materials with multifunctional behavior at nanoscale dimensions. Oxide interfaces exhibit a wide range of properties that can be controlled include conduction, piezoelectric behavior, ferromagnetism, superconductivity and nonlinear optical properties. Recently, methods for controlling these properties at extreme nanoscale dimensions have been discovered and developed. Here are described explicit step-by-step procedures for creating LaAlO3/SrTiO3 nanostructures using a reversible conductive atomic force microscopy technique. The processing steps for creating electrical contacts to the LaAlO3/SrTiO3 interface are first described. Conductive nanostructures are created by applying voltages to a conductive atomic force microscope tip and locally switching the LaAlO3/SrTiO3 interface to a conductive state. A versatile nanolithography toolkit has been developed expressly for the purpose of controlling the atomic force microscope (AFM) tip path and voltage. Then, these nanostructures are placed in a cryostat and transport measurements are performed. The procedures described here should be useful to others wishing to conduct research in oxide nanoelectronics.

Oxide nanostructures provide new opportunities for science and technology. The interfacial conductivity between LaAlO3 and SrTiO3 can be controlled with near-atomic precision using a conductive atomic force microscopy technique. The protocol for creating and measuring conductive nanostructures at LaAlO3/SrTiO3 interfaces is demonstrated.

כתיבה ואפיון טמפרטורה הנמוכה של ננו Oxide

Oxide nanoelectronics is a rapidly growing field which seeks to develop novel materials with multifunctional behavior at nanoscale dimensions.  Oxide ...

Writing Bragg Gratings in Multicore Fibers

Fiber Bragg gratings in multicore fibers can be used as compact and robust filters in astronomical and other research and commercial applications. Strong suppression at a single wavelength requires that all cores have matching transmission profiles. These gratings cannot be inscribed using the same method as for single-core fibers because the curved surface of the cladding acts as a lens, focusing the incoming UV laser beam and causing variations in exposure between cores. Therefore we use an additional optical element to ensure that the beam shape does not change while passing through the cross-section of the multicore fiber. This consists of a glass capillary tube which has been polished flat on one side, which is then placed over the section of the fiber to be inscribed. The laser beam enters the fiber through the flat surface of the capillary tube and hence maintains its original dimensions. This paper demonstrates the improvements in core-to-core uniformity for a 7-core fiber using this method. The technique can be generalized to larger multicore fibers.

We describe a technique for inscribing identical fiber Bragg gratings into each core of a multicore fiber. This is achieved by introducing an additional surface into the optical path to mitigate lensing by the curved surface of the fiber cladding.

כתיבת Gratings בראג בסיבים מרובי-ליבות

Fiber Bragg gratings in multicore fibers can be used as compact and robust filters in astronomical and other research and commercial applications. Strong ...

A Robotic Platform to Study the Foreflipper of the California Sea Lion

The California sea lion (Zalophus californianus), is an agile and powerful swimmer. Unlike many successful swimmers (dolphins, tuna), they generate most of their thrust with their large foreflippers. This protocol describes a robotic platform designed to study the hydrodynamic performance of the swimming California sea lion (Zalophus californianus). The robot is a model of the animal&#39;s foreflipper that is actuated by motors to replicate the motion of its propulsive stroke (the &#39;clap&#39;). The kinematics of the sea lion&#39;s propulsive stroke are extracted from video data of unmarked, non-research sea lions at the Smithsonian Zoological Park (SNZ). Those data form the basis of the actuation motion of the robotic flipper presented here. The geometry of the robotic flipper is based a on high-resolution laser scan of a foreflipper of an adult female sea lion, scaled to about 60% of the full-scale flipper. The articulated model has three joints, mimicking the elbow, wrist and knuckle joint of the sea lion foreflipper. The robotic platform matches dynamics properties&#8212;Reynolds number and tip speed&#8212;of the animal when accelerating from rest. The robotic flipper can be used to determine the performance (forces and torques) and resulting flowfields.

A robotic platform is described that will be used to study the hydrodynamic performance&#8212;forces and flowfields&#8212;of the swimming California sea lion. The robot is a model of the animal&#39;s foreflipper that is actuated by motors to replicate the motion of its propulsive stroke (the &#39;clap&#39;).

פלטפורמה רובוטית לחקר Foreflipper של אריה ים קליפורני

The California sea lion (Zalophus californianus), is an agile and powerful swimmer. Unlike many successful swimmers (dolphins, tuna), they generate most ...

Three-Dimensional Ultrasonic Needle Tip Tracking with a Fiber-Optic Ultrasound Receiver

Ultrasound is frequently used for guiding minimally invasive procedures, but visualizing medical devices is often challenging with this imaging modality. When visualization is lost, the medical device can cause trauma to critical tissue structures. Here, a method to track the needle tip during ultrasound image-guided procedures is presented. This method involves the use of a fiber-optic ultrasound receiver that is affixed within the cannula of a medical needle to communicate ultrasonically with the external ultrasound probe. This custom probe comprises a central transducer element array and side element arrays. In addition to conventional two-dimensional (2D) B-mode ultrasound imaging provided by the central array, three-dimensional (3D) needle tip tracking is provided by the side arrays. For B-mode ultrasound imaging, a standard transmit-receive sequence with electronic beamforming is performed. For ultrasonic tracking, Golay-coded ultrasound transmissions from the 4 side arrays are received by the hydrophone sensor, and subsequently the received signals are decoded to identify the needle tip&#39;s spatial location with respect to the ultrasound imaging probe. As a preliminary validation of this method, insertions of the needle/hydrophone pair were performed in clinically realistic contexts. This novel ultrasound imaging/tracking method is compatible with current clinical workflow, and it provides reliable device tracking during in-plane and out-of-plane needle insertions.

Accurate and efficient visualization of invasive medical devices is extremely important in many ultrasound-guided minimally invasive procedures. Here, a method for localizing the spatial position of a needle tip relative to the ultrasound imaging probe is presented.

מחט אולטרה סאונד תלת מימדי עצה מעקב עם מקלט אולטרסאונד סיבים אופטיים

Ultrasound is frequently used for guiding minimally invasive procedures, but visualizing medical devices is often challenging with this imaging modality. ...

Conducting Elevated Temperature Normal and Combined Pressure-Shear Plate Impact Experiments Via a Breech-end Sabot Heater System

A novel approach for conducting normal and/or combined pressure-shear plate impact experiments at test temperatures up to 1000 &#176;C is presented. The method enables elevated temperature plate-impact experiments aimed towards probing dynamic behavior of materials under thermomechanical extremes, while mitigating several special experimental challenges faced while performing similar experiments using the conventional plate impact approach. Custom adaptations are made to the breech-end of a single-stage gas-gun at Case Western Reserve University; these adaptations include a precision-machined extension piece made from SAE 4340 steel, which is strategically designed to mate the existing gun-barrel while providing a high tolerance match to the bore and keyway. The extension piece contains a vertical cylindrical heater-well, which houses a heater assembly. A resistive coil heater-head, capable of reaching temperatures of up 1200 &#176;C, is attached to a vertical stem with axial/rotational degrees of freedoms; this enables thin metal specimens held at the front-end of a heat-resistant sabot to be heated uniformly across the diameter to the desired test temperatures. By heating the flyer plate (in this case, the sample) at the breech-end of the gun-barrel instead of at the target-end, several critical experimental challenges can be averted. These include: 1) severe changes in the alignment of the target plate during heating due to the thermal expansion of the several constituents of the target holder assembly; 2) challenges that arise due to the diagnostics elements, (i.e., polymer holographic gratings, and optical probes) being too close to the heated target assembly; 3) challenges that arise for target plates with an optical window, where crucial tolerances between the sample, bond layer, and window become increasingly difficult to maintain at high temperatures; 4) in the case of combined compression-shear plate impact experiments, the need for high-temperature resistant diffraction gratings for the measurement of transverse particle velocity at the free surface of the target; and 5) limitations imposed on the impact velocity necessary for unambiguous interpretation of the measured free surface velocity versus time profile due to thermal softening and possibly yielding of the bounding target plates.By utilizing the adaptations mentioned above, we present results from a series of reverse geometry normal plate impact experiments on commercial purity aluminum at a range of sample temperatures. These experiments show decreasing particle velocities in the impacted state, which are indicative of material softening (decrease in post-yield flow stress) with increasing sample temperatures.

Here, we present a detailed protocol of a new approach for conducting elevated temperature reverse normal plate impact, and combined pressure-and-shear plate impact. The approach involves the use of a breech-end resistive coil heater to heat a sample held at the front-end of a heat-resistant sabot to the desired temperature.

ניצוח גבוהות בטמפרטורה רגילה, בשילוב לחץ-הטיה צלחת ההשפעה ניסויים באמצעות מערכת החימום Sabot עכוז-end

A novel approach for conducting normal and/or combined pressure-shear plate impact experiments at test temperatures up to 1000 &#176;C is presented. The ...

A Random-displacement Measurement by Combining a Magnetic Scale and Two Fiber Bragg Gratings

Long-distance displacement measurements using optical fibers have always been a challenge in both basic research and industrial production. We developed and characterized a temperature-independent fiber Bragg grating (FBG)-based random-displacement sensor that adopts a magnetic scale as a novel transferring mechanism. By detecting shifts of two FBG center wavelengths, a full-range measurement can be obtained with a magnetic scale. For identification of the clockwise and counterclockwise rotation direction of the motor (in fact, the direction of movement of the object to be tested), there is a sinusoidal relationship between the displacement and the center wavelength shift of the FBG; as the anticlockwise rotation alternates, the center wavelength shift of the second FBG detector shows a leading phase difference of around 90&#176; (+90&#176;). As the clockwise rotation alternates, the center wavelength shift of the second FBG displays a lagging phase difference of around 90&#176; (-90&#176;). At the same time, the two FBG-based sensors are temperature independent. If there is some need for a remote monitor without any electromagnetic interference, this striking approach makes them a useful tool for determining the random displacement. This methodology is appropriate for industrial production. As the structure of the whole system is relatively simple, this displacement sensor can be used in commercial production. In addition to it being a displacement sensor, it can be used to measure other parameters, such as velocity and acceleration.

A protocol to create a full-range linear displacement sensor, combining two packaged fiber Bragg grating detectors with a magnetic scale, is presented.

מדידת הזחה אקראית על-ידי שילוב סולם מגנטי ושני בראג בלגים

Long-distance displacement measurements using optical fibers have always been a challenge in both basic research and industrial production. We developed ...

Design and Implementation of a Bespoke Robotic Manipulator for Extra-corporeal Ultrasound

With the potential for high precision, dexterity, and repeatability, a self-tracked robotic system can be employed to assist the acquisition of real-time ultrasound. However, limited numbers of robots designed for extra-corporeal ultrasound have been successfully translated into clinical use. In this study, we aim to build a bespoke robotic manipulator for extra-corporeal ultrasound examination, which is lightweight and has a small footprint. The robot is formed by five specially shaped links and custom-made joint mechanisms for probe manipulation, to cover the necessary range of motion with redundant degrees of freedom to ensure the patient&#39;s safety. The mechanical safety is emphasized with a clutch mechanism, to limit the force applied to patients. As a result of the design, the total weight of the manipulator is less than 2 kg and the length of the manipulator is about 25 cm. The design has been implemented, and simulation, phantom, and volunteer studies have been performed, to validate the range of motion, the ability to make fine adjustments, mechanical reliability, and the safe operation of the clutch. This paper details the design and implementation of the bespoke robotic ultrasound manipulator, with the design and assembly methods illustrated. Testing results to demonstrate the design features and clinical experience of using the system are presented. It is concluded that the current proposed robotic manipulator meets the requirements as a bespoke system for extra-corporeal ultrasound examination and has great potential to be translated into clinical use.

This paper introduces the design and implementation of a bespoke robotic manipulator for extra-corporeal ultrasound examination. The system has five degrees of freedom with lightweight joints made by 3D printing and a mechanical clutch for safety management.

העיצוב והיישום של תחמן רובוטית העידו סאונד אקסטרה גשמית

With the potential for high precision, dexterity, and repeatability, a self-tracked robotic system can be employed to assist the acquisition of real-time ...

A Rapid Method for Modeling a Variable Cycle Engine

The variable cycle engines (VCE) that combine the advantages of turbofan and turbojet engines, are widely considered to be the next generation aircraft engines. However, developing VCE requires high costs. Thus, it is essential to build a mathematical model when developing an aircraft engine, which may avoid a large number of real tests and reduce the cost dramatically. Modeling is also crucial in control law development. In this article, based on a graphical simulation environment, a rapid method for modeling a double bypass variable cycle engine using object-oriented modeling technology and modular hierarchical architecture is described. Firstly, the mathematical model of each component is built based on the thermodynamic calculation. Then, a hierarchical engine model is built via the combination of each component mathematical model and the N-R solver module. Finally, the static and dynamic simulations are carried out in the model and the simulation results prove the effectiveness of the modeling method. The VCE model built through this method has the advantages of clear structure and real-time observation.

Here, we present a protocol to build a component-level mathematical model for a variable cycle engine.

שיטה מהירה למידול מנוע מחזור משתנה

The variable cycle engines (VCE) that combine the advantages of turbofan and turbojet engines, are widely considered to be the next generation aircraft ...

Characterization of SiN Integrated Optical Phased Arrays on a Wafer-Scale Test Station

Optical phased arrays (OPAs) can produce low-divergence laser beams and can be used to control the emission angle electronically without the need for moving mechanical parts. This technology is particularly useful for beam steering applications. Here, we focus on OPAs integrated into SiN photonic circuits for a wavelength in the near infrared. A characterization method of such circuits is presented, which allows the output beam of integrated OPAs to be shaped and steered. Furthermore, using a wafer-scale characterization setup, several devices can easily be tested across multiple dies on a wafer. In this way, fabrication variations can be studied, and high-performance devices identified. Typical images of OPA beams are shown, including beams emitted from OPAs with and without a uniform waveguide length, and with varying numbers of channels. In addition, the evolution of output beams during the phase optimization process and beam steering in two dimensions is presented. Finally, a study of the variation in the beam divergence of identical devices is performed with respect to their position on the wafer.

Here, we describe the operation of a SiN integrated photonic circuit containing optical phased arrays. The circuits are used to emit low divergence laser beams in the near infrared and steer them in two dimensions.

אפיון מערכים אופטיים משולבים של מערכי מופע בתחנת הבדיקה בסולם וופל

Optical phased arrays (OPAs) can produce low-divergence laser beams and can be used to control the emission angle electronically without the need for ...