著者は、SRSと仕事（EP/J013390/1）を資金提供するための後続の基金のためのカイルと英国工学物理科学研究評議会（EPSRC）を支持するウィーン大学に感謝したいと思います。

バクテリアセルロース-サイザル繊維懸濁液の1。準備<ol><li> 80℃で一晩（O / N）で、ウェット、BCの真空乾燥し、BCの湿質量を測定することにより、BCの湿潤 - 乾燥質量を決定。乾燥させた後は、紀元前の乾燥質量を測定する。 </li><li> BCの予め決められたウェットツー·乾燥質量からの乾燥紀元前の18グラムに濡れた紀元前ペリクルと同等の量を測定する。 </li><li>鋭いハサミを使用して約1〜2センチの小さな断片に濡れた紀元前ペリクルを切った。切断後、切断されたペリクルの水和を可能にするために水1Lに紀元前ペリクルを浸します。 </li><li>ブレンダーにカット紀元前ペリクルを供給し、ブレンディング処理がスムーズに行くようにブレンダーに適量の水を加える。 </li><li> 2分のためにこれらのBCのペリクルをブレンド。 </li><li> 15リットル容器にブレンドされたBCを注ぎ、総水量は14 Lになるまで水を加え、国連あたりのバクテリアセルロースの0.1（G / ml）を％（パーセント質量の水の中のBC濃度を構成する水のそれ量）。紀元前ペリクルは、ブレンド用のバッチでブレンダーに供給することが必要になることがあります。 </li><li> 1〜2センチメートル長い繊維に緩いサイザル麻の繊維（または短い天然繊維の任意のソース）の72グラムを切るとBC懸濁液に追加します。穏やかBC懸濁液中サイザル繊維の均一な分散を確実にするために、懸濁液を撹拌する。 </li><li>このサスペンションのO / Nでサイザル麻繊維を浸し</li></ol>サイザル繊維プリフォームの2。製造業<ol><li>開いたシート型と排水バルブを閉じます。 </li><li>水位がバッキング線に到達するまでDI水を使用してシステムを埋める。 </li><li>シートモールドベース内の中央にバッキングワイヤー、上の配線を形成する100メッシュの金属を配置します。 </li><li>閉じてシート型ラッチ。形成ワイヤを水中に沈められるまで、追加の新鮮な水を追加します。 </li><li>シート型内に準備されたサイザル麻繊維BCサスペンションを注ぐ。穏やかにサイザル麻繊維が均一にDISTRIBであることを確実にするために懸濁液を撹拌金型全体uted。 </li><li>形成ワイヤ上のサイザル麻の繊維とBCの湿ったフィルターケーキの形成をもたらすであろう、水を排水するための排水弁を開きます。すぐに水を排水した後、シート型を開き、成形ワイヤーを取り外します。 </li><li>吸い取り紙に形成ワイヤを配置します。付加的なブロッティングペーパーは、金属板に続いて、フィルターケーキの上部に配置されている。 </li><li>周りのフィルターケーキを裏返す。今トップに直面して形成するワイヤで、形成ワイヤを外し、金属板に続いて、フィルターケーキの上に直接追加の吸い取り紙を置きます。 </li><li>水を押すように、金属板の上に10キロの体重を置く。吸い取り紙が完全に浸漬される場合には、新鮮なブロッティングペーパーがブロッティングペーパーを交換し、10キロの重量を使用して、再びフィルターケーキを押してください。 </li><li>ブロッティングペーパーを1最終的な時間を元に戻し、ファイバ母材を強化するホットプレスで1トンの最終プレスを行う。 </li><li>残留水の蒸発を支援するために120℃まで加熱プレスを加熱する。これは、約4時間を取る必要があります。室温（RT）へのホットプレスの温度を低下させ、プリフォーム前ホットプレスからの除去に冷却します。 </li></ol> 3。BC-サイザル繊維プリフォームの走査型電子顕微鏡（SEM） <ol><li> 2×2cm 2のBC-サイザル繊維プリフォームを切った。 </li><li>カーボンタブを使用して、SEMスタブ上にこのカットプリフォームを貼り付けます。 </li><li>コー​​ト1分間75ミリアンペアで動作Crスパッタコーターのサンプル。 </li><li>画像は5kVのビームエネルギーを使用してレンズ内モードでの電界放射銃SEMとBC-サイザル繊維プリフォーム。 注：導電性接着剤を用いたSEMスタブ上にプリフォームを接着することなく、画像にサイザル繊維プリフォームをしようとしないでください。ルース繊維はSEM室の排気中に吸い取ら電子銃を損傷する。 </li></ol> Vを使用して4。コンポジット製造業acuumアシスト樹脂注入（バリ） <ol><li>非多孔質PTFEコーティングされたガラスリリースファブリックで構成され、工具側の上にプリフォームを配置します。 </li><li>また、多孔質流動媒体が続くピールプライ、として知られている多孔質PTFEコーティングされたガラスのリリースファブリック、プリフォームをカバーしています。ピールプライと流動媒体の両方がリフォームは（プロセス概略図については図2を参照）が大きくなければならない。 </li><li>位置バリの意図された樹脂入口と出口のオメガチューブを設置しました。オメガ管は樹脂が注入中に設定バリに配布することができるように多孔質流動媒体の上に配置されていることを確認します。オメガのチューブの長さは、流動媒体と同じ幅にする必要があります。 </li><li>設定された最大の周囲の場所粘着テープ。 <ol><li>感圧テープの裏紙がまだこの時点ではテープに残されていることを確認します。 </li><li>の開口部に樹脂供給および出口管を挿入しますオメガチューブとフルオロポリマーベースのバギングフィルムを使用して設定し、感圧テープを使用してシールをカバーしています。 </li><li>樹脂供給チューブをシール。ブリーザ布の上に樹脂出口管のもう一方の端を置きます。 </li></ol></li><li>ファイバ母材は、ブリーザー布切れ、続いている内袋の上に金属板を配置します。金属板は、プリフォームのサイズである必要があります。 </li><li>を通じて袋真空バルブがあることとブリーザ布の上にバルブの底部片を置くべき位置を特定する。 </li><li>内袋の周りに​​真空シールテープを置き、その上に真空バッグフィルムを配置し、それを封印。過剰真空バッグフィルムは、プリーツを形成することになる。 </li><li>シールを完了するためにプリーツの内側にシールテープを配置。 </li><li>バルブの底部片であり、バッグを介して真空バルブを完了するために、一番上の部品にネジ真空バッグフィルム上に小さな「X」をカットします。それはimportaですですこれは漏れ経路を引き起こす可能性があるので、トップワンピースの下に真空バッグフィルムのしわを避けるために、NT。 </li><li>クイック接続継手を接続し、真空を引く。このプロセスの間、真空バッグフィルムをあちこち移動し、過剰の必要な場所に配置することができる。真空漏れがないか確認してください。 </li><li> 19。ドガエポキシ樹脂と硬化剤の混合時に閉じ込められた全ての気泡を除去するために減圧下で樹脂100の重量比でエポキシ樹脂と硬化剤を混合することによって樹脂を調製する。 </li><li>バリは、漏れがないことを決定し設定した後、オメガ管に接続された管を介して樹脂を養う。 </li><li>樹脂は、それが繊維プリフォームに含浸させるための時間を持っていることを徐々にこのようなフィードバックされることを確認してください。樹脂は樹脂出口管から流出し、気泡が出口管から出てくる観察されなくなるまでブリーザ布に染み込むことを可能にする。 </li><li>出口管を密閉し、樹脂をRTで24時間硬化させ、後に続くCURI16時間50℃でngの工程。 注：（1）硬化サイクルに依存樹脂れる。 （2）これは、バリのセットアップと設定されたセットアップ内には真空漏れがない範囲内の最大の真空が達成されることが非常に重要です。貧しいバリが製造複合材料および複合材料中に大幅に減少し、繊維の体積分率の中にポアが発生します（最大真空またはリークを達成していない）を設定します。 （3）エポキシ硬化剤対樹脂比は依存する。混合前のエポキシ対硬化剤比用樹脂の製品データシートをご確認ください。 </li></ol>

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

著者らは、開示することは何もありません。

私たちは、緩いサイザル麻の繊維は紀元前にバインドできることをこの実験で示されている。しかしながら、繊維の選択は、単にサイザル麻繊維に限定されるものではない。例えば、亜麻、麻等の他の種類の繊維を使用することもできる。これに加えて、我々はまた、木粉、再生紙、パルプはまた、BCバインダー（結果はまだ公開されていない）を用いて剛性で堅牢なプリフォームに結合させることができる溶解を示した。基準は、使用される繊維は親水性で、水を吸収しなければならないということである。前述のように、繊維の親水性媒体中に分散さBCの描画、水を吸収する。 BCは、これらの親水性繊維の表面に濾過し、繊維を乾燥させたBCコーティングの層を形成する。バクテリアセルロースは、天然繊維5、29、30の存在下で、 アセトバクター·キシリナスを培養することによって、天然繊維の周りに堆積することができる一方で、このプロセスは面倒であり、再帖のpHを厳密に制御し、溶存酸素含量を有する高価なバイオリアクター。我々の改良された方法は、一方で、抄造法に基づいている（ すなわち、BC懸濁液中の天然繊維を分散させる）と、バイオリアクター31は不要である。 ランダムに、不織布向け複合材料中の天然繊維の適用に関しては、（短くし、ランダムに配向した）天然繊維のプリフォームは、緩い固めた繊維33を介してニードルパンチ（本質的にステッチ）ポリマー繊維（通常はポリエステル）によって産生される。複合材料を作製するために、繊維プリフォームは、その後、型に入れて樹脂を注入している。ポリマー繊維は、34（典型的には、亜麻、大麻、又はジュート）天然繊維と混合または天然繊維懸濁液中に分散させ、真空は高分子量画分（50体積％）で35を濾過することができる。このポリマー繊維、天然繊維マット（プリフォーム）を、続いてpは、ポリマーを溶融するために加熱され複合構造をroduce。製造複合体の後者のプロセスは、本質的にスケーラブルではなく、従って、プリフォームを作成するために使用することができるポリマー繊維の選択肢（ポリマー、繊維の分解温度よりも低い温度で溶融する必要があります）、使用可能なマトリックスの種類によって限定される複合材料を作製した。我々の方法を用いて、BCはバインダーとして作用しないだけでなく、それはまた、ナノ補強材32として作用する。前述のように、個々のBCナノファイバーのヤング率は114 GPaであると推定された。 BCの単繊維引張強さが知られていない一方で、単一のTEMPO酸化木材および被嚢類繊維の引張強度は、最近、超音波誘導されたキャビテーション36を用いて測定した。 0.8〜1.5 GPaの間の引張強度は、これらの単一のナノファイバーを測定した。これらの機械的特性は、紀元前の結合能と一緒に、本当に緑とランダムに配向短い漢方を製造するための優れた候補のBCを作ったアル繊維強化、従来の繊維強化ポリマーを超えた機械的性能を持つバクテリアセルロース繊維強化複合材料の再生可能。 コンポジット製造の点で、私たちの好ましい製造プロセスは、（また、ゼーマン法38として知られている）より、従来の単一の袋真空支援樹脂注入、DBVIとは異なりWaldrop ら 37によって開発された議論の二重袋真空支援樹脂注入（DBVI）です注入プロセス中に2つの独立した真空バッグを使用する（ 図2参照）。ゼーマンプロセスは製造コンポジットのために働く一方で、このプロセスは、樹脂のフローフロントの背後に真空バッグ緩和に苦しむかもしれません。これが発生すると、緩和が発生する地域は柔らかく、海綿状の感じになります。真空バッグ緩和は真空バッグによる最小抵抗の経路内の液状樹脂の優先的な流れに流動媒体から遠ざかることになる。 T彼は、製造された複合材料は、不均一な繊維体積分率（ すなわち、緩和された面積は、真空バッグの緩和無しの領域よりも低い繊維体積分率を有するであろう）を有することになります。インナー真空バッグは、液体樹脂のフローフロントの後ろに緩和したことがないようにDBVIは、この欠点に悩まされることはありません。その結果、得られた複合パネルは、平均繊維体積率より均一な厚さよりも高くなければならない。また、外側の真空バッグを使用することは、システムに冗長性を提供し、液体注入プロセスの真空の完全性を向上させます。

着実に増加し、原油価格と持続可能な未来のための国民の需要の高まりをきっかけと緑の材料、特にポリマーおよび複合材料の研究開発を復活させました。残念ながら、緑または再生可能なポリマーの熱機械的性能は、従来の石油系ポリマー1に比べて劣っていることが多い。例えば、市販のポリ乳酸（PLA）およびポリヒドロキシブチレート（PHB）は脆く、低い熱変形温度を有する。一致するかさえも一般的に使用される石油系のエンジニアリング材料の性能を超えて再生可能な材料を作成するための一つの解決策は、過去から学ぶことです。ヘンリー·フォードは、再生可能なポリマーの特性を向上させるために、 すなわち、補強材2とbio-based/renewableポリマーを合成し、複合戦略を用いる。それは、多くの場合、天然繊維が原因で、低コスト、低密度、renewabiliの補強材として理想的な候補として役立つと主張しているTYと生分解性3。天然繊維複合材料は、査読付きの科学出版の数が指数関数的に増加します（ 図1）4から分かるように1990年代にルネサンスを見てきました。しかし、天然繊維、最も熱可塑性樹脂の疎水性特性の親水性は、多くの場合、多くの場合、得られた繊維強化ポリマー複合材料の貧弱な機械的性能をもたらし貧しい繊維-マトリックス接着5、もたらすと非難している。この課題を解決するために、非常に多くの研究者は、化学的に天然繊維6,7の表面を変更しようとしました。これらの化学修飾は、アセチル化8、シリル9、10をグラフトポリマーは、イソシアネートトリートメント11,12、マレイン化カップリング剤13から17の使用、およびベンゾイル18が含まれています。これらの化学治療は天然繊維をより疎水性にしているにもかかわらず、自然に生じた繊維強化Dポリマーは、依然として機械的性能の19の点でお届けすることができなかった。トマソン20は、この障害がanisotropicityと天然繊維の拡大、高線熱膨張係数の結果である可能性があることを仮定した。これに加えて、天然繊維はまた、限られた処理温度21、バッチ間のばらつき3、ガラス、アラミドまたは炭素繊維および適切な製造プロセスの欠如などの合成繊維と比較して低い引張強度などの欠点があるポリマー複合強化天然繊維を生産する。このように、補強材として天然繊維を使用することで、グリーン素材や石油系ポリマー間、上記の特性パフォーマンスのギャップを埋めるには十分ではないでしょう。 Nanocelluloseは、新興緑の補強剤である。特に、nanocelluloseな細菌cellulosとして知られている酢酸菌種 22からの細菌によって産生されるEは、セルロースの結晶24の高剛性と強度を悪用する可能性のエコ素材23の設計のための興味深い代替として機能します。単結晶セルロースの剛性は、X線回折、ラマン分光法および数値シミュレーションを用いて約25〜27 100〜160 GPaであると推定された。しかし、これは非常に緻密であり、ガラス繊維〜70 GPaの、より高い。バクテリアセルロース（BC）は、本質的にナノサイズの約50ナノメートル、長さ28数μm径のです。私たちは、天然繊維5,29,30の存在下で、 アセトバクター·xyliniusを培養することにより、BCの層でコートナチュラル（サイザル麻）繊維にする方法を報告した。これは、PLLAとBCでコーティングされた天然繊維29,31との間に改善された界面接着につながった。これらの繊維を被覆するプロセスを簡略化するために、Lee ら 31は、天然（サイザル）FIBEをコーティングする方法を開発したバイオリアクターを使用せずにRS。乾燥サイザル繊維がBC懸濁液中に浸漬されることにより、この方法は、スラリー浸漬処理をしています。この方法32の延長部は、典型的な複合構造の製造に適したサイザル繊維プリフォームを製造するために緩いサイザル麻繊維及びBCを含有する水懸濁液をフィルタリングすることである。

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

manufacturing of robust natural fiber preforms utilizing bacterial cellulose as binder

剛性かつ堅牢な天然繊維のプリフォームを製造する新規な方法がここに提示されている。この方法は、ほつれや短サイザル繊維がバクテリアセルロースを含有する水懸濁液中に分散され、それによって製紙プロセスに基づいている。繊維およびnanocellulose次いで懸濁液を（真空または重力を使用して）、濾過し、湿ったフィルターケーキを乾燥工程に続いて任意の過剰の水を絞り出すように押圧される。これは緩い天然繊維を一緒に保持し、バクテリアセルロースネットワークの角質化になります。 我々の方法は、親水性繊維の剛性かつ堅牢なプリフォームの製造のために特別に適しています。このような繊維の多孔性と親水性の性質は、懸濁液中に分散させたバクテリアセルロースの描画、かなりの水の取り込みになる。バクテリアセルロースは、次いで、バクテリアセルロースのコーティングを形成する、これらの繊維の表面に濾過される。ときは緩い繊維 - 細菌細胞ウロース懸濁液を濾過し、乾燥させ、隣接したバクテリアセルロースの形態のネットワークと一緒にそれ以外の緩んだ繊維を保持するために角質化されている。 プリフォームへのバクテリアセルロースの導入は、繊維プリフォームの機械的特性の有意な増加をもたらした。これは、バクテリアセルロースネットワークの高い剛性と強度に起因し得る。このプリフォームと、再生可能な高性能な階層型複合材料はまた、樹脂フィルム注入（RFI）、樹脂トランスファー成形（RTM）のような従来の複合材料の製造方法を用いて製造することができる。ここで、我々はまた、樹脂注入を支援し、二重袋真空を使用して再生可能な階層的な複合材料の製造について説明します。

BCバインダーなしで、短い、緩いサイザル麻繊維は繊維のみとの摩擦やもつれによって一緒に保持される。結果として、このプリフォームは緩んでいると、それは多くの重量を支えることができませんでした。 図3は、3点曲げモードで作用する荷重と、バインダーとしてのBCずにサイザル繊維プリフォームを示しています。プリフォームは、かなり緩いことを見ることができ、負荷をポリプロピレン製カップに水を添加することによって印加されたとき、プリフォームは深刻に偏向し始める。加えられた荷重は、水の40グラムに相当します。 20重量％BCがこれらの短いとルーズサイザル繊維用バインダーとして用いた場合しかし、硬質繊維プリフォームを製造する。このプリフォームは、有意なたわみ（ 図3）することなく、完全なポリプロピレン製カップ（〜170グラム）の荷重に耐えることができます。 典型的なBC-サイザル繊維プリフォームの走査電子顕微鏡写真を図4に示す。BCの表面を被覆することが分かるサイザル麻の繊維。この効果は、サイザル麻繊維（または任意の他の天然繊維）の親水性に起因する。サイザル麻繊維の親水性媒体中に分散さBCの描画、水を吸収する。 BCは、天然繊維の細孔よりも大きいので、繊維に浸透することができなかった。その代わりに、サイザル麻繊維の表面に濾過し、繊維を乾燥させたBCコーティングの層を形成した。 張力の下でこれらの繊維プリフォームの機械的性能を表1にまとめている。ため〜70％の気孔率を有する繊維プリフォームの多孔質の性質により、プリフォームの引張強度（単位面積あたりの荷重）が十分に定義されていない。したがって、我々は、引張力と我々の試験片の引張インデックス（単位坪量当たりの引張力）（材料から、我々の実験では15mmで単位幅あたりの検体を、失敗した要求負荷）を集計。 12.1 kNの·M -1の引張力および引張インデックス<html> 20重量％のBCをバインダーとして用いた場合、15 N·M·gの-1は 、それぞれ測定した。繊維プリフォームが緩んでいるただし、ニートサイザル繊維予備成形体の引張特性を測定できなかった。 図の説明文： <img alt="図1" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51432/51432fig1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51432/51432fig1.jpg" /> 天然繊維および複合材料の分野における出版物の図1。数。データは、それぞれ「自然FIB * &#39;と&#39;複合* &#39;のキーワード検索を使用することによって知識のWebから収集した。アメリカの科学出版社からの親切な許可を得てビスマルクら 4から取得したfiles/ftp_upload/51432/51432fig2.jpg &quot;/&gt; 図2。二重袋真空支援樹脂注入の模式図。 <img alt="図3" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51432/51432fig3highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51432/51432fig3.jpg" /> 図3（上の2つの画像）を使用せず、結着剤として（下2枚）、BCとサイザル繊維プリフォームの曲げ剛性の違いを示す写真。 <img alt="図4" fo:content-width="3in" fo:src="/files/ftp_upload/51432/51432fig4highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51432/51432fig4.jpg" /> 図4様々な倍率でのバインダーとして、BCを使用する典型的な天然繊維プリフォームの走査電子顕微鏡写真上：100X、ミドル：千Xと下：25000 Xであった。 （a）および（b）済州を表すSAL繊維とBCナノフィブリル、それぞれ。 <table border="1" cellpadding="0" cellspacing="0"><tbody><tr><td> 材料 </td><td> 引張力（kN·m以下-1） </td><td> 引張インデックス（N·M·G -1） </td></tr><tr><td>きちんとしたサイザルプリフォーム</td><td>測定不能</td><td>測定不能</td></tr><tr><td> BC-サイザルプリフォーム</td><td> 12.1±2.4 </td><td> 15±3 </td></tr></tbody></table> 表1。結合剤として持つとBCのないサイザル繊維プリフォームの引張特性、。

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Manufacturing Of Robust Natural Fiber Preforms Utilizing Bacterial Cellulose as Binder

我々は、製紙プロセスを使用して剛性で堅牢な短天然繊維プリフォームを製造する新規な方法を提示する。バクテリアセルロースは緩い繊維の結合剤として同時に機能し、繊維プリフォームに剛性を提供します。これらのプリフォームは、真緑色階層複合体を生成するために樹脂を注入することができる。

バインダーとしてのバクテリアセルロースを利用堅牢な天然繊維プリフォームの製造

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

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

Research

JoVE Journal

Bioengineering

27.3K ビュー.  University of Vienna. 我々は、製紙プロセスを使用して剛性で堅牢な短天然繊維プリフォームを製造する新規な方法を提示する。バクテリアセルロースは緩い繊維の結合剤として同時に機能し、繊維プリフォームに剛性を提供します。これらのプリフォームは、真緑色階層複合体を生成するために樹脂を注入することができる。 

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

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

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

ハートの患者固有のモデリング：心室繊維配向の推定

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

生物工学

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

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

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

共通液ハンドリングロボットでTruTipテクノロジーを使用して臨床検体からのDNAやRNAのハイスループット、自動抽出

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

Manufacturing Devices and Instruments for Easier Rat Liver Transplantation

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

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

簡単ラット肝移植のための製造装置や計測器

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

Cell Squeezing as a Robust, Microfluidic Intracellular Delivery Platform

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

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

堅牢、マイクロ流体細胞内送達プラットフォームとしての細胞絞る

Rapid mechanical deformation of cells has emerged as a promising, vector-free method for intracellular delivery of macromolecules and nanomaterials. This ...

Electrospun Nanofiber Scaffolds with Gradations in Fiber Organization

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

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

繊維組織における階調の電界紡糸ナノファイバー足場

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

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

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

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

エタノールへのリグノセルロースの生物変換のための堅牢なペントース発酵酵母の進化のための技術

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

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

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

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

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

最適化されたセットアップおよびヒステリシス測定場の磁区イメージングのためのプロトコル

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

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

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

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

セルロースナノファイバーの一方向凍結乾燥法により作製した Microhoneycomb モノリス基づくゾル: メソッドと拡張機能

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

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

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

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

組換えコラーゲン ペプチド Microcarriers 細胞伸長と細胞バイオリアクター配信システムとして潜在的な使用のためのモデルします。

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

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

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

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

腹部大動脈組織模倣ヒドロゲル製造超音波エラストグラフィ検証用ファントム

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