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요약

희생 구성 요소 (VASC) 프로세스의 증발은 미세 혈관 구조를 조작하는 데 사용됩니다. 이 절차는 레이저 미세 가이드 플레이트가 제공하는 정확한 3D 기하학적 위치와 중공 미세을 형성하는 희생 폴리 (젖산) 산 섬유를 사용합니다.

초록

자연 시스템의 혈관 구조는 높은 표면적과 최적화 된 구조를 통해 높은 대량 전송을 제공 할 수 있습니다. 몇 가지 합성 물질 제조 기술은 확장 성을 유지하면서 이러한 구조의 복잡성을 모방 할 수 있습니다. 희생 구성 요소 (VASC) 프로세스의 증발은 그렇게 할 수 있습니다. 이 과정은 매트릭스 내에 포함 된 중공 원통형 미세을 형성하는 템플릿으로 희생 섬유를 사용합니다. 주석 (II) 수산 (SnOx)는 폴리 (젖산)이 프로세스의 사용을 용이하게 산 (PLA) 섬유 내에 포함되어 있습니다. SnOx 낮은 온도에서 PLA 섬유의 해중합을 촉진. 젖산 단량체는이 온도에서 기체이며 행렬을 손상하지 않는 온도에서 내장 행렬에서 제거 할 수 있습니다. 여기에서 우리는 3 차원 배열 마이크로의 복잡한 패턴을 만들 미세 접시와 장력 장치를 사용하여 이러한 섬유를 정렬하는 방법을 보여줍니다.이 과정은 섬유의 거의 모든 배열의 탐사 토폴로지 구조를 할 수 있습니다.

서문

자연 시스템은 많은 생물학적 기능을 촉진하기 위해 광범위한 혈관 네트워크를 사용합니다. 대중 교통은 볼륨 비율 및 최적화 포장 구조 표면적으로 인해 이러한 시스템에서 효율적으로 달성 될 수있다. 많은 합성 제조 기술은 미세 혈관 구조를 생성 할 수 있지만 기존의 제조 방법 1-5 복잡성과 호환성을 유지하면서, 아무도 대규모 미세 혈관을 생성 할 수 없습니다. 이러한 조류 폐와 같은 구조는 영감을 제공합니다. 우리가 어떻게 대중 교통을 향상이 복잡한 구조를 조작합니까?

희생 구성 요소의 증발 (VASC)는 대규모의 복잡한 혈관 구조 6-7 생성 할 수 있습니다. 이 방법은 열 해​​중합과 폴리의 증발 제거 (젖산) 섬유 템플릿의 역이다 빈 채널을 형성하는 산 섬유를 사용합니다. 이 기존의 제조와 호환 희생 기술입니다방법. 미터 길이의 원통형 미세 패턴이 제조 공정을 이용하여 형성 될 수있다. 이 예 7-10자가 치유 고분자 및 3D 미세 혈관 탄소 포집 장치와 같은 혈관 장치를 만드는 데 사용할 수 있습니다.

탄소 포집 장치는 비행의 사용에 효율적인 가스 교환에 무게 비율 때문에 제공 조류 폐에 의해 영감을했다. parabronchus이 높은 가스 환율과 구조적으로 안정적인 가스 교환 장치를 제공 육각형 패턴 미세으로 구성되어 있습니다. 세 가지 차원에서 정렬 된 마이크로 기능과 함께 교환 단위를 생성하기 위해, 우리는 독립적 기타 튜너와 레이저 미세 가공 플레이트 맞춤 설계 장력 보드를 사용하여 섬유를 긴장하는 방법을 개발했다. 각각의 섬유는 외부 장력에 의해 장소에서 개최되고 패턴은 섬유가 실행되는 통해 플레이트에 구멍의 위치에 의해 설정됩니다.

프로토콜

1. 희생 섬유를 촉매

  1. 낮은 주위 폴리 (젖산) 산 섬유 ¾ 정의 스핀들의 원하는 금액을 래핑합니다. 최대 표면적 노출을 제공하기 위해 섬유 중복을 줄일 수 있습니다.
  2. 밀폐 된 병에 Disperbyk 130 40 ml의 탈 이온화 된 H 2 O를 혼합하고 균질 한 용액이 얻어 질 때까지 흔 듭니다. 그런 다음 37 ° C에서의 물을 욕조에 1,000 ml로 비커를 놓고 비커에 트리 플루오을 붓는다. 사용하는 H 2 O와 TFE의 양이 사용되는 PLA 섬유의 직경에 따라 달라집니다.
    섬유 직경 H 2 O (ML)의 양 TFE의 양 (ML)
    200 400 400
    300 360 440
    500 320 480
  3. 추가H 2 O / Disperbyk 187 비이커에 용액 균일 때까지 저어.
  4. 혼합물 녹색 공작석 1 g을 용해 될 때까지 저어.
  5. 비커 섬유 ½ 아래에서 인치로 정의 스핀들을 배치하고 디지털 믹서로 스핀들을 연결합니다. 그런 다음 400 rpm에서 디지털 믹서를 시작합니다.
  6. 천천히 혼합물에 주석 (II) 수산 (SnOx) 촉매 1.3 g을 추가합니다. SnOx의 추가 솔루션에서 충돌에서 물질의 큰 응집을 방지하기 위해 점진적으로해야합니다.
  7. pH가 ~ 6.8-7.2 될 때까지 수산화 나트륨을 사용하여 혼합물의 pH를 조정합니다.
  8. 비이커에 뚜껑을 확보하고 24 시간 동안 500 rpm까지 스핀들 회전을 증가시킨다. SnOx의 응집이 관찰되는 경우, 수동으로 처음 2 시간 내에 그것을 휴식.
  9. 35 ° C에서 하룻밤 오븐에 스핀들과 건조를 제거합니다.
  10. 촉매 PLA 섬유의 과잉 촉매를 풀고 제거합니다.

2. 미세 혈관 가스 ExchanGE의 단위 제조

  1. 클립 홀더에 원하는 미세 혈관 패턴 및 부착 플레이트 레이저 컷 황동 패턴 황동 플레이트의 쌍을 가져옵니다.
  2. 마이크로 당 촉매 섬유의 10 인치 길이를 잘라 섬유 직경 (그릴 플레이트)로 절단 두꺼운 판을 사용하여 모든 남아있는 촉매를 제거합니다.
  3. 천천히에 뜨거운 아교 총의 팁을 사용하여 테이퍼 섬유의 가장자리 섬유 팁을 돌출.
  4. 황동 패턴 플레이트 쌍 구멍을 일치를 통해 섬유 스레드.
  5. 성형 상자 위에 접시를 고정합니다. 번호판을 부착 할 때 섬유가 꼬여 있지 않은지 확인합니다.
  6. 문자열 조정을 통해 섬유 팁은 사용자 정의 장력 보드의 말뚝을 박는 다.
  7. 긴장 될 때까지 긴장 PLA 섬유를. 이상없는 긴장에주의하고 섬유 웁니다.
  8. 압축 공기를 사용하여 섬유 패턴에서 초과 미립자를 제거합니다.
  9. 10:1의 경화제, v를 혼합 폴리 디메틸 실록산 (PDMS) 기본 : V 비율.
  10. 10 분 데시 케이 항아리에 진공 탈 가스가 혼합.
  11. 형 상자에 PDMS 혼합물을 부어. 기포의 포획을 줄이기 위해 섬유에 직접 붓지 마십시오.
  12. 26 G 바늘을 사용하여, 성형 상자 내에서 또는 섬유 사이의 거품을 제거합니다.
  13. 30 분 동안 85 ° C에서 PDMS 혼합물을 치료.
  14. 번호판을 구부리거나 너무 세게 당기지 않도록주의하면서, 금형 상자에서 놋쇠 판을 풉니 다. 형 상자에서 치료 1 차 단계를 제거합니다.
  15. 피하 주사 바늘과 엔드 캡에 구멍을 천공하여 RTV의 엔드 캡을 통해 섬유 스레드. 섬유 크기에 따라 최소한의 섬유의 외경 내경 배가 바늘 게이지를 사용합니다. 황동 패턴 플레이트와 유사한 패턴을 유지하지만, 더 넓게 퍼져.
  16. 큰 형 상자의 끝으로 끝 캡을 고정하고 PDMS의 2 차 단계를 따르십시오.
  17. 남아있는 가스 거품을 제거하고30 분 동안 85 ° C에서 치료.
  18. PLA 섬유는 대부분 대피 한 24 시간 동안 ° C, 또는 때까지 210의 진공 오븐에서 샘플과 장소에서 초과 PLA 섬유를 잘라.
  19. 모든 PLA는 제거 할 수없는 경우, 부드럽게 클로로포름 1 mL를 주입하여 미세에서 녹입니다.

결과

이 절차는 수지 내에 포함 된 미세 혈관 구조를 제조하는 방법을 제공합니다. 이러한 구조는 다양한 패턴 (그림 2)을 준수 할 수 있습니다. 미세 혈관 네트워크의 구조는 희생 섬유 형성 할 수 구조에 의해 제한됩니다.

가스 투과성 채널 간 막을 통과로 미세 혈관 채널, 유체 흐름 사이의 가스 수송의 병렬 배열을 사용하는 것이 용이합니다. 이러한 장치는 리소그?...

토론

PLA 섬유에 SnOx 촉매의 도입은 섬유가 낮은 온도에서 depolymerize 할 수 있습니다. 이것은이 경우 PDMS에 임베딩 수지의 열화를 방지 할 수 있습니다. 사용자 정의 스핀들이 제대로 처리 솔루션 (그림 5A)를 혼합해야합니다. 스핀들은 디지털 믹서에 연결하는 중앙 코어를 둘러싸는 여섯 지원 봉으로 구성되어 있습니다. 섬유는 촉매 용액과 접촉하는 포장 섬유의 표면 영역을 최대화하도록 ?...

공개

우리는이 기술 싶게 미국 특허 미국 가출원 일련 번호 590분의 61, 086에 대한 임시 특허를 신청했다.

감사의 말

이 작품은 FA9550-12-1-0352와 3M 비 종신 교수 상 아래 AFOSR 젊은 조사자 프로그램에 의해 지원되었다. 저자는이 프로젝트에 관한 도움을 토론 Lalisa Stutts과 재닌 톰에게 감사의 말씀을 전합니다. 저자는 시설의 사용을 허용을 위해 캘리포니아 대학 어바인에 Calit2 현미경 센터 및 레이저 분광학 시설을 주셔서 감사합니다. 호지 할 랜드 및 UCI 물리 과학 기계 공장은 도구의 제작을 위해 확인됩니다. 폴리는 (유산균) 산 섬유는 넉넉한 테이 모노 필라멘트에 의해 제공되었다.

자료

NameCompanyCatalog NumberComments
Reagent
Tin (II) oxalateSigma-Aldrich402761
Disperbyk 130BYK Additives Instruments
TrifluoroethanolHalocarbon
Malachite Green (technical grade)Sigma-AldrichM6880
Sodium hydroxide (≥98%, pellets)Sigma-AldrichS5881
Polydimethylsiloxane (PDMS)Dow Corning3097358-1004Distributed from Ellsworth Adhesives
Poly(lactic) acid fibersTeijin Monofilament
Material
RW 20 Digital MixerIKA3593001
Desiccator JarPyrex
Vacuum OvenFisher Scientific
Third HandJameco Electronics26690Plate holder
Glue GunStanleyGR20L
PLA SpindleCustom made
Tensioning BoardCustom made

참고문헌

  1. Bellan, L. M., Singh, S. P., Henderson, P. W., Porri, T. J., Craighead, H. G., Spector, J. A. Fabrication of an artificial 3-dimensional vascular network using sacrificial sugar structures. Soft Matter. 5 (7), 1354 (2009).
  2. Bellan, L. M., Strychalski, E. A., Craighead, H. G. Nano-channels fabricated in polydimethylsiloxane using sacrificial electrospun polyethylene oxide nanofibers. J. Vac. Sci. Technol. B Microelectron. Nanometer Struct. Process. Meas. Phenom. 26 (5), 1728 (2008).
  3. Borenstein, J. T., Weinberg, E. J., Orrick, B. K., Sundback, C., Kaazempur-Mofrad, M. R., Vacanti, J. P. Microfabrication of three-dimensional engineered Scaffolds. Tissue Eng. 13 (8), 1837-1844 (2007).
  4. Wu, H., Odom, T. W., Chiu, D. T., Whitesides, G. M. Fabrication of complex three-dimensional microchannel systems in PDMS. J. Am. Chem. Soc. 125 (2), 554-559 (2003).
  5. Trask, R. S., Bond, I. P. Biomimetic self-healing of advanced composite structures using hollow glass fibres. Smart Mater. Struct. 15 (3), 704-710 (2006).
  6. Dong, H., Esser-Kahn, A. P., et al. Chemical treatment of poly(lactic acid) fibers to enhance the rate of thermal depolymerization. ACS Appl. Mater. Interfaces. 4 (2), 503-509 (2012).
  7. Esser-Kahn, A. P., Thakre, P. R., et al. Three-dimensional microvascular fiber-reinforced composites. Adv. Mater. 23 (32), 3654-3658 (2011).
  8. White, S. R., Blaiszik, B. J., Kramer, S. L. B., Olugebefola, S. C., Moore, J. S., Sottos, N. R. Self-healing polymers and composites. Am. Sci. 99 (5), 392 (2011).
  9. Nguyen, D. T., Leho, Y. T., Esser-Kahn, A. P. A three-dimensional microvascular gas exchange unit for carbon dioxide capture. Lab Chip. 12 (7), 1246 (2012).
  10. Nguyen, D. T., Leho, Y. T., Esser-Kahn, A. P. The effect of membrane thickness on a microvascular gas exchange unit. Adv. Funct. Mater. , (2012).

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