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

<html> 1. 장비 셋업 <ol><li> 2.45 μL / 분의 유속으로 바늘 끝로부터 중합체 용액을 분배하기 위해 15 psi에서의 압력을 설정하는 압력 조정기를 통해 분배 시스템을 조립하고 공압 원에 밸브 제어기와 주사기 배럴을 연결한다. </li><li> 안정적인 작업 환경 (그림 2)을 보장하기 위해 열 인클로저에 3 축 로봇 및 분배 시스템을 삽입합니다. </li><li> 시스템 제조업체가 제공하는 공동-로봇 제어 포인트 (JR-C 포인트) 소프트웨어를 설치하고 직렬 통신 포트를 통해 컴퓨터에 3 축 로봇을 연결합니다. </li><li> 3 축 로봇에 밸브를 장착하고 분배 밸브에 바늘 끝을 설치한다. </li><li> 밸브 팁 (15)의 높이에 대하여 평탄성을 확보하기 제조자의 지침에 따라 로봇 스테이지 정반을 레벨입니다. </li><li> 환경 제어를 추가 할 인클로저에 피드백 제어 히터를 조립합니다. </li></ol>콘텐츠 &quot;FO : 유지 - together.within 페이지 =&quot;항상 &quot;&gt; <img alt="그림 2" src="/files/ftp_upload/52834/52834fig2.jpg" /> 그림 2. (A)의 케이스 안에 보관에 필요한 액세서리와 로봇을 분배하는 3 축; 와, (B)는 시각화를위한 연결된 USB 현미경 분배 밸브의 이미지를 닫습니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52834/52834fig2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> 2. 실험 재료 및 제어 요인 <ol><li> 요소 및 그 조합을 제어한다. <ol><li> JR C 포인트 소프트웨어에 의해, 100 % (500mm / 초)까지 1 %의 속도 (5mm / 초)에서 공급 속도 다르지만. 본 출원의 경우, 제조에 2 %의 속도 (10mm / 초)를 사용하여 섬유 구조는이 연구에서 제시했다. </li><li> 필요한 특정 점도, 표면 장력 및 변동성 파라미터를 달성하는 중합체 용액의 농도를 바리원하는 용도.이 애플리케이션은이 작업에서 제시된 섬유 구조체를 제조하는 클로로 벤젠 용액에 24 % 메틸 메타 크릴 레이트 (PMMA)를 사용한다. </li><li> 공압 공기를 통해 솔루션을 배출하기 위해 0.02 초 초 1에서 제어 밸브 분배 시간이 달라집니다.이 응용 프로그램은이 연구에서 제시 한 섬유 구조를 제작하기 위해 0.02 초를 사용합니다. </li><li> 폴리머 솔루션을 분배하는 높은 정밀도 바늘 팁 게이지 크기를 선택합니다.이 응용 프로그램은이 연구에서 제시 한 섬유 구조를 제작하기 위해 30 G (내경 (ID) = 152.4 μm의) 팁을 사용합니다. </li><li> 중합체 샘플의 일정한 증착 속도를 유지하기 위해 단열 상자에 100 ° F ~ 70 ° F 사이의 작동 온도 범위를 설정한다.이 애플리케이션은이 작업에서 제시된 섬유 구조체를 제조하기 위해 70 ° F의 온도를 사용한다. </li></ol></li><li> 고분자 용액의 제조. <ol><li> 혼합폴리 메틸 메타 크릴 레이트의 중합체 수지 (PMMA; 0.72 g) 화학 유동 후드하에 용매를 클로로 벤젠 (2.28 g)와. </li><li> 용액 중 중합체의 원하는 농도를 달성하기 중합체 (PMMA)와 용매 (클로로 벤젠)의 중량을 계산한다.이 애플리케이션은이 작업에서 제시된 섬유 구조체를 제조하는 클로로 벤젠 용액에 24 % 메틸 메타 크릴 레이트 (PMMA)를 사용한다. </li><li> 이 응용 프로그램은. 폴리머 분말 / 유리 병에 수지의 원하는 금액을 놓고 PMMA의 24 % 농도를 달성하기 위해 PMMA 수지의 0.72 g을 사용합니다. </li><li> 3g의 총 중량에 도달 할 때까지 피펫으로 바이알에 용매 내의 중합체 옮긴다. </li><li> 소용돌이 통을 사용하여 1 분 동안 유리 병을 혼합하고 초음파 완전히 폴리머 분말 / 수지를 용해 5 시간 동안을 처리합니다. </li><li> 분명까지 초음파 처리를 계속 샘플에 어떤 흐려 또는 불투명가있는 경우, 솔루션의 투명성을 확인합니다. </li></ol></li><li> 중합체 용액의 점도 측정. <ol><li> 콘 및 플레이트 점도계를 통해 측정 솔루션 점도 (예를 들어, LVDV-II +와 RVDV-II +) 16. </li><li> 로드 점도 측정에서 에러를 최소화하기 위해 점도계 교정 점도계 제조업체에서 제공하는 공지의 표준 점도 샘플 (글리세린 계 및 물 혼합물) 0.5ml를. 제조자는 점도계 교정 표준 샘플의 다양한 제공. 100,000 (Cp)의 점도 글리세린 기반의 표준 시료를 사용합니다. </li><li> 일정한 작동 온도에서 시험 유체를 유지하기 위해 점도계 워터 재킷을 연결한다. </li><li> 스핀들의 회전을 시작 ON 위치로 On / Off 스위치를 이동하여 시험 유체 측정을​​ 시작합니다. 디스플레이 패널의 토크 값이 안정되면, 토크를 기록하고, 스핀들 (1)의 토크, 스핀들 승산기 상수 및 속도 사이의 관계를 사용하여 최종 점도를 계산할6 <img alt="식 (1)" src="/files/ftp_upload/52834/52834eq1.jpg" /> 점도이고, RPM이 콘에 부착 된 스핀들 속도, TK는 (LVDV-II +, RVDV-II + 1 대 0.09373) 토크이다, SMC는 점도 동안 사용되는 특정 스핀들에 따라 스핀들 승산기 일정 측정. 이 연구를 위해, CP-52 9.83 스핀들의 주축 승산기 상수를 갖는 사용 하였다. </li></ol></li><li> 고분자 용액의 표면 장력 측정. <ol><li> 측정 방법은 빌헬 기술을 의미한다. (14) </li><li> 고해상도 밸런스 (규모 해상도 = 0.001 G)에 유리 바이알에 1 ml의 테스트 솔루션을 놓습니다. 테스트 솔루션으로 알려진 직경의 유리 막대를 찍어. </li><li> 표면을 만지지 부분적 제로 연락처와 테스트 솔루션에 몰입 할 수있는 서보 또는 스테퍼 제어 선형 액추에이터를 통해로드의 위치를​​ 제어합니다. </li><li> 모니터 때 균형 질량 측정의 변화를 기록솔루션면으로부터로드를 제거하는 단계를 포함한다. </li><li> 힘의 변화,로드에 유체의로드와 접촉 각도의 경계에 의한 표면 장력을 계산합니다. <img alt="식 (2)" src="/files/ftp_upload/52834/52834eq2.jpg" /> , θ는 액체의 접촉각이로드에로드의 습윤 둘레 (L = 직경 10.05 mm = 3.2 mm)이다 여기서, F는로드의 선단에 시험 유체의 표면 장력에 의한 구동력 변화이다. </li></ol></li><li> 용액의 질량 전달 계수를 측정. <ol><li> 열 중량 분석에 의한 폴리머 솔루션의 물질 전달 계수를 측정한다. (14) </li><li> 균형을 테어 링 (taring) 전에 백금 판에 24 % (중량 기준) PMMA 중합체 용액 30 μL로드. </li><li> 챔버, 프로그램을 대상 용액의 질량을 모니터하기 위해 2 시간 동안 바람직한 작동 온도 (70 ° F)에서 실행되도록 벤트 장치. </li><li> 용액의 질량의 변화에​​ 의해 질량 전달 계수를 계산솔루션 / 무선 인터페이스 및 밀도의 영역입니다. <img alt="식 (3)" src="/files/ftp_upload/52834/52834eq3.jpg" /> m (t)는 PMMA 용액의 질량이고,이 용액 / 공기 계면의 면적이다 (표준 플레이트 78.5 mm (2)와 동일), mPOLYMER은 용액에 중합체 물질이고, 상기 용액의 농도이다. </li></ol></li></ol> 3. 직접 쓰기 실험 절차 <ol><li> 시스템 샘플 로딩 프로토콜을 분배. <ol><li> 로드 주사기 배럴로 중합체 용액 3 ml를 일관성 공기압 분포를 제거하기 위해 주사기 피스톤 배럴에 배치. </li><li> 상기 주사기 배럴에 유입 라인 어댑터 트위스트 소스 라인 에어 관에 연결. </li><li> 실험을 수행하기 위해 정밀 바늘 끝의 원하는 게이지 크기를 선택합니다. </li><li> 분배 컨트롤러 패널에서 상태를 제거 클릭로 전환 &quot;주기&quot;버튼을 너무 폴리머 분사 밸브를 채우기 위해lution는까지 바늘 끝으로부터 배출된다. </li><li> 프로그램 섬유 쓰기 절차의 준비에 끝에서 잔류 고분자 용액을 닦습니다. </li></ol></li><li> 3 축 로봇 및 분배 시스템을 통한 직접 기입 중합체 섬유. <ol><li> 소정의 마이크로 / 서브 마이크론 섬유 구조체의 개시 포인트에 기본 홈 위치로부터 분배 니들의 선단의 위치를​​ 오프셋 로봇 스테이지를 결정하는 인출 할 수 있도록 구성되어있다. Z 축을 따라 변환 디스펜스 시스템 밸브 브래킷에 USB 현미경 (배율 = 200X)를 탑재. 수동 정확하게 원하는 위치, 조립식 기판 또는 장치에 밸브 팁을 위치 돕는 USB 현미경에 포커싱 노브를 조정하여 팁 디스펜서에 초점을 맞춘다. </li><li> 원하는 섬유 구조 패턴 (도 3A, 4A 및 5A) CAD 소프트웨어 패키지를 이용하여 설계 / 생성. 로보로 입력 공간 좌표 (X, Y, Z)t JR-C CAD 프로그램 (도 3b,도 4b 및도 5b) 이내 소망의 패턴에 대하여 순차적으로 모든 개시 및 종료 포인트를 제어하기위한 소프트웨어. 15 </li><li> JR-C 소프트웨어 (15) 내에서 로봇 메뉴에서 &quot;C &amp; T의 데이터를 전송&quot;을 클릭하여 로봇에 컴퓨터에서 완성 된 섬유 구조 설계 프로그램을 전송합니다. </li><li> 부하 (3) 시린지 외통, 퍼지 밸브 및 바늘로 공지 된 농도 (24 %)의 PMMA 용액 시료 ㎖, 설정 소프트웨어를 제어하는​​ 밸브 제어 장치 및 로봇에 대한 모든 파라미터 디스펜스. </li><li> 로봇 스테이지 정반 상에 기판을 배치 조립식 중합체 용액 불안정 증발을 유도 할 수있다 주위의 공기 흐름을 방지하기 위해 열 인클로저 도어를 닫는다. </li><li> JR-C 소프트웨어로부터 로봇 메뉴를 클릭하고 선택하여 기판 상 섬유를 쓰기 시작 &quot;테스트 실행&quot;15. </li><li> DC 스퍼터 코트 금의 2 nm 두께의 층까지 2 분 동안 금 도전성 금속층은 주 사형 전자 현미경으로 섬유의 시각화를 허용하도록 그려진 섬유 상에 침착된다. </li><li> 주사 전자 현미경 (17)의 섬유 직경과 구조를 측정한다. 현미경 매개 변수 : 높은 전압 레벨 : 2.00 kV의; 목적 : InLens, 작동 거리 (9.0 mm)이다. </li></ol></li><li> 화학 흐름 후드 아래에 분배 시스템 청소 절차를 수행합니다. <ol><li> 세정 절차를 수행하기 위해 화학적 흐름 후드에서 분배 시스템을 배치. </li><li> 제조사의 프로토콜에 따라 니들 밸브를 분해. </li><li> 모든 부품이 몰입 될 때까지 비커에 아세톤을 부어, 비커에 모든 금속 부품을 배치합니다. </li><li> 모든 폴리머 잔존물을 제거하는 30 분 동안 초음파 욕조에 비커를 놓습니다. </li><li> 흐르는 탈 이온수에서 모든 부분을 씻어 후 건조를 날려 공기 총을 사용합니다. </li></ol></<html> 리&gt; </ol><img alt="그림 3" src="/files/ftp_upload/52834/52834fig3.jpg" /> 10mm X 10mm 프레임 설계 &quot;쿼드&quot;웹 구조 그림 3. (A) 예, (B) JR-C 포인트 소프트웨어에 입력 할 순차 포인트 - 투 - 포인트 공간 지시. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52834/52834fig3large.jpg" target="_blank">을 보려면 여기를 클릭하십시오 이 그림의 더 큰 버전.</a> <img alt="그림 4" src="/files/ftp_upload/52834/52834fig4.jpg" /> 도 10mm X 10mm 프레임 설계 &quot;대칭&quot;웹 구조의 4. (A) 실시 예, (B) 순차 지점 간 공간적 설명 JR-C 지점 소프트웨어에 입력된다.&quot;빈&gt;이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오. <img alt="그림 5" src="/files/ftp_upload/52834/52834fig5.jpg" /> 10mm X 10mm 프레임 설계 &quot;이중 갈매기&quot;웹 구조, (B) 연속 포인트 - 투 - 포인트 공간 지침 그림 5. (A) 예 JR-C 포인트 소프트웨어에 입력 할 수 있습니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52834/52834fig5large.jpg" target="_blank">보려면 여기를 클릭하십시오 이 그림의 더 큰 버전.</a>

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	<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.

각 시험을 시도하기 전에, 중합체 용액의 점도, 질량 전달 계수 및 표면 장력 시험 정확하게 로봇 및 분배 시스템은 원하는 중합체를 처리 할 수​​ 있는지 여부를 결정하기 위해 측정하는 것이 중요하다. 우리 그룹에 의해 전술 한 바와 같이, 중합체 용액 충분히 유지해야 : 1) 표면 장력이 미크론 / 서브 미크론 구조로 액체 필라멘트의 형성을 가능하게하는 단계; 2) 점도가 모세관 헤어 견딜; 그리고, 3) 증발 속도는 섬유 응고 (18)을 강화한다. 이러한 매개 변수 사이의 시너지 효과는 성공적으로 직경의 지정된 범위에서 섬유를 생산하는 열쇠입니다. 동시에, 이러한 파라미터 중 임의의 불안정성 미크론 / 서브 마이크론 스케일 섬유의 형성을 방지한다. 섬유 제조 동안에이 파라미터 간의 시너지 효과를 유지하기 위해서는 바늘과 바늘 밸브가 완전히 직접 기록 S 후 세척되는 것을 보장하는 것이 중요방지 ession : 용액 1) 오염; 2) 바늘을 통해 중합체 용액 유량의 감소; 및 니들의 팁에서 중합체 비드, 3) 과도 성장. 또한, 히터 온도 제어부는 중합체 용액의 일정한 증착 속도를 유지하기 위해 원하는 온도로 설정되어야한다. 두 갈래의 분기 섬유는도 6-8에서의지지 구조체의보다 직경이 41 %와 24 % 이상, 59 %이었다 각각 24 % PMMA 용액을 사용. 이는 섬유가 그려진되는 거리에 주로 기인한다. 구체적으로,지지 구조물이 기판의 전체 폭을 가로 질러 그려 (X 및 Y 방향으로 10.0 mm, 대각선 14.4 mm). 결과적으로, 이들은 전체 부유 구조물의 긴 섬유이다. 두 갈래의 가지 구조는 아래로 2.5 mm의 7mm 최대 길이에 이르기까지, 상당히 짧다. 이 짧은 섬유 그리기 길이는 더하지 않습니다t 효과적으로 작은 직경의 섬유를 생성하기 위해 섬유 씨닝 처리 중에 필요한 섬유 변형을 유도한다. 한편, 큰 직경의 와이어는 효과적으로 갈래 분기 드로잉 과정 유도 잡아 당 겼 및 변형을 유지하기 위해지지 섬유로서 기능해야한다. 분기 분기가지지 섬유 걸쳐 그려 같이,지지 섬유 형상의 리모델링 인해에 존재하는 용매에서 드로잉 힘뿐만 아니라 지지체의 계면 PMMA 중합체의 국부적 용해 및 분지 섬유에 발생할 수 고분자 용액. 따라서, 일부 경우에, 상기지지 섬유는 더 큰 직경과 기계적으로 더 강한 섬유를 생성하기 위하여 중합체의 더 높은 농도로 이루어지는 중합체 용액으로부터 제조 될 필요가있다. 지지체의 넓은 범위 및 분지 섬유를 생성하기 위해 기존의 프로토콜을 변경하기위한 방법은 주로 세 가지 효과가있다직경 : 1)로 처음에 큰 바늘 끝으로부터 중합체를 분배 (예 25 G; ID = 254 μm의)지지 섬유를 생성하고 작은 니들 팁 (예를 들면, 32 G와 교환하는 단계; ID = 101.6 μm의)을 제조하는데 작은 분기 섬유; 전술 한 바와 같이 2), 다수의 중합체 농도를 사용한다; 및 예 / 또는 3) 조정 공급 속도, 공급 속도는 더 작은 직경의 섬유를 생성 증가 및 공급 속도를 감소 여기서 스테이지가, 통과하는 속도는 더 큰 직경의 섬유를 생성한다. 지금까지, 우리는 성공적으로 90 나노 작게 섬유를 제조 할 수 있었다; 그러나,이 차원에서 섬유의 수율은 모세관 해체로 낮다. 자동화 직접 기입 처리의 한 가지 제한은 고분자 용액의 농도는 단지 하나의 시간에 분배 될 수 있다는 것이다. 이것은 필요없이 개발 될 현탁 구조의 복잡성 레벨을 제한 : 1) 로봇 제 디스펜스 밸브를 추가;또는, 2) 기존의 밸브를 제거하고 추가 시간이 소요되는 제 2 폴리머 솔루션을 분배하기 전에 청소 프로토콜 (3.4 절)을 수행합니다. 두 번째 제한은 시스템이 달성 가능한 최대 공급 속도는 500mm / 초이다 이송 속도 (또는 인쇄 속도)이다. 그러나, 이송 속도 및 섬유화 간의 트레이드 오프가있다. 관성력 (이송 속도에 의한 힘)이 표면 장력 및 중합체 용액의 증발 속도보다 큰 경우 즉, 섬유 형성이 발생하지 않는다. 공급 속도가 너무 낮 으면, 섬유 인해 전 연신 공정 동안 과도한 증발로 파단된다. 셋째, 섬유 구조 및 치수가 각각 X, Y 및 Z 방향으로 로봇의 스테이지의 동작 범위, 즉, 200mm, 200mm 및 (10 ㎛의 위치 정밀도)와 25mm로 제한된다. 그럼에도 불구하고,이 과정 (섬유 L 높은 종횡비의 형성을 가능하게하지ength : 직경) 섬유. 전략적으로 높은 복잡도 자유롭게 부유 구조물을 생성 할 수있는 능력을 생성 분배 팁 크기 및 광범위한 섬유 직경 범위에 대해 허용하는 중합체 용액의 농도를 변화. 프로토콜은 위에서 설명한 다음으로 미크론 및 서브 미크론 직경 고분자 섬유는 다른 습식 건식 또는 전기 방사 공정으로 제어 할 수없는 중합체 용액의 표면 장력 구동 유체 역학을 이용하여 공간 제어의 높은 수준으로 생성 될 수있다 . 종래 작업 8,19에서, 우리는이 기술이 복잡 마이크로 / 미크론 유체 장치 (19) 및 생명 공학적 지지체 (8)을 제작하는 데에 이용 될 수 있음을 알고있다. 이 저렴하고 쉬운 방법은 여러 가지면에서 기존의 대패 제조 방법에 비해 자신의 장점이 있습니다.

지난 수십 년간, 습식 방사, 건식 방사하고 전기 방사 등 제조 기술, 다양한 걸쳐, 다양한 생물학적 강력한 화학, 전기 및 기계적 특성을 가진 신규 한 중합체 1-12 섬유 구조를 생성하기 위해 사용되어왔다. 이러한 스피닝 기법 입체 섬유 현탁 생성 할지라도, 이들은 이러한 과정을 통해 광섬유 증착 자연에서 랜덤이므로 정확히 3 차원 섬유 배향을 제어 할 수있는 능력이 제한되어있다. 또한, 이들 기술은 섬유 제조에 그들의 치수 범위로 제한되고; 수십 나노 미터에서 하나 마이크론 (13)에 이르기까지 직경 수율 섬유를 전기 방사하면서 특히, 습식 및 건식 방사를 통해 제조 된 섬유는 수십에서 수백 마이크로 미터의 직경에 따라 다릅니다. 3-D 공간에서 섬유 배향의 더 정밀한 제어를 제공하기 위해, 우리 그룹은 자체 개발-assemble 또는 직접 중공 후 모세관에서 고분자 재료를 토출하고 &quot;직접 기록&quot;섬유 제조 공정은 표면 장력 구동 유체 역학 (14)를 이용하여 예측 가능한 섬유 직경으로 고화 얇고 개별 필라멘트를 그린다. 파이버 위치 및 직경의 제어의 수준을 증가시키기위한 당초 직접 기록 시스템 초고 정밀도 Micromilling 머신 (도 1)로 이루어지는 사용자의 머리에 부착 맞춤 제작 스프링 식 주사기 분배 시스템으로 구성되었다. UHPMM은 X 및 Y 방향에서 1.25 nm 내지 프로그래밍 미크론 및 서브 미크론 스케일 와이어 및 구조를 생성하도록 제어하고 Z 방향으로 20 ㎚의 위치 분해능으로 스테이지를 가지고 있었다. 특정 직접 기록 시스템의 하나의 제한은 니들 팁을 통해 중합체 용액의 흐름 제어의 부족했다. 스프링로드 분배 시스템이 성공적으로 일정 플로를 생성하지만팁 통해 w, 중합체 용액의 연속적 확대 구형 비드는 환경 조건에 따라 크기와 부피 변화 주​​사기 팁의 출구에 만들어졌다. <img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/52834/52834fig1.jpg" /> 그림 초고 정밀도 Micromilling 기계 1. 이미지 :. 마이크론 / 서브 마이크론 규모의 구조를 제조에 사용 된 최초의 직접 쓰기 시스템 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52834/52834fig1large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> 이 소스 비드 불일치 반복적 소정 직경의 와이어를 제조하는 시스템의 능력에 영향. 구조물이 성공적으로 직접 기입 처리를 이용하여 생성 된, 긴하지만, 중합체 용액 유량의 제어를 증가시킴으로써 프로세스의 개선을 위해 더 PRECI 허용SE는, 주사기 팁에서 비드 크기의 조절을 통해 섬유 직경을 규정. 따라서,이 작업을 정확하게 규정 만들기 위해 중합체 용액 유량 및 팁 비드 크기를 제어 할 공압식 디스펜서 밸브 미크론 / 미크론 현탁 구조와 3 축 자동 분배 시스템의 구현을 설명한다.

<table><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 gauge Needle Tip (0.250&quot; length)</td></tr><tr><td>Electric Baseboard Heater (500&amp;nbsp;W, 30&quot; 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.

도 3-5A 및 상기 B에서 정의 된 각각의 설계 및 JR C 점 알고리즘의 각각에 대한 3 축 로봇과 직접 기록 방법을 통해 제조 된 구조들의 실제 사진도 6a,도 7a 및 8a에 도시된다. 결과 이미지에서 알 수있는 바와 같이, 입체 자유롭게 매달린 섬유는 정밀 포인트뿐만 아니라 교점을 종료 / 기​​동을 포함한 소정의 공간 위치에 디스펜서 팁을 조작하여 기판 상에 성공적으로 &quot;쓰여진&quot;이었다. 이들 도면의 세트는 정확히 ​​3-D 공간에서 섬유 배향 (도 6B, 7B 및 8B)를 제어하기위한 시스템의 능력을 입증 현탁 섬유의 교차점을 확대. <img alt="그림 6" src="/files/ftp_upload/52834/52834fig6.jpg" /> 도 6 (A) 연산<html> 하나의 갈래 섬유 (289X 배율 (B)의 SEM 이미지를 (스케일 바 = 1mm 15 배 광학 배율) 중단 웹 구조는 2 지원 섬유 (대각선) 12 갈래 분기 아크릴 섬유를 가지고 제작 된 &quot;쿼드&quot;의 광 케이블 (optical) 이미지 규모 바 = 100 ㎛). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52834/52834fig6large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 7" src="/files/ftp_upload/52834/52834fig7.jpg" /> 도 7 (A) 1지지 섬유 (가로) 11 갈래 분지 PMMA 섬유 갖는 제조 &quot;대칭&quot;현탁 웨브 구조의 광학 상; 단일 갈래의 (15X 광학 배율 스케일 바 = 1 ㎜), (B) SEM 이미지 섬유 (107X 확대, 스케일 바 = 100 ㎛).52834fig7large.jpg &quot;대상 =&quot;_ 빈 &quot;&gt;이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오. <img alt="그림 8" src="/files/ftp_upload/52834/52834fig8.jpg" /> (; 눈금 막대 = 1mm 15X 광학 배율), (B) 하나의 SEM 이미지를도 8 (A) 제조 &quot;이중 셰브론&quot;의 광학 화상은 1지지 섬유 (가로) 22 갈래 분지 PMMA 섬유를 갖는 웹 구조를 현탁 두 갈래의 섬유. (80X 확대, 스케일 바 = 100 ㎛) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52834/52834fig8large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> 그림 9 디스플레이는 3 축 로봇 및 분배 시스템이 자유롭게 부유 웹 같은 구조를 생성 할 수있는 섬유 제조의 연속 포인트 - 투 - 포인트 순서의 뷰를 닫습니다. P<html> 숫자로 표시된으로 고분자 접촉점은 상기도 3b에서 참조 JR-C 소프트웨어 프로그램 된 시작 및 종료 포인트에 대응한다. 화살표는 로봇 궤적을 나타낸다. 다양한 크기의 와이어를 제조 직접 기록 시스템의 능력을 보여주는 디스플레이 10 미크론 및 서브 미크론 고분자 섬유를,도. <img alt="그림 9" src="/files/ftp_upload/52834/52834fig9.jpg" /> 마이크론 및 서브 마이크론 고분자 섬유 (29 배 확대, 스케일 바 = 200 μm의) 그리기위한 연속 포인트 - 투 - 포인트 제작 순서를 보여주는 그림 9. 전자 현미경 사진. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52834/52834fig9large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> 2834 / 52834fig10.jpg &quot;/&gt; 그림 10. SEM 마이크론 (6.5 μm의) 및 서브 마이크론 (555 나노 미터) 20 % 농도의 아크릴 폴리머 용액을 사용하여 그린 섬유의 이미지입니다. (2,270X 확대, 스케일 바 = 2 μm의) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52834/52834fig10large.jpg" target="_blank">여기를 클릭하십시오이의 더 큰 버전을 볼 수 있습니다 이 그림.</a> 고분자 섬유 길이 및 직경은 주사 전자 현미경을 사용하여 측정 하였다. 표 1은 두 갈래의 분기 섬유 지지체 섬유에 대응 전술도 6-8에 제시된 각각의 독특한 구조의 평균 와이어 직경을 나타낸다. 표 2 디스플레이 측정 하였다 중합체 파라미터 위에서 언급 한 구조를 제조하는데 이용 된 24 % PMMA 용액에서. <table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0"><tbody><tr><td></td><td> 그림 6의 구조 직경</td><td> 그림 7의 구조 직경 </td><td> 그림 8의 구조 직경 </td></tr><tr><td> 지원 섬유 </td><td> 8.65 ± 1.43 μm의 </td><td> 9.39 ± 1.23 μm의 </td><td> 9.31 ± 1.65 μm의 </td></tr><tr><td> 분기 섬유 </td><td> 20.96 ± 3.35 μm의 </td><td> 15.92 ± 1.44 μm의 </td><td> 12.24 ± 5​​.42 μm의 </td></tr></tbody></table> 24 % PMMA 솔루션 그림 6-8에 표시된 일시 중단 지원과 분기 섬유 표 1. 평균 직경. <table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0"><tbody><tr><td></td><td> 24 % PMMA </td></tr><tr><td> 점도 (파 * 초) </td><td> 35.19 </td></tr><tr><td> 표면 장력 (mN / m) </td><td> 262.01 </td></tr><tr><tD&gt; 물질 전달 계수 (M / 초) </td><td> 8.59 × 10 -8 </td></tr></tbody></table> 이 연구에서 제시된 섬유 구조체를 제조하는데 사용되었다 24 % PMMA 용액 표 2. 고분자 파라미터.

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

여기서는 3 축 분배 시스템으로 자동화 직접 기입 순서에 의해 생성 된 자유 - 부유 마이크론 / 서브 마이크론 스케일 고분자 섬유와 &quot;웹 형상&quot;구조를 제조하는 프로토콜을 제시한다.

일시 중단 된 마이크론 / 서브 마이크론 스케일 섬유 구조의 3 차원 직접 쓰기는 로봇 디스펜스 시스템을 통해 처방

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

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8.0K 조회수.  University of Louisville.  여기서는 3 축 분배 시스템으로 자동화 직접 기입 순서에 의해 생성 된 자유 - 부유 마이크론 / 서브 마이크론 스케일 고분자 섬유와 "웹 형상"구조를 제조하는 프로토콜을 제시한다. 

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

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

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

3D 카본 나노튜브 Microstructures의 제조, Densification 및 복제 성형

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

연구

공학

A Method to Fabricate Disconnected Silver Nanostructures in 3D

The standard nanofabrication toolkit includes techniques primarily aimed at creating 2D patterns in dielectric media. Creating metal patterns on a submicron scale requires a combination of nanofabrication tools and several material processing steps. For example, steps to create planar metal structures using ultraviolet photolithography and electron-beam lithography can include sample exposure, sample development, metal deposition, and metal liftoff. To create 3D metal structures, the sequence is repeated multiple times. The complexity and difficulty of stacking and aligning multiple layers limits practical implementations of 3D metal structuring using standard nanofabrication tools. Femtosecond-laser direct-writing has emerged as a pre-eminent technique for 3D nanofabrication.1,2 Femtosecond lasers are frequently used to create 3D patterns in polymers and glasses.3-7 However, 3D metal direct-writing remains a challenge. Here, we describe a method to fabricate silver nanostructures embedded inside a polymer matrix using a femtosecond laser centered at 800 nm. The method enables the fabrication of patterns not feasible using other techniques, such as 3D arrays of disconnected silver voxels.8 Disconnected 3D metal patterns are useful for metamaterials where unit cells are not in contact with each other,9 such as coupled metal dot10,11or coupled metal rod12,13 resonators. Potential applications include negative index metamaterials, invisibility cloaks, and perfect lenses.
In femtosecond-laser direct-writing, the laser wavelength is chosen such that photons are not linearly absorbed in the target medium. When the laser pulse duration is compressed to the femtosecond time scale and the radiation is tightly focused inside the target, the extremely high intensity induces nonlinear absorption. Multiple photons are absorbed simultaneously to cause electronic transitions that lead to material modification within the focused region. Using this approach, one can form structures in the bulk of a material rather than on its surface.
Most work on 3D direct metal writing has focused on creating self-supported metal structures.14-16 The method described here yields sub-micrometer silver structures that do not need to be self-supported because they are embedded inside a matrix. A doped polymer matrix is prepared using a mixture of silver nitrate (AgNO3), polyvinylpyrrolidone (PVP) and water (H2O). Samples are then patterned by irradiation with an 11-MHz femtosecond laser producing 50-fs pulses. During irradiation, photoreduction of silver ions is induced through nonlinear absorption, creating an aggregate of silver nanoparticles in the focal region. Using this approach we create silver patterns embedded in a doped PVP matrix. Adding 3D translation of the sample extends the patterning to three dimensions.

Femtosecond-laser direct-writing is frequently used to create three-dimensional (3D) patterns in polymers and glasses. However, patterning metals in 3D remains a challenge. We describe a method for fabricating silver nanostructures embedded inside a polymer matrix using a femtosecond laser centered at 800 nm.

3D로 연결이 끊긴 실버 Nanostructures를 조작하는 방법

The standard nanofabrication toolkit includes  techniques primarily aimed at creating 2D patterns in dielectric media. Creating  metal patterns on a ...

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

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

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

희생 구성 요소의 증발을 사용하여 세 가지 차원 미세 만들기의 과정

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

Planar and Three-Dimensional Printing of Conductive Inks

Printed electronics rely on low-cost, large-area fabrication routes to create flexible or multidimensional electronic, optoelectronic, and biomedical devices1-3. In this paper, we focus on one- (1D), two- (2D), and three-dimensional (3D) printing of conductive metallic inks in the form of flexible, stretchable, and spanning microelectrodes.
Direct-write assembly4,5 is a 1-to-3D printing technique that enables the fabrication of features ranging from simple lines to complex structures by the deposition of concentrated inks through fine nozzles (~0.1 - 250 &mu;m). This printing method consists of a computer-controlled 3-axis translation stage, an ink reservoir and nozzle, and 10x telescopic lens for visualization. Unlike inkjet printing, a droplet-based process, direct-write assembly involves the extrusion of ink filaments either in- or out-of-plane. The printed filaments typically conform to the nozzle size. Hence, microscale features (&lt; 1 &mu;m) can be patterned and assembled into larger arrays and multidimensional architectures.
In this paper, we first synthesize a highly concentrated silver nanoparticle ink for planar and 3D printing via direct-write assembly. Next, a standard protocol for printing microelectrodes in multidimensional motifs is demonstrated. Finally, applications of printed microelectrodes for electrically small antennas, solar cells, and light-emitting diodes are highlighted.

Planar and three-dimensional printing of conductive metallic inks is described. Our approach provides new avenues for fabricating printed electronic, optoelectronic, and biomedical devices in unusual layouts at the microscale.

전도성 잉크의 평면 및 3 차원 인쇄

Printed electronics rely on low-cost, large-area fabrication routes to create flexible or multidimensional electronic, optoelectronic, and biomedical ...

생체공학

Manufacturing of Three-dimensionally Microstructured Nanocomposites through Microfluidic Infiltration

Microstructured composite beams reinforced with complex three-dimensionally (3D) patterned nanocomposite microfilaments are fabricated via nanocomposite in&#64257;ltration of 3D interconnected microfluidic networks. The manufacturing of the reinforced beams begins with the fabrication of microfluidic networks, which involves layer-by-layer deposition of fugitive ink filaments using a dispensing robot, filling the empty space between filaments using a low viscosity resin, curing the resin and finally removing the ink.&#160;Self-supported 3D structures with other geometries and many layers (e.g.&#160;a few hundreds layers) could be built using this method. The resulting tubular micro&#64258;uidic networks are then infiltrated with thermosetting nanocomposite suspensions containing nanofillers (e.g.&#160;single-walled carbon nanotubes), and subsequently cured. The infiltration is done by applying a pressure gradient between two ends of the empty network (either by applying a vacuum or vacuum-assisted microinjection). Prior to the infiltration, the nanocomposite suspensions are prepared by dispersing nanofillers into polymer matrices using ultrasonication and three-roll mixing methods. The nanocomposites (i.e.&#160;materials infiltrated) are then solidified under UV exposure/heat cure, resulting in a 3D-reinforced composite structure. The technique presented here enables the design of functional nanocomposite macroscopic products for microengineering applications such as actuators and sensors.

Three-dimensional (3D) microstructured composite beams are fabricated through the directed and localized infiltration of nanocomposites into 3D porous microfluidic networks. The flexibility of this manufacturing method enables the utilization of different thermosetting materials and nanofillers in order to achieve a variety of functional 3D reinforced nanocomposite macroscopic products.

미세 유체 침투를 통해 세 가지 차원 미세 구조 나노 복합 재료의 제조

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

화학

Laser-induced Forward Transfer of Ag Nanopaste

Over the past decade, there has been much development of non-lithographic methods1-3 for printing metallic inks or other functional materials. Many of these processes such as inkjet3 and laser-induced forward transfer (LIFT)4 have become increasingly popular as interest in printable electronics and maskless patterning has grown. These additive manufacturing processes are inexpensive, environmentally friendly, and well suited for rapid prototyping, when compared to more traditional semiconductor processing techniques. While most direct-write processes are confined to two-dimensional structures and cannot handle materials with high viscosity (particularly inkjet), LIFT can transcend both constraints if performed properly. Congruent transfer of three dimensional pixels (called voxels), also referred to as laser decal transfer (LDT)5-9, has recently been demonstrated with the LIFT technique using highly viscous Ag nanopastes to fabricate freestanding interconnects, complex voxel shapes, and high-aspect-ratio structures. In this paper, we demonstrate a simple yet versatile process for fabricating a variety of micro- and macroscale Ag structures. Structures include simple shapes for patterning electrical contacts, bridging and cantilever structures, high-aspect-ratio structures, and single-shot, large area transfers using a commercial digital micromirror device (DMD) chip.

We demonstrate the use of the Laser-induced forward transfer technique (LIFT) for the printing of high-viscosity Ag paste. This technique offers a simple, low temperature, robust process for non-lithographically printing microscale 2D and 3D structures.

의 Ag Nanopaste의 레이저 유도 앞으로 전송

Over the past decade, there has been much development of non-lithographic methods1-3 for printing metallic inks or other functional materials. Many of ...

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

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

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

미리 설계된 크기와 모양의 중합체 및 바이오 하이브리드 섬유의 미세 유체 제조

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

Microfluidic Dry-spinning and Characterization of Regenerated Silk Fibroin Fibers

The protocol demonstrates a method for mimicking the spinning process of silkworm. In the native spinning process, the contracting spinning duct enables the silk proteins to be compact and ordered by shearing and elongation forces. Here, a biomimetic microfluidic channel was designed to mimic the specific geometry of the spinning duct of the silkworm. Regenerated silk fibroin (RSF) spinning doped with high concentration, was extruded through the microchannel to dry-spin fibers at ambient temperature and pressure. In the post-treated process, the as-spun fibers were drawn and stored in ethanol aqueous solution. Synchrotron radiation wide-angle X-ray diffraction (SR-WAXD) technology was used to investigate the microstructure of single RSF fibers, which were fixed to a sample holder with the RSF fiber axis normal to the microbeam of the X-ray. The crystallinity, crystallite size, and crystalline orientation of the fiber were calculated from the WAXD data. The diffraction arcs near the equator of the two-dimensional WAXD pattern indicate that the post-treated RSF fiber has a high orientation degree.

A protocol for the microfluidic spinning and microstructure characterization of regenerated silk fibroin monofilament is presented.

미세 드라이 회전 및 재생성된 실크 Fibroin 섬유의 특성

The protocol demonstrates a method for mimicking the spinning process of silkworm. In the native spinning process, the contracting spinning duct enables ...

Automated Robotic Dispensing Technique for Surface Guidance and Bioprinting of Cells

This manuscript describes the introduction of cell guidance features followed by the direct delivery of cells to these features in a hydrogel bioink using an automated robotic dispensing system. The particular bioink was selected as it allows cells to sediment towards and sense the features. The dispensing system bioprints viable cells in hydrogel bioinks using a backpressure assisted print head. However, by replacing the print head with a sharpened stylus or scalpel, the dispensing system can also be employed to create topographical cues through surface etching. The stylus movement can be programmed in steps of 10 &#181;m in the X, Y and Z directions. The patterned grooves were able to orientate mesenchymal stem cells, influencing them to adopt an elongated morphology in alignment with the grooves&#39; direction. The patterning could be designed using plotting software in straight lines, concentric circles, and sinusoidal waves. In a subsequent procedure, fibroblasts and mesenchymal stem cells were suspended in a 2% gelatin bioink, for bioprinting in a backpressure driven extrusion printhead. The cell bearing bioink was then printed using the same programmed coordinates used for the etching. The bioprinted cells were able to sense and react to the etched features as demonstrated by their elongated orientation along the direction of the etched grooves.

This protocol describes a bioprinting methodology using an automated robotic depositing system that incorporates etched topographical guidance cues with the precision deposition of a cell bearing hydrogel bioink. The printed cells are directly delivered to the etched features and are able to sense and orientate with them.

세포의 표면지도 및 Bioprinting에 대한 자동화 된 로봇 분배 기법

This manuscript describes the introduction of cell guidance features followed by the direct delivery of cells to these features in a hydrogel bioink using ...

Melt Electrospinning Writing of Three-dimensional Poly(&#949;-caprolactone) Scaffolds with Controllable Morphologies for Tissue Engineering Applications

This tutorial reflects on the fundamental principles and guidelines for electrospinning writing with polymer melts, an additive manufacturing technology with great potential for biomedical applications. The technique facilitates the direct deposition of biocompatible polymer fibers to fabricate well-ordered scaffolds in the sub-micron to micro scale range. The establishment of a stable, viscoelastic, polymer jet between a spinneret and a collector is achieved using an applied voltage and can be direct-written. A significant benefit of a typical porous scaffold is a high surface-to-volume ratio which provides increased effective adhesion sites for cell attachment and growth. Controlling the printing process by fine-tuning the system parameters enables high reproducibility in the quality of the printed scaffolds. It also provides a flexible manufacturing platform for users to tailor the morphological structures of the scaffolds to their specific requirements. For this purpose, we present a protocol to obtain different fiber diameters using melt electrospinning writing (MEW) with a guided amendment of the parameters, including flow rate, voltage and collection speed. Furthermore, we demonstrate how to optimize the jet, discuss often experienced technical challenges, explain troubleshooting techniques and showcase a wide range of printable scaffold architectures.

This protocol serves as a comprehensive guideline to fabricate scaffolds via electrospinning with polymer melts in a direct writing mode. We systematically outline the process and define the appropriate parameter settings for achieving targeted scaffold architectures.

조직 공학 응용 프로그램에 대 한 제어 형태학과 3 차원 Poly(ε-caprolactone) 장비의 전기 글 녹아

This tutorial reflects on the fundamental principles and guidelines for electrospinning writing with polymer melts, an additive manufacturing technology ...