Os autores gostariam de agradecer à Universidade de Viena para apoiar KYL eo Conselho de Pesquisa em Engenharia e Ciências Físicas Reino Unido (EPSRC) para um Fundo de Follow-on para o financiamento de SRS e do trabalho (EP/J013390/1).

1. Preparação da suspensão bacteriana da fibra de celulose, de sisal <ol><li> Determinar a massa húmida para a seco de BC medindo a massa húmida de BC, seguido por secagem a vácuo de molhado aC a 80 ° C durante a noite (O / N). Uma vez seco, meça a massa seca do BC. </li><li> Medir a quantidade de película húmida BC equivalente a 18 g de BC seco da massa húmida para seco pré-determinada de BC. </li><li> Corte as películas BC molhadas em pequenos pedaços de ~ 1-2 cm usando um par de tesouras afiadas. Após o corte, embeber as películas BC em 1 L de água para permitir a hidratação de películas cortadas. </li><li> Alimente a película corte BC em um liquidificador e adicione uma quantidade adequada de água no liquidificador de modo que o processo de mistura vai passar sem problemas. </li><li> Misturar essas películas BC por 2 min. </li><li> Despeje a misturado aC para um recipiente de 15 L e adicionar água até que o volume total de água é de 14 G, tornando-se uma concentração de BC em água de 0,1 (g / ml)% (percentagem em massa de celulose bacteriana per unque o volume de água). As películas BC pode ter de ser alimentado no liquidificador em lotes para a mistura. </li><li> Corte 72 g de fibras de sisal (soltas ou qualquer fonte de fibras naturais curtas) em 1-2 cm fibras longas e adicioná-los em suspensão BC. Agitar suavemente a suspensão para assegurar uma dispersão homogénea de fibras de sisal na suspensão BC. </li><li> Mergulhe as fibras de sisal neste suspensão O / N. </li></ol> 2. Fabricação de Sisal Fibra Preform <ol><li> Molde folha Abra e feche a válvula de drenagem. </li><li> Encher o sistema com água DI, até o nível de água atinja o fio de suporte. </li><li> Coloque um fio formando 100 malha metálica sobre o fio de apoio, centrado dentro da base do molde folha. </li><li> Feche e tranque o molde da folha. Adiciona-se água fresca adicional até que o arame de formação é submerso em água. </li><li> Despeje a suspensão de fibras de sisal-BC preparado no molde folha. Suavemente agitação da suspensão para garantir que as fibras de sisal estão distrib homogeneamentebuídos ao longo do molde. </li><li> Abrir a válvula de drenagem para drenar a água, o que vai resultar na formação de um bolo de filtração húmido de fibras de sisal e BC sobre o arame de formação. Imediatamente após os drenos de água, abra a folha de molde e remova o fio formando. </li><li> Colocar o arame de formação sobre um pedaço de papel mata-borrão. Mais papéis mata-borrão são colocadas no topo do bolo de filtração, seguido por uma placa de metal. </li><li> Vire a torta de filtro ao redor. Com o fio formando agora voltado para a parte superior, remover o arame de formação e colocar o papel mata-borrão adicional directamente no topo do bolo de filtração, seguido por uma placa de metal. </li><li> Coloque um peso 10 kg em cima da placa de metal para pressionar a água para fora. Quando o papel mata-borrão é totalmente encharcado, substituir os papéis mata-borrão com papéis mata-borrão frescos e pressione novamente o bolo do filtro com um peso de 10 kg. </li><li> Substitua os papéis borrando um tempo final e realizar uma prensagem final de 1 tonelada em uma prensa quente para consolidar a pré-forma de fibra. </li><li> Aqueça a imprensa quente até 120 ° C para ajudar a evaporação da água residual. Isso deve levar cerca de 4 horas. Reduzir a temperatura da prensa a quente para a temperatura ambiente (RT) e permitir que o pré-molde para arrefecer antes da remoção da prensa a quente. </li></ol> 3. Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) da pré-forma de fibra BC-sisal <ol><li> Corte uma pré-forma 2 × 2 cm 2 fibra BC-sisal. </li><li> Cole esta pré-forma para corte SEM toco usando guias de carbono. </li><li> Revestir a amostra num equipamento de revestimento por pulverização catódica Cr operando a 75 mA durante 1 min. </li><li> Imagem da pré-forma de fibra BC-sisal com emissão de campo arma SEM no modo in-lente com uma energia do feixe de 5 kV. Nota: Não tente imagem da pré-forma de fibra de sisal sem colagem da pré-forma para o suporte de SEM utilizando adesivo condutor. As fibras soltas irá ser sugado durante a evacuação da câmara de SEM e danificar o canhão de electrões. </li></ol> 4. Composite Manufacturing usando Vacuum Assisted Resin Infusion (VARI) <ol><li> Coloque o pré-molde na parte superior do lado do conjunto de ferramentas, a qual é constituída por um tecido de vidro de libertação de PTFE não poroso revestido. </li><li> Cobrir o pré-molde com um tecido poroso revestido com PTFE libertação de vidro, também conhecida como uma camada de casca, seguido por um fluxo médio poroso. Tanto a camada de casca e do escoamento do meio deve ser maior do que a pré-forma (ver Figura 2 para uma representação esquemática do processo). </li><li> Posicione os tubos de omega na entrada de resina que se destinam e de saída do VARI configurar. Certifique-se de que os tubos de ómega são colocados na parte superior do meio poroso para permitir o fluxo da resina para distribuir para o VARI configurado durante a infusão. O comprimento dos tubos de omega deve ser tão grande como o escoamento do meio. </li><li> Fitas sensíveis Local de pressão ao redor da periferia do set-up. <ol><li> Certifique-se de que o revestimento de papel de fitas sensíveis à pressão ainda é deixado sobre as fitas nesta altura. </li><li> Inserir os tubos de alimentação e escoamento de resina para dentro das aberturas de atubos de omega e cobrir a configurar com um filme baseado ensacamento polímero fluoroetileno e selá-lo com fitas sensível à pressão. </li><li> Selar o tubo de alimentação de resina. Colocar a outra extremidade do tubo de saída de resina no topo do tecido de respiro. </li></ol></li><li> Colocar uma placa metálica no topo do saco interior, onde a pré-forma de fibra é, seguido de uma peça de pano de respiro. A placa de metal que deve ser do tamanho da pré-forma. </li><li> Identificar a posição onde a válvula de vácuo através de saco deve ser e colocar a parte inferior da válvula no topo do tecido de respiro. </li><li> Colocar a fita vedante de vácuo em torno do saco interno e colocar uma película de ensacamento de vácuo na parte superior do mesmo e selá-lo. O excesso de película de ensacamento de vácuo irá formar pregas. </li><li> Colocar a fita vedante no interior da dobra para completar a vedação. </li><li> Corte um pequeno &#39;x&#39; no filme ensacamento de vácuo, onde a parte inferior da válvula é e aperte a parte superior para completar a através da válvula de vácuo saco. É important para evitar rugas do filme ensacamento de vácuo sob a parte superior, pois isso pode causar um caminho de vazamento. </li><li> Conecte o conector de conexão rápida e puxar um vácuo. Durante este processo, o filme ensacamento de vácuo podem ser movimentados e coloque onde é necessário excesso. Verifique se há vazamentos de vácuo. </li><li> Prepare a resina por mistura do epoxi e endurecedor numa proporção em peso entre 100 e 19. Desgaseifica a resina, a uma pressão reduzida para se remover todas as bolhas de ar retidas durante a mistura da resina epoxi e de endurecedor. </li><li> Uma vez que o VARI configurar está determinado a ser livre de vazamentos, alimentar a resina através do tubo conectado ao tubo de omega. </li><li> Certifique-se de que a resina é alimentada lentamente de modo a que ele tenha tempo para impregnar no pré-molde de fibras. Permitir que a resina a fluir para fora do tubo de saída de resina e mergulhar o pano de respiro até bolhas de ar não pode ser observado que sai do tubo de saída. </li><li> Veda-se o tubo de saída e permitir que a resina a curar durante 24 horas à temperatura ambiente, seguido por uma pós-curing passo a 50 ° C durante 16 horas. Nota: (1) O ciclo de cura da resina é dependente. (2) É muito importante que o máximo de vácuo é alcançado no VARI configurar e não há vazamento de vácuo dentro de set up. Um pobre VARI configurar (não atingir vácuo máximo ou um vazamento) irá resultar em poros dentro dos compósitos manufaturados e reduziu significativamente a fração de volume de fibra nos compósitos. (3) A relação de epoxi para endurecedor de resina é dependente. Por favor, verifique a folha de dados do produto da resina para a relação epóxi-to-endurecedor antes da mistura. </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>

Os autores não têm nada a revelar.

Nós mostramos neste experimento que as fibras de sisal soltos pode ser vinculado com BC. No entanto, a escolha de fibras não está limitado a apenas fibras de sisal. Outros tipos de fibras, tais como fibras de linho e cânhamo, também pode ser utilizado. Além disso, mostrámos também que a farinha de madeira, papel reciclado, e de dissolução de celulose também pode ser ligada em pré-formas rígidas e resistentes usando um ligante BC (resultados não publicados). O critério é que as fibras utilizadas devem ser hidrófilo e absorver água. Como referido acima, a natureza hidrófila das fibras irão absorver água, o desenho no BC que é disperso no meio. O BC é filtrada contra a superfície destas fibras hidrofílicas e forma uma camada de revestimento de BC quando as fibras foram secas. Embora a celulose bacteriana pode ser depositado em torno das fibras naturais por cultura xylinus Acetobacter na presença de fibras naturais 5, 29, 30, este processo é trabalhoso e requires biorreatores caros com um rígido controle de pH e teor de oxigênio dissolvido. O nosso processo melhorado, por outro lado, baseia-se num método de fabrico de papel (ou seja, dispersar as fibras naturais, em uma suspensão BC) e não há necessidade de bioreactores 31. Com relação à aplicação de fibras naturais em compósitos, orientadas aleatoriamente não-tecido (curto e orientados aleatoriamente) de pré-formas de fibras naturais são produzidos por agulha perfurando (essencialmente costura) fibras de polímero (tipicamente um poliéster) através de fibras compactadas soltos 33. Para fazer um compósito, as pré-formas de fibras são, então, colocados num molde e infundidos com uma resina. Fibras de polímeros também podem ser misturados com fibras naturais 34 (tipicamente de linho, cânhamo, juta ou) ou disperso numa suspensão de fibras naturais e filtrada a vácuo 35 na fracção de elevado volume de polímero (50% vol.). Este tapete de fibra de polímero de fibra natural (pré-molde) é, em seguida aquecida para fundir o polímero para produce uma estrutura compósita. Os últimos processos de produção de materiais compósitos são intrinsecamente escalável, mas está limitado pela escolha de fibras de polímero (o polímero deve derreter a temperaturas mais baixas do que a temperatura de degradação das fibras) que podem ser utilizados para fazer os pré-formados e, consequentemente, o tipo de matrizes disponíveis para fazer composições. Utilizando o nosso método, BC não só actuar como um ligante, que também actua como um nano-reforço 32. Como referido acima, o módulo de Young de um nanofibras BC indivíduo foi estimada em 114 GPa. Embora a resistência à tracção único de BC não é conhecido, a resistência à tracção das fibras de madeira e tunicados individuais oxidado-TEMPO foi medido recentemente usando ultra-som induzida cavitação 36. A resistência à tração entre 0,8-1,5 GPa foi medida por estes nanofibras individuais. Estas propriedades mecânicas, juntamente com o potencial de ligação do BC, feita BC um excelente candidato para produzir curta natur verdadeiramente verde e orientados aleatoriamenteal reforçados com fibras de celulose, reforçado com compósitos renováveis ​​bacterianas com desempenho mecânico que excede polímeros reforçados com fibras convencionais. No termo da fabricação de compósitos, o nosso processo de fabrico preferido é o duplo saco de vácuo assistida resina perfusão discutido (DBVI) desenvolvido por Waldrop et al. 37 Ao contrário do único saco de vácuo assistida infusão convencional mais resina (também conhecida como o processo de Seemann 38), DBVI emprega dois sacos de vácuo independentes durante o processo de infusão (ver Figura 2). Embora o processo de Seemann funcionará para fabricação de compósitos, este processo pode sofrer de saco de vácuo de relaxamento por trás da frente de escoamento da resina. Quando isso ocorre, a área onde ocorre o relaxamento vai se sentir macia e esponjosa. O saco de vácuo resultará no relaxamento do saco de vácuo, afastando-se a partir do meio de fluxo devido ao fluxo preferencial de resina líquida no caminho da menor resistência. Tseu fará com que os compósitos fabricados ter fracções de volume de fibra não uniforme (isto é, a área relaxado vai ter uma fracção de volume de fibras mais baixo do que a área de não-relaxante do saco de vácuo). O DBVI não sofrem deste problema, como o saco de vácuo interior nunca relaxa atrás da frente de escoamento da resina líquida. Como resultado, os painéis compósitos resultantes terão superior a fracção média de volume de fibra e espessura mais uniforme. Além disso, a utilização do saco de vácuo exterior proporciona uma redundância no sistema e melhora a integridade do vácuo do processo de infusão líquido.

Constante aumento dos preços do petróleo ea crescente demanda do público para um futuro sustentável provocaram e reviveu a pesquisa e desenvolvimento de materiais verdes, especialmente polímeros e compósitos. Infelizmente, o desempenho termo-mecânica de polímeros verdes ou renováveis ​​é muitas vezes inferior em comparação com os polímeros à base de petróleo tradicionais 1. Por exemplo, disponível comercialmente de polilactido (PLA) e de poli-hidroxibutirato (PHB) são quebradiças e possuem baixas temperaturas de distorção ao calor. Uma solução de criação de materiais renováveis ​​que correspondem ou mesmo exceder o desempenho dos materiais de engenharia à base de petróleo comumente usados ​​é aprender com o passado; Henry Ford utilizada uma estratégia de composto, isto é, a combinação de polímeros bio-based/renewable com um reforço 2, para melhorar as propriedades de polímeros renováveis. Alega-se frequentemente que as fibras naturais servem como candidato ideal como reforço por causa de seu baixo custo, baixa densidade, renewability e biodegradabilidade 3. Compósitos de fibra natural ter visto um renascimento na década de 1990, como pode ser visto pelo aumento exponencial do número de publicações científicas com revisão por pares (Figura 1) 4. No entanto, a natureza hidrófila das fibras naturais e características hidrofóbicas da maior parte dos materiais termoplásticos são frequentemente responsabilizadas para resultar em fraca adesão fibra-matriz 5, o que muitas vezes resulta em mau desempenho mecânico dos compósitos resultantes de polímero reforçado com fibras. Para resolver este desafio, vários pesquisadores tentaram modificar quimicamente as superfícies de fibras naturais 6,7. Estas modificações químicas incluem acetilação 8, 9 sililação, o polímero de enxerto 10, os tratamentos de isocianato 11,12, utilização de agentes de acoplamento maleado 13-17, e benzoilação 18. Mesmo que esses tratamentos químicos tornaram fibras naturais mais hidrofóbico, o que resulta natural, fibra de reforçod polímeros ainda não conseguiu entregar em termos de desempenho mecânico 19. Thomason 20 a hipótese de que esta falha pode ser um resultado do anisotropicity e o coeficiente térmico linear de expansão elevada de fibras naturais. Em adição a isto, as fibras naturais também têm as suas desvantagens, tais como a temperatura de processamento de 21 limitado, de lote para lote a variabilidade 3, baixa resistência à tracção em comparação com as fibras sintéticas, tais como o vidro, aramida ou fibras de carbono e a ausência de processos de fabrico adequados para produzir fibras naturais compósitos poliméricos reforçados. Assim, utilizando-se as fibras naturais como reforço não será suficiente para diminuir a diferença no desempenho da propriedade acima mencionada entre materiais verdes e polímeros à base de petróleo. Nanocellulose é um agente de reforço verde emergente. Em particular, produzido nanocellulose por bactérias, como por exemplo a partir da espécie Acetobacter 22, também conhecido como cellulos bacterianase serve como uma alternativa interessante para o desenvolvimento de materiais verdes 23, devido à possibilidade de explorar a elevada rigidez e resistência dos cristais de celulose 24. A rigidez de um único cristal de celulose foi estimado como sendo de aproximadamente 100-160 GPa usando difracção de raios X, espectroscopia de Raman e simulações numéricas 25-27. Esse número é maior do que as fibras de vidro ~ 70 GPa, que são, porém, muito mais densa. A celulose bacteriana (BC) também é inerentemente nano porte, com um diâmetro de aproximadamente 50 nm e vários micrômetros de comprimento 28. Nós relatamos um método para revestir naturais (sisal e cânhamo) fibras com camadas de BC através da cultura de Acetobacter xylinius na presença de fibras naturais 5,29,30. Isso levou a uma melhor adesão interfacial entre PLLA e fibras naturais BC-revestidos 29,31. A fim de simplificar o processo de revestir estas fibras, Lee et al. 31 desenvolvido um método de revestimento naturais (sisal) fibers sem o uso de biorreatores. Este método baseia-se processo de imersão em suspensão, em que as fibras de sisal secos são imersos numa suspensão BC. Uma extensão deste método é de 32 para filtrar a suspensão água contendo fibras de sisal soltas e BC para a produção de pré-formas de fibra de sisal adequados para típico de fabricação de estruturas compostas.

<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

Um novo método de fabricação de pré-moldes rígidos e robustos de fibra natural é aqui apresentada. Este método baseia-se num processo de fabrico de papel, pelo qual as fibras de sisal soltos e curtos são dispersos em água, contendo uma suspensão de celulose bacteriana. A fibra e nanocellulose suspensão é em seguida filtrada (utilizando vácuo ou por gravidade) e o bolo do filtro húmido pressionado para espremer o excesso de água, seguido por um passo de secagem. Isto irá resultar na cornificação de rede de celulose bacteriana, que prende as fibras naturais soltos. O nosso método é especialmente adequado para a fabricação de pré-moldes rígidos e robustos de fibras hidrofílicas. A natureza porosa e hidrofílica destas fibras resulta na absorção de água significativa, atraindo a celulose bacteriana disperso na suspensão. A celulose bacteriana irá então ser filtrada contra a superfície destas fibras, a formação de um revestimento de celulose bacteriana. Quando a célula de fibra bacteriana soltoulose suspensão é filtrada e seca, a celulose bacteriana adjacente forma uma rede e corneificado para manter as fibras em contrário soltos. A introdução de celulose bacteriana na pré-forma, resultou num aumento significativo das propriedades mecânicas das formas de fibras. Isto pode ser atribuído à elevada rigidez e resistência da rede de celulose bacteriana. Com esta pré-forma, de alta performance compósitos hierárquicos renováveis ​​podem também ser fabricados por métodos de produção convencionais compósito, tais como a infusão de resina filme (RFI) ou por transferência de resina de moldagem (RTM). Aqui, nós também descrevem a fabricação de compósitos hierárquicos renováveis ​​utilizando vácuo saco duplo assistida infusão de resina.

Sem um ligante BC, as fibras de sisal, soltos curtos são mantidos em conjunto apenas por fricção e emaranhamentos entre as fibras. Como resultado, esta pré-forma é solto e não foi capaz de suportar tanto peso. Figura 3 mostra a pré-forma de fibra de sisal sem BC como o ligante, com uma carga aplicada no modo de flexão de 3 pontos. A pré-forma pode ser visto, em vez de ser solto e, quando uma carga é aplicada através da adição de água para dentro do copo de polipropileno, a pré-forma começa a desviar severamente. A carga aplicada é equivalente a 40 g de água. No entanto, quando o peso 20. BC% foi usado como ligante para estas fibras de sisal e curtas soltas, uma pré-forma de fibra rígida é fabricado. Este pré-molde pode suportar a carga de um copo cheio de polipropileno (~ 170 g), sem qualquer desvio significativo (Figura 3). As micrografias electrónicas de varrimento de uma fibra pré-forma típica BC-sisal estão apresentados na Figura 4. BC pode ser visto para a cobertura da superfície deas fibras de sisal. Este efeito é devido à natureza hidrofílica de fibras de sisal (ou de quaisquer outras fibras naturais). A natureza hidrofílica de fibras de sisal absorve água, desenho no BC que é disperso no meio. Desde BC é maior do que os poros das fibras naturais, eles não foram capazes de penetrar nas fibras. Em vez disso, eles foram removidos por filtração contra a superfície de fibras de sisal e formar uma camada de revestimento de BC quando as fibras foram secas. O desempenho mecânico destas pré-formas de fibras sob tensão se tabulados na Tabela 1. Devido à natureza porosa das pré-formas de fibra, com uma porosidade de ~ 70%, a resistência à tracção (carga por unidade de área) da pré-forma não está bem definido. Portanto, tabular a força de tracção (carga necessária para deixar a amostra por unidade de largura, que é de 15 mm de nosso experimento, o material) e do índice de tração (força de tração por unidade de gramagem) de nossas amostras. Um índice de força de tracção e à tração de 12,1 kN · m -1<html> e 15 Nm · g -1 foi medida, respectivamente, quando a 20 em peso. BC% foi usado como ligante. No entanto, as propriedades de tensão de pré-formas de fibras de sisal puro não eram mensuráveis ​​como a pré-forma de fibras é solta. Figura Legends: <img alt="Figura 1" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51432/51432fig1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51432/51432fig1.jpg" /> Figura 1. Número de publicações na área de fibras naturais e compósitos. Os dados foram coletados a partir da Web of Knowledge usando uma pesquisa de palavras-chave de &quot;lorota naturais * &#39;e&#39; composto * &#39;, respectivamente. Obtidos a partir de Bismarck et al. 4, com a devida permissão de Scientific American Publishing Ltd. files/ftp_upload/51432/51432fig2.jpg &quot;/&gt; Figura 2. Esquema de infusão de resina assistida saco de vácuo duplo. <img alt="Figura 3" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51432/51432fig3highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51432/51432fig3.jpg" /> Figura 3. Fotografias que ilustram a diferença de rigidez à flexão de formas de fibras de sisal sem (duas primeiras imagens) e com (em baixo duas imagens) BC como aglutinante. <img alt="Figura 4" fo:content-width="3in" fo:src="/files/ftp_upload/51432/51432fig4highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51432/51432fig4.jpg" /> .. Figura 4 digitalização microscopia eletrônica de uma pré-forma de fibra natural típico usando BC como ligante em diversas ampliações Top: 100X, média: 1.000 X e bottom: 25.000 X, respectivamente. (A) e (b) designam o Sisal de fibra e BC nanofibrilas, respectivamente. <table border="1" cellpadding="0" cellspacing="0"><tbody><tr><td> Materiais </td><td> Força de tração (kN · m -1) </td><td> Índice de tração (N · m · g -1) </td></tr><tr><td> Neat pré-forma sisal </td><td> Não mensurável </td><td> Não mensurável </td></tr><tr><td> BC-sisal preforma </td><td> 12,1 ± 2,4 </td><td> 15 ± 3 </td></tr></tbody></table> Tabela 1. Propriedades de tração das formas de fibras de sisal, com e sem BC como o fichário.

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Manufacturing Of Robust Natural Fiber Preforms Utilizing Bacterial Cellulose as Binder

Apresenta-se um novo método de fabricação de pré-formas de fibras naturais curtas rígidas e robustas usando um processo de fabricação de papel. A celulose bacteriana actua simultaneamente como ligante para as fibras soltas e proporciona rigidez para as pré-formas de fibra. Estas pré-formas podem ser infundido com uma resina para produzir materiais compósitos hierárquicos verdadeiramente verdes.

Fabricação de fibras naturais robustos Preformas Utilizando bacteriana Celulose como Binder

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 visualizações.  University of Vienna.  Apresenta-se um novo método de fabricação de pré-formas de fibras naturais curtas rígidas e robustas usando um processo de fabricação de papel. A celulose bacteriana actua simultaneamente como ligante para as fibras soltas e proporciona rigidez para as pré-formas de fibra. Estas pré-formas podem ser infundido com uma resina para produzir materiais compósitos hierárquicos verdadeiramente verdes. 

Vídeo: Manufacturing Of Robust Natural Fiber Preforms Utilizing Bacterial Cellulose as Binder

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.

Paciente específico Modelagem do Coração: Estimativa de Orientações de fibra ventriculares

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

Bioengenharia

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.

Alto rendimento, extração automatizada de DNA e RNA de amostras clínicas utilizando a Tecnologia TruTip em Robots Liquid Handling comuns

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.

Dispositivos de fabricação e instrumentos para facilitar a 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 ...

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.

Espremendo celular como uma plataforma de entrega intracelular Robust Microfluidic

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.

Electrospun nanofibras Andaimes com gradações de Organização Fiber

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.

Técnicas para a Evolução da levedura Pentose-fermentação robusta para bioconversão de transformação de lignocelulose em etanol

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.

Configuração otimizada e protocolo para a imagem latente magnética domínio em Situ histerese medicão

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.

Monólitos de Microhoneycomb preparados pela liofilização unidirecional de nanofibras de celulose com base Sols: método e extensões

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.

Recombinante colágeno peptídeo Microcarriers para expansão da célula e seu potencial uso como sistema de entrega de células em um bioreator modelo

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.

Fabricação de Aorta Abdominal hidrogel tecido-imitando Phantoms por ultra-som Elastography validação

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