JoVE Logo
АВТОРЫ
СВЯЖИТЕСЬ С НАМИ

Войдите в систему

Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.

В этой статье

  • Резюме
  • Аннотация
  • Введение
  • протокол
  • Результаты
  • Обсуждение
  • Раскрытие информации
  • Благодарности
  • Материалы
  • Ссылки
  • Перепечатки и разрешения

Резюме

Испарение жертвенный компонент (VASC) процесс используется для изготовления микрососудистые структур. В этой процедуре используется жертвенной поли (молочной) волокон кислотой с образованием полых микроканалов с точными геометрическими 3D позиционирования предоставляемые лазерной микромеханический направляющих пластин.

Аннотация

Сосудистых структур в природных системах в состоянии обеспечить высокие транспортные массы через районы с высокой поверхности и оптимизированной структурой. Мало синтетические методы изготовления материала способны имитировать сложность этих структур, сохраняя при этом масштабируемость. Испарение жертвенный компонент (VASC) процесс в состоянии сделать это. Этот процесс использует жертвенный волокон в качестве шаблона для формирования полый цилиндрический микроканалов, внедренного в матрицу. Олова (II) оксалат (SnOx) встроен в поли (молочная) кислота (PLA) волокон, которые облегчает использование этого процесса. SnOx катализирует деполимеризации PLA волокна при более низких температурах. Молочную кислоту мономеров являются газообразными при этих температурах и могут быть удалены из встроенного матрицы при температурах, которые не повреждают матрицы. Здесь мы показываем, метод для ориентации этих волокон с использованием микромеханический пластин и натяжным устройством для создания сложных моделей трехмерно выстроил микроканалов.Этот процесс позволяет исследование практически любое расположение волокон топологии и структуры.

Введение

Природные системы используют обширные сосудистые сети для облегчения многих биологических функций. Массопереноса могут быть достигнуты эффективно в таких системах из-за большой площади поверхности к объему и оптимизированной упаковки структур. В то время как многие синтетические методы изготовления может производить микрососудистые структур, никто не может производить крупномасштабные микрососудов, сохраняя при этом сложность и совместимость с существующими методами производства 1-5. Структуры, такие как птичий легких обеспечивают вдохновения. Как мы можем изготовить структуры этой сложности для повышения общественного транспорта?

Испарение жертвенный компонент (VASC) может привести к крупномасштабной, сложных структур микрососудистые 6-7. Этот метод использует тепловой деполимеризации и испарительного удаления поли (молочная) кислота волокон для образования полых каналов, которые являются обратными по отношению волокно шаблона. Это жертвенный техники совместимы с существующими производствеметодами. Метр длины, цилиндрические микроканальной шаблоны могут быть сформированы с помощью этого процесса изготовления. Это может быть использовано для создания васкуляризированной устройств, таких как самовосстановления полимеров и 3D микрососудистых единиц улавливания 7-10.

Углеродных единиц захвата были вдохновлены птичьего легких, который обеспечивает эффективный газообмен-к весу вследствие использования устройства в самолете. Parabronchus состоит из гексагональной узорные микроканалов, что обеспечивает высокую газа обменные курсы и грубых единиц газообмен. Для того чтобы создать обмен единиц с функциями микромасштабной выровнены в трех измерениях, мы разработали метод независимо натяжения волокон с использованием специально созданных напряженности доска с гитарой тюнеров и лазерной микромеханический пластин. Каждое волокно удерживается на месте с помощью внешнего напряжения и шаблон установлен на размещение отверстий в пластине, через которое волокна идут.

протокол

1. Катализатор Жертвенный Волокна

  1. Обертка желаемое количество поли (молочная) кислота волокон вокруг нижней ¾ специализированных шпинделя. Уменьшите волокна перекрытия предоставить максимальный размер площади поверхности.
  2. Смешать деионизированной Н 2 O 40 мл Disperbyk 130 в закрытой бутылке и встряхивают до гомогенного раствора не будет получен. Затем поместите 1000 мл стакане на водяной бане при 37 ° С и залить трифторэтанола в мензурку. Количество H 2 O и ТФЭ использовать, зависит от диаметра волокна, используемого PLA.
    Диаметр волокна Количество H 2 O (мл) Количество ТФЭ (мл)
    200 400 400
    300 360 440
    500 320 480
  3. ДобавлятьH 2 O / Disperbyk 187 решения в стакан и перемешать до однородности.
  4. Добавить 1 г малахитовой зелени к смеси и размешать до полного растворения.
  5. Поместите пользовательские шпиндель с волокнами в стакане ½ дюйма от дна и прикрепите шпинделя до цифрового микшера. Затем запустите цифрового микшера при 400 оборотах в минуту.
  6. Медленно добавляют 1,3 г олова (II) оксалат (SnOx) в качестве катализатора в смесь. Добавление SnOx должно быть постепенным во избежание больших агломератов материала от падения из раствора.
  7. Доводят рН в смеси с использованием NaOH до рН составляет ~ 6,8-7,2.
  8. Закрепить крышку в химический стакан и увеличить вращение шпинделя до 500 оборотов в минуту в течение 24 часов. Если агломерации SnOx наблюдается, вручную разбить его в течение первых 2 часов.
  9. Удалить шпиндель и сухие в печи при 35 ° С в течение ночи.
  10. Разверните и удаления избытка катализатора из волокон катализируемом НОАК.

2. Микрососудистой газа ExchanGE изготовление единицы

  1. Получается пара лазерной резки медных листах паттернов латуни с желаемой структуре микро-и прикрепить пластины на клип владельцам.
  2. Вырезать 10 дюймов длиной волокна в катализируемой микроканальным и удалите оставшуюся катализатора с использованием более толстой пластинке, вырезанной на диаметр волокна (фильеры).
  3. Конические края волокон с помощью иглы горячее оружие клея медленно выдавливать волокна советы.
  4. Заправьте волокон через соответствующие отверстия в латунной пластине пары паттернов.
  5. Винт пластины на опоки. Убедитесь, что волокна не перекручены при креплении плит.
  6. Струнный волокна советы по настройке колья заказ доска натяжения.
  7. Напряжение PLA волокон до тех пор натянута. Будьте осторожны, чтобы не натяжение и оснастки волокон.
  8. Удалите излишки частиц из рисунка волокон с использованием сжатого воздуха.
  9. Смешивания полидиметилсилоксана (ПДМС) основания с отвердителем в 10:01, об: об отношении.
  10. Смесь дегазируют в вакуумном эксикаторе сосуд в течение 10 мин.
  11. Вылейте смесь PDMS в форму коробки. Не выливать непосредственно над волокон для того, чтобы уменьшить захват пузырьков воздуха.
  12. С помощью 26 G иглы, удалить пузырьки внутри формовочной коробки или между волокнами.
  13. Лечение смесь PDMS при 85 ° С в течение 30 мин.
  14. Ослабить медные листы из формы коробки, убедившись, чтобы не погнуть пластины или тянуть слишком сильно. Снимите вылечить 1-й этап из опоки.
  15. Пропустите через волокна RTV крышке путем прокалывания отверстий в крышке иглой для подкожных инъекций. В зависимости от размера волокон, используют иглой, который имеет по крайней мере 2 раза внутреннего диаметра наружного диаметра вашей волокна. Поддерживать Аналогичная картина как структурирование латунные пластины, но более широко распространено.
  16. Закрепите заглушки на концах больших опоки и залить 2-й этап PDMS.
  17. Удалите все оставшиеся пузырьки газа иотверждение при 85 ° С в течение 30 мин.
  18. Отрежьте излишки волокна PLA из образца и место в вакуумной печи при температуре 210 ° C в течение 24 часов, или пока PLA волокна не были по большей части эвакуированы.
  19. Если PLA не могут быть удалены, осторожно растворить из микроканалов использованием инъекции 1 мл хлороформа.

Результаты

Эта процедура обеспечивает способ изготовления микрососудистых структур встроенных в смоле. Эти структуры могут соответствовать различные узоры (рис. 2). Структура микрососудистой сети ограничен только те структуры, которые могут быть сформированы с жертвенного волокон.

Обсуждение

Введение катализатора в SnOx PLA волокна позволяет волокнам деполимеризации при более низкой температуре. Это предотвращает деградацию вложение смолы, в данном случае PDMS. Пользовательских шпиндель необходимо правильно смешивать раствор для обработки (фиг.5А). Шпиндель состоит и...

Раскрытие информации

Мы подали на получение предварительного патента на эту технологию унд патент США предварительной заявке США № 61/590, 086.

Благодарности

Эта работа была поддержана AFOSR Программа молодых следователя под FA9550-12-1-0352 и 3M Номера для штатных преподавателей Award. Авторы хотели бы поблагодарить Lalisa Stutts Джанин и Тома за полезные обсуждения, связанные с этим проектом. Авторы благодарят Calit2 центр микроскопии и спектроскопии лазерной установки в Университете Калифорнии в Ирвине, позволяющего их использование для своих объектов. Ходж Харланд энд физических наук UCI Machine Shop признаны для изготовления инструментов. Поли (молочная) кислота волокна были любезно предоставлена ​​мононити Teijin.

Материалы

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

Ссылки

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

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи

Запросить разрешение

Смотреть дополнительные статьи

81BiomimeticMassive3 Micro Devices

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Конфиденциальность

Условия эксплуатации

Политика

СВЯЖИТЕСЬ С НАМИ

РЕКОМЕНДОВАТЬ БИБЛИОТЕКЕ

НОВОСТИ JoVE

Исследования

Образование

АВТОРЫ

Библиотекарь

О JoVE

Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены