Darryl A. Boyd ve Michael A. Daniele, Ulusal Araştırma Konseyi Doktora Sonrası Bursiyerleridir. Çalışma ONR/NRL Çalışma Birimleri 4286 ve 9899 tarafından desteklendi. Görüşler yazarların görüşleridir ve ABD Donanması veya Savunma Bakanlığı'nın görüşünü veya politikasını temsil etmez.

Bu protokol, fotoinitiated thiol-yne tıklama kimyası kullanılarak içi boş bir lifin imalatını açıklar. Mikrokanet, kanalın altındaki ve üstündeki şekillendirme özellikleri olarak köşeli çift ayraç oluklarına veya "çizgilere" sahiptir (Şekil 1). Üç sıvı tanıtılır ve eşmerkezli akışlara yönlendirilir; içten dış sıvı akışlarına kadar, bunlar çekirdek, kaplama ve kılım sıvısı olarak adlandırılır. Sadece kaplama akışı içi boş lifi oluşturmak için polimerize edilir. Seçilen malzemeler şunlardır:
<ol type="a"><li>Çekirdek Sıvısı: PEG (M.W. = 400), ~100 mPa. sn (20 ºC)</li>
	<li>Kaplama Sıvısı: Thiol-yne Polimer (PETMP + ODY), Başlatıcı (DMPA)</li>
	<li>Kılım Sıvısı: PEG (M.W. = 400), ~100 mPa. sn (20 ºC)</li>
</ol>Mikrokanel cihazı, CNC frezeleme ve PDMS dökümü ile üretilen alüminyum ve plastik parçalardan monte edilmiştir. Mikro kanaldaki akış üç şırınga pompası tarafından kontrol edildi.
1. Mikrokanel Tasarımı ve Simülasyon
Mikrokanal içinde hem akışkan hızını hem de konveksiyon/difüzyonu hesaplarken, gelen her sıvıya uygun viskozitenin atanması kritik öneme sahiptir.
<ol><li>Hesaplamalı akışkanlar dinamiği yazılımına (COMSOL) aktarılmak üzere istenen mikrokanalin bir bilgisayar modelini oluşturun. Şekil 1'deki örnek Autodesk Inventor CAD yazılımı ile oluşturulmuştır. Aşağıdaki adımlar, bir mikro kanal içindeki sıvı akışının hesaplanması için COMSOL Multiphysics kullanımına atıfta bulunmaktadır.</li>
	<li>Tasarlanan mikrokananın COMSOL'a ithal edildikten sonra, Yinelemeli sıvı akış hızları Navier-Stokes çözücüye sokulabilir.<ol>
<li>Program ayarını başlatın ve 3D Laminar Flow+Convection/Difüzyon Denklemleri'ni seçin. Mikrokanellerde üretilen düşük Reynolds sayıları, cihaz içinde tam laminer akış sağlar.</li>
		<li>Sayısal hesaplamaların yapılması için sonlu eleman ağı tasarlayın. Mesh, özelliklerin hızla değiştiği alanlarda daha rafine olmalıdır (küçük bölmelere sahip olmalıdır). Ağın hem şekillendirme özelliğinde hem de çıkışta <1 μm yan uzunluğa kadar rafine edilmesi önerilir. Bu, çekirdek kılıma sıvısı arayüzünün "net" görselleştirilmesini sağlar.</li>
		<li>Akışkan akışı için giriş malzemesi özellikleri, yani viskozite, difüzyon sabiti ve konsantrasyon. Şu anda, çıkış akışı için sınır koşullarını da ayarlayın. Açık bir çıkışı simüle etmek için sıfır viskoz stres öneriyoruz.</li>
		<li>Bir dizi giriş akış hızı boyunca yinelemeli olarak bisiklete binerek akışkan akışı hızı çalışmalarını hesaplayın. Örneğin, çekirdek sıvı = 7,5 μl/dk, kılım sıvısı = 30 μl/dk.</li>
		<li>Mikrokanel akışının konveksiyon/difüzyon özelliklerini çözmek için hız alanı çözümlerini başlangıç değerleri olarak içe aktarın. Konveksiyon/difüzyon problemlerinin çözümü, çekirdek kılıf sıvısı arayüzünü gösterecek ve üretilen nihai sıvı akışının ve lifinin şeklini tahmin etmeye yardımcı olacaktır.</li>
	</ol>
</li>
</ol>Hesaplama sonuçlarından, istenen fiber şekline elde etmek için gerekli sayıda ve şekillendirme özelliklerinin türü tahmin edilebilir. Akışkan akış hızı girişleri, liflerin üretilmesi için gerekli akış hızlarıyla da ilişkili olacaktır. Bu tahminlerle polimer liflerin ekstrüzyonu için bir mikrokanal cihaz imal edilebilir.
2. Kılıt Akış Aparatı Bileşenlerinin İmalatı
Kılıf akış cihazının bileşenlerini oluşturmak için doğrudan mikromilling, sıcak kabartma ve/veya polimer dökümünün bir kombinasyonu kullanılabilir. Kaynaklara bağlı olarak, stratejiyi buna göre seçin. Sunulan örnek, Bilgisayar Sayısal Kodu (CNC) kullanan doğrudan bir frezeleme işlemidir.  Şekil 2: 1'de gösterilen beş katman vardır (yukarıdan aşağıya). Giriş aynası (alüminyum), 2. Sabitleme plakası (alüminyum), 3. Mikrokanal üst tabaka (döngüsel olefin koalimör, COC veya PDMS), 4. Mikrokanal alt tabaka (COC veya polieter eter ketonu, PEEK), 5. Sabitleme plakası (alüminyum). (Doğrudan frezeleme için örnek dosyalar Destek Bilgileri'nde *.stl biçiminde mevcuttur)
<ol><li>COMSOL simülasyonlarıyla uyumlu bir tasarım kullanarak, bilgisayar destekli taslak oluşturma (CAD) aracılığıyla sistemin 3D modelini geliştirin. Cihazın her katmanı için ayrı bir CAD dosyası oluşturun.</li>
	<li>Bir katman doğrudan mikromilling yoluyla üretilecekse, cihazı üretmek için bilgisayar sayısal kontrollü (CNC) freze tarafından yorumlanacak sayısal kod (NC) oluşturmak için CAD modellerini bilgisayar destekli bir işleme uygulamasına içe aktarın.</li>
	<li>En az 3,2 mm kalınlığında 30,5 cm × 30,5 cm kurbanlık tabaka malzemelerinden oluşan 5 yaprak elde edin.</li>
	<li>30,5 cm × 30,5 cm ve 3,2 mm kalınlığında COC, PEEK, alüminyum ve poli (metilasyonacrylate) her biri 1 yaprak alın.</li>
	<li>30,5 cm × 30,5 cm ve 9,5 mm kalınlığında 1 yaprak alüminyum elde edin.</li>
	<li>2.4-2.5 adımlarındaki sayfaların her birini çift taraflı yapıştırıcı ile 2.3. En fazla 2,5 cm dış bantlanmamış kenarlık olduğundan emin olun. Bant, frezelenirken iş malzemesini yerinde tutmaya ve frezelenmiş parça değirmen döngüsünün sonunda stok malzemesinden kesildikten sonra korumaya yarar.</li>
	<li>COC + kurban stoğunu CNC Değirmeni'nin masasına sabitleyin, sayısal kodda (NC) belirtilen araçları yükleyin ve aletleri ve stok (iş) malzemelerini x, y ve z olarak kalibre edin.</li>
	<li>NC kodunu yükleyin ve COC katmanını frezeleyin.</li>
	<li>Malzeme tabakasını değirmenden çıkarın ve işlenmiş parçayı substrattan dikkatlice çıkarın. Bu işlem sırasında, freze soğutma sıvısı parçayı ve stoğu doyuracaktır. Parçayı hafifçe çıkarmadan önce iyice durulayın. Hafif bir deterjanla yıkayın, ardından% 70 izopropil alkolle yıkayın. Hafif deterjan yağlı kalıntıları giderir ve alkol artık yapıştırıcıyı giderir. Çapaklar mikro mimarisinde sıkışıp kalırsa, onları yerinden çıkarmak için sonication gerekebilir.</li>
	<li>Kılım akış aygıtını oluşturmak için kullanılacak diğer katmanların her biri için 2.7 ve 2.9 adımlarını yineleyin.</li>
	<li>PMMA katmanı dışında, bu noktaya kadar hazırlanan katmanların her biri doğrudan cihazda kullanılacaktır. PMMA, 10 parça Sylgard 184 tabanını 1 parça kürleme maddesi ile birleştirerek ve karıştırarak iyice karıştırarak pdms katmanı hazırlamak için kullanılacaktır. Bu bilgiler, COC katmanlarından birini conta benzeri PDMS malzemesiyle değiştirmeyi tercih eder diye sağlanır.</li>
	<li>Sylgard 184'ü daha önce hazırlanan PMMA kalıp boşluğuna dökerek hava kabarcıklarının ortadan kaldırılmasını sağlayın. Gerekirse, kabarcıklar bir vakumda çıkarılabilir. PDMS oda sıcaklığında 48 saat, 100 °C'de 45 dakika, 125 °C'de 20 dakika veya 150 °C'de 10 dakika kürlenebilir.</li>
</ol>3. Kılıt Akış Aparatı Montajı
<ol><li>Bir sabitleme plakasını alta, ardından COC katmanını ve ardından diğer COC katmanını ve kalan sabitleme plakasını(Şekil 2)yerleştirerek kılım akış cihazını aşağıdan yukarıya monte edin. Şekillendirme oluklarının kanalın kenarları boyunca birbiriyle hizalanıp hizalanıp COC katmanlarındaki sıvı şekillendirme geometrilerinin mükemmel bir şekilde üst üste geldiğinden emin olun. Hizalamaya yardımcı olmak için bir diseksiyon mikroskobu kullanılabilir.</li>
	<li>Cıvataları cihazın ortasına yerleştirin ve cihazı birbirine sıkıştırmak için somunları ve cıvataları elle sıkın.</li>
	<li>Merkezin solundan sağuna değiştirerek, hizalamayı kilitlemek ve sızıntıları önlemek için 3.2 adımını merkezden dışarı doğru tekrarlayın. Montaj deliklerine ulaşıldığında giriş mandrenini ekleyin ve vidaları alternatif bir şekilde monte etmeye devam edin.</li>
	<li>Kılım akış cihazını kılım sıvısı ve prepolimer çözeltisi içeren boru ve şırınglara arayüz yapmak için standart HPLC bağlantı parçalarını kullanın. El sıkma tüm bağlantılar için yeterlidir.</li>
	<li>Cihazı bir halka standı ve kelepçe kullanarak dikey olarak monte edin. Cihazın en üstteki bir düzey kullanarak dikey olduğundan emin olun. Kılım akış cihazı dikey değilse, lif mikrokanel duvarına dokunabilir ve tıkanmaya neden olabilir.</li>
	<li>UV kaynağını kılıf akış cihazının COC yüzünden dik olarak ~1 cm yerleştirin, böylece mikrokanalın son 3-5 cm'si ışınlanır. UV kaynağı ~200 mW/cm2teslim etmek için kalibre edilmelidir.</li>
</ol>4. Çözüm Hazırlama
Daha önce de belirtildiği gibi, benzer protokoller ve kılıf akış sistemleri kullanılarak mikrofiber oluşturmak için birçok malzeme kullanılabilir, ancak burada tiyol-yne kimyası kullanılır. Depolamada zamanla oluşabilecek viskozite artışını önlemek için fiber ekstrüzyon işlemine başlamadan hemen önce prepolimer çözeltisini hazırlayın.
<ol><li>Kılıf sıvısı olarak hizmet etmek için bir aliquot polietilen glikol 400 (PEG 400) hazırlayın.</li>
	<li>1 ml Luer uçlu bir şırınnayı PEG 400 ile doldurarak sulandırılamaz bir çekirdek sıvısı olarak hizmet edin ve kılım sıvısı olarak hizmet etmek için 30 ml Luer uçlu bir şırınnayı PEG 400 ile doldurun.</li>
	<li>0.01 mol pentaerythritol tetrakis 3-mercaptopropionate (PETMP) ve 0.01 mol 1,7-oktadiyne (ODY) içeren bir prepolimer çözeltisi hazırlayın. İki bileşenin deney boyunca iyi karıştığından emin olun, tüm prepolimer reaktiflerin ortam ışığı da dahil olmak üzere UV ışık kaynaklarına maruz kalmasını en aza indirin(örneğin şırınnaları folyo ile sarın).</li>
	<li>PETMP / ODY çözeltisini 4 x 10-4 mol 2,2-disetoksi-2-fenilosetophenon (DMPA) fotoinatörü ile destekleyin. Kapları alüminyum folyo ile kaplayarak çözeltilerin iyi karıştırıldığından ve UV ışığına maruz kalmadıklarından emin olmaya devam edin.</li>
	<li>5 ml alüminyum folyo sarılı, Luer uçlu şırınnayı prepolimer çözeltisi ile yükleyin.</li>
</ol>5. Mikrofiber Üretimi (Video Odağı)
<ol><li>Mikroakışkan kanalın çıkışının toplama banyosundaki bir çözelti ile temas halinde olduğundan emin olun (Şekil 3). Karmaşık yapılar için, toplama banyosundaki çözelti, çekirdek ve kılıfet sıvılarıyla viskozite ile eşleştirilmelidir, ancak basit içi boş lifler için su yeterlidir.</li>
	<li>Çekirdek, kaplama ve kılıf sıvı şırınna pompalarını sırasıyla 1, 30 ve 120 μl/dak'a demlenmeye ayarlayın. İlgili şırınd çaplarının şırınna pompalarına düzgün bir şekilde girilmiş olduğundan emin olun.</li>
	<li>Şırınnaları ilgili şırınna pompalarına monte edin ve UV koruyucu Tygon boru ile kılıt akış cihazına bağlayın.</li>
	<li>Kılım akış cihazını astarlamak ve sistemdeki havayı ortadan kaldırmak için kılım sıvısını başlatın. Mikrokanalı görsel olarak inceleyin, bir sonraki adıma geçmeden önce mikro kanal içinde hava kabarcıklarının kalmamasını sağlayın. Çizgilere özellikle dikkat edin. Mikrokanel muayenesine yardımcı olmak için bir diseksiyon mikroskobu kullanılabilir. Hava kabarcıkları varsa, hava kabarcıklarını cihazdan temizlemek için akış altındayken hafifçe döndürerek ve/veya dokunarak cihazı ajite edin.</li>
	<li>Kaplama sıvısını başlatın, ayrıca akışın stabilize olmasını sağlar. Bir sonraki adıma geçmeden önce mikro kanal içinde hava kabarcıklarının kalmadığından emin olun. Şekillendirme oluklarına özellikle dikkat edin. Hava kabarcıkları varsa, hava kabarcıklarını cihazdan temizlemek için akış altındayken cihazı ajite edin.</li>
	<li>Son olarak, çekirdek sıvısını başlatın; yine, kabarcıkların sistemde bulunmadığından emin olun.</li>
	<li>UV kaynağını açın ve kılıf sıvısı ile dışarı atıldığı için içi boş mikrofiberin(Şekil 4A)sürekli üretimi için toplama banyoyu gözlemleyin. Değiştirilmiş bir spatula veya aşılayan bir döngü kullanarak toplama banyosundan lifi alın ve sürekli lifin motorlu bir makadırda toplanmasına izin verin (Şekil 3).</li>
</ol>

<ol>
	<li>Khademhosseini, A., Langer, R., Borenstein, J., Vacanti, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microscale+technologies+for+tissue+engineering+and+biology.">Microscale technologies for tissue engineering and biology.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 103, 2480-2487 (2006).</li><li>Blond, D., McCarthy, D. N., Blau, W. J., Coleman, J. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Toughening+of+artificial+silk+by+incorporation+of+carbon+nanotubes.">Toughening of artificial silk by incorporation of carbon nanotubes.</a> Biomacromolecules. 8, 3973-3976 (2007).</li><li>Aykut, Y., Saquing, C. D., Pourdeyhimi, B., Parsons, G. N., Khan, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Templating+quantum+dot+to+phase-transformed+electrospun+TiO(2)+nanofibers+for+enhanced+photo-excited+electron+injection.">Templating quantum dot to phase-transformed electrospun TiO(2) nanofibers for enhanced photo-excited electron injection.</a> ACS Appl. Mater. Interfaces. 4 (2), 3837-3845 (2012).</li><li>Puigmarti-Luis, J., Schaffhauser, D., Burg, B. R., Dittrich, P. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Microfluidic+Approach+for+the+Formation+of+Conductive+Nanowires+and+Hollow+Hybrid+Structures.">A Microfluidic Approach for the Formation of Conductive Nanowires and Hollow Hybrid Structures.</a> Adv. Mater. 22, 2255-22 (2010).</li><li>Edie, D. D., Fox, N. K., Barnett, B. C., Fain, C. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Melt-spun+noncircular+carbon-fibers.">Melt-spun noncircular carbon-fibers.</a> Carbon. 24, 477-482 (1986).</li><li>Park, S. J., Seo, M. K., Shim, H. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+fiber+shapes+on+physical+characteristics+of+non-circular+carbon+fibers-reinforced+composites.">Effect of fiber shapes on physical characteristics of non-circular carbon fibers-reinforced composites.</a> Mater. Sci. Eng. A Struct. 352, 34-39 (2003).</li><li>Haile, W. A., Phillips, B. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Deep+grooved+polyester+fiber+for+wet+lay+applications.">Deep grooved polyester fiber for wet lay applications.</a> Tappi. 78, 139-142 (1995).</li><li>Yamada, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Radiative+properties+of+fibers+with+non-circular+cross+sectional+shapes.">Radiative properties of fibers with non-circular cross sectional shapes.</a> J. Quant. Spectrosc. Ra. 73, 261-272 (2002).</li><li>Kopp, V. I., 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=Chiral+fiber+gratings.">Chiral fiber gratings.</a> Science. 305, 74-75 (2004).</li><li>Thangawng, A. L., Howell, P. B., Richards, J. J., Erickson, J. S., Ligler, F. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+simple+sheath-flow+microfluidic+device+for+micro/nanomanufacturing:+fabrication+of+hydrodynamically+shaped+polymer+fibers.">A simple sheath-flow microfluidic device for micro/nanomanufacturing: fabrication of hydrodynamically shaped polymer fibers.</a> Lab Chip. 9, 3126-3130 (2009).</li><li>Thangawng, A. L., Howell, P. B., Spillmann, C. M., Naciri, J., Ligler, F. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=UV+polymerization+of+hydrodynamically+shaped+fibers.">UV polymerization of hydrodynamically shaped fibers.</a> Lab Chip. 11, 1157-1160 (2011).</li><li>Thangawng, A. L., 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=A+hard+microflow+cytometer+using+groove-generated+sheath+flow+for+multiplexed+bead+and+cell+assays.">A hard microflow cytometer using groove-generated sheath flow for multiplexed bead and cell assays.</a> Anal. Bioanal. Chem. 398, 1871-1881 (2010).</li><li>Mott, D. R., Howell Jr, ., B, P., Obenschain, K. S., Oran, E. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Numerical+Toolbox:+An+approach+for+modeling+and+optimizing+microfluidic+components.">The Numerical Toolbox: An approach for modeling and optimizing microfluidic components.</a> Mech. Res. Commun. 36, 104-109 (2009).</li><li>Mott, D. R., 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=Toolbox+for+the+design+of+optimized+microfluidic+components.">Toolbox for the design of optimized microfluidic components.</a> Lab Chip. 6, 540-549 (2006).</li><li>Howell Jr, ., B, P., Ligler, F. S., Shields, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sheath+fow+device+and+method.">Sheath fow device and method.</a> United States patent US20110193259. , (2011).</li><li>Howell, P. B., Ligler, F. S., Shields, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Creating+sheathed+flow+for+applications+e.g.+particle+counting,+by+introducing+sheath+and+core+streams+at+proximal+end+of+channel+that+creates+multiple+sheathed+flows,+and+polymerizing+multiple+sheathed+flows+to+form+multiple+fibers.">Creating sheathed flow for applications e.g. particle counting, by introducing sheath and core streams at proximal end of channel that creates multiple sheathed flows, and polymerizing multiple sheathed flows to form multiple fibers.</a> United States patent US2011193259-A1. , (2009).</li><li>Mott, D., Howell Jr, ., B, P., Ligler, F. S., Fertig, S., Bobrowski, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sheath+flow+device+and+method.">Sheath flow device and method.</a> United States patent US20090208372. , (2009).</li><li>Daniele, M. 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=Rapid+and+continuous+hydrodynamically+controlled+fabrication+of+biohybrid+microfibers.">Rapid and continuous hydrodynamically controlled fabrication of biohybrid microfibers.</a> Adv. Funct. Mater. 23, 698-704 (2012).</li><li>Howell, P. B., Mott, D., Golden, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Numerical+toolbox+for+design+of+fluidic+components+and+systems.">Numerical toolbox for design of fluidic components and systems.</a> United States patent US20080221844. , (2008).</li><li>Shields, A. R., 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=Hydrodynamically+directed+multiscale+assembly+of+shaped+polymer+fibers.">Hydrodynamically directed multiscale assembly of shaped polymer fibers.</a> Soft Matter. 8, 6656-6660 (2012).</li><li>Boyd, D. A., Shields, A. R., Naciri, J., Ligler, F. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrodynamic+shaping,+polymerization,+and+subsequent+modification+of+thiol+click+fibers.">Hydrodynamic shaping, polymerization, and subsequent modification of thiol click fibers.</a> ACS Appl. Mater. Inter. 5, 114-119 (2012).</li><li>Daniele, M. 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=Rapid+and+Continuous+Hydrodynamically+Controlled+Fabrication+of+Biohybrid+Microfibers.">Rapid and Continuous Hydrodynamically Controlled Fabrication of Biohybrid Microfibers.</a> Adv. Funct. Mater. 23, 698-704 (2013).</li><li>Boyd, D. A., Shields, A. R., Howell, P. B., Ligler, F. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+and+fabrication+of+uniquely+shaped+thiol-ene+microfibers+using+a+two-stage+hydrodynamic+focusing+design.">Design and fabrication of uniquely shaped thiol-ene microfibers using a two-stage hydrodynamic focusing design.</a> Lab Chip. 13, 3105-3110 (2013).</li></ol>

Referanslarda listelenen patentler Deniz Kuvvetleri Bakanlığı'ndan<a href="http://www.nrl.navy.mil/doing-business/tech-transfer/">(http://www.nrl.navy.mil/doing-business/tech-transfer/)</a>lisans alınabilir.

Polimer liflerin kılım akışı yaklaşımını kullanarak imalatı, diğer lif imalat tekniklerine göre birden fazla avantaja sahiptir. Bu avantajlardan biri, çeşitli reaktif kombinasyonlarını kullanarak lifler üretebilme yeteneğidir. Burada belirli bir tiyol-yne kombinasyonu sunulmasına rağmen, diğer birkaç tiol tıklaması (thiol-ene dahil) kimya kombinasyonları eşit derecede iyi çalışır. Kılım çözeltisi polimerize edilecek çekirdek malzeme ile yanıltıldığı sürece lif üretmek için çok çeşitli kombinasyonlar kullanılabilir. Bu katkı maddelerinin prepolimer çözeltisinin viskozitesine katkıları dikkate alındığı sürece nanofiberler, parçacıklar ve hücreler gibi inklüzyonlar da mümkündür.
Tiyol tıklama kimyası, tiyol grubuna sahip bir kompleksin UV ışık fotopolimerizasyonu ile alkene (çift bağ) veya alkin (üçlü bağ) fonksiyonel grubu olan bir komplekse kurcalanabilir olduğu tıklama kimyası ailesinin bir alt kümesidir. Alkenes içeren reaksiyonlar thiol-ene reaksiyonları olarak, alkinleri içeren reaksiyonlar ise thiol-yne reaksiyonları olarak adlanır. Bir pi bağı (bir alkene veya alkinden) UV ışık ışınlanması üzerine bir tiyol grubuna bağlanır. İşlem, tıklama reaksiyon ailesine iyi uyum sağlar ve mikroakışkan kanalımızda çok sayıda tiyol tıklama başlangıç bileşeninden çeşitli şekillerde(örneğin yuvarlak, kurdele şeklinde, çift çapa) lifler üretmek için etkili bir şekilde kullanılmıştır.
Burada özetlenen yöntemin diğer benzer süreçlerin çoğuna kıyasla özel bir avantajı, üretilen liflerin hem şeklini hem de boyutunu kontrol etme yeteneğidir (Şekil 4A-H). Çizgili, köşeli çift ayraçlı veya herringbonlu bir kanal tasarlayarak, üretilen lif farklı bir kesit şekline sahip olacaktır. Genel olarak, şeritler yuvarlak şekiller üretmek veya daha önce şekillendirilen akışları tamamen çevrelemek ve polimerizasyondan önce kanal duvarlarından uzaklaştırmak için ek kılı kılı kılıt akışlarının tanıtılması için yararlıdır. Köşeli çift ayraçlar, yatay simetriyi koruyarak şekilli akışın ortasındaki dikey boyutu azaltır. Herringbonlar, şekilli akışın bir tarafının dikey boyutunu azaltarak asimetri üretir. Bu şekillendirme araçları sayısız kombinasyon halinde karıştırılabilir. Eşdeğer özelliklerin sayısı(yani 7 köşeli çift ayraç ve 10 köşeli çift ayraç) farklı kesit profillerine sahip lifler üretmek için de kullanılabilir.
Lif şeklini kontrol etme yeteneğine ek olarak, sunulan lif imalat metodolojisi, tek bir kılıf akış tertibatı kullanarak bile üretilen liflerin boyutunu kontrol etme yeteneğine sahiptir(örneğin Şekil 1). Kılıma:çekirdek akış hızı oranının ayarlanması, farklı kesit alanlarına sahip liflerin imalatının bir yoludur. Kanal tasarımını ek kılıf aşamalarına sahip olacak şekilde ayarlayarak fiberin boyutunu kontrol etmek de mümkündür. Şekillendirme ister bir veya daha fazla aşamada gerçekleşse de, şekli değiştirmeden çekirdeğin boyutunu küçültmek için basit bir son aşama kullanılabilir.
Bu mikroakışkan kanal tasarımını kullanarak çeşitli şekil ve boyutlarda lifler üretmek için çok sayıda reaktif kombinasyonunun kullanılabilme kolaylığı, doku mühendisliğinden optik iletişime ve akıllı tekstillere kadar çok çeşitli uygulamalarda yararlı olacaktır.

Doku iskeleleri1,kompozit malzemeler2,optik iletişim3ve iletken hibrid malzemeler4 özel polimer lifleri kullanarak araştırma alanlarıdır. Lif üretimi için geleneksel yöntemler arasında eriyik ekstrüzyon, iplik, çizim, döküm ve elektrospinning sayar. Bu yöntemlerle üretilen polimer liflerinin çoğu, imalat sırasında polimer ve hava arasındaki yüzey geriliminden oluşan yuvarlak kesitler sergiler. Bununla birlikte, yönlendirilmemiş kesitlere sahip lifler kompozit malzemelerin mekanik özellikleriniartırabilir 5,6, yüzey alanı-hacim oranlarını artırabilir, ıslatma veya fitilleme7'yikontrol edebilir ve dalga kılavuzları8 veya polarizatörler9olarak kullanılabilir.
Başka bir akışı (çekirdek akışı) çevrelemek ve şekillendirmek için bir akış (kılıf akışı) kullanan mikroakışkan sistemler tarafından özel polimer liflerin üretimi, yüksek oranda tekrarlanabilir liflerin sürekli üretimi için hafif koşullar ve kapasite nedeniyle çekicidir. İlk deneyler, prepolimer ve kılıf sıvılarının bağıl akış hızlarına bağlı boyutlara sahip yuvarlak lifler üretti10-12. Mikroakışkan kanalın üst ve alt kısmındaki olukların, 13,14 çekirdek akışı için önceden belirlenmiş bir şekil üretmek için kılıfı saptırabileceğinin keşfi,10-12,15-17daha karmaşık lif şekilleri üretmek için teknolojiye yol açtı.
NRL araştırmacıları aşağıdaki kritik teknik özellikleri göstermiştir13-21:
<ol><li>Kılıfi sıvısını çekirdek akışını şekillendirmeye yönlendirmek için çeşitli şekillendirme özellikleri kullanılabilir: oluklar veya sırtlar çizgili, köşeli çift ayraç veya herringbon olarak yapılandırılabilir.</li>
	<li>Bu özelliklere sahip bir araç kutusu istenen akış sonucuyla eşlenebilir.</li>
	<li>Mikrokanetler litografi, kalıplama, frezeleme veya baskı teknikleri kullanılarak oluşturulabilir. Substrat malzemeler prepolimer veya kılıf çözeltilerinde çözülmemeli veya aşındırılmamalı ve fotoinitiated polimerizasyonlar için dış katmanlar ultraviyole ışığa şeffaf olmalıdır.</li>
	<li>Tek bir şekillendirme özelliği kümesi tarafından oluşturulan şekil, kanal üzerinden akış hızları değiştirilerek değiştirilebilir. COMSOL Mikrokanellerdeki sıvı akışının multifizik simülasyonları, elde edilen sıvı ve lif şekillerini tahmin edebilir.</li>
	<li>Kılıf ve çekirdek sıvılarının viskozitesi ve fazının (hidrofiliklik) eşleşmesi, sıvı arayüzü boyunca kesme suşundaki değişimden kaynaklanan bükülme tipi kararsızlığını önlemek için kritik öneme sahiptir. Büyük bir viskozite veya faz uyuşmazlığı varsa viskoz bükülme meydana gelebilir, muhtemelen son lif şeklini deforme edebilir veya hatta mikrokananı tıkayabilir.</li>
	<li>Lifler döküm veya polimerizasyon ile oluşturulabilir, ancak polimerizasyon şekil üzerinde daha fazla kontrol sağlar.</li>
	<li>Polimerizasyon (çekirdek sıvının katılaşması) mikrokanalden çıkmadan önce gerçekleşmelidir. Bununla birlikte, kanal içindeki daha yavaş polimerizasyon viskozitede bir artışa, lif şeklinin artmasına ve hatta kanalın tıkanmasına neden olabilir. Polimerizasyon olaylarının zamanı ve yeri dikkatle kontrol edilmelidir.</li>
	<li>Hızlı reaksiyon kinetiği nedeniyle, fotoğraf kaynaklı serbest radikal polimerizasyonları, özellikle tiyol bazlı tıklama kimyaları, özellikle lif üretimi için çok uygundur.</li>
	<li>Göreli akış hızları, nonuniform fiber çapları oluşturmak için imalat sırasında değiştirilebilir.</li>
	<li>Aşağıdaki nedenlerden dolayı birden fazla şekillendirme özelliği grubu tek bir kanala entegre edilebilir:<ol type="a">
<li>Şekillendirme ve boyutlandırma işlevlerini ayırmak için</li>
		<li>Çok katmanlı veya içi boş lifler oluşturmak için</li>
		<li>Tek bir mikroakışkan kanaldan birden fazla lif üretmek için</li>
	</ol>
</li>
	<li>Polimere çok düşük konsantrasyonlarda dahil edilen sıvı kristal mezojenler polarize ışık altında birefringence gösterir, bu da polimer moleküllerinin liflerin ekseni boyunca hizalanabileceğini düşündürmektedir.</li>
	<li>Hücreler biyouyumlu hidrojel prepolimerlere dahil edilebilir ve yüksek canlılık ile imalat sürecinde hayatta kalabilir22.</li>
</ol>Bir prepolimer akışını şekillendirmek için bir kılıfiz akışı ile hidrodinamik odaklama kullanarak polimer lifleri imal ederken, polimer malzemelerin seçimi pratik bir ilk adımdır. Uygun polimerler, karşılık gelen başlatıcı kimyalar ve kılım sıvıları aşağıdaki kılavuzlar içinde tanımlanmalıdır:
<ol><li>Polimer ve kılıfet sıvıları yanılgıya kaptır ve benzer viskoziteye sahip. Örneğin, sulu bir monomer çözeltisi suyu canlı bir kılım sıvısı olarak kullanabilir, ancak kılım sıvısı olarak heksanı kullanamaz.</li>
	<li>Polimerizasyon mekanizması, şekillendirdikten sonra ve lif kanaldan çıkmadan hemen önce çekirdek sıvıyı katılaştıracak kadar hızlı oranlı kinetiklere sahip olmalıdır.</li>
</ol>Malzemeler seçildikten sonra, istenen lif şeklini ve boyutunu oluşturmak için bir mikrokanel tasarlanmalıdır. Gerekli şekillendirme özelliklerini (şeritler, herringbones, köşeli çift ayraçlar) belirlemek için, akışkan akışkan akış modellerini tahmin etmek için hesaplamalı akışkanlar dinamiği yazılımı kullanılabilir. Şekillendirme özellikleri kılım sıvısını çekirdek sıvısının etrafına taşır. Genel olarak, şeritler kılım sıvısını kanalın üst ve alt kısmı boyunca bir taraftan diğerine taşırken, herringbonlar ve şeritler sıvıyı yanlardan kanalın üst ve/veya altına doğru uzaklaştırır ve daha sonra doğrudan yapının noktasının altındaki kanalın merkezine doğru geri döner. Kanalın üst ve alt kısmındaki tekrarlayan olukların sayısı kılım sıvısının yönlendirilme derecesini etkiler. Çekirdek ve kılım sıvısının akış hızlarının oranı da etkiye aracılık eder. COMSOL Multiphysics yazılımını kullanan simülasyonlar, kesit şeklini tahmin etmek için şekillendirme özelliklerinin ve akış hızı oranlarının etkileşimlerini değerlendirmede güvenilir olduğunu kanıtlamıştır. Bu simülasyonlar ayrıca, önerilen kanalın boyutu, viskozite ve akış hızları ile çekirdek ve kılıf arasındaki solutların yayılması hakkında yararlı bir içgörü sağlar.
Boyd ve ark.'da açıklanan "çift çapa" gibi karmaşık bir şekil isteniyorsa. 23, şekillendirme ve boyutlandırma işlevlerini ayırmak yararlıdır. Karmaşık bir şekil, bir dizi özellik ile oluşturulabilir ve daha sonra ikinci bir kılım akışının girişine yerleştirilen stratejik olarak yerleştirilmiş tek kanallı bir yapı, şeklini önemli ölçüde değiştirmeden polimerize edilebilir akışın kesit alanını azaltmak için kullanılabilir.
Karmaşık mikrokanel tasarımının başka bir örneği çok katmanlı lifler üretebilir. Bu tasarımda, sıralı şekillendirme özellikleri setleri ve ek kaplama sıvıları tanıtılmıştır. Bu eşmerkezli akışlar katı çekirdek kaplama liflerine veya içi boş borulara katılaştırılabilir. Bu cihazın bir örneği aşağıda sunulacaktır.
Mikroakışkan cihazın tasarımı seçildikten sonra, mikrokanel imalat süreci başlayabilir. Kullanılabilecek imalat aletleri arasında yumuşak litografi, CNC frezeleme, sıcak kabartma ve 3D baskı bulunur. Kullanılan aletlerden bağımsız olarak, mikroakışkan kanalın duvarına yanlışlıkla sokulan özelliklerin kılıf akışını da yönlendireceğini ve bu cihaz kullanılarak yapılan tüm liflerin kesit şeklinde yüksek oranda tekrarlanabilir sapmalara neden olabileceğini fark etmek önemlidir. Mikro kanal substrat malzemeleri de fiziksel olarak sağlam, kimyasal olarak hareketsiz ve UV hasarına dayanıklı olacak şekilde dikkatlice seçilmelidir. Örneğin, polidimetilsiloksan (PDMS) kolayca dökilebilir, conta benzeri contalar sağlar ve UV şeffaftır; PDMS, kanalın şeffaf üst kısmı için yararlıdır, ancak daha sertliğe ihtiyaç duyan kanalın kenarları ve alt kısmı için kullanışlı değildir.
Sonuç olarak, sıvı dinamiği simülasyonları tarafından tahmin edilen akış hızlarında uygun şekilde seçilmiş çekirdek ve kılıma sıvılarını tanıtarak, şekillendirme özellikleri uygun akışkan profilini oluşturacak ve aşağı akış UV kürleme lambası tasarlanan polimer liflerini katılaştıracaktır. Polimerize elyafların kanaldan sürekli ekstrüzyonu, sadece sıvı rezervuarlarının hacmi ile sınırlı uzunluklarda tekrarlanabilir lifler sağlayabilir.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="685">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:197px;">Pentaerythritol tetrakis 3-mercaptopropionate</td>
			<td style="width:99px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:139px;">381462</td>
			<td style="width:251px;">See references</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:197px;">1.7-Octadiyne</td>
			<td style="width:99px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:139px;">161292</td>
			<td style="width:251px;">See references</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:197px;">2,2-Dimethoxy-2-phenylacetophenone</td>
			<td style="width:99px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:139px;">196118</td>
			<td style="width:251px;">See references</td>
		</tr>
		<tr height="64">
			<td height="64" style="height:64px;width:197px;">Polyethylene glycol 400</td>
			<td style="width:99px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:139px;">202398</td>
			<td style="width:251px;">Polyethylene glycol 200 or 600, dextrose, or glycerol may be substituted</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:197px;">Sylgard 184&#160;</td>
			<td style="width:99px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:139px;">761036</td>
			<td style="width:251px;">QSIL 216, OptiTec 7020, or GS RTV 615 may be substituted</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;"></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td colspan="2" height="22" style="height:22px;">Table of Specific Equipment</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:197px;">Equipment</td>
			<td style="width:99px;">Company</td>
			<td style="width:139px;">Catalogue number</td>
			<td style="width:251px;">Comments</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:197px;">MiniMill</td>
			<td style="width:99px;">Haas</td>
			<td style="width:139px;">MINIMILL</td>
			<td style="width:251px;">Any NC code interpreting 2.5 axis (or higher) mill may be substituted</td>
		</tr>
		<tr height="85">
			<td height="85" style="height:85px;width:197px;">Syringe pumps (3)</td>
			<td style="width:99px;">Harvard Apparatus</td>
			<td style="width:139px;">702212</td>
			<td style="width:251px;">Syringe pumps that can be programmed to deliver the desired volume flow rates may be substituted</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:197px;">Tygon tubing (3 m)</td>
			<td style="width:99px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:139px;">14-169-13A</td>
			<td style="width:251px;">NA</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:197px;">PEEK tubing</td>
			<td style="width:99px;">Upchurch Scientific</td>
			<td style="width:139px;">1435</td>
			<td style="width:251px;">NA</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:197px;">HPLC fittings</td>
			<td style="width:99px;">Upchurch Scientific</td>
			<td style="width:139px;">1457</td>
			<td style="width:251px;">NA</td>
		</tr>
		<tr height="67">
			<td height="67" style="height:67px;width:197px;">BlueWave 200 UV lamp with stand and light guides</td>
			<td style="width:99px;">Dymax</td>
			<td style="width:139px;">38905; 38477; 39700</td>
			<td style="width:251px;">Any guided UV source that delivers 300-450 nm, &#62;200 mW/cm2 may be substituted</td>
		</tr>
		<tr height="64">
			<td height="64" style="height:64px;width:197px;">500 ml beaker</td>
			<td style="width:99px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:139px;">FB-100-600</td>
			<td style="width:251px;">Any vessel of approximately the same size and shape may be substituted</td>
		</tr>
		<tr height="85">
			<td height="85" style="height:85px;width:197px;">Ring stand</td>
			<td style="width:99px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:139px;">S47807</td>
			<td style="width:251px;">Any ring stand capable of mounting a clamped sheath flow apparatus above the level of the syringe pumps may be substituted</td>
		</tr>
		<tr height="64">
			<td height="64" style="height:64px;width:197px;">Ring stand clamp holder (2)</td>
			<td style="width:99px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:139px;">S02625</td>
			<td style="width:251px;">Any ring stand clamp holder capable of holding the clamps may be substituted</td>
		</tr>
		<tr height="85">
			<td height="85" style="height:85px;width:197px;">Ring stand clamps (2)</td>
			<td style="width:99px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:139px;">02-216-352</td>
			<td style="width:251px;">Any ring stand clamp capable of holding the clamped sheath flow apparatus and light guides may be substituted</td>
		</tr>
		<tr height="64">
			<td height="64" style="height:64px;width:197px;">1, 5, and 60 ml Syringes</td>
			<td style="width:99px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:139px;">14-823-16H; 14-823-16D; 14-820-11</td>
			<td style="width:251px;">Any syringe with known inner diameter and sufficient volume may be substituted</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:197px;">Poly(methylmethacrylate) (3.2 mm)</td>
			<td style="width:99px;">McMaster-Carr</td>
			<td style="width:139px;">8560K239</td>
			<td style="width:251px;">Polycarbonate and cyclic olefin copolymer may be substituted</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:197px;">Polyether ether ketone (3.2 mm)</td>
			<td style="width:99px;">McMaster-Carr</td>
			<td style="width:139px;">8504K25</td>
			<td style="width:251px;">Solvent resistant machinable materials may be substituted</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:197px;">Aluminum (3.2, 9.5 mm)</td>
			<td style="width:99px;">McMaster-Carr</td>
			<td style="width:139px;">1651T41; 9246K23</td>
			<td style="width:251px;">Substitute other materials as needed</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

microfluidic fabrication of polymeric and biohybrid fibers with predesigned size and shape

Düşük Reynolds sayısındaki mikroakışkan bir kanaldan geçen bir "kılıf" sıvısı başka bir "çekirdek" akışı etrafında yönlendirilebilir ve şekli ve çekirdek akışının çapını dikte etmek için kullanılabilir. Mikroakışkan bir kanalın üst ve alt kısmındaki oluklar kılıf sıvısını yönlendirmek ve çekirdek sıvısını şekillendirmek için tasarlanmıştır. Kılıf ve çekirdek sıvılarının viskozitesi ve hidrofilizitesi eşleştirilerek, interfasiyal etkiler en aza indirilir ve karmaşık sıvı şekilleri oluşturulabilir. Kılım ve çekirdek sıvılarının göreli akış hızlarının kontrol altına uzaklıkları, çekirdek sıvının kesit alanını belirler. Lifler 300 nm ila ~1 mm arasında değişen boyutlarda üretilmiştir ve fiber kesitler çift çapa liflerinde olduğu gibi yuvarlak, düz, kare veya karmaşık olabilir. Çekirdek sıvının şekillendirme bölgesinden aşağı doğru polimerizasyonu lifleri katıleştirir. Fotoinitiated tıklama kimyaları, ultraviyole ışıkla ışınlama ile çekirdek sıvısının hızlı polimerizasyonu için çok uygundur. Sıvı kristaller, poli (methylmethacrylate), tiyol-ene ve tiol-yne reçineleri, polietilen glikol ve hidrojel türevleri dahil olmak üzere çok çeşitli şekillere sahip lifler polimerler listesinden üretilmiştir. Şekillendirme işlemi sırasında minimum kesme ve hafif polimerizasyon koşulları, imalat sürecini hücrelerin ve diğer biyolojik bileşenlerin kapsüllenmesi için de çok uygun hale getirir.

İçi boş lifler oluşturmak için şekillendirme olukları ve üç çözelti girişi kullanılarak basit bir 2 aşamalı tasarım kullanılmıştır (Şekil 1). COMSOL simülasyonları, istenen kesit boyutunu elde etmek için uygun akış hızı oranlarını belirlemek için kullanılmıştır (Şekil 1, ESI Video). Frezeleme ve kalıplama kombinasyonu, lifleri imal etmek için kılı kılıba akış tertibatı için bileşenler üretti (Şekil 2). Komple montaj kılıfta akış cihazı, fiber optik bağlantılı UV lazer, üç şırıng pompası, bir toplama banyosu (beher) ve bir fiber toplama makarası(Şekil 3)içeriyordu.
Kaplama malzemesinin polimerizasyonu UV ışık kaynağı tarafından başlatıldı ve içi boş lifler mikrokanaldan toplama banyosuna ekstrüde edildi. Lif oluştu ve UV ışığı kapatılana kadar sürekli toplandı. Lif üretimi dakikalarca devam etti ve bir metre uzunluğunda tek bir lif üretti. Bu koşullar altında yapılan liflerin çapı yaklaşık 200 μm'dir. Fiberlerin yapısı optik ve elektron mikroskopisi kullanılarak görselleştirildi. Lifler içi boş bir çekirdeğe sahip oval bir şekle sahipti. Kılcal etki, lifin iç kısmına sıvı ve kabarcıklar sokmak için kullanıldı ve içi boş yapının lifin uzunluğu üzerinde sürekli olduğunu doğruladı (Şekil 4A).
<img alt="Figure 1" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/50958/50958fig1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50958/50958fig1.jpg"> Şekil 1. Kılıfet akış cihazı tasarımı ve COMSOL verileri. Düz oluklu iki bölümlü imalat cihazı, içi boş bir lif üretmek için seçildi (x ekseni 45 ° etrafında döndürüldü). Soldaki COMSOL simülasyonları, çekirdek:kaplama:kılıma akış hızı oranlarının (her simülasyonun altındaki sayılar) içi boş liflerin son boyutunu nasıl etkilediğini gösterir. Mikrokanel kesiti 1 mm x 0,75 mm'dir ve şeritler 0,38 mm genişliğinde ve 250 μm derinliğindedir. Şeritler kanala göre ∠45° seviyesindedir.
<img alt="Figure 2" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/50958/50958fig2highres.jpg" width="500"> Şekil 2. Kılıfi akış tertibatının patlatılmış görünümü. Yukarıdan aşağıya, (A) giriş mandreni, (B) sabitleme plakası, (C) mikrokanel kapağı, (D) mikrokanel tabanı, (E) sabitleme plakası. Bileşenler sırasıyla alüminyum, alüminyum, COC (veya PDMS), COC (veya PEEK) ve alüminyumdan üretilmiştir. Düzenli aralıklı delikler montaj vidalarını barındırır.
<img alt="Figure 3" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/50958/50958fig3highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50958/50958fig3.jpg"> Şekil 3. Düzen fotoğrafı ve şematik genel bakış. Kurulum, su banyosu içeren beher üzerine dikey olarak sabitlenmiş kılım akış tertibatı, fotopolimerizasyon için fiber optik lazer, üç şırıngam pompası ve polimer lifleri toplamak için mil içerir. Inset, UV aydınlatmalı imalat tertibatlarını gösterir. (A) Kılıf ve çekirdek girişleri, (B) mikroakışkan kanal, (C) UV ışığı, (D) toplama rezervuarı, (E) polimerize lif toplanmaktadır.
<img alt="Figure 4" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/50958/50958fig4highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50958/50958fig4.jpg"> Şekil 4. Hidrodinamik odaklama kullanılarak yapılan liflerin optik ve taramalı elektron mikrografi görüntüleri. Lifler hidrodinamik odaklama kullanılarak aşağıdaki şekillerde imal edilmiştir: (A) İçi boş tüpler, (B) Dikdörtgen şeritler, (C) İnce elastik kurdeleler, (D) Üçgenler, (E) Barbunyalar, (F) İnci dizisi, (G) Gömülü karbon nanofiberli yuvarlak lif ve (H) Çift bağlantılı şekilli. Lifler akrilatlar, metakrilatlar ve tiyol-enes dahil olmak üzere çeşitli malzemelerden yapılmıştır.
 <a href="/files/ftp_upload/50958/ESI_Video.mp4" target="_blank">ESI Video.</a> COMSOL Multiphysics'te üretilen dilim çizimi, mikrokanallerin bir yarısını çekirdek, kaplama ve kılıf sıvılarının cihaza girdiğini ve iki aşamalı akış değiştiren çapraz şeritli oluklardan geçiş yaptığını tasvir eder. Simüle edilen çekirdek, kaplama ve kılım akış hızları sırasıyla 1, 28 ve 256 μl/dk'dır. Video gerçek zamanlı olarak ~6 sn'yi temsil eder, açıklayıcı amaçlar için 6 kat yavaşladı.

Watch this Scientific Journal Video about Microfluidic Fabrication of Polymeric and Biohybrid Fibers with Predesigned Size and Shape at JoVE.com

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

Yivli bir mikroakışkan kanaldan geçen iki bitişik sıvı, bir prepolimer çekirdeğinin etrafında bir kılıf oluşturmaya yönlendirilebilir; böylece hem şekil hem de kesit belirlenir. Tiyol tıklama kimyası gibi fotoinitiated polimerizasyon, çekirdek sıvısını önceden belirlenmiş boyut ve şekle sahip bir mikrofiber haline hızlı bir şekilde katılaştırmak için çok uygundur.

Önceden Tasarlanmış Boyut ve Şekle Sahip Polimerik ve Biyohidred Elyafların Mikroakışkan İmalatı

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-fabrication-polymeric-biohybrid-fibers-with-predesigned

Research

JoVE Journal

Bioengineering

8.4K Görüntüleme.  US Naval Research Laboratory. Yivli bir mikroakışkan kanaldan geçen iki bitişik sıvı, bir prepolimer çekirdeğinin etrafında bir kılıf oluşturmaya yönlendirilebilir; böylece hem şekil hem de kesit belirlenir. Tiyol tıklama kimyası gibi fotoinitiated polimerizasyon, çekirdek sıvısını önceden belirlenmiş boyut ve şekle sahip bir mikrofiber haline hızlı bir şekilde katılaştırmak için çok uygundur.

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

Microfluidic Chip Fabrication and Method to Detect Influenza

Fast and effective diagnostics play an important role in controlling infectious disease by enabling effective patient management and treatment. Here, we present an integrated microfluidic thermoplastic chip with the ability to amplify influenza A virus in patient nasopharyngeal (NP) swabs and aspirates. Upon loading the patient sample, the microfluidic device sequentially carries out on-chip cell lysis, RNA purification and concentration steps within the solid phase extraction (SPE), reverse transcription (RT) and polymerase chain reaction (PCR) in RT-PCR chambers, respectively. End-point detection is performed using an off-chip Bioanalyzer (Agilent Technologies, Santa Clara, CA). For peripherals, we used a single syringe pump to drive reagent and samples, while two thin film heaters were used as the heat sources for the RT and PCR chambers. The chip is designed to be single layer and suitable for high throughput manufacturing to reduce the fabrication time and cost. The microfluidic chip provides a platform to analyze a wide variety of virus and bacteria, limited only by changes in reagent design needed to detect new pathogens of interest.

An integrated microfluidic thermoplastic chip has been developed for use as a molecular diagnostic. The chip performs nucleic acid extraction, reverse transcriptase, and PCR. Methods for fabricating and running the chip are described.

Mikroakışkan Chip İmalat ve İnfluenza Algılama Yöntemi

Fast  and effective diagnostics play an important role in controlling infectious  disease by enabling effective patient management and treatment. Here, we ...

Biyomühendislik

Microfluidic Picoliter Bioreactor for Microbial Single-cell Analysis: Fabrication, System Setup, and Operation

In this protocol the fabrication, experimental setup and basic operation of the recently introduced microfluidic picoliter bioreactor (PLBR) is described in detail. The PLBR can be utilized for the analysis of single bacteria and microcolonies to investigate biotechnological and microbiological related questions concerning, e.g.&#160;cell growth, morphology, stress response, and metabolite or protein production on single-cell level. The device features continuous media flow enabling constant environmental conditions for perturbation studies, but in addition allows fast medium changes as well as oscillating conditions to mimic any desired environmental situation. To fabricate the single use devices, a silicon wafer containing sub micrometer sized SU-8 structures served as the replication mold for rapid polydimethylsiloxane casting. Chips were cut, assembled, connected, and set up onto a high resolution and fully automated microscope suited for time-lapse imaging, a powerful tool for spatio-temporal cell analysis. Here, the biotechnological platform organism Corynebacterium glutamicum&#160;was seeded into the PLBR and cell growth and intracellular fluorescence were followed over several hours unraveling time dependent population heterogeneity on single-cell level, not possible with conventional analysis methods such as flow cytometry. Besides insights into device fabrication, furthermore, the preparation of the preculture, loading, trapping of bacteria, and the PLBR cultivation of single cells and colonies is demonstrated. These devices will add a new dimension in microbiological research to analyze time dependent phenomena of single bacteria under tight environmental control. Due to the simple and relatively short fabrication process the technology can be easily adapted at any microfluidics lab and simply tailored towards specific needs.

In this protocol the fabrication, setup and basic operation of a microfluidic picoliter bioreactor (PLBR) for single-cell analysis of prokaryotic microorganisms is introduced. Industrially relevant microorganisms were analyzed as proof of principle allowing insights into growth rate, morphology, and phenotypic heterogeneity over certain time periods, hardly possible with conventional methods.

In this protocol the fabrication, experimental setup and basic operation of the recently introduced microfluidic picoliter bioreactor (PLBR) is described ...

Polymeric Microneedle Array Fabrication by Photolithography

This manuscript describes the fabrication of polymeric microneedle (MN) arrays by photolithography. It involves a simple mold-free process by using a photomask consisting of embedded micro-lenses. Embedded micro-lenses were found to influence MN geometry (sharpness). Robust MN arrays with tip diameters ranging between 41.5 &#181;m &#177; 8.4 &#181;m and 71.6 &#181;m &#177; 13.7 &#181;m, with two different lengths (1,336 &#181;m &#177; 193 &#181;m and 957 &#181;m &#177; 171 &#181;m) were fabricated. These MN arrays may provide potential applications in delivery of low molecular and macromolecular therapeutic agents through skin.

Here, we present a protocol describing a mold-free fabrication process of the polymeric microneedles by photolithography.

Fotolitografiyle polimerik Microneedle Dizi Fabrikasyon

This manuscript describes the fabrication of polymeric microneedle (MN) arrays by photolithography. It involves a simple mold-free process by using a ...

Fabrication of a Bioactive, PCL-based "Self-fitting" Shape Memory Polymer Scaffold

Tissue engineering has been explored as an alternative strategy for the treatment of critical-sized cranio-maxillofacial (CMF) bone defects. Essential to the success of this approach is a scaffold that is able to conformally fit within an irregular defect while also having the requisite biodegradability, pore interconnectivity and bioactivity. By nature of their shape recovery and fixity properties, shape memory polymer (SMP) scaffolds could achieve defect &#8220;self-fitting.&#8221; In this way, following exposure to warm saline (~60 &#186;C), the SMP scaffold would become malleable, permitting it to be hand-pressed into an irregular defect. Subsequent cooling (~37 &#186;C) would return the scaffold to its relatively rigid state within the defect. To meet these requirements, this protocol describes the preparation of SMP scaffolds prepared via the photochemical cure of biodegradable polycaprolactone diacrylate (PCL-DA) using a solvent-casting particulate-leaching (SCPL) method. A fused salt template is utilized to achieve pore interconnectivity. To realize bioactivity, a polydopamine coating is applied to the surface of the scaffold pore walls. Characterization of self-fitting and shape memory behaviors, pore interconnectivity and in vitro bioactivity are also described.

Fabrication of a Bioactive, PCL-based &quot;Self-fitting&quot; Shape Memory Polymer Scaffold

Scaffolds capable of fitting within cranio-maxillofacial (CMF) bone defects while exhibiting osteoconductivity and bioactivity are of interest. This protocol describes the preparation of a shape memory scaffold based on polycaprolactone diacrylate (PCL-DA) using a solvent-casting particulate-leaching (SCPL) method employing a fused salt template and application of a bioactive polydopamine coating.

Bir Biyoaktif, PCL-temelli &quot;Kendinden uydurma&quot; Shape Memory Polymer İskele imalatı

Tissue engineering has been explored as an alternative strategy for the treatment of critical-sized cranio-maxillofacial (CMF) bone defects. Essential to ...

A Microfluidic Platform for Precision Small-volume Sample Processing and Its Use to Size Separate Biological Particles with an Acoustic Microdevice

A major advantage of microfluidic devices is the ability to manipulate small sample volumes, thus reducing reagent waste and preserving precious sample. However, to achieve robust sample manipulation it is necessary to address device integration with the macroscale environment. To realize repeatable, sensitive particle separation with microfluidic devices, this protocol presents a complete automated and integrated microfluidic platform that enables precise processing of 0.15&#8211;1.5 ml samples using microfluidic devices. Important aspects of this system include modular device layout and robust fixtures resulting in reliable and flexible world to chip connections, and fully-automated fluid handling which accomplishes closed-loop sample collection, system cleaning and priming steps to ensure repeatable operation. Different microfluidic devices can be used interchangeably with this architecture. Here we incorporate an acoustofluidic device, detail its characterization, performance optimization, and demonstrate its use for size-separation of biological samples. By using real-time feedback during separation experiments, sample collection is optimized to conserve and concentrate sample. Although requiring the integration of multiple pieces of equipment, advantages of this architecture include the ability to process unknown samples with no additional system optimization, ease of device replacement, and precise, robust sample processing.

This protocol describes a system architecture for performing automated small volume (0.15&#8211;1.5 ml) particle separations using a microfluidic device, and discusses methods to optimize acoustofluidic device performance and operation.

Bir mikroakışkan Hassas Küçük hacimli Numune İşleme Platformu ve Akustik mikrocihazda Ayrı Biyolojik Parçacıklar Boyutu Kullanımı

A major advantage of microfluidic devices is the ability to manipulate small sample volumes, thus reducing reagent waste and preserving precious sample. ...

Image-guided, Laser-based Fabrication of Vascular-derived Microfluidic Networks

This detailed protocol outlines the implementation of image-guided, laser-based hydrogel degradation for the fabrication of vascular-derived microfluidic networks embedded in PEGDA hydrogels. Here, we describe the creation of virtual masks that allow for image-guided laser control; the photopolymerization of a micromolded PEGDA hydrogel, suitable for microfluidic network fabrication and pressure head-driven flow; the setup and use of a commercially available laser scanning confocal microscope paired with a femtosecond pulsed Ti:S laser to induce hydrogel degradation; and the imaging of fabricated microfluidic networks using fluorescent species and confocal microscopy. Much of the protocol is focused on the proper setup and implementation of the microscope software and microscope macro, as these are crucial steps in using a commercial microscope for microfluidic fabrication purposes that contain a number of intricacies. The image-guided component of this technique allows for the implementation of 3D image stacks or user-generated 3D models, thereby allowing for creative microfluidic design and for the fabrication of complex microfluidic systems of virtually any configuration. With an expected impact in tissue engineering, the methods outlined in this protocol could aid in the fabrication of advanced biomimetic microtissue constructs for organ- and human-on-a-chip devices. By mimicking the complex architecture, tortuosity, size, and density of in vivo vasculature, essential biological transport processes can be replicated in these constructs, leading to more accurate in vitro modeling of drug pharmacokinetics and disease.

This protocol outlines the implementation of image-guided, laser-based hydrogel degradation to fabricate vascular-derived, biomimetic microfluidic networks embedded in poly(ethylene glycol) diacrylate (PEGDA) hydrogels. These biomimetic microfluidic systems may be useful for tissue engineering applications, generation of in vitro disease models, and fabrication of advanced "on-a-chip" devices.

Vasküler kaynaklı mikroakışkan Ağların görüntü kılavuzluğunda, Lazer tabanlı Fabrikasyon

This detailed protocol outlines the implementation of image-guided, laser-based hydrogel degradation for the fabrication of vascular-derived microfluidic ...

Fabrication of Three-dimensional Paper-based Microfluidic Devices for Immunoassays

Paper wicks fluids autonomously due to capillary action. By patterning paper with hydrophobic barriers, the transport of fluids can be controlled and directed within a layer of paper. Moreover, stacking multiple layers of patterned paper creates sophisticated three-dimensional microfluidic networks that can support the development of analytical and bioanalytical assays. Paper-based microfluidic devices are inexpensive, portable, easy to use, and require no external equipment to operate. As a result, they hold great promise as a platform for point-of-care diagnostics. In order to properly evaluate the utility and analytical performance of paper-based devices, suitable methods must be developed to ensure their manufacture is reproducible and at a scale that is appropriate for laboratory settings. In this manuscript, a method to fabricate a general device architecture that can be used for paper-based immunoassays is described. We use a form of additive manufacturing (multi-layer lamination) to prepare devices that comprise multiple layers of patterned paper and patterned adhesive. In addition to demonstrating the proper use of these three-dimensional paper-based microfluidic devices with an immunoassay for human chorionic gonadotropin (hCG), errors in the manufacturing process that may result in device failures are discussed. We expect this approach to manufacturing paper-based devices will find broad utility in the development of analytical applications designed specifically for limited-resource settings.

We detail a method to fabricate three-dimensional paper-based microfluidic devices for use in the development of immunoassays. Our approach to device assembly is a type of multilayer, additive manufacturing. We demonstrate a sandwich immunoassay to provide representative results for these types of paper-based devices.

İmmüno için üç boyutlu Paper-based mikroakışkan Cihazlar İmalat

Paper wicks fluids autonomously due to capillary action. By patterning paper with hydrophobic barriers, the transport of fluids can be controlled and ...

Dry Film Photoresist-based Electrochemical Microfluidic Biosensor Platform: Device Fabrication, On-chip Assay Preparation, and System Operation

In recent years, biomarker diagnostics became an indispensable tool for the diagnosis of human disease, especially for the point-of-care diagnostics. An easy-to-use and low-cost sensor platform is highly desired to measure various types of analytes (e.g., biomarkers, hormones, and drugs) quantitatively and specifically. For this reason, dry film photoresist technology - enabling cheap, facile, and high-throughput fabrication - was used to manufacture the microfluidic biosensor presented here. Depending on the bioassay used afterwards, the versatile platform is capable of detecting various types of biomolecules. For the fabrication of the device, platinum electrodes are structured on a flexible polyimide (PI) foil in the only clean-room process step. The PI foil serves as a substrate for the electrodes, which are insulated with an epoxy-based photoresist. The microfluidic channel is subsequently generated by the development and lamination of dry film photoresist (DFR) foils onto the PI wafer. By using a hydrophobic stopping barrier in the channel, the channel is separated into two specific areas: an immobilization section for the enzyme-linked assay and an electrochemical measurement cell for the amperometric signal readout.
The on-chip bioassay immobilization is performed by the adsorption of the biomolecules to the channel surface. The glucose oxidase enzyme is used as a transducer for electrochemical signal generation. In the presence of the substrate, glucose, hydrogen peroxide is produced, which is detected at the platinum working electrode. The stop-flow technique is applied to obtain signal amplification along with rapid detection. Different biomolecules can quantitatively be measured by means of the introduced microfluidic system, giving an indication of different types of diseases, or, in regard to therapeutic drug monitoring, facilitating a personalized therapy.

A microfluidic biosensor platform was designed and fabricated using low-cost dry film photoresist technology for the rapid and sensitive quantification of various analytes. This single-use system allows for the electrochemical readout of on-chip-immobilized enzyme-linked assays by means of the stop-flow technique.

Kuru zar elektrokimyasal mikrosıvısal Biyoalgılayıcı fotorezist tabanlı Platform: Cihaz imalat, On-chip tahlil hazırlama ve sistemin çalışması

In recent years, biomarker diagnostics became an indispensable tool for the diagnosis of human disease, especially for the point-of-care diagnostics. An ...

Scalable Fabrication of Stretchable, Dual Channel, Microfluidic Organ Chips

A significant number of lead compounds fail in the pharmaceutical pipeline because animal studies often fail to predict clinical responses in human patients. Human Organ-on-a-Chip (Organ Chip) microfluidic cell culture devices, which provide an experimental in vitro platform to assess efficacy, toxicity, and pharmacokinetic (PK) profiles in humans, may be better predictors of therapeutic efficacy and safety in the clinic compared to animal studies. These devices may be used to model the function of virtually any organ type and can be fluidically linked through common endothelium-lined microchannels to perform in vitro studies on human organ-level and whole body-level physiology without having to conduct experiments on people. These Organ Chips consist of two perfused microfluidic channels separated by a permeable elastomeric membrane with organ-specific parenchymal cells on one side and microvascular endothelium on the other, which can be cyclically stretched to provide organ-specific mechanical cues (e.g., breathing motions in lung). This protocol details the fabrication of flexible, dual channel, Organ Chips through casting of parts using 3D printed molds, enabling combination of multiple casting and post-processing steps. Porous poly (dimethyl siloxane) (PDMS) membranes are cast with micrometer sized through-holes using silicon pillar arrays under compression. Fabrication and assembly of Organ Chips involves equipment and steps that can be implemented outside of a traditional cleanroom. This protocol provides researchers with access to Organ Chip technology for in vitro organ- and body-level studies in drug discovery, safety and efficacy testing, as well as mechanistic studies of fundamental biological processes.

Here, we present a protocol that describes the fabrication of stretchable, dual channel, organ chip microfluidic cell culture devices for recapitulating organ-level functionality in vitro.

Ölçeklenebilir gerilebilir, Çift kanal, mikrosıvısal Organ cips imalatı

A significant number of lead compounds fail in the pharmaceutical pipeline because animal studies often fail to predict clinical responses in human ...

A Microfluidic Platform for Stimulating Chondrocytes with Dynamic Compression

Mechanical stimuli are known to modulate biological functions of cells and tissues. Recent studies have suggested that compressive stress alters growth plate cartilage architecture and results in growth modulation of long bones of children. To determine the role of compressive stress in bone growth, we created a microfluidic device actuated by pneumatic pressure, to dynamically (or statically) compress growth plate chondrocytes embedded in alginate hydrogel cylinders. In this article, we describe detailed methods for fabricating and characterizing this device. The advantages of our protocol are: 1) Five different magnitudes of compressive stress can be generated on five technical replicates in a single platform, 2) It is easy to visualize cell morphology via a conventional light microscope, 3) Cells can be rapidly isolated from the device after compression to facilitate downstream assays, and 4) The platform can be applied to study mechanobiology of any cell type that can grow in hydrogels.

This article provides detailed methods for fabricating and characterizing a pneumatically actuating microfluidic device for chondrocyte compression.

Dinamik Sıkıştırma ile Chondrocytes Uyarıcı için Bir Mikroakışkan Platform

Mechanical stimuli are known to modulate biological functions of cells and tissues. Recent studies have suggested that compressive stress alters growth ...