This work was supported by the NSF (CMMI-1351370).

Donör Yüzey Fabrikasyon 1. Tasarımı Maskeler <ol><li> Istenilen geometride bir maske tasarlayın. 100 mikron x 100 mikron kare silikon bireysel birimleri imal 100 mikron x 100 mikron kareler bir dizi çizmek için. </li><li> Her yan bir ek 15 mikron dışarı uzanan, özdeş bir geometriye sahip ikinci bir maske tasarlayın. 100 mikron x 100 mikron kareler dizisi için, adım 1.1 kareler anlatabileceğiniz 130 mikron x 130 mikron kareler bir dizi çizin. </li><li> Çapa geometri tasarlayın. Dört 20 mikron x 40 mikron dikdörtgenler, bir meydanın bir kenarında merkezli her çizin. İlk aşamada 15 mikron 1.1 x 100 mm kare, orijinal 100 um kapsar ve (Şekil 2&#39;de gösterildiği gibi), geri kalan 25 um dışarıya doğru uzanır, böylece yapıların yerleştirin. Not: herhangi bir şekil ve boyutlar çapa temas desenli malzeme ve alt tabaka hem de sürece kullanılabilir. Bu kenedin bir ucu kökenini kapsarAdım 1.1 ve diğer ucunda El geometri adım 1.2 geometriyi uzatmak gerekir. </li></ol> 2.. Retrievable Donör Yüzey hazırlayın <ol><li> 1 mikron 1-20 Ω • cm ve kutu oksit tabaka kalınlığı tabaka direnci ile 3 mikron cihaz tabaka kalınlığı ile yalıtkan (SOI) gofret bir p-tipi katkılı silikon hazırlayın. Not: Çeşitli uygulamalar için bu parametreler değiştirilebilir. </li><li> Spin kat fotorezist (AZ5214, 30 saniye boyunca 3000 rpm, 1.5 um kalınlıkta) ve aşama 1.1 olarak tasarlanan bir maske. </li><li> (RIE) enstrüman, desen SOI gofret cihaz tabakası reaktif iyon aşındırma kullanma ve ışığa maskeyi kaldırın. Bu aşamadan sonra, RIE bölge kazınmış kutu oksit tabakasını (Şekil 2A) ortaya koymuştur. </li><li> Spin kat fotorezist (AZ5214, 30 saniye boyunca 3000 rpm, 1.5 um kalınlığında) aşama 1.2 &#39;de tasarlanmış maskesi ve desen. </li><li> Sıcak bir plaka üzerinde 90 saniye boyunca 125 ° C &#39;de gofret ısıtın. </li><li> Gofret içine daldırınAşama 2.3 &#39;e maruz kaldığı kutu oksit tabakası etch 50 saniye için% 49 HF. Tamamen kuruduktan sonra, maskeleyici fotorezist (Şekil 2B) çıkarın. </li><li> Spin kat (AZ5214, 30 saniye boyunca 3,000 rpm, 1.5 mikron kalınlığında) ve desen adım 1.3 den ankraj tasarımı. </li><li> Sıcak bir plaka üzerinde 90 saniye boyunca 125 ° C &#39;de gofret ısıtın. </li><li> 50 dakika boyunca% 49 HF içine daldırın. Bu adım, fotorezist (Şekil 2C) üzerine asılı silikon ayrı birimler ile sonuçlanan geri kalan desenli tabakası, silikon aygıt altında kalan kutu oksit tabakası çözünen bir madde. </li></ol> Bir Microtip Damgası için 3. Tasarımı Maskeler <ol><li> Kare tek bir 100 mikron x 100 mikron olan bir maske tasarlayın. </li><li> 100 mikron x 100 mikron alanı içinde birden fazla 12 mikron x 12 mikron kareler ile bir maske tasarlayın. </li></ol> 4. Bir Microtip Damgası Kalıp olun <ol><li> &lt;1-0-0&gt; kristal yönlendirme ile bir silikon gofret temizleyin, depoPlazma (PECVD) ekipman kimyasal buhar biriktirme Geliştirilmiş kullanarak silisyum nitrür 100 nm otur. </li><li> Spin kat Photoresist (AZ5214, 30 saniye boyunca 3,000 rpm, 1.5 mikron kalınlığında) adım 3.2 tasarlanmış maske ile ve desen. </li><li> Desen 10:01 Tamponlu Oksit ETCHANT (BOE) kullanarak silisyum nitrür tabakası. </li><li> Iyonu giderilmiş su ve 170 ml izopropil alkol (IPA) kanşımı, bir beher içinde, 40 ml potasyum hidroksit (KOH) 80 g çözülür. </li><li> Sıcak bir plaka üzerinde 80 ° C&#39;de KOH, IPA ve su karışımını ısıtın. </li><li> Dikey (aşındırma oranı yaklaşık 1 mm / dk) kristal yapısındaki maruz kalan silikon etch KOH karışımı ile çanak içinde hazırlanan gofret yerleştirin. </li><li> Maruz kalan silikon tamamen kazınmış sonra, KOH karışımından gofretin kaldırmak HF kullanılarak silisyum nitrür uzak aşındırma ve (Şekil 3A) temizleme RCA 1 ve 2 RCA gerçekleştirin. </li><li> Aşağıdaki reçete ile adım 3.1 &#39;den hazırlanan maske ile SU-8 100 ve desenli ceket Spin: 3.000 r1 dakika, 30 dakika, 10 dakika ve 95 ° C&#39;de, 65 ° C&#39;de fırında yumuşak için pm, 550 mJ / cm2, ve post fırında 65 ° C sıcaklıkta 1 dakika için ve 10 dakika boyunca 95 ° C&#39;de (Şekil 3B ile açığa .) </li><li> SU-8 100 tam kürünü sonra, 3-5 damla damlatılarak arasında (tridekafluoro-1, 1,2,3-tetrahidro oktil)-1-triklorosilan bir tek tabaka uygulayın (tridekafluoro-1, 1,2,3 - tetrahidro oktil bir vakum kavanoza)-1-triklorosilan ve kavanoza gofretin yerleştirilmesi ve vakum uygulanması. </li></ol> 5. Bir kalıp kullanarak Microtip Damga çoğaltma <ol><li> 5:1 oranı ile polidimetilsiloksan (PDMS) taban ve sertleştirme maddesi karıştırın. </li><li> Vakumlu bir kavanoza yerleştirerek edilen karışım gaz çıkışına. </li><li> Kalıp üzerindeki PDMS gazı alınmış karışımın küçük bir kısmı dökün ve PDMS yeniden akış düz bir üst yüzey (Şekil 3C) elde etmek için izin verin. </li><li> Tam olarak PDMS tedavisi için 2 saat boyunca 70 ° C &#39;de fırında PDMS ile kalıp yerleştirin. </li><li> Dan kalıp çıkarmakFırın ve PDMS kalkmasına (Şekil 3D). </li></ol> 6.. Donör Substrat gelen Mürekkep almak ve Hedef Alan yazdırın <ol><li> Bir mikroskop ile donatılmış motorlu dönme ve x, y-çevirme aşamasında üzerine verici alt-tabakanın yerleştirin. </li><li> Bağımsız bir düşey ötelenme aşamasına mikrotip damga takın. </li><li> Mikroskop altında, öteleme ve dönme aşamalarını kullanarak verici alt-tabaka üzerinde Si mürekkep ile mikrotip damga hizalayın. Ayrıca, mikro uçlu yüzey ve bir devirme aşamasında ayarlayarak Si mürekkebi arasında devirme hizalama yapmak. Daha sonra, temas kurmaya mikrotip damga aşağı getirmek. </li><li> Küçük uçlarına tamamen çökmüş ve bütün yüzey verici alt-tabaka üzerinde Si mürekkep ile temas halinde olduğu, böylece yavaş yavaş, ilk temastan sonra altındaki mikro uçlu damga getir. </li><li> Çabuk r nedeniyle mikro uçlu mührü ve Si mürekkep arasındaki geniş bir temas alanına çapa kırma z sahne yükseltmekdonör alt tabakadan Si mürekkep etrieve ve mikrotip damga takın. NOT: mikrotip damga herhangi bir stres serbest olduğunda, sıkıştırılmış mikrotip alınan Si mürekkep ile minimal temas, orijinal piramit şekline geri yükler. </li><li> Bir x, y-çeviri sahneye alıcı tabakayı yerleştirin ve istenen konuma mikrotip damgası altında alınan Si mürekkep hizalayın. </li><li> Alınan Si mürekkep ancak alıcı yüzey ile temas edinceye kadar z sahne inerler. </li><li> Temas yaptıktan sonra, yavaş yavaş istenilen yere yazdırarak, Si mürekkep serbest bırakmak z sahne yükseltmek. </li></ol> 7. Yapıştırma Süreci <ol><li> Program 90 saniye içinde 950 ° C&#39;ye kadar RT geçiş yapmak için hızlı bir ısıl tavlama fırını, 10 dakika boyunca 950 ° C&#39;de kalır ve (fırındaki herhangi bir ısı kaynağı kaldırarak), oda sıcaklığına kadar soğumaya. </li><li> 950 ° C de bir çevre hava ortamında ve tavlama fırının basılı alıcı alt-tabakanın yerleştirinSi-Si bağı veya Si-Au bağlanma için 30 dakika boyunca 360 ° C &#39;de 10 dakika boyunca F. </li></ol>

<ol>
	<li>Stix, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Toward+&#8220;Point+one.">Toward &#8220;Point one.</a> Sci Am. Feb. , 90-95 (1995).</li><li>Appenzeler, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Man+Who+Dared+to+Think+Small.">The Man Who Dared to Think Small.</a> Science. 254, 1300-1301 (1991).</li><li>Madou, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fundamentals+of+Microfabrications+The+Science+of+Miniaturization.">Fundamentals of Microfabrications The Science of Miniaturization.</a> , (2002).</li><li>Xia, Y., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Soft+Lithography.">Soft Lithography.</a> Angew Chem Int Ed. 38, 551-575 (1998).</li><li>Judy, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microelectromechanical+systems+(MEMS)+fabrication,+design+and+applications.">Microelectromechanical systems (MEMS) fabrication, design and applications.</a> Smart Mater Struct. 10, 1134-1154 (2001).</li><li>Jain, V. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Micromanufacturing Process. , (2012).</li><li>Keum, H., 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=Silicon+micro-masonry+using+elastomeric+stamps+for+three-dimensional+microfabrication.">Silicon micro-masonry using elastomeric stamps for three-dimensional microfabrication.</a> J Micromech Microeng. 22, 55018 (2012).</li><li>Keum, H., Chung, H., Kim, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrical+Contact+at+The+Interface+between+Silicon+and+Transfer-Printed+Gold+Films+by+Eutectic+Joining.">Electrical Contact at The Interface between Silicon and Transfer-Printed Gold Films by Eutectic Joining.</a> ACS Appl Mater Interfaces. 5, 6061 (2013).</li><li>Keum, H., Seong, M., Sinha, S., Kim, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrostatically+Driven+Collapsible+Au+Thin+Films+Assembled+Using+Transfer+Printing+for+Thermal+Switching.">Electrostatically Driven Collapsible Au Thin Films Assembled Using Transfer Printing for Thermal Switching.</a> Appl Phys Lett. 100, 211904 (2012).</li><li>Klaassen, E. H., 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=Silicon+fusion+bonding+and+deep+reactive+ion+etching:+a+new+technology+for+microstructures.">Silicon fusion bonding and deep reactive ion etching: a new technology for microstructures.</a> Sens Actuators A. 52, 132-139 (1996).</li><li>Barth, P. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Silicon+fusion+bonding+for+fabrication+of+sensors+actuators+and+microstructures.">Silicon fusion bonding for fabrication of sensors actuators and microstructures.</a> Sens Actuators. A21 - A23, 919-926 (1990).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

Şekil 4&#39;de sunulan mikro duvar, bir madde bir bağlama aşamasında bir silikon füzyon bağı içerir. Silikon füzyon bağlama hızlı bir ısıl tavlama fırını içindeki numune yerleştirme (RTA fırın) ve 10 dakika boyunca 950 ° C &#39;de, numunenin ısıtılması ile elde edilir. Si ve Si - - SiO 2 yapıştırma 10,11 Bu tavlama durum Si arasındaki uyarlanamıyor hem de. Seçenek olarak ise, Şekil 5C de bulunan gibi bir Si şeridi ile bağlı Au ö...

Böyle büyük ölçekli sıradan 3D makineleri minyatür olarak Mikroelektromekanik sistemler (MEMS), performans geliştirmeleri ve üretim maliyet azaltma 1,2 sağlayarak çağdaş teknolojileri ilerleyen için vazgeçilmezdir. Ancak, MEMS teknolojik ilerleme cari oranı imalat teknolojileri 3-6 sürekli yenilikler olmadan muhafaza edilemez. Ortak monolitik mikroimalat esas entegre devreler (IC) &#39;nin üretimi için geliştirilmiş katman-katman süreçlere dayanır. Bu yöntem, yüksek performanslı MEMS cihazlar seri üretimine olanak oldukça başarılı olmuştur. Bununla birlikte, bağlı karmaşık katman-katman ve elektrokimyasal eksiltici doğada, çeşitli şekillerde şeklindeki 3D MEMS yapıları ve cihazların imalatı, macroworld kolay, bu yekpare mikroimalat kullanarak elde etmek çok zor iken. Daha az işlem karmaşıklığı ile daha esnek 3D mikroimalat etkinleştirmek için, biz devehızlı termal tavlama-etkin malzeme yapıştırma teknikleri ile birlikte mikro / nano malzemelerin bir transfer baskı-tabanlı düzeneğini içeren bir 3D katkı micromanufacturing stratejisi (adlandırılır &#39;mikro / nano-yığma&#39;) miştir. Transfer baskı Elastomerik pulları kontrollü kuru yapışma kullanarak oluşturulan veya farklı bir alt-tabaka için yetiştirilen bir alt-tabaka katı mikro maddeleri (örneğin, &#39;katı mürekkep&#39;) transfer etmek için bir yöntemdir. Mikro-duvarcılık tipik bir prosedür transfer baskı ile başlar. Prefabrik katı mürekkepler, gelişmiş bir elastomerik pul formu ve basılı yapılar sonradan mürekkep mürekkep ve mürekkep yüzey yapışmasını geliştirmek için hızlı termal tavlama (RTA) kullanılarak tavlanır bir mikrotip damga kullanarak yazdırılan transferidir. Bu üretim yaklaşımı, diğer mevcut metodoloji kullanılarak ağırladı edilemez sıradışı mikro yapıların ve cihazların yapımını sağlards 7. MEMS sensörleri birleştirmek için benzemez malzemelerin yapısal ve işlevsel bir katı mürekkep entegre etmek için (a) yeteneği ve 3D yapı içinde entegre aktüatörler,: Mikro duvar diğer yöntemler de mevcut olmayan çeşitli çekici özellikler sağlar (B) monte katı mürekkep arabirimleri elektriksel ve termal kontaklar 9,10 olarak işlev görebilir; (C) montaj uzaysal çözünürlüğü 7 baskı transferi için katı mürekkep ve son derece hassas mekanik aşamaları üretmek için son derece ölçeklenebilir ve iyi anlaşılmış taşbaskı süreçleri kullanarak (~ 1 mikron) yüksek olabilir; ve (d) yapısal ve işlevsel bir katı mürekkepler düzlemsel veya kavisli bir geometride hem de sert ve esnek bir alt-tabakalar üzerinde entegre edilebilir.

<table><tbody><tr><td>Az 5214</td><td>Clariant</td><td></td><td>1.5 mm thick Photoresist</td></tr><tr><td>Su8-100</td><td>Microchem</td><td></td><td>100 mm Photoresist used in mold</td></tr><tr><td>Sylgard 184</td><td>Dow Corning</td><td></td><td>PDMS mixed to fabricate stamp</td></tr><tr><td>Hydrofluoric acid</td><td>Honeywell</td><td></td><td>Acid to etch silicon oxide layer</td></tr><tr><td>Silicon on insulator</td><td>Ultrasil</td><td></td><td>Donor substrate was fabricated</td></tr><tr><td>Trichlorosilane</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td>Chemical used to help pealing of PDMS from mold</td></tr></tbody></table>

micro-masonry for 3d additive micromanufacturing

Transfer baskı Elastomerik pullar kullanılarak farklı bir alt-tabaka için oluşturulan bir substrattan (Burada kullanılan &quot;mürekkep&quot; olarak adlandırılan) bir katı mikro / nano ölçekli malzeme transfer etmek için bir yöntemdir. Transfer baskı tür esnek ve gerilebilir güneş hücreleri ve LED diziler gibi son gelişmiş cihazlarla bulunan eşsiz yapıları veya fonksiyonel sistemleri imal etmek heterojen malzemelerin entegrasyonu sağlar. Transfer baskı malzemesi takımı yeteneği benzersiz özellikler sergiler da, bu tür baskı işlemleri arttırmak için alt-tabakalar üzerinde kendi kendine monte tek tabaka (SAM) birikimi gibi yapışkan tabakaların kullanımı veya yüzey modifikasyonu mikroelektromekanik sisteminin mikro montaj (MEMS) yapılar geniş adaptasyon engellemektedir ve cihazlar. Bu eksikliği gidermek için, biz deterministically sadece yüzey temas alanı kontrol aracılığıyla bireysel microscale nesneleri bir araya transfer baskı gelişmiş bir mod geliştirdiHerhangi bir yüzey değişiklik olmadan. Bir yapışkan tabaka veya başka bir değişiklik ve daha sonraki malzeme bağlama işlemleri yokluğu sadece mekanik bağlantı sağlamak, fakat daha fazla sıra dışı MEMS cihazları binada uyarlamasında çeşitli uygulamalar açılır monte malzemeler arasında, aynı zamanda, termal ve elektrik bağlantısı,.

Mikro-duvar monolitik mikroimalat işlemlerle elde etmek çok zor ya da imkansız olan MEMS yapıları oluşturmak için heterojen malzeme entegrasyon sağlar. Kapasitesini göstermek için, (a &#39;Mikro demlik&#39; olarak adlandırılır) bir yapı. Şekil 4A, bir verici alt-tabaka üzerinde imal Si mürekkepleri bir optik mikroskop görüntüsüdür sadece mikro duvar ile imal edilir. Tasarlanmış mürekkepler mikro demlik yapı taşlarıdır tek kristal silikon yapılmış farklı boyutları ile di...

Watch this Scientific Journal Video about Micro-masonry for 3D Additive Micromanufacturing at JoVE.com

Micro-masonry for 3D Additive Micromanufacturing

Bu kağıt mikroelektromekanik sistemi (MEMS) yapılar ve cihazlar esnek imalat için bir 3D katkı micromanufacturing stratejisi (adlandırılan &#39;mikro-yığma&#39;) tanıttı. Bu yaklaşım, hızlı termal tavlama-etkin malzeme yapıştırma teknikleri ile birlikte mikro / nano malzemelerin transfer baskı-tabanlı düzeneğini içerir.

3D Katkı Micromanufacturing için Micro-duvar

Transfer printing is a method to transfer solid micro/nanoscale materials (herein called &#8216;inks&#8217;) from a substrate where they are generated to ...

micro-masonry-for-3d-additive-micromanufacturing

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Civil Engineering

Engineering

Unit 1

Masonry

SCIENTISTS IN ACTION

10.3K Görüntüleme.  University of Illinois at Urbana-Champaign.  Bu kağıt mikroelektromekanik sistemi (MEMS) yapılar ve cihazlar esnek imalat için bir 3D katkı micromanufacturing stratejisi (adlandırılan 'mikro-yığma') tanıttı. Bu yaklaşım, hızlı termal tavlama-etkin malzeme yapıştırma teknikleri ile birlikte mikro / nano malzemelerin transfer baskı-tabanlı düzeneğini içerir. 

Video: Micro-masonry for 3D Additive Micromanufacturing

Manufacturing of Three-dimensionally Microstructured Nanocomposites through Microfluidic Infiltration

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

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

Mikroakışkan Sızma yoluyla üç boyutlu mikrostrüktürlü nanokompozitlerin İmalat

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

Kimya

Microfabrication of Chip-sized Scaffolds for Three-dimensional Cell cultivation

Using microfabrication technologies is a prerequisite to create scaffolds of reproducible geometry and constant quality for three-dimensional cell cultivation. These technologies offer a wide spectrum of advantages not only for manufacturing but also for different applications. The size and shape of formed cell clusters can be influenced by the exact and reproducible architecture of the microfabricated scaffold and, therefore, the diffusion path length of nutrients and gases can be controlled.1 This is unquestionably a useful tool to prevent apoptosis and necrosis of cells due to an insufficient nutrient and gas supply or removal of cellular metabolites.
Our polymer chip, called CellChip, has the outer dimensions of 2 x 2 cm with a central microstructured area. This area is subdivided into an array of up to 1156 microcontainers with a typical dimension of 300 m edge length for the cubic design (cp- or cf-chip) or of 300 m diameter and depth for the round design (r-chip).2
So far, hot embossing or micro injection moulding (in combination with subsequent laborious machining of the parts) was used for the fabrication of the microstructured chips. Basically, micro injection moulding is one of the only polymer based replication techniques that, up to now, is capable for mass production of polymer microstructures.3 However, both techniques have certain unwanted limitations due to the processing of a viscous polymer melt with the generation of very thin walls or integrated through holes. In case of the CellChip, thin bottom layers are necessary to perforate the polymer and provide small pores of defined size to supply cells with culture medium e.g. by microfluidic perfusion of the containers.
In order to overcome these limitations and to reduce the manufacturing costs we have developed a new microtechnical approach on the basis of a down-scaled thermoforming process. For the manufacturing of highly porous and thin walled polymer chips, we use a combination of heavy ion irradiation, microthermoforming and track etching. In this so called "SMART" process (Substrate Modification And Replication by Thermoforming) thin polymer films are irradiated with energetic heavy projectiles of several hundred MeV introducing so-called "latent tracks" Subsequently, the film in a rubber elastic state is formed into three dimensional parts without modifying or annealing the tracks. After the forming process, selective chemical etching finally converts the tracks into cylindrical pores of adjustable diameter.

We present two processes for the microfabrication of porous polymer chips for three-dimensional cell cultivation. The first one is hot embossing combined with a solvent vapour welding process. The second one uses a recently developed microthermoforming process combined with ion track technology leading to a significant simplification of manufacture.

Üç boyutlu Hücre ekimi için Chip-ölçekli Yapı iskeleleri mikroimalat

Using microfabrication technologies is a prerequisite to create scaffolds of reproducible geometry and constant quality for three-dimensional cell ...

Biyoloji

A Soft Tooling Process Chain for Injection Molding of a 3D Component with Micro Pillars

The purpose of this paper is to present the method of a soft tooling process chain employing Additive Manufacturing (AM) for fabrication of injection molding inserts with micro surface features. The Soft Tooling inserts are manufactured by Digital Light Processing (vat photo polymerization) using a photopolymer that can withstand relatively high temperaturea. The part manufactured here has four tines with an angle of 60&#176;. Micro pillars (&#216;200 &#181;m, aspect ratio of 1) are arranged on the surfaces by two rows. Polyethylene (PE) injection molding with the soft tooling inserts is used to fabricate the final parts. This method demonstrates that it is feasible to obtain injection-molded parts with microstructures on complex geometry by additive manufactured inserts. The machining time and cost is reduced significantly compared to conventional tooling processes based on computer numerical control (CNC) machining. The dimensions of the micro features are influenced by the applied additive manufacturing process. The lifetime of the inserts determines that this process is more suitable for pilot production. The precision of the inserts production is limited by the additive manufacturing process as well.

A protocol for fabricating injection molding inserts for complex geometry with micro features on surfaces employing Additive Manufacturing (AM) is presented.

3D bir bileşenin mikro enjeksiyon kalıplama için yumuşak takım süreç zinciri sütun

The purpose of this paper is to present the method of a soft tooling process chain employing Additive Manufacturing (AM) for fabrication of injection ...

Mühendislik

Multi-material Ceramic-Based Components &#8211; Additive Manufacturing of Black-and-white Zirconia Components by Thermoplastic 3D-Printing (CerAM - T3DP)

To combine the benefits of Additive Manufacturing (AM) with the benefits of Functionally Graded Materials (FGM) to ceramic-based 4D components (three dimensions for the geometry and one degree of freedom concerning the material properties at each position) the Thermoplastic 3D-Printing (CerAM -&#160;T3DP) was developed. It is a direct AM technology which allows the AM of multi-material components. To demonstrate the advantages of this technology black-and-white zirconia components were additively manufactured and co-sintered defect-free.
Two different pairs of black and white zirconia powders were used to prepare different thermoplastic suspensions. Appropriate dispensing parameters were investigated to manufacture single-material test components and adjusted for the additive manufacturing of multi-color zirconia components.

Here we describe a protocol for additively manufacturing black-and-white zirconia components by Thermoplastic 3D-Printing (CerAM -&#160;T3DP) and co-sintering defect-free.

Çoklu malzeme Seramik tabanlı bileşenler-katkı siyah-beyaz zirkon bileşenleri termoplastik 3D baskı tarafından (CerAM - T3DP) üretim

To combine the benefits of Additive Manufacturing (AM) with the benefits of Functionally Graded Materials (FGM) to ceramic-based 4D components (three ...

Additive Manufacturing of Functionally Graded Ceramic Materials by Stereolithography

An additive manufacturing technology is applied to obtain functionally graded ceramic parts. This technology, based on digital light processing/stereolithography, is developed within the scope of the CerAMfacturing European research project. A three-dimensional (3-D) hemi-maxillary bone-like structure is 3-D printed using custom aluminum oxide polymeric mixtures. The powders and mixtures are fully analyzed in terms of rheological behavior in order to ensure proper material handling during the printing process. The possibility to print functionally graded materials using the Admaflex technology is explained in this document. Field-emission scanning electron microscopy (FESEM) show that the sintered aluminum oxide ceramic part has a porosity lower than 1% and no remainder of the original layered structure is found after analysis.

This manuscript describes the processing of single multifunctional ceramic components (e.g., combinations of dense-porous structures) additively manufactured by stereolithography.

Stereolitografi tarafından işlevsel olarak kademeli Seramik malzemelerin katkı imalat

An additive manufacturing technology is applied to obtain functionally graded ceramic parts. This technology, based on digital light ...

Negative Additive Manufacturing of Complex Shaped Boron Carbides

Boron carbide (B4C) is one of the hardest materials in existence. However, this attractive property also limits its machineability into complex shapes for high wear, high hardness, and lightweight material applications such as armors. To overcome this challenge, negative additive manufacturing (AM) is employed to produce complex geometries of boron carbides at various length scales. Negative AM first involves gelcasting a suspension into a 3D-printed plastic mold. The mold is then dissolved away, leaving behind a green body as a negative copy. Resorcinol-formaldehyde (RF) is used as a novel gelling agent because unlike traditional hydrogels, there is little to no shrinkage, which allows for extremely complex molds to be used. Furthermore, this gelling agent can be pyrolyzed to leave behind ~50 wt% carbon, which is a highly effective sintering aid for B4C. Due to this highly homogenous distribution of in situ carbon within the B4C matrix, less than 2% porosity can be achieved after sintering. This protocol highlights in detail the methodology for creating near fully dense boron carbide parts with highly complex geometries.

A method called negative additive manufacturing is used to produce near fully dense complex shaped boron carbide parts of various length scales. This technique is possible via the formulation of a novel suspension involving resorcinol-formaldehyde as a unique gelling agent that leaves behind a homogenous carbon sintering aid after pyrolysis.

Karmaşık şekilli bor karbürler katkı üretimini olumsuz

Boron carbide (B4C) is one of the hardest materials in existence. However, this attractive property also limits its machineability into complex shapes for ...

Micropatterning and Assembly of 3D Microvessels

In vitro platforms to study endothelial cells and vascular biology are largely limited to 2D endothelial cell culture, flow chambers with polymer or glass based substrates, and hydrogel-based tube formation assays. These assays, while informative, do not recapitulate lumen geometry, proper extracellular matrix, and multi-cellular proximity, which play key roles in modulating vascular function. This manuscript describes an injection molding method to generate engineered vessels with diameters on the order of 100 &#181;m. Microvessels are fabricated by seeding endothelial cells in a microfluidic channel embedded within a native type I collagen hydrogel. By incorporating parenchymal cells within the collagen matrix prior to channel formation, specific tissue microenvironments can be modeled and studied. Additional modulations of hydrodynamic properties and media composition allow for control of complex vascular function within the desired microenvironment. This platform allows for the study of perivascular cell recruitment, blood-endothelium interactions, flow response, and tissue-microvascular interactions. Engineered microvessels offer the ability to isolate the influence from individual components of a vascular niche and precisely control its chemical, mechanical, and biological properties to study vascular biology in both health and disease.

This manuscript presents an injection molding method to engineer microvessels that recapitulate physiological properties of endothelium. The microfluidic-based process creates patent 3D vascular networks with tailorable conditions, such as flow, cellular composition, geometry, and biochemical gradients. The fabrication process and examples of potential applications are described.

Micropatterning ve 3D mikrodamarlar Meclisi

In vitro platforms to study endothelial cells and vascular biology are largely limited to 2D endothelial cell culture, flow chambers with polymer or glass ...

Biyomühendislik

Design and Development of a Three-Dimensionally Printed Microscope Mask Alignment Adapter for the Fabrication of Multilayer Microfluidic Devices

This project aims to develop an easy-to-use and cost-effective platform for the fabrication of precise, multilayer microfluidic devices, which typically can only be achieved using costly equipment in a clean room setting. The key part of the platform is a three dimensionally (3D) printed microscope mask alignment adapter (MMAA) compatible with regular optical microscopes and ultraviolet (UV) light exposure systems. The overall process of creating the device has been vastly simplified because of the work done to optimize the device design. The process entails finding the proper dimensions for the equipment available in the laboratory and 3D-printing the MMAA with the optimized specifications. Experimental results show that the optimized MMAA designed and manufactured by 3D printing performs well with a common microscope and light exposure system. Using a master mold prepared by the 3D-printed MMAA, the resulting microfluidic devices with multilayered structures contain alignment errors of &lt;10 &#181;m, which is sufficient for common microchips. Although human error through transportation of the device to the UV light exposure system can cause larger fabrication errors, the minimal errors achieved in this study are attainable with practice and care. Furthermore, the MMAA can be customized to fit any microscope and UV exposure system by making changes to the modeling file in the 3D printing system. This project provides smaller laboratories with a useful research tool as it only requires the use of equipment that is typically already available to laboratories that produce and use microfluidic devices. The following detailed protocol outlines the design and 3D printing process for the MMAA. In addition, the steps for procuring a multilayer master mold using the MMAA and producing poly(dimethylsiloxane) (PDMS) microfluidic chips is also described herein.

This project allows small laboratories to develop an easy-to-use platform for the fabrication of precise multilayer microfluidic devices. The platform consists of a three-dimensionally printed microscope mask alignment adapter using which multilayer microfluidic devices with alignment errors of &lt;10 &#181;m were achieved.

Çok Katmanlı Mikroakışkan Cihazların İmalatı için Üç Boyutlu Baskılı Mikroskop Maske Hizalama Adaptörü Tasarımı ve Geliştirilmesi

This project aims to develop an easy-to-use and cost-effective platform for the fabrication of precise, multilayer microfluidic devices, which typically ...

Computer Numerical Control Micromilling of a Microfluidic Acrylic Device with a Staggered Restriction for Magnetic Nanoparticle-Based Immunoassays

Microfluidic systems have greatly improved immunoassay techniques. However, many microfabrication techniques require specialized, expensive, or complicated equipment, making fabrication costly and incompatible with mass production, which is one of the most important preconditions for point-of-care tests (POCT) to be adopted in low-resource settings. This work describes the fabrication process of an acrylic (polymethylmethacrylate, PMMA) device for nanoparticle-conjugated enzymatic immunoassay testing using the computer numerical control (CNC) micromilling technique. The functioning of the microfluidic device is shown by performing an immunoassay to detect a commercial antibody using lysozyme as a model antigen conjugated to 100 nm magnetic nanoparticles. This device integrates a physical staggered restriction of only 5 &#181;m in height, used to capture magnetic microparticles that make up a magnetic trap by placing an external magnet. In this way, the magnetic force on the immunosupport of conjugated nanoparticles is enough to capture them and resist flow drag. This microfluidic device is particularly suitable for low-cost mass production without the loss of precision for immunoassay performance.

Microfluidics is a powerful tool for the development of diagnostic tests. However, expensive equipment and materials, as well as laborious fabrication and handling techniques, are often required. Here, we detail the fabrication protocol of an acrylic microfluidic device for magnetic micro- and nanoparticle-based immunoassays in a low-cost and simple-to-use setting.

Manyetik Nanopartikül Bazlı İmmünoassaylar için Kademeli Bir Kısıtlama ile Mikroakışkan Akrilik Cihazın Bilgisayar Sayısal Kontrol Mikrofrezelenmesi

Microfluidic systems have greatly improved immunoassay techniques. However, many microfabrication techniques require specialized, expensive, or ...

An Additive Manufacturing Technique for the Facile and Rapid Fabrication of Hydrogel-based Micromachines with Magnetically Responsive Components

Polyethylene glycol (PEG)-based hydrogels are biocompatible hydrogels that have been approved for use in humans by the FDA. Typical PEG-based hydrogels have simple monolithic architectures and often function as scaffolding materials for tissue engineering applications. More sophisticated structures typically take a long time to fabricate and do not contain moving components. This protocol describes a photolithography method that allows for facile and rapid microfabrication of PEG structures and devices. This strategy involves an in-house developed fabrication stage that allows for the rapid fabrication of 3D structures by building upwards in a layer-by-layer fashion. Independent moving components can also be aligned and assembled onto support structures to form integrated devices. These independent components are doped with superparamagnetic iron oxide nanoparticles that are sensitive to magnetic actuation. In this manner, the fabricated devices can be actuated using external magnets to yield movement of the components within. Hence, this technique allows for the fabrication of sophisticated MEMS-like devices (micromachines) that are composed entirely out of a biocompatible hydrogel, able to function without an onboard power source, and respond to a contact-less method of actuation. This manuscript describes the fabrication of both the fabrication set-up as well as the step-by-step method for the microfabrication of these hydrogels-based MEMS-like devices.

An additive manufacturing strategy for processing UV-crosslinkable hydrogels has been developed. This strategy allows for the layer-by-layer assembly of microfabricated hydrogel structures as well as the assembly of independent components, yielding integrated devices containing moving components that are responsive to magnetic actuation.

Teknik hidrojel tabanlı Micromachines manyetik olarak duyarlı bileşenleri ile Facile ve hızlı üretim için üretim bir katkı

Polyethylene glycol (PEG)-based hydrogels are biocompatible hydrogels that have been approved for use in humans by the FDA. Typical PEG-based hydrogels ...