Name: process of making three-dimensional microstructures using vaporization of a sacrificial component
Uploaded: 2013-11-02T17:00:00
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Diese Arbeit wurde von der AFOSR Young Investigator Programm unter FA9550-12-1 bis 0352 und einem 3M Non-Tenured Faculty Award unterstützt. Die Autoren möchten Lalisa Stutts und Janine Tom für hilfreiche Diskussionen zu diesem Projekt danken. Die Autoren danken der Calit2 Microscopy Center und der Laserspektroskopie Einrichtung an der Universität von Kalifornien, Irvine zum Zulassen der Verwendung seiner Anlagen. Hodge Harland und die UCI Physical Sciences Machine Shop werden für die Herstellung von Werkzeugen anerkannt. Poly (Milchsäure) Säure Fasern wurden großzügig von Teijin Monofilament vorgesehen.

1. Catalyzing Opferfasern <ol><li> Wickeln der gewünschten Menge an Poly (Milchsäure) säure Fasern um den unteren ¾ kundenspezifischer Spindel. Reduzieren Faser Überlappung, um die maximale Fläche Belichtung liefern. </li><li> Mix deionisiertes H 2 O mit 40 ml Disperbyk 130 in einer geschlossenen Flasche und schütteln, bis eine homogene Lösung erhalten wird. Dann legen Sie eine 1.000 ml Becherglas in einem Wasserbad bei 37 ° C und gießen Trifluoräthanol in das Becherglas. Die Menge an H 2</s...

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

Die Einführung des Katalysators in den SnOx PLA-Fasern können die Fasern bei einer niedrigeren Temperatur depolymerisieren. Hierdurch wird der Abbau der Einbettung Harz, in diesem Fall PDMS. Eine benutzerdefinierte Spindel wird benötigt, um richtig mischen die Behandlung Lösung (5A). Die Spindel wird von sechs Tragstäbe um einen zentralen Kern, der mit einem digitalen Mischpult legt zusammen. Die Fasern sind um die Tragstangen, so daß die Oberfläche der Umhüllung Fasern in Kontakt mit der kataly...

Natürliche Systeme verwenden umfangreichen Gefäßnetze viele biologische Funktionen zu erleichtern. Der Stofftransport kann effizient in solchen Systemen durch hohen Oberflächen-zu-Volumen-Verhältnisse und optimierte Verpackung Strukturen erreicht werden. Während viele synthetische Herstellungstechniken mikrovaskulären Strukturen erzeugen kann, kann keiner produzieren großen Mikrovaskulatur während Komplexität und Kompatibilität mit bestehenden Herstellungsverfahren 1-5. Bauwerke wie die Vogellunge bieten eine Inspiration. Wie können wir fabrizieren Strukturen dieser Komplexität für die Verbesserung Stofftransport? Die Verdampfung eines Sacrificial Komponente (Vasc) produzieren können große, komplexe Strukturen microvascular 6-7. Bei diesem Verfahren wird die thermische Depolymerisation und Abdampfen von Poly (milchsäure)-säure Fasern hohle Kanäle, die das Inverse der Faser Schablone zu bilden. Dies ist eine Opfer-Technik kompatibel mit bestehenden FertigungMethoden. Meter langen, zylindrischen Mikrokanalmuster können unter Verwendung dieses Herstellungsprozesses werden. Dies kann verwendet werden, um vascularized Geräte wie selbstheilende Polymere und 3D microvascular Carbon Capture Einheiten 7-10 schaffen. Die Carbon Capture Einheiten wurden von der aviären Lunge, die eine effiziente Gas-Austausch-Gewichts-Verhältnis bietet aufgrund seiner Verwendung im Flug inspiriert. Die parabronchus wird von hexagonal strukturierte Mikrokanäle, die hohen Gas-Wechselkursen und strukturell stabil Gasaustausch Einheiten bietet zusammen. Um den Austausch mit mikro-Einheiten bietet in drei Dimensionen ausgerichtet zu erstellen, entwickelten wir ein Verfahren zum Spannen unabhängig Fasern mit einem individuell gestalteten Spannung Board mit Guitar Tuner und Laser-Mikrobearbeitung Platten. Jede Faser wird durch externe Spannung gehalten wird und das Muster wird durch die Anordnung von Löchern in der Platte, durch welche die Fasern laufen soll.

<table border="1">
	<tbody>
		<tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Reagent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tin (II) oxalate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>402761</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Disperbyk 130</td>
			<td>BYK Additives &#38; Instruments</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trifluoroethanol</td>
			<td>Halocarbon</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Malachite Green (technical grade)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>M6880</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium hydroxide (&#8805;98%, pellets)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>S5881</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polydimethylsiloxane (PDMS)</td>
			<td>Dow Corning</td>
			<td>3097358-1004</td>
			<td>Distributed from Ellsworth Adhesives</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Poly(lactic) acid fibers</td>
			<td>Teijin Monofilament</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Material</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>RW 20 Digital Mixer</td>
			<td>IKA</td>
			<td>3593001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Desiccator Jar</td>
			<td>Pyrex</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vacuum Oven</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Third Hand</td>
			<td>Jameco Electronics</td>
			<td>26690</td>
			<td>Plate holder</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glue Gun</td>
			<td>Stanley</td>
			<td>GR20L</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PLA Spindle</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Custom made</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tensioning Board</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Custom made</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

process of making three-dimensional microstructures using vaporization of a sacrificial component

Vaskulären Strukturen in natürlichen Systemen sind in der Lage, hohe Massentransport durch große Oberfläche und optimierte Struktur bereitzustellen. Wenige Kunststoff Herstellungstechniken können, um die Komplexität dieser Strukturen nachzuahmen, während Skalierbarkeit. Die Verdampfung eines Sacrificial Komponente (Vasc) Prozess ist in der Lage, dies zu tun. Dieses Verfahren verwendet Opferfasern als Vorlage zu hohlen, zylindrischen Mikrokanäle in einer Matrix eingebettet sind. Zinn (II)-oxalat (SnO x) in Poly (Milchsäure) Säure (PLA) Fasern, die die Verwendung dieses Verfahrens erleichtert eingebettet. Die SnOx katalysiert die Depolymerisation des PLA-Fasern bei niedrigeren Temperaturen. Die Milchsäure-Monomeren gasförmig sind bei diesen Temperaturen und kann von der Matrix eingebettet, die bei Temperaturen nicht schaden der Matrix entfernt werden. Hier zeigen wir ein Verfahren zum Ausrichten dieser Fasern mit mikrobearbeiteten Platten und eine Spannvorrichtung komplexe Muster von dreidimensional angeordneten Mikrokanälen zu schaffen.Das Verfahren ermöglicht die Erforschung von praktisch jeder Anordnung von Faser-Topologien und Strukturen.

Dieses Verfahren stellt ein Verfahren zur Herstellung mikrovaskulären Strukturen in einem Harz eingebettet sind. Diese Strukturen können in einer Vielzahl von Mustern (Fig. 2) entsprechen. Die Struktur des mikrovaskulären Netzwerk nur durch die Strukturen, die mit den Opferfasern gebildet werden können, begrenzt. Ein paralleler Anordnung der mikrovaskulären Kanäle Gastransport zwischen Fluidströmen erleichtert als Gase durchlaufen eine durchlässige Membran zwischen d...

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

Die Verdampfung eines Sacrificial Komponente (Vasc)-Prozess wird verwendet, um mikrovaskulären Strukturen herzustellen. Bei diesem Verfahren wird Opfer Poly (Milchsäure) Säure Fasern hohl Mikrokanäle mit präzisen geometrischen 3D-Positionierung durch Laser-Mikrobearbeitung Leitbleche vorgesehen bilden.

Verfahren zur Herstellung von dreidimensionalen Mikrostrukturen mit Verdampfung eines Opferbauteil

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

Research

JoVE Journal

Engineering

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

Fabrication, Verdichtung, und Replica Molding von 3D-Carbon Nanotube Mikrostrukturen

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

Forschung

Ingenieurwesen

Synthesis of Phase-shift Nanoemulsions with Narrow Size Distributions for Acoustic Droplet Vaporization and Bubble-enhanced Ultrasound-mediated Ablation

Synthese von Phase-shift Nanoemulsionen mit enger Größenverteilung für Acoustic Droplet Vaporisation und Bubble-enhanced Ultraschall-vermittelte Ablation

High-intensity  focused ultrasound (HIFU) is used clinically to thermally ablate tumors. To  enhance localized heating and improve thermal ablation in ...

High-resolution, High-speed, Three-dimensional Video Imaging with Digital Fringe Projection Techniques

High-Auflösung, High-Speed-, Three-dimensional Imaging mit Digital-Video-Streifenprojektionstechnik

Digital fringe projection (DFP) techniques provide dense 3D measurements of dynamically changing surfaces.&#160;Like the human eyes and brain, DFP uses ...

Development of an Experimental Setup for the Measurement of the Coefficient of Restitution under Vacuum Conditions

Entwicklung eines Versuchsaufbau zur Messung des Restitutionskoeffizienten unter Vakuumbedingungen

The Discrete Element Method is used for the simulation of particulate systems to describe and analyze them, to predict and afterwards optimize their ...

Fabrication Process of Silicone-based Dielectric Elastomer Actuators

Herstellungsverfahren einer Silikonbasis Dielectric Elastomer Actuators

This contribution demonstrates the fabrication process of dielectric elastomer transducers (DETs). DETs are stretchable capacitors consisting of an ...

Using Synchrotron Radiation Microtomography to Investigate Multi-scale Three-dimensional Microelectronic Packages

Mit Synchrotronstrahlung Mikrotomographie Mehrskalige Dreidimensionale Mikroelektronische Bauteile zur Untersuchung

Synchrotron radiation micro-tomography (SR&#181;T) is a non-destructive three-dimensional (3D) imaging technique that offers high flux for fast data ...

Three-dimensional Particle Tracking Velocimetry for Turbulence Applications: Case of a Jet Flow

Dreidimensionale Particle Tracking Velocimetry für Turbulence Anwendungen: Fall eines Jet Fluss

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Herausforderungen in rheologische Charakterisierung von hochkonzentrierten Suspensionen - Eine Fallstudie für Serigrafie Silberpasten

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Predicting Catalyst Extrudate Breakage Based on the Modulus of Rupture

Vorhersage Katalysator Extrudat Bruch basierend auf der e-Modul des Bruches

The mechanical strength of extruded catalysts and their natural or forced breakage by either collision against a surface or by a compressive load in a ...

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Dreidimensionale Ultraschall Nadel Tipp Tracking mit einem Glasfaser-Ultraschall-Empfänger

Ultrasound is frequently used for guiding minimally invasive procedures, but visualizing medical devices is often challenging with this imaging modality. ...