Name: process of making three-dimensional microstructures using vaporization of a sacrificial component
Uploaded: 2013-11-02T17:00:00
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この作品はFA9550-12-1から0352までおよび3M非専任教員賞下AFOSR若手研究プログラムによってサポートされていました。著者は、このプロジェクトに関連した役立つ議論のためLalisa Stuttsとジャニーントムに感謝したいと思います。著者は、その施設の使用を可能にするために、カリフォルニア大学アーバイン校Calit2顕微鏡センターとレーザー分光施設に感謝します。ホッジハーランドとUCI物理科学マシンショップ、ツールの製作のために承認されます。ポリ（乳酸）酸繊維は寛大帝人モノフィラメントによって提供された。

1。犠牲繊維を触媒<ol><li>下周り（乳酸）、ポリ乳酸繊維¾カスタマイズスピンドルの所望の量をラップします。最大の表面積の露出を提供するために、繊維の重複を減らす。 </li><li>密閉瓶ディスパー130 40mlで脱イオンH 2 Oを混合し、均質な溶液が得られるまで振とうする。次いで、37℃の水浴1,000ミリリットルのビーカーに入れ、ビーカーにトリフルオロエタノールを注ぐ。使用する...

<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>

PLA繊維にSnOx触媒の導入は、繊維が低い温度で解重合することができます。これは、この場合にはPDMS、埋め込み樹脂の劣化を防止することができる。カスタムスピンドルが正しく処理溶液を（ 図5A）混合する必要があります。スピンドルはデジタルミキサに取り付ける中心コアを取り囲む6の支持棒から構成されている。繊維は、触媒溶液と接触してラッピング繊維の表面積が最?...

自然のシステムは、多くの生物学的機能を容易にするための広範な血管網を使用しています。質量輸送は体積比と最適化されたパッキング構造体に対して高い表面積に起因するこのようなシステムで効率的に達成することができる。多くの合成製造技術は、微小構造体を製造することができるが、既存の製造方法1-5と複雑さとの互換性を維持しながら、未大規模な微小血管を生成することができない。そのような鳥類の肺のような構造は、インスピレーションを提供します。どのように我々は大量輸送を向上させるためにこのような複雑の構造を作製するのですか？ 犠牲成分の蒸発（VASC）は、大規模で複雑 ​​な血管構造は6-7生成することができます。この方法は、熱解重合とポリの蒸発除去（乳酸）繊維テンプレートの逆数である中空チャネルを形成するために乳酸繊維を使用しています。これは、既存の製造と互換性犠牲テクニックです方法。メートルの長さ、円筒状のマイクロパターンがこの製造プロセスを用いて形成することができる。これは、自己修復ポリマーおよび7-10 3D微小炭素捕捉部として血管形成デバイスを作成するために使用することができる。 炭素捕捉部は、飛行中のその使用効率的なガス交換対重量比を提供する鳥類により肺に触発された。 parabronchus、高いガス交換率と構造的に安定したガス交換ユニットを提供する六角形パターン化されたマイクロチャネルから構成される。 3次元に整列機能を備えたマイクロ交換ユニットを作成するために、我々は、独立して、ギターのチューナーとレーザマイクロマシンプレートをカスタム設計された張力ボードを使用して繊維に張力をかける方法を開発した。各繊維は、繊維が実行されるプレートの穴を通って配置することによって設定された外部張力とパターンによって適所に保持される。

<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

自然のシステムにおける血管構造は、高い表面積及び最適化構造を介して高質量輸送を提供することができる。いくつかの合成材料の製造技術は、スケーラビリティを維持しながら、これらの構造の複雑さを模倣することができる。犠牲成分（VASC）プロセスの蒸発はそうすることができます。このプロセスは、マトリックス内に埋め込まれた中空円筒状のマイクロチャネルを形成するためのテンプレートとして犠牲繊維を使用する。スズ（II）シュウ酸（SnOx）は、このプロセスの使用を容易にポリ（乳酸）乳酸（PLA）繊維の中に埋め込まれている。 SnOxは、より低い温度でのPLA繊維の解重合を触媒する。乳酸モノマーは、これらの温度で気体であり、マトリックスに損傷を与えない温度で埋め込まれたマトリックスから除去することができる。ここでは、三次元的に配列されたマイクロチャネルの複雑なパターンを作成するマイクロマシンプレートとテンション装置を使用して、これらの繊維を整列させるための方法を示す。プロセスは繊維トポロジおよび構造の事実上すべての配置の探査を可能にします。

この手順は、樹脂内に埋め込まれた微小構造体の製造方法を提供する。これらの構造は、様々なパターン（ 図2）に適合することができる。微小血管ネットワークの構造は、犠牲繊維で形成することができる構造によって制限される。 ガス透過性チャネル間膜を横切るように微小流路の並列配置を用いて、流体流との間のガス輸送が容易になる。これらのデ?...

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

犠牲成分（VASC）工程の気化を微小構造を作製するために使用される。この手順では、レーザーマイクロマシンガイドプレートが提供する正確な3D幾何学的なポジショニングと中空マイクロチャネルを形成するために犠牲（乳酸）、ポリ乳酸繊維を使用しています。

犠牲成分の蒸発を用いた三次元微細構造を作る過程

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

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製造、ち密化、および3Dカーボンナノチューブの微細構造のレプリカ成形

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

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