Name: process of making three-dimensional microstructures using vaporization of a sacrificial component
Uploaded: 2013-11-02T17:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Process of Making Three-dimensional Microstructures using Vaporization of a Sacrificial Component at JoVE.com

Detta arbete stöddes av AFOSR Young Investigator program inom FA9550-12-1-0352 och en 3M Icke-tenured Faculty Award. Författarna vill tacka Lalisa Stutts och Janine Tom för hjälp diskussion kring detta projekt. Författarna tackar Calit2 Mikroskopi Center och Laserspektroskopi Facility vid University of California, Irvine för att tillåta användning av sina anläggningar. Hodge Harland och UCI Physical Sciences Machine Shop är erkända för tillverkning av verktyg. Poly (mjölksyra) var sura fibrer generöst tillhandahålls av Teijin Monofilament.

Ett. Katalyserande offerfibrerna <ol><li> Vira den önskade mängden av poly (mjölk) syra fibrer runt nedre ¾ av kundanpassade spindel. Minska fiber överlappning för att ge maximal exponering yta. </li><li> Blanda avjoniserat H2O med 40 ml Disperbyk 130 i en sluten flaska och skaka tills en homogen lösning erhålles. Placera sedan en 1000 ml bägare i ett vattenbad vid 37 ° C och häll trifluoretanol i bägaren. Mängden H2O och TFE att använda beror på PLA används fiber diameter. <table...

<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>

Införandet av SnOx katalysatorn i PLA fibrerna tillåter att fibrerna depolymerisera vid en lägre temperatur. Detta förhindrar nedbrytning av inbäddning harts, i detta fall PDMS. En anpassad spindel krävs för att riktig blanda behandlingslösningen (figur 5A). Spindeln är sammansatt av sex bärstängerna omger en central kärna som fäster till en digital bländare. Fibrerna är lindade kring stödstavarna så att ytarean av lindnings fibrerna i kontakt med den katalytiska lösningen maximeras. D...

Naturliga system använder omfattande vaskulära nätverk för att underlätta många biologiska funktioner. Mass transport kan uppnås effektivt i sådana system på grund av hög ytarea till volym-förhållanden och optimerade packning strukturer. Medan många syntetiska tillverkningstekniker kan producera mikrovaskulära strukturer, kan ingen producera storskalig mikrovaskulatur bibehållen komplexitet och kompatibilitet med befintliga tillverkningsmetoder 1-5. Strukturer såsom aviär lungan ger en inspiration. Hur fabricera vi strukturer av denna komplexitet för att öka masstransport? Förångning av en Sacrificial komponent (Vasc) kan producera storskaliga, komplexa mikrovaskulära strukturer 6-7. Denna metod använder den termiska depolymerisation och evaporativ avlägsnande av poly (mjölk) syra-fibrer för att bilda ihåliga kanaler som är det inverterade värdet av fibern mallen. Detta är en uppoffrande teknik kompatibel med befintlig tillverkningmetoder. Meter långa, cylindriska Mikrokanalplattor mönster kan formas med användning av detta tillverkningsprocessen. Detta kan användas för att skapa vaskulariserade enheter såsom självläkande polymerer och 3D mikrovaskulära kolenheter fånga 7-10. De koldioxidavskiljning enheter inspirerades av aviär lungan som ger en effektiv gas-utbyte-till-vikt-förhållande på grund av dess användning under flygning. Den parabronchus består av hexagonalt mönstrade mikrokanaler, vilket ger höga gasutbytesteknik och strukturellt stabila gas utbytesenheter. För att skapa Värmeväxlare med mikroskala funktioner inriktade i tre dimensioner, har vi utvecklat en metod för att självständigt spänna fibrer med hjälp av en specialdesignad spänning ombord med gitarr mottagare och laser-mikrobearbetade plattor. Varje fiber hålls på plats av extern spänning och mönstret bestäms av placeringen av hål i plattan genom vilken fibrerna löper.

<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

Vaskulära strukturer i naturliga system kan ge hög masstransport genom höga ytor och optimerad struktur. Några syntetmaterial tillverkningsteknik kan efterlikna komplexiteten i dessa strukturer samtidigt som skalbarhet. Förångning av en Sacrificial komponent (Vasc) process är kan göra det. Denna process använder offerfibrerna som mall för att bilda ihåliga, cylindriska mikrokanaler inbäddade i en matris. Tenn (II) oxalat (SnOx) är inbäddad i poly (mjölk) syra (PLA) fibrer, som underlättar användningen av denna process. Den SnOx katalyserar depolymerisation av PLA fibrerna vid lägre temperaturer. Mjölksyran monomererna är gasformiga vid dessa temperaturer och kan avlägsnas från den inbäddade matrisen vid temperaturer som inte skadar matrisen. Här visar vi en metod för att rikta dessa fibrer med mikrobearbetade plattor och en spännanordning för att skapa komplexa mönster av tre-dimensionellt grupperade mikrokanaler.Processen möjliggör utforskandet av praktiskt taget alla arrangemang av fibrer topologier och strukturer.

Detta förfarande tillhandahåller en metod för tillverkning mikrovaskulära strukturer inbäddade i ett harts. Dessa strukturer kan överensstämma med en mängd olika mönster (figur 2). Strukturen för den mikrovaskulära nätverket är endast begränsad av de strukturer som kan bildas med offerfibrerna. Använda ett parallellt arrangemang av mikrovaskulära kanaler, gas transporter mellan fluidumströmmar underlättas som gaser passera en genomsläpplig inter-kanals mem...

Watch this Scientific Journal Video about Process of Making Three-dimensional Microstructures using Vaporization of a Sacrificial Component at JoVE.com

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

Förångningen av en Sacrificial komponent (Vasc) process används för att tillverka mikrovaskulära strukturer. Denna procedur använder uppoffrande poly (mjölksyra) sura fibrer för att bilda ihåliga mikrokanaler med exakt 3D geometriska positionering från laser mikrobearbetade styrplattor.

Processen att göra tredimensionella mikrostrukturer med förångning av en Sacrificial Component

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

Tillverkning, Förtätning och Replica Formning av 3D mikrostrukturer Nanorör

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

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

Syntes av fasförskjutning nanoemulsioner med smala storleksfördelningar för akustiska Droplet förångning och Bubble-förstärkt ultraljud-medierad 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

Högupplöst, hög hastighet, tredimensionell video Imaging med Digital Fringe Projection Tekniker

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

Utveckling av en experimentuppställning för mätning av Coefficient of Restitution under vakuumbetingelser

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

Tillverkningsprocessen av silikon-baserade dielektriska Elastomer ställdon

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

Använda Synchrotron Radiation Microtomography att undersöka Multi skala Tredimensionella Microelectronic paket

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

Tredimensionell Partikel Tracking Velocimetry för turbulens Applications: Fallet med en Jet Flow

3D-PTV is a quantitative flow measurement technique that aims to track the Lagrangian paths of a set of particles in three dimensions using stereoscopic ...

Challenges in Rheological Characterization of Highly Concentrated Suspensions &#8212; A Case Study for Screen-printing Silver Pastes

Challenges in Rheological Characterization of Highly Concentrated Suspensions ÃƒÆ’Ã‚Â¢ÃƒÂ¢Ã¢â‚¬Å¡Ã‚Â¬ÃƒÂ¢Ã¢â€šÂ¬Ã‚Â A Case Study for Screen-printing Silver Pastes

Utmaningar i Reologisk karakterisering av högkoncentrerade Avstängningar - en fallstudie för screentryck Silver Pastor

A comprehensive rheological characterization of highly concentrated suspensions or pastes is mandatory for a targeted product development meeting the ...

Predicting Catalyst Extrudate Breakage Based on the Modulus of Rupture

Att förutse katalysator Extrudate brott baserat på modulusen av brista

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 ...

Three-Dimensional Ultrasonic Needle Tip Tracking with a Fiber-Optic Ultrasound Receiver

Tredimensionellt ultraljud nål spets spårning med en fiberoptisk ultraljud mottagare

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