Name: microfluidic fabrication of polymeric and biohybrid fibers with predesigned size and shape
Uploaded: 2014-01-08T13:45:00
Duration: 7 min 38 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Microfluidic Fabrication of Polymeric and Biohybrid Fibers with Predesigned Size and Shape at JoVE.com

Дэррил А. Бойд и Майкл А. Даниэле являются научными стипендиатами Национального исследовательского совета. Работа была поддержана подразделениями ONR/NRL 4286 и 9899. Мнения авторов не отражают мнения или политику ВМС США или Министерства обороны.

<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>

Патенты, перечисленные в ссылках, доступны для лицензирования от Департамента военно-морского флота<a href="http://www.nrl.navy.mil/doing-business/tech-transfer/">(http://www.nrl.navy.mil/doing-business/tech-transfer/).</a>

Изготовление полимерных волокон с использованием подхода оболочки потока имеет несколько преимуществ по сравнению с другими методами изготовления волокна. Одним из таких преимуществ является способность изготавливать волокна с использованием различных комбинаций реагентов. Хотя конкретные thiol-yne комбинация была представлена здесь, несколько других thiol нажмите (в том числе thiol-ene) химии комбинации работают одинаково хорошо. Широкий спектр других комбинаций могут быть использованы для производства волокон до тех пор, как оболочка решение неправильно с основным материалом, который будет полимеризована. Включения, такие как нановофиберы, частицы и клетки также возможны до тех пор, пока учитывается вклад этих добавок в вязкость преполимерного раствора.
Thiol нажмите химии является подмножеством нажмите химии семьи, в которой комплекс с группой тиола может быть ковалентно прилагается к комплексу либо алкен (двойная связь) или alkyne (тройной связи) функциональной группы УФ-излучения фотополимеризации. Реакции с участием alkenes называются тиол-эне реакции, и реакции с участием алкинов называются тиол-yne реакции. Одна пи-связь (от алкена или алкины) будет прикрепляться к одной группе тиола при облучению ультрафиолетовым светом. Этот процесс хорошо вписывается в семейство кликов реакций и был эффективно использован в нашем микрофлюидном канале для производства волокон различных форм(например, круглые, лентообразные, двойной якорь) из многочисленных тиол нажмите стартовых компонентов.
Специфическим преимуществом метода, изложенного здесь по сравнению с большинством других подобных процессов, является способность контролировать как форму, так и размер производимых волокон(цифры 4A-H). При проектировании канала, чтобы иметь полосы, шевроны, или елочка, волокна производства будет иметь различные поперечные формы. Как правило, полосы полезны для создания круглых форм или для введения дополнительных потоков оболочки, чтобы полностью окружить ранее сформированные потоки и переместить их от стен канала до полимеризации. Шевроны уменьшают вертикальное измерение в центре формы потока, сохраняя горизонтальную симметрию. Елочки уменьшают вертикальное измерение одной стороны формового потока, создавая асимметрию. Эти инструменты формирования могут быть смешаны в бесчисленных комбинациях. Количество эквивалентных объектов(т.е. 7 шевронов против 10 шевронов) также может быть использовано для производства волокон с различными поперечных профилей.
В дополнение к способности контролировать форму волокна, представленная методология изготовления волокон также дает возможность контролировать размер изготовленных волокон, даже используя одну сборку потока оболочки(например, рисунок 1). Корректировка соотношения оболочки:основной скорости потока является одним из средств изготовления волокон с различными поперечных областях. Также можно контролировать размер волокна, регулируя конструкцию канала, чтобы иметь дополнительные этапы оболочки. Независимо от того, происходит ли формирование на одном или нескольких этапах, можно использовать простую заключительную стадию для уменьшения размера ядра без изменения формы.
Легкость, с которой множество комбинаций реагентов могут быть использованы для производства волокон различных форм и размеров с помощью этого микрофлюидного канала дизайн окажется полезным в широком диапазоне применений, от тканевой инженерии для оптических коммуникаций для умных текстиля.

Ткань леса 1 ,композитныематериалы 2 ,оптическиекоммуникации 3, и проводящих гибридныхматериалов 4 являются областями исследований с использованием специализированных полимерных волокон. Обычные методы изготовления волокон включают экструзию расплава, спиннинг, рисование, литье и электроспиннинг. Большинство полимерных волокон, производимых этими методами, демонстрируют круглые поперечные сечения, порожденные поверхностным натяжением между полимером и воздухом во время изготовления. Тем не менее, волокна с некрутыми поперечными сечениями могут повыситьмеханические свойства композитных материалов 5,6,увеличить соотношение площади поверхности к объему, контролировать смачиваниеили wicking 7, и быть использованы в качестве волновыхгидов 8 или поляризаторов 9.
Производство специализированных полимерных волокон микрофлюидными системами, использующими один поток (поток оболочки) для окружения и формирования другого потока (основного потока), является привлекательным из-за мягких условий и способности к непрерывному производству высокоразвеченных волокон. Первоначальные эксперименты производили круглые волокна с размерами, зависящими от относительных темпов потока преполимера и оболочкижидкостей 10-12. Открытие того, что канавки в верхней и нижней части микрофлюидного канала может отвлечь оболочку для получения заранее определеннойформы для основного потока 13,14 привело к технологии для генерации болеесложных форм волокна 10-12,15-17.
NRL следователи продемонстрировали следующие критические техническиеособенности 13-21:
<ol><li>Различные функции формирования могут быть использованы для на direct оболочки жидкости для формирования основного потока: канавки или хребты могут быть настроены как полосы, шевроны, или елочка.</li>
	<li>Набор инструментов этих функций можно сопоставить с желаемым результатом потока.</li>
	<li>Микроканалы могут быть созданы с использованием литографии, литья, фрезерования или методов печати. Субстратные материалы не должны растворяться или разрушаться в преполимерных или оболочках, а для фотоинициализированных полимеризаций внешние слои должны быть прозрачными для ультрафиолетового света.</li>
	<li>Форма, созданная одним набором функций формирования, может быть изменена путем изменения тарифов потока через канал. Мультифизика COMSOL, моделирование потока жидкости в микроканале, способно предсказать полученные формы жидкости и волокна.</li>
	<li>Соответствие вязкости и фазы (гидрофильности) оболочки и основных жидкостей имеет решающее значение, чтобы избежать нестабильности типа пряжки, возникающие из-за изменения деформации стрижки через интерфейс жидкости. Если есть большая вязкость или фазовое несоответствие вязкое раскряжевки может произойти, возможно, деформации окончательной формы волокна или даже засорения микроканал.</li>
	<li>Волокна могут образовыться путем литья или полимеризации, но полимеризация обеспечивает больше контроля над формой.</li>
	<li>Полимеризация (затвердевание основной жидкости) должна происходить до выхода из микроканал. Однако более медленная полимеризация в канале может привести к увеличению вязкости, влияя на форму волокна или даже засорение канала. Необходимо тщательно контролировать время и место проведения мероприятий по полимеризации.</li>
	<li>Из-за их быстрой реакции кинетики, фото-индуцированной свободных радикальных полимеризации, особенно на основе тиола нажмите химии, особенно хорошо подходят для производства волокон.</li>
	<li>Относительные темпы потока могут быть изменены во время изготовления для создания неуниформных диаметров волокон.</li>
	<li>Несколько групп формирующих функций могут быть интегрированы в единый канал по следующим причинам:<ol type="a">
<li>Отделить функции формирования и размера</li>
		<li>Создание многослойных или полых волокон</li>
		<li>Производство нескольких волокон из одного микрофлюидного канала</li>
	</ol>
</li>
	<li>Кристаллические мезогены, включенные в полимер в очень низких концентрациях, обладают бирифрингом при поляризованном свете, что позволяет предположить, что молекулы полимера могут быть выровнены вдоль оси волокон.</li>
	<li>Клетки могут быть включены в биосовместимые преполимеры гидрогеля и выжить процесс изготовления с высокойжизнеспособностью 22.</li>
</ol>При изготовлении полимерных волокон с использованием гидродинамической фокусировки потоком оболочки для формирования преполимерного потока выбор полимерных материалов является практическим первым шагом. Соответствующие полимеры, соответствующие химические установки и оболочки жидкости должны быть определены в рамках следующих руководящих принципов:
<ol><li>Полимерные и оболочки жидкости являются неодобовежительными и имеют аналогичную вязкость. Например, аквиозный раствор мономера может использовать воду в качестве жизнеспособной оболочки жидкости, но не может использовать шестиугольный в качестве оболочки жидкости.</li>
	<li>Механизм полимеризации должен иметь достаточно быструю кинетическую скорость, чтобы укрепить основную жидкость после формирования и непосредственно перед выходом волокна из канала.</li>
</ol>После того, как материалы были выбраны, микроканал для создания желаемой формы волокна и размера должны быть разработаны. Для определения необходимых функций формирования (полосы, елочка, шевроны), вычислительное программное обеспечение динамики жидкости могут быть использованы для прогнозирования моделей потока жидкости. Формирующие особенности транспортируют оболочку жидкости вокруг основной жидкости. Как правило, полосы перемещают оболочку жидкости по верхней и нижней части канала с одной стороны на другую, в то время как елочка и шевроны перемещают жидкость от сторон к верхней и / или нижней части канала, а затем обратно к центру канала непосредственно под точкой структуры. Количество повторяющихся канавок в верхней и нижней части канала влияет на степень, в которой оболочка жидкости направлена. Соотношение скорость потока основной и оболочки жидкости также посредником эффект. Моделирование с использованием программного обеспечения COMSOL Multiphysics доказало свою надежность в оценке взаимодействий формирующих функций и соотношения скорости потока для прогнозирования поперечной формы. Эти моделирования также дают полезную информацию о распространении растворов между ядром и оболочкой с размером канала, вязкостью и предлагаемыми темпами потока.
При желании сложной формы, например, "двойной якорь", описанный в Boyd et al. 23, полезно разделить функции формирования и размера. Сложная форма может быть создана с одним набором функций, а затем стратегически размещены одной канавки структуры, размещенные на входе второй оболочки поток может быть использован для уменьшения поперечной области полимеризируемого потока без существенного изменения его формы.
Другой пример сложной конструкции микроканал может генерировать многослойные волокна. В этой конструкции вводятся последовательные наборы формирующих функций и дополнительных облицовочных жидкостей. Эти концентрические потоки могут быть затвердевали в твердые волокна облицовки ядра или полые трубки. Пример этого устройства будет представлен ниже.
После того, как дизайн микрофлюидного устройства был выбран, процесс изготовления микроканал может начаться. Инструменты изготовления, которые могут быть использованы включают мягкую литографию, чпучение, горячее тиснение и 3D-печать. Независимо от используемых инструментов, важно понимать, что функции, случайно введенные в стену микрофлюидного канала, также будут направлять поток оболочки и могут привести к весьма воспроизводимым отклонениям в поперечной форме всех волокон, сделанных с помощью этого устройства. Материалы микроканального субстрата также должны быть тщательно отобраны для физической надежности, химически инертной и устойчивой к УФ-повреждениям. Например, поликиметилсилоксан (PDMS) может быть легко отлит, обеспечивает прокладку, как уплотнения, и уф-прозрачный; PDMS полезен для прозрачной верхней части канала, но не для сторон и нижней части канала, которые нуждаются в большей жесткости.
В конечном счете, путем введения правильно выбранного ядра и оболочки жидкости на скорость потока предсказал моделирования динамики жидкости, формирование функции будут генерировать соответствующий профиль жидкости и вниз по течению УФ-лечения лампы будет затвердевать разработанные полимерные волокна. Непрерывная экструзия полимеризованных волокон из канала может обеспечить воспроизводимые волокна длиной, ограниченные только объемом резервуаров жидкости.

<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

"Оболочка" жидкости, проходящей через микрофлюидный канал при низком количестве Рейнольдса может быть направлена вокруг другого "основного" потока и используется для диктовать форму, а также диаметр основного потока. Grooves в верхней и нижней части микрофлюидного канала были разработаны, чтобы направить оболочки жидкости и формы основной жидкости. Сопоставляя вязкость и гидрофиличность оболочки и основных жидкостей, межрасовые эффекты сводятся к минимуму и могут образовы образованы сложные формы жидкости. Контроль относительных темпов потока оболочки и основных жидкостей определяет поперечную область основной жидкости. Волокна были произведены с размерами от 300 нм до 1 мм, и волокна поперечные сечения могут быть круглыми, плоскими, квадратными или сложными, как в случае с двойными волокнами якоря. Полимеризация основной жидкости вниз по течению от формирующейся области затвердевает волокна. Фотоинициализированные химии кликов хорошо подходят для быстрой полимеризации основной жидкости путем облучения ультрафиолетовым светом. Волокна с широким спектром форм были произведены из списка полимеров, включая жидкие кристаллы, поли (метилметакрилат), тиол-эн и тиол-тайн смолы, полиэтиленгликоль, и гидрогель производных. Минимальный слять во время процесса формирования и мягкие условия полимеризации также делает процесс изготовления хорошо подходит для инкапсуляции клеток и других биологических компонентов.

Простой 2-сценический дизайн, используя формовонные канавки и три ввода раствора, был использован для создания полых волокон(рисунок 1). Моделирование COMSOL было использовано для определения соответствующих коэффициентов скорости потока для получения желаемого поперечного размера(рисунок 1, ESI Video). Сочетание фрезерования и литья производится компоненты для сборки оболочки потока для изготовления волокон (Рисунок 2). Полная сборка включала в себя устройство потока оболочки, волоконно-оптический ультрафиолетовый лазер, три шприца насосы, коллекция ванны (стакан), и волокна сбора катушки (Рисунок 3).
Полимеризация облицовочных материалов была инициирована источником УФ-излучения, а полые волокна были экструдированы из микроканал в упаковочной ванне. Волокно формировалось и собиралось непрерывно до тех пор, пока уфимный свет не был выключен. Производство волокон продолжалось в течение нескольких минут и генерируется одно волокно более метра в длину. Волокна, сделанные в этих условиях, были примерно 200 мкм в диаметре. Структура волокон была визуализирована с помощью оптической и электронной микроскопии. Волокна имели овальную форму с полым ядром. Капиллярное действие было использовано для введения жидкости и пузырьков в внутреннюю часть волокна и подтвердило, что полая структура была непрерывной по длине волокна(рисунок 4A).
<img alt="Figure 1" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/50958/50958fig1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50958/50958fig1.jpg"> Рисунок 1. Конструкция устройства потока оболочки и данные COMSOL. Двухсеголовое устройство изготовления с прямыми канавками было выбрано для производства полого волокна (повернутого вокруг х-оси 45"). Моделирование COMSOL слева демонстрирует, как коэффициенты потока оболочки (числа ниже каждого моделирования) влияют на конечный размер полых волокон. Поперечное сечение микроканал составляет 1 мм х 0,75 мм, а полосы шириной 0,38 мм и глубиной 250 мкм. Полосы находятся на ∠45 " по отношению к каналу.
<img alt="Figure 2" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/50958/50958fig2highres.jpg" width="500"> Рисунок 2. Взорван вид сборки потока оболочки. Сверху вниз, ( A )входчак, ( B )крепежнаяпластина, ( C )микроканальнойкрышкой, ( D )микроканальнойбазы, (E) крепления пластины. Компоненты изготовлены из алюминия, алюминия, COC (или PDMS), COC (или PEEK) и алюминия, соответственно. Регулярно размещаемые отверстия вмещают сборочные винты.
<img alt="Figure 3" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/50958/50958fig3highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50958/50958fig3.jpg"> Рисунок 3. Фотография макета и схематический обзор. Установка включает в себя сборку оболочки потока обеспеченных вертикально над стаканом, содержащим ванну для воды, волоконно-оптический лазер для фотополимеризации, три шприц насоса, и шпиндель для сбора полимерных волокон. Вставка показывает сборку изготовления с УЛЬТРАФИОЛЕТОВЫм освещением. (A) Оболочка и основные входы, (B) микрофлюидный канал, ( C )УФ-излучение,(D) резервуар сбора, (E) полимеризованное волокно собирается.
<img alt="Figure 4" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/50958/50958fig4highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50958/50958fig4.jpg"> Рисунок 4. Оптические и сканирующие электронные микрографические изображения волокон, сделанные с использованием гидродинамической фокусировки. Волокна были изготовлены в следующих формах с использованием гидродинамической фокусировки: (A) Полыетрубки,( B ) Прямоугольные ленты, (C) Тонкие эластичные ленты, (D) Треугольники, (E) Фасоль, ( F )Строкажемчуга, ( G )Круглое волокно совстроенной углеродной нановолокна, и (H) Двойной якорь формы. Волокна изготовлены из различных материалов, включая акрилаты, метакрилаты и тиол-эны.
 <a href="/files/ftp_upload/50958/ESI_Video.mp4" target="_blank">ESI Видео.</a> Фрагмент сюжета, выполненного в COMSOL Multiphysics, изображающий половину микроканал с ядром, облицовкой и оболочкой жидкостей, походящих в устройство и пересекающих двухступенчатый поток изменения диагональной полосой канавки. Скорость потока ядра, облицовки и оболочки моделируется 1, 28 и 256 мкл/мин соответственно. Видео представляет 6 сек в режиме реального времени, замедлился в 6 раз для иллюстративных целей.

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

Две соседние жидкости, проходящие через рифленый микрофлюидный канал, могут быть направлены на формирование оболочки вокруг преполимерного ядра; тем самым определяя как форму, так и поперечное сечение. Фотоинициалированная полимеризация, такая как химия кликов thiol, хорошо подходит для быстрой затвердеть основной жидкости в микроволокно с заранее определенным размером и формой.

Микрофлюидное изготовление полимерных и биогибридных волокон с заранее разработанным размером и формой

A &#8220;sheath&#8221; fluid passing through a microfluidic channel at low Reynolds number can be directed around another &#8220;core&#8221; stream and ...

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Microfluidic Chip Fabrication and Method to Detect Influenza

Микрофлюидных Изготовление Чип и метод для выявления гриппа

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

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 ...

Polymeric Microneedle Array Fabrication by Photolithography

Полимерные микроиглы массив Изготовление по фотолитографии

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

Изготовление биоактивными, PCL основе &quot;Self-установки&quot; памятью формы полимеров Scaffold

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

Микрожидком Платформа Точность Малый объем пробы обработке и использовании в биологических Размер Отдельные частиц с акустической микроустройство

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

Изображение наведением, на основе лазера Изготовление сосудисто-производных микрожидком сетей

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

Изготовление Трехмерная бумаги на основе микрожидком Устройства для иммуноанализа

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

Microfluidic Platform with Multiplexed Electronic Detection for Spatial Tracking of Particles

Микрожидкостных Платформа с уплотненными электронным детектором для пространственного слежения частиц

Microfluidic processing of biological samples typically involves differential manipulations of suspended particles under various force fields in order to ...

Scalable Fabrication of Stretchable, Dual Channel, Microfluidic Organ Chips

Масштабируемые изготовление растягивается, двойной канал, орган Microfluidic фишки

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

Микрофлюидная платформа для стимулирования хондроцитов с динамическим сжатием

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