Name: prescribed 3-d direct writing of suspended micron/sub-micron scale fiber structures via a robotic dispensing system
Uploaded: 2015-06-12T13:00:00
Duration: 10 min 36 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Prescribed 3-D Direct Writing of Suspended Micron/Sub-micron Scale Fiber Structures via a Robotic Dispensing System at JoVE.com

This work is supported by the NSF-EPSCoR (grant #0814194) and the Department of Bioengineering.

<ol>
	<li>Andrew, K. E., Glenn, D. P., Simon, M. C., Dietmar, W. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Combining+Electrospun+Scaffolds+with+Electrosprayed+Hydrogels+Leads+to+Three-Dimensional+Cellularization+of+Hybrid+Constructs.">Combining Electrospun Scaffolds with Electrosprayed Hydrogels Leads to Three-Dimensional Cellularization of Hybrid Constructs.</a> Biomacromolecules. 9 (8), 2097-2103 (2008).</li><li>Cho, S. M., Kim, Y. J., Kim, Y. S., Yang, Y., Ha, S. -. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+application+of+carbon+nanotube-polymer+composite+as+gas+sensing+materials.+Sensors.">The application of carbon nanotube-polymer composite as gas sensing materials. Sensors.</a> Proc. of IEEE. 2, 701-704 (2004).</li><li>Xu, F., Horak, P., Brambilla, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+microfiber+coil+resonator+refractometric+sensor.">Optical microfiber coil resonator refractometric sensor.</a> Optics Express. 15 (12), 7888-7893 (2007).</li><li>Dalton, P. D., Joergensen, N. T., Groll, J., Moeller, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Patterned+melt+electrospun+substrates+for+tissue+engineering.">Patterned melt electrospun substrates for tissue engineering.</a> Biomed. Mater. 3 (3), 034109 (2008).</li><li>Hadjizadeh, A., Doillon, C. J., Vermette, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bioactive+polymer+fibers+to+direct+endothelial+cell+growth+in+a+three-dimensional+environment.">Bioactive polymer fibers to direct endothelial cell growth in a three-dimensional environment.</a> Biomacromolecules. 8 (3), 864-873 (2007).</li><li>Xu, C. Y., Inai, R., Kotaki, M., Ramakrishna, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Aligned+biodegradable+nanofibrous+structure:+a+potential+scaffold+for+blood+vessel+engineering.">Aligned biodegradable nanofibrous structure: a potential scaffold for blood vessel engineering.</a> Biomaterials. 25 (5), 877-886 (2004).</li><li>You, Y. M., Lee, B. L. e. e. S. J., Lee, T. S., Park, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vitro+degradation+behavior+of+electrospun+polyglycolide,+polylactide,+and+poly(lactide-co-glycolide).">In vitro degradation behavior of electrospun polyglycolide, polylactide, and poly(lactide-co-glycolide).</a> J. Appl. Polym. Sci. 95 (2), 193-200 (2005).</li><li>Berry, S., 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=Endothelial+cell+scaffolds+generated+by+3D+direct+writing+of+biodegradable+polymer+microfibers.">Endothelial cell scaffolds generated by 3D direct writing of biodegradable polymer microfibers.</a> Biomaterials. 32 (7), 1872-1879 (2011).</li><li>Dalton, A. B., 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=Super-tough+carbon-nanotube+fibres.">Super-tough carbon-nanotube fibres.</a> Nature. 423, 703 (2003).</li><li>Dalton, A. B., 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=Continuous+carbon+nanotube+composite+fibers:+properties,+potential+applications,+and+problems.">Continuous carbon nanotube composite fibers: properties, potential applications, and problems.</a> J. Mater. Chem. , 1-3 (2004).</li><li>Sperling, L. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Introduction to physical polymer science. , 325-347 (1992).</li><li>Harfenist, S. 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=Direct+drawing+of+suspended+filamentary+micro-+and+nanostructures+from+liquid+polymers.">Direct drawing of suspended filamentary micro- and nanostructures from liquid polymers.</a> Nano. Lett. 4 (10), 1931-1937 (2004).</li><li>Yang, R. R., He, J. H., Xu, L., Yu, J. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bubble-electrospinning+for+fabricating+nanofibers.">Bubble-electrospinning for fabricating nanofibers.</a> Polymer. 50 (24), 5846-5850 (2009).</li><li>Berry, S., 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=Characterization+and+modeling+of+direct-write+fabrication+of+microscale+polymer+fibers.">Characterization and modeling of direct-write fabrication of microscale polymer fibers.</a> Polymer. 52 (7), 1654-1661 (2011).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Janome Desktop Robot JR2000N Series Operation Manual. , (2007).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Brookfield DV-II+ Programmable Viscometer Operating Manual, Manual No. M/97-164-B299. , (1999).</li><li>Flegler, S. L., Heckman, J. W., Klomparens, K. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Scanning and transmission electron microscopy : an introduction. , (1993).</li><li>Berry, S. M., Pabba, S., Cohn, R. W., Keynton, R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct-Write+Drawing+of+Carbon+Nanotube/Polymer+Composite+Microfibers.">Direct-Write Drawing of Carbon Nanotube/Polymer Composite Microfibers.</a> J. Nanomater. 2012, 1-8 (2012).</li><li>Berry, S. M., Roussel, T. J., Cambron, S. D., Cohn, R. W., Keynton, R. S. <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+suspended+electrokinetic+microchannels+from+directly-written+sacrificial+polymer+fibers.">Fabrication of suspended electrokinetic microchannels from directly-written sacrificial polymer fibers.</a> Microfluid. Nanofluid. 13, 451-459 (2012).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

प्रत्येक परीक्षण के प्रयास करने से पहले, यह बहुलक समाधान की चिपचिपाहट, बड़े पैमाने पर स्थानांतरण गुणांक और सतह तनाव परीक्षण सही रूप में रोबोट और वितरण प्रणाली वांछित बहुलक प्रसंस्करण में सक्षम है या नहीं यह निर्धारित करने के क्रम में मापा जाना है कि महत्वपूर्ण है। हमारे समूह द्वारा पहले से वर्णित है, बहुलक समाधान पर्याप्त बनाए रखने चाहिए: 1) सतह तनाव माइक्रोन / उप माइक्रोन संरचनाओं में तरल तंतुओं का गठन सक्षम करने के लिए; 2) चिपचिपापन केशिका को तोड़ने का सामना करने के लिए; और, 3) वाष्पीकरण की दर फाइबर दृढ़ीभवन 18 को बढ़ाने के लिए। इन मापदंडों के बीच तालमेल सफलतापूर्वक व्यास के एक निर्धारित सीमा से अधिक फाइबर का उत्पादन करने के लिए महत्वपूर्ण है। एक ही समय में, इन मानकों में से किसी में अस्थिरता माइक्रोन / उप माइक्रोन पैमाने फाइबर के गठन से बचाता है। फाइबर निर्माण के दौरान इन मापदंडों के बीच तालमेल बनाए रखने के लिए, यह सुई और सुई वाल्व पूरी तरह एक प्रत्यक्ष लिखने के बाद साफ कर रहे हैं कि यह सुनिश्चित करने के लिए महत्वपूर्ण हैको रोकने के लिए ession: समाधान के 1) संदूषण; 2) सुई के माध्यम से बहुलक समाधान प्रवाह की दर में कमी; और सुई की नोक पर बहुलक मनका में, 3) अत्यधिक वृद्धि। इसके अलावा, हीटर पर तापमान नियंत्रक बहुलक समाधान की एक निरंतर वाष्पीकरण की दर को बनाए रखने के लिए वांछित तापमान सेट करने के लिए किया जाना चाहिए। बंटवारा शाखा तंतुओं आंकड़े 6-8 में समर्थन संरचनाओं की तुलना में व्यास में 41% और 24% बड़ा है, 59% थे, क्रमश: 24% PMMA के समाधान का उपयोग। इस तंतुओं तैयार कर रहे हैं, जिस पर दूरी के कारण मुख्य रूप से है। विशेष रूप से, समर्थन संरचनाओं सब्सट्रेट की पूरी चौड़ाई में तैयार कर रहे हैं (एक्स और वाई दिशाओं में 10.0 मिमी, तिरछे 14.4 मिमी)। नतीजतन, इन समग्र निलंबित संरचनाओं के सबसे लंबे समय तक फाइबर होते हैं। बंटवारा शाखा संरचनाओं नीचे 2.5 मिमी करने के लिए 7 मिमी अधिकतम लंबाई से लेकर, काफी कम कर रहे हैं। इस छोटे फाइबर ड्राइंग लंबाई कोई करता हैटी प्रभावी रूप से छोटे व्यास फाइबर का उत्पादन करने के क्रम में फाइबर thinning के प्रक्रिया के दौरान आवश्यक फाइबर तनाव प्रेरित। दूसरी ओर, बड़े व्यास तारों को प्रभावी ढंग से बंटवारा शाखा ड्राइंग प्रक्रिया के दौरान प्रेरित tugging और विरूपण को बनाए रखने के क्रम में समर्थन फाइबर के रूप में सेवा करने के लिए आवश्यक हैं। विभाजन शाखाओं समर्थन तंतुओं भर में तैयार कर रहे हैं के रूप में, समर्थन फाइबर ज्यामिति की एक remodeling के कारण में विलायक वर्तमान से ड्राइंग बलों के रूप में अच्छी तरह से समर्थन के बीच इंटरफेस में PMMA बहुलक की एक स्थानीय विघटन और branched फाइबर के लिए हो सकता है बहुलक समाधान। इस प्रकार, कुछ मामलों में, समर्थन तंतुओं बड़ा व्यास और यंत्रवत् मजबूत फाइबर का उत्पादन करने के लिए बहुलक का एक उच्च एकाग्रता से मिलकर बहुलक समाधान से निर्मित करने की आवश्यकता हो सकती है। एक समर्थन की व्यापक रेंज और branched फाइबर उत्पन्न करने के लिए मौजूदा प्रोटोकॉल को संशोधित करने के लिए मुख्य रूप से तीन प्रभावी तरीके हैंव्यास: 1) शुरू में एक बड़ा सुई की नोक से बहुलक बांटना (उदाहरण के लिए, 25 जी, आईडी = 254 माइक्रोन) का समर्थन तंतुओं पैदा करते हैं और फिर एक छोटे सुई टिप (जैसे, 32 G के लिए आदान-प्रदान करने के लिए, आईडी = 101.6 माइक्रोन) को बनाना छोटे शाखित तंतुओं; जैसा कि ऊपर उल्लेख 2), कई बहुलक सांद्रता का उपयोग करें; और IE / या 3) को समायोजित फ़ीड दर, फ़ीड दर छोटे व्यास तंतुओं का उत्पादन बढ़ाने और फ़ीड दर घटते मंच है जहां, बहती है जिस गति से बड़ा व्यास तंतुओं बनाता है। तिथि करने के लिए, हम सफलतापूर्वक 90 एनएम के रूप में छोटे रूप में फाइबर निर्माण करने के लिए सक्षम किया गया है; हालांकि, इस आयाम में फाइबर उपज की वजह से केशिका गोलमाल करने के लिए कम है। स्वचालित प्रत्यक्ष लिखने की प्रक्रिया की एक सीमा बहुलक समाधान का केवल एक ही एकाग्रता एक समय में तिरस्कृत किया जा सकता है। यह करने के लिए बिना विकसित किया जा निलंबित संरचनाओं की जटिलता के स्तर को प्रतिबंधित करता है: 1) रोबोट के लिए एक दूसरे वितरण वाल्व जोड़ने;या, 2) मौजूदा वाल्व को हटाने और अतिरिक्त समय लगता है, जो दूसरे बहुलक समाधान, वितरण से पहले सफाई प्रोटोकॉल (धारा 3.4) प्रदर्शन करते हैं। एक दूसरा सीमा प्रणाली को प्राप्त करने के लिए सक्षम है कि अधिकतम फ़ीड दर 500 मिमी / सेकंड है जहां फ़ीड दर (या प्रिंट गति), है। हालांकि, फ़ीड दर और फाइबर के गठन के बीच एक tradeoff है। जड़त्वीय बल (फ़ीड दर के कारण बलों) सतह तनाव बलों और बहुलक समाधान के वाष्पीकरण दर से अधिक कर रहे हैं विशेष रूप से, फाइबर गठन नहीं होती है। फ़ीड दर बहुत कम है दूसरी ओर, फाइबर की वजह से पहले और बढ़ाव प्रक्रिया के दौरान अत्यधिक वाष्पीकरण के फ्रैक्चर जाएगा। तीसरा, फाइबर और संरचना आयामों क्रमशः, एक्स, वाई और जेड दिशाओं में रोबोट के मंच का संचालन सीमा, यानी, 200 मिमी, 200 मिमी और (एक 10 माइक्रोन स्थितीय सटीकता के साथ) 25 मिमी तक ही सीमित हैं। बहरहाल, इस प्रक्रिया को फाइबर (एल उच्च पहलू अनुपात के गठन को सक्षम करता हैength: व्यास) फाइबर। रणनीतिक उच्च जटिलता की स्वतंत्र रूप से निलंबित कर दिया संरचनाओं उत्पन्न करने की क्षमता का निर्माण, वितरण टिप आकार और एक व्यापक फाइबर व्यास रेंज के लिए अनुमति होगी बहुलक समाधान एकाग्रता बदलती। प्रोटोकॉल ऊपर कहा गया है का पालन करके, माइक्रोन और submicron व्यास बहुलक फाइबर किसी भी अन्य गीला, शुष्क या electrospinning प्रक्रियाओं के साथ नियंत्रित नहीं किया जा सकता है, जो बहुलक समाधान की सतह तनाव संचालित द्रव यांत्रिकी, शोषण से स्थानिक नियंत्रण के एक उच्च स्तर के साथ उत्पन्न किया जा सकता है । पहले काम 8,19 से, हम इस तकनीक जटिल सूक्ष्म / submicron fluidic उपकरणों 19 और bioengineered scaffolds के 8 निर्माण करने के लिए उपयोग किया जा सकता है कि पता है। यह सस्ता और आसान तकनीक कई मायनों में पारंपरिक चौरस निर्माण के तरीकों पर अपने फायदे हैं।

पिछले कई दशकों में, इस तरह गीला कताई, शुष्क कताई और electrospinning के रूप में निर्माण तकनीक की एक किस्म के साथ, विविध और जैविक मजबूत, रसायन, बिजली और यांत्रिक गुणों 1-12 साथ उपन्यास बहुलक फाइबर संरचना बनाने के लिए नियोजित किया गया है। इन कताई तकनीक तीन आयामी तंतुओं को निलंबित कर दिया पैदा करने में सक्षम हैं, वे इन प्रक्रियाओं के माध्यम से फाइबर बयान प्रकृति में यादृच्छिक रहे हैं के बाद से ठीक तीन आयामों में फाइबर उन्मुखीकरण को नियंत्रित करने की क्षमता में सीमित कर रहे हैं। इसके अलावा, इन तकनीकों फाइबर निर्माण के लिए उनके आयामी रेंज में प्रतिबंधित कर रहे हैं; नैनोमीटर के दसियों से एक भी माइक्रोन 13 से लेकर व्यास के साथ पैदावार तंतुओं electrospinning जबकि विशेष रूप से, गीले और सूखे कताई के माध्यम से उत्पादित फाइबर, दसियों से माइक्रोन की सैकड़ों करने के लिए व्यास में भिन्नता है। 3-डी अंतरिक्ष में फाइबर उन्मुखीकरण के और अधिक सटीक नियंत्रण प्रदान करने के लिए, हमारे समूह एक स्वयं विकसित-assemble या सीधे तो एक खोखले केशिका के बाहर एक polymeric सामग्री ejects और कहा कि &quot;प्रत्यक्ष लिखने&quot; फाइबर निर्माण की प्रक्रिया सतह तनाव संचालित द्रव यांत्रिकी 14 शोषण से उम्मीद के मुताबिक फाइबर व्यास में जमना पतली है और जो व्यक्ति के filaments खींचता है। फाइबर की स्थिति और व्यास के नियंत्रण के स्तर को बढ़ाने के लिए हमारी प्रारंभिक प्रत्यक्ष लिखने प्रणाली अल्ट्रा उच्च परिशुद्धता Micromilling मशीन (चित्रा 1) एक कस्टम मेड के सिर से जुड़ी एक कस्टम गढ़े वसंत भरी हुई सिरिंज वितरण प्रणाली शामिल थे। UHPMM एक्स और वाई दिशाओं में 1.25 एनएम और प्रोग्राम माइक्रोन और उप माइक्रोन पैमाने तारों और संरचना बनाने के लिए नियंत्रित किया गया था कि Z दिशा में 20 एनएम के एक स्थितीय संकल्प के साथ एक मंच था। यह विशेष रूप से प्रत्यक्ष लिखने प्रणाली की एक सीमा सुई की नोक के माध्यम से बहुलक समाधान के प्रवाह को नियंत्रित का अभाव था। वसंत लोड वितरण प्रणाली को सफलतापूर्वक लगातार फ़्लो उत्पन्न यद्यपिटिप के माध्यम से, w बहुलक समाधान के लगातार विस्तार गोलाकार मनका पर्यावरण की स्थिति पर निर्भर करता है आकार और मात्रा में विविध जो सिरिंज टिप के आउटलेट पर बनाया गया था। <img alt="चित्र 1" src="/files/ftp_upload/52834/52834fig1.jpg" /> चित्रा अल्ट्रा उच्च परिशुद्धता Micromilling मशीन 1. छवि:। माइक्रोन / उप माइक्रोन पैमाने पर संरचनाओं fabricating में कार्यरत पहला प्रत्यक्ष लिखने प्रणाली <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52834/52834fig1large.jpg" target="_blank">इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।</a> इस स्रोत मनका की विसंगति को बार-बार एक निर्धारित व्यास के तारों के निर्माण की प्रणाली की क्षमता पर असर पड़ा। संरचनाओं को सफलतापूर्वक इस प्रत्यक्ष लिखने की प्रक्रिया का उपयोग कर उत्पन्न हुए थे, देरी, बहुलक समाधान के प्रवाह पर नियंत्रण बढ़ाने के द्वारा प्रक्रिया की वृद्धि अधिक preci के लिए अनुमति होगीएसई, सिरिंज नोक पर मनका आकार के विनियमन के माध्यम से फाइबर व्यास निर्धारित है। इस प्रकार, इस काम ठीक निर्धारित बनाने के लिए बहुलक समाधान प्रवाह दर और टिप मनका आकार को नियंत्रित करने के लिए pneumatically actuated मशीन वाल्व, माइक्रोन / उप माइक्रोन निलंबित संरचनाओं के साथ एक 3 अक्ष स्वचालित वितरण प्रणाली के कार्यान्वयन का वर्णन है।

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<colgroup>
		<col span="2" />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr>
			<td>ROBOT DR2203N 3 AXES 200MM X 200MM</td>
			<td>Nordson EFD</td>
			<td>7023145</td>
			<td>3-Axis Robot</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CONTROLLER 7100, DISPENSE VALVE</td>
			<td>Nordson EFD</td>
			<td>7015340</td>
			<td>Valve Controller</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MICRODOT VALVE</td>
			<td>Nordson EFD</td>
			<td>7021233</td>
			<td>Microdot Valve</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ROBOT ACC FIXTURE PLATE 200MM</td>
			<td>Nordson EFD</td>
			<td>7028276</td>
			<td>Fixture Platen</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ROBOT ACC DRN / DSRN POINTS SOFTWAR</td>
			<td>Nordson EFD</td>
			<td>7023144</td>
			<td>JR-C Software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ROBOT MOUNT VALVE UNIVERSAL</td>
			<td>Nordson EFD</td>
			<td>7028273</td>
			<td>Microdot Valve Mount</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>15 PSI BARREL PRESS. REGULATOR</td>
			<td>Nordson EFD</td>
			<td>7020585</td>
			<td>Barrel Regulator</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>KIT O BRL/PIST 5CC CL/WH 40</td>
			<td>Nordson EFD</td>
			<td>7012096</td>
			<td>5CC Barrels with Pistons</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ADAPTER ASM O 5CC BL</td>
			<td>Nordson EFD</td>
			<td>7012054</td>
			<td>Pneumatic Barrel Adapter</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TIP 30GA .006X.25 LAVNDR 50PC</td>
			<td>Nordson EFD</td>
			<td>7018424</td>
			<td>30 GA Needle Tip (0.250&#34; length)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electric Baseboard Heater (500W, 30&#34; length)</td>
			<td>Cadet</td>
			<td>2F500</td>
			<td>Heater</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Temperature Controller with Timer</td>
			<td>Control Company</td>
			<td>130726596</td>
			<td>Temperature Controller</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>eScope USB Microscope</td>
			<td>OiTez</td>
			<td>DP-M02</td>
			<td>200X USB Microscope</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Poly(methyl methacrylate)</td>
			<td>Aldrich</td>
			<td>182265-500G</td>
			<td>PMMA Powder</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chlorobenzene</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>284513</td>
			<td>Solvent to dissolve PMMA</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

prescribed 3-d direct writing of suspended micron/sub-micron scale fiber structures via a robotic dispensing system

A 3-axis dispensing system is utilized to control the initiating and terminating fiber positions and trajectory via the dispensing software. The polymer fiber length and orientation is defined by the spatial positioning of the dispensing system 3-axis stages. The fiber diameter is defined by the prescribed dispense time of the dispensing system valve, the feed rate (the speed at which the stage traverses from an initiating to a terminating position), the gauge diameter of the dispensing tip, the viscosity and surface tension of the polymer solution, and the programmed drawing length. The stage feed rate affects the polymer solution&#8217;s evaporation rate and capillary breakup of the filaments. The dispensing system consists of a pneumatic valve controller, a droplet-dispensing valve and a dispensing tip. Characterization of the direct write process to determine the optimum combination of factors leads to repeatedly acquiring the desired range of fiber diameters. The advantage of this robotic dispensing system is the ease of obtaining a precise range of micron/sub-micron fibers onto a desired, programmed location via automated process control. Here, the discussed self-assembled micron/sub-micron scale 3D structures have been employed to fabricate suspended structures to create micron/sub-micron fluidic devices and bioengineered scaffolds.

आंकड़े 3-5A और इसके बाद के संस्करण बी में परिभाषित संबंधित डिजाइन और जे आर सी-प्वाइंट एल्गोरिदम से प्रत्येक के लिए 3-अक्ष रोबोट और प्रत्यक्ष लिखने विधि के माध्यम से उत्पादित वास्तविक संरचनाओं की छवियाँ आंकड़े 6A, 7A और 8A में दिखाए जाते हैं। जिसके परिणामस्वरूप छवियों में देखा जा सकता है, तीन आयामी, स्वतंत्र रूप से निलंबित कर दिया तंतुओं ठीक बिंदुओं के रूप में अच्छी तरह से चौराहे के अंक समाप्त / शुरुआत सहित निर्धारित स्थानिक स्थानों के लिए औषधि टिप जोड़ तोड़ द्वारा substrates पर सफलतापूर्वक &quot;लिखा&quot; किया गया है। इन आंकड़ों के insets के ठीक 3-डी अंतरिक्ष में फाइबर अभिविन्यास (आंकड़े 6B, 7 बी और 8B) को नियंत्रित करने के लिए प्रणाली की क्षमता का प्रदर्शन है, जो निलंबित फाइबर, के चौराहे अंक बढ़ाना। <img alt="चित्रा 6" src="/files/ftp_upload/52834/52834fig6.jpg" /> चित्रा 6 (ए) के संचालक<html> एक एकल बंटवारा फाइबर (289X बढ़ाई (बी) SEM छवि, (पैमाने बार = 1 मिमी 15x ऑप्टिकल बढ़ाई); निलंबित वेब संरचना 2 का समर्थन फाइबर (विकर्ण) और 12 बंटवारा branched PMMA तंतुओं होने गढ़े &quot;ट्रैक्टर&quot; के राजनैतिक छवि पैमाने बार = 100 माइक्रोन)। <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52834/52834fig6large.jpg" target="_blank">इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।</a> <img alt="चित्रा 7" src="/files/ftp_upload/52834/52834fig7.jpg" /> चित्रा 7. (ए) 1 समर्थन फाइबर (क्षैतिज) और 11 बंटवारा branched PMMA तंतुओं होने गढ़े &quot;सममित&quot; निलंबित वेब संरचना के ऑप्टिकल छवि, एक भी बंटवारा के (15x ऑप्टिकल बढ़ाई पैमाने बार = 1 मिमी), (ख) SEM छवि फाइबर (107X बढ़ाई; पैमाने बार = 100 माइक्रोन)।52834fig7large.jpg &quot;लक्ष्य =&quot; _blank &quot;&gt; इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें। <img alt="आंकड़ा 8" src="/files/ftp_upload/52834/52834fig8.jpg" /> (; पैमाने बार = 1 मिमी 15x ऑप्टिकल बढ़ाई), (ख) एक एकल के SEM छवि संख्या 8 (ए) गढ़े &quot;दोहरी शेवरॉन&quot; के ऑप्टिकल छवि 1 समर्थन फाइबर (क्षैतिज) और 22 बंटवारा branched PMMA तंतुओं होने वेब संरचना निलंबित बंटवारा फाइबर। (80X बढ़ाई; पैमाने बार = 100 माइक्रोन) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52834/52834fig8large.jpg" target="_blank">यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।</a> 9 चित्रा प्रदर्शित करता है 3-अक्ष रोबोट और वितरण प्रणाली स्वतंत्र रूप से निलंबित वेब संरचनाओं की तरह उत्पन्न कर सकते हैं, जिस पर फाइबर निर्माण के अनुक्रमिक बिंदु से बिंदु के आदेश के मद्देनजर ऊपर बंद हुआ। पी<html> संख्या के साथ प्रदर्शित olymer संपर्क अंक से ऊपर 3B चित्रा में संदर्भित जे आर-सी सॉफ्टवेयर प्रोग्राम की शुरुआत और समाप्त अंक के अनुरूप हैं। तीर रोबोट प्रक्षेपवक्र का प्रतिनिधित्व करते हैं। अलग आकार के तारों के निर्माण की प्रत्यक्ष लिखने प्रणाली की क्षमता को दर्शाता है जो 10 प्रदर्शित करता है माइक्रोन और submicron बहुलक फाइबर, चित्रा। <img alt="9 चित्रा" src="/files/ftp_upload/52834/52834fig9.jpg" /> माइक्रोन और submicron बहुलक फाइबर (29X बढ़ाई; पैमाने बार = 200 माइक्रोन) ड्राइंग के लिए अनुक्रमिक बिंदु से बिंदु आदेश दे illustrating 9 चित्रा SEM छवि। <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52834/52834fig9large.jpg" target="_blank">इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।</a> 2834 / 52834fig10.jpg &quot;/&gt; 10 चित्रा SEM के माइक्रोन (6.5 माइक्रोन) और उप माइक्रोन (555 एनएम) एक 20% एकाग्रता PMMA बहुलक समाधान के प्रयोग से खींचा फाइबर की छवि। (2,270X बढ़ाई; पैमाने बार = 2 माइक्रोन) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52834/52834fig10large.jpg" target="_blank">कृपया यहाँ क्लिक करें का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यह आंकड़ा।</a> पॉलिमर फाइबर लंबाई और व्यास स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी का उपयोग मापा गया। तालिका 1 बंटवारा शाखा फाइबर और समर्थन तंतुओं को इसी उपरोक्त आंकड़े 6-8 में प्रस्तुत प्रत्येक अद्वितीय संरचना के लिए औसत तार व्यास से पता चलता है। तालिका 2 प्रदर्शित करता है मापा गया है कि बहुलक मापदंडों जैसा कि ऊपर उल्लेख संरचनाओं के निर्माण के लिए उपयोग किया गया है कि 24% PMMA के समाधान से। <table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0"><tbody><tr><td></td><td> चित्रा 6 में संरचना व्यास</td><td> चित्रा 7 में संरचना व्यास </td><td> 8 चित्रा में संरचना व्यास </td></tr><tr><td> समर्थन तंतुओं </td><td> 8.65 ± 1.43 माइक्रोन </td><td> 9.39 ± 1.23 माइक्रोन </td><td> 9.31 ± 1.65 माइक्रोन </td></tr><tr><td> शाखा तंतुओं </td><td> 20.96 ± 3.35 माइक्रोन </td><td> 15.92 ± 1.44 माइक्रोन </td><td> 12.24 ± 5.42 माइक्रोन </td></tr></tbody></table> एक 24% PMMA के समाधान के लिए आंकड़े 6-8 में दिखाया निलंबित समर्थन और शाखा फाइबर की तालिका 1. औसत व्यास। <table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0"><tbody><tr><td></td><td> 24% PMMA </td></tr><tr><td> चिपचिपापन (पा * सेकंड) </td><td> 35.19 </td></tr><tr><td> सतह तनाव (MN / मी) </td><td> 262.01 </td></tr><tr><tघ&gt; मास हस्तांतरण गुणांक (एम / सेक) </td><td> 8.59 एक्स 10 -8 </td></tr></tbody></table> इस काम में प्रस्तुत फाइबर संरचनाओं के निर्माण के लिए उपयोग किया गया है कि 24% PMMA के समाधान की तालिका 2 पॉलिमर मापदंडों।

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Prescribed 3-D Direct Writing of Suspended Micron/Sub-micron Scale Fiber Structures via a Robotic Dispensing System

यहाँ, हम एक 3 अक्ष वितरण प्रणाली के माध्यम से स्वचालित प्रत्यक्ष लेखन प्रक्रिया के माध्यम से उत्पन्न स्वतंत्र रूप से निलंबित कर दिया, माइक्रोन / उप माइक्रोन पैमाने बहुलक फाइबर और &quot;वेब&quot; की तरह संरचनाओं के निर्माण के लिए एक प्रोटोकॉल उपस्थित थे।

निलंबित माइक्रोन / उप माइक्रोन पैमाने फाइबर संरचनाओं के 3-डी प्रत्यक्ष लेखन एक रोबोट वितरण प्रणाली के माध्यम से निर्धारित

A 3-axis dispensing system is utilized to control the initiating and terminating fiber positions and trajectory via the dispensing software. The polymer ...

Research

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Engineering

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