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.

<html> 1. 장비 셋업 <ol><li> 2.45 μL / 분의 유속으로 바늘 끝로부터 중합체 용액을 분배하기 위해 15 psi에서의 압력을 설정하는 압력 조정기를 통해 분배 시스템을 조립하고 공압 원에 밸브 제어기와 주사기 배럴을 연결한다. </li><li> 안정적인 작업 환경 (그림 2)을 보장하기 위해 열 인클로저에 3 축 로봇 및 분배 시스템을 삽입합니다. </li><li> 시스템 제조업체가 제공하는 공동-로봇 제어 포인트 (JR-C 포인트) 소프트웨어를 설치하고 직렬 통신 포트를 통해 컴퓨터에 3 축 로봇을 연결합니다. </li><li> 3 축 로봇에 밸브를 장착하고 분배 밸브에 바늘 끝을 설치한다. </li><li> 밸브 팁 (15)의 높이에 대하여 평탄성을 확보하기 제조자의 지침에 따라 로봇 스테이지 정반을 레벨입니다. </li><li> 환경 제어를 추가 할 인클로저에 피드백 제어 히터를 조립합니다. </li></ol>콘텐츠 &quot;FO : 유지 - together.within 페이지 =&quot;항상 &quot;&gt; <img alt="그림 2" src="/files/ftp_upload/52834/52834fig2.jpg" /> 그림 2. (A)의 케이스 안에 보관에 필요한 액세서리와 로봇을 분배하는 3 축; 와, (B)는 시각화를위한 연결된 USB 현미경 분배 밸브의 이미지를 닫습니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52834/52834fig2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> 2. 실험 재료 및 제어 요인 <ol><li> 요소 및 그 조합을 제어한다. <ol><li> JR C 포인트 소프트웨어에 의해, 100 % (500mm / 초)까지 1 %의 속도 (5mm / 초)에서 공급 속도 다르지만. 본 출원의 경우, 제조에 2 %의 속도 (10mm / 초)를 사용하여 섬유 구조는이 연구에서 제시했다. </li><li> 필요한 특정 점도, 표면 장력 및 변동성 파라미터를 달성하는 중합체 용액의 농도를 바리원하는 용도.이 애플리케이션은이 작업에서 제시된 섬유 구조체를 제조하는 클로로 벤젠 용액에 24 % 메틸 메타 크릴 레이트 (PMMA)를 사용한다. </li><li> 공압 공기를 통해 솔루션을 배출하기 위해 0.02 초 초 1에서 제어 밸브 분배 시간이 달라집니다.이 응용 프로그램은이 연구에서 제시 한 섬유 구조를 제작하기 위해 0.02 초를 사용합니다. </li><li> 폴리머 솔루션을 분배하는 높은 정밀도 바늘 팁 게이지 크기를 선택합니다.이 응용 프로그램은이 연구에서 제시 한 섬유 구조를 제작하기 위해 30 G (내경 (ID) = 152.4 μm의) 팁을 사용합니다. </li><li> 중합체 샘플의 일정한 증착 속도를 유지하기 위해 단열 상자에 100 ° F ~ 70 ° F 사이의 작동 온도 범위를 설정한다.이 애플리케이션은이 작업에서 제시된 섬유 구조체를 제조하기 위해 70 ° F의 온도를 사용한다. </li></ol></li><li> 고분자 용액의 제조. <ol><li> 혼합폴리 메틸 메타 크릴 레이트의 중합체 수지 (PMMA; 0.72 g) 화학 유동 후드하에 용매를 클로로 벤젠 (2.28 g)와. </li><li> 용액 중 중합체의 원하는 농도를 달성하기 중합체 (PMMA)와 용매 (클로로 벤젠)의 중량을 계산한다.이 애플리케이션은이 작업에서 제시된 섬유 구조체를 제조하는 클로로 벤젠 용액에 24 % 메틸 메타 크릴 레이트 (PMMA)를 사용한다. </li><li> 이 응용 프로그램은. 폴리머 분말 / 유리 병에 수지의 원하는 금액을 놓고 PMMA의 24 % 농도를 달성하기 위해 PMMA 수지의 0.72 g을 사용합니다. </li><li> 3g의 총 중량에 도달 할 때까지 피펫으로 바이알에 용매 내의 중합체 옮긴다. </li><li> 소용돌이 통을 사용하여 1 분 동안 유리 병을 혼합하고 초음파 완전히 폴리머 분말 / 수지를 용해 5 시간 동안을 처리합니다. </li><li> 분명까지 초음파 처리를 계속 샘플에 어떤 흐려 또는 불투명가있는 경우, 솔루션의 투명성을 확인합니다. </li></ol></li><li> 중합체 용액의 점도 측정. <ol><li> 콘 및 플레이트 점도계를 통해 측정 솔루션 점도 (예를 들어, LVDV-II +와 RVDV-II +) 16. </li><li> 로드 점도 측정에서 에러를 최소화하기 위해 점도계 교정 점도계 제조업체에서 제공하는 공지의 표준 점도 샘플 (글리세린 계 및 물 혼합물) 0.5ml를. 제조자는 점도계 교정 표준 샘플의 다양한 제공. 100,000 (Cp)의 점도 글리세린 기반의 표준 시료를 사용합니다. </li><li> 일정한 작동 온도에서 시험 유체를 유지하기 위해 점도계 워터 재킷을 연결한다. </li><li> 스핀들의 회전을 시작 ON 위치로 On / Off 스위치를 이동하여 시험 유체 측정을​​ 시작합니다. 디스플레이 패널의 토크 값이 안정되면, 토크를 기록하고, 스핀들 (1)의 토크, 스핀들 승산기 상수 및 속도 사이의 관계를 사용하여 최종 점도를 계산할6 <img alt="식 (1)" src="/files/ftp_upload/52834/52834eq1.jpg" /> 점도이고, RPM이 콘에 부착 된 스핀들 속도, TK는 (LVDV-II +, RVDV-II + 1 대 0.09373) 토크이다, SMC는 점도 동안 사용되는 특정 스핀들에 따라 스핀들 승산기 일정 측정. 이 연구를 위해, CP-52 9.83 스핀들의 주축 승산기 상수를 갖는 사용 하였다. </li></ol></li><li> 고분자 용액의 표면 장력 측정. <ol><li> 측정 방법은 빌헬 기술을 의미한다. (14) </li><li> 고해상도 밸런스 (규모 해상도 = 0.001 G)에 유리 바이알에 1 ml의 테스트 솔루션을 놓습니다. 테스트 솔루션으로 알려진 직경의 유리 막대를 찍어. </li><li> 표면을 만지지 부분적 제로 연락처와 테스트 솔루션에 몰입 할 수있는 서보 또는 스테퍼 제어 선형 액추에이터를 통해로드의 위치를​​ 제어합니다. </li><li> 모니터 때 균형 질량 측정의 변화를 기록솔루션면으로부터로드를 제거하는 단계를 포함한다. </li><li> 힘의 변화,로드에 유체의로드와 접촉 각도의 경계에 의한 표면 장력을 계산합니다. <img alt="식 (2)" src="/files/ftp_upload/52834/52834eq2.jpg" /> , θ는 액체의 접촉각이로드에로드의 습윤 둘레 (L = 직경 10.05 mm = 3.2 mm)이다 여기서, F는로드의 선단에 시험 유체의 표면 장력에 의한 구동력 변화이다. </li></ol></li><li> 용액의 질량 전달 계수를 측정. <ol><li> 열 중량 분석에 의한 폴리머 솔루션의 물질 전달 계수를 측정한다. (14) </li><li> 균형을 테어 링 (taring) 전에 백금 판에 24 % (중량 기준) PMMA 중합체 용액 30 μL로드. </li><li> 챔버, 프로그램을 대상 용액의 질량을 모니터하기 위해 2 시간 동안 바람직한 작동 온도 (70 ° F)에서 실행되도록 벤트 장치. </li><li> 용액의 질량의 변화에​​ 의해 질량 전달 계수를 계산솔루션 / 무선 인터페이스 및 밀도의 영역입니다. <img alt="식 (3)" src="/files/ftp_upload/52834/52834eq3.jpg" /> m (t)는 PMMA 용액의 질량이고,이 용액 / 공기 계면의 면적이다 (표준 플레이트 78.5 mm (2)와 동일), mPOLYMER은 용액에 중합체 물질이고, 상기 용액의 농도이다. </li></ol></li></ol> 3. 직접 쓰기 실험 절차 <ol><li> 시스템 샘플 로딩 프로토콜을 분배. <ol><li> 로드 주사기 배럴로 중합체 용액 3 ml를 일관성 공기압 분포를 제거하기 위해 주사기 피스톤 배럴에 배치. </li><li> 상기 주사기 배럴에 유입 라인 어댑터 트위스트 소스 라인 에어 관에 연결. </li><li> 실험을 수행하기 위해 정밀 바늘 끝의 원하는 게이지 크기를 선택합니다. </li><li> 분배 컨트롤러 패널에서 상태를 제거 클릭로 전환 &quot;주기&quot;버튼을 너무 폴리머 분사 밸브를 채우기 위해lution는까지 바늘 끝으로부터 배출된다. </li><li> 프로그램 섬유 쓰기 절차의 준비에 끝에서 잔류 고분자 용액을 닦습니다. </li></ol></li><li> 3 축 로봇 및 분배 시스템을 통한 직접 기입 중합체 섬유. <ol><li> 소정의 마이크로 / 서브 마이크론 섬유 구조체의 개시 포인트에 기본 홈 위치로부터 분배 니들의 선단의 위치를​​ 오프셋 로봇 스테이지를 결정하는 인출 할 수 있도록 구성되어있다. Z 축을 따라 변환 디스펜스 시스템 밸브 브래킷에 USB 현미경 (배율 = 200X)를 탑재. 수동 정확하게 원하는 위치, 조립식 기판 또는 장치에 밸브 팁을 위치 돕는 USB 현미경에 포커싱 노브를 조정하여 팁 디스펜서에 초점을 맞춘다. </li><li> 원하는 섬유 구조 패턴 (도 3A, 4A 및 5A) CAD 소프트웨어 패키지를 이용하여 설계 / 생성. 로보로 입력 공간 좌표 (X, Y, Z)t JR-C CAD 프로그램 (도 3b,도 4b 및도 5b) 이내 소망의 패턴에 대하여 순차적으로 모든 개시 및 종료 포인트를 제어하기위한 소프트웨어. 15 </li><li> JR-C 소프트웨어 (15) 내에서 로봇 메뉴에서 &quot;C &amp; T의 데이터를 전송&quot;을 클릭하여 로봇에 컴퓨터에서 완성 된 섬유 구조 설계 프로그램을 전송합니다. </li><li> 부하 (3) 시린지 외통, 퍼지 밸브 및 바늘로 공지 된 농도 (24 %)의 PMMA 용액 시료 ㎖, 설정 소프트웨어를 제어하는​​ 밸브 제어 장치 및 로봇에 대한 모든 파라미터 디스펜스. </li><li> 로봇 스테이지 정반 상에 기판을 배치 조립식 중합체 용액 불안정 증발을 유도 할 수있다 주위의 공기 흐름을 방지하기 위해 열 인클로저 도어를 닫는다. </li><li> JR-C 소프트웨어로부터 로봇 메뉴를 클릭하고 선택하여 기판 상 섬유를 쓰기 시작 &quot;테스트 실행&quot;15. </li><li> DC 스퍼터 코트 금의 2 nm 두께의 층까지 2 분 동안 금 도전성 금속층은 주 사형 전자 현미경으로 섬유의 시각화를 허용하도록 그려진 섬유 상에 침착된다. </li><li> 주사 전자 현미경 (17)의 섬유 직경과 구조를 측정한다. 현미경 매개 변수 : 높은 전압 레벨 : 2.00 kV의; 목적 : InLens, 작동 거리 (9.0 mm)이다. </li></ol></li><li> 화학 흐름 후드 아래에 분배 시스템 청소 절차를 수행합니다. <ol><li> 세정 절차를 수행하기 위해 화학적 흐름 후드에서 분배 시스템을 배치. </li><li> 제조사의 프로토콜에 따라 니들 밸브를 분해. </li><li> 모든 부품이 몰입 될 때까지 비커에 아세톤을 부어, 비커에 모든 금속 부품을 배치합니다. </li><li> 모든 폴리머 잔존물을 제거하는 30 분 동안 초음파 욕조에 비커를 놓습니다. </li><li> 흐르는 탈 이온수에서 모든 부분을 씻어 후 건조를 날려 공기 총을 사용합니다. </li></ol></<html> 리&gt; </ol><img alt="그림 3" src="/files/ftp_upload/52834/52834fig3.jpg" /> 10mm X 10mm 프레임 설계 &quot;쿼드&quot;웹 구조 그림 3. (A) 예, (B) JR-C 포인트 소프트웨어에 입력 할 순차 포인트 - 투 - 포인트 공간 지시. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52834/52834fig3large.jpg" target="_blank">을 보려면 여기를 클릭하십시오 이 그림의 더 큰 버전.</a> <img alt="그림 4" src="/files/ftp_upload/52834/52834fig4.jpg" /> 도 10mm X 10mm 프레임 설계 &quot;대칭&quot;웹 구조의 4. (A) 실시 예, (B) 순차 지점 간 공간적 설명 JR-C 지점 소프트웨어에 입력된다.&quot;빈&gt;이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오. <img alt="그림 5" src="/files/ftp_upload/52834/52834fig5.jpg" /> 10mm X 10mm 프레임 설계 &quot;이중 갈매기&quot;웹 구조, (B) 연속 포인트 - 투 - 포인트 공간 지침 그림 5. (A) 예 JR-C 포인트 소프트웨어에 입력 할 수 있습니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52834/52834fig5large.jpg" target="_blank">보려면 여기를 클릭하십시오 이 그림의 더 큰 버전.</a>

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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.

각 시험을 시도하기 전에, 중합체 용액의 점도, 질량 전달 계수 및 표면 장력 시험 정확하게 로봇 및 분배 시스템은 원하는 중합체를 처리 할 수​​ 있는지 여부를 결정하기 위해 측정하는 것이 중요하다. 우리 그룹에 의해 전술 한 바와 같이, 중합체 용액 충분히 유지해야 : 1) 표면 장력이 미크론 / 서브 미크론 구조로 액체 필라멘트의 형성을 가능하게하는 단계; 2) 점도가 모세관 헤어 견딜; 그리고, 3) 증발 속도는 섬유 응고 (18)을 강화한다. 이러한 매개 변수 사이의 시너지 효과는 성공적으로 직경의 지정된 범위에서 섬유를 생산하는 열쇠입니다. 동시에, 이러한 파라미터 중 임의의 불안정성 미크론 / 서브 마이크론 스케일 섬유의 형성을 방지한다. 섬유 제조 동안에이 파라미터 간의 시너지 효과를 유지하기 위해서는 바늘과 바늘 밸브가 완전히 직접 기록 S 후 세척되는 것을 보장하는 것이 중요방지 ession : 용액 1) 오염; 2) 바늘을 통해 중합체 용액 유량의 감소; 및 니들의 팁에서 중합체 비드, 3) 과도 성장. 또한, 히터 온도 제어부는 중합체 용액의 일정한 증착 속도를 유지하기 위해 원하는 온도로 설정되어야한다. 두 갈래의 분기 섬유는도 6-8에서의지지 구조체의보다 직경이 41 %와 24 % 이상, 59 %이었다 각각 24 % PMMA 용액을 사용. 이는 섬유가 그려진되는 거리에 주로 기인한다. 구체적으로,지지 구조물이 기판의 전체 폭을 가로 질러 그려 (X 및 Y 방향으로 10.0 mm, 대각선 14.4 mm). 결과적으로, 이들은 전체 부유 구조물의 긴 섬유이다. 두 갈래의 가지 구조는 아래로 2.5 mm의 7mm 최대 길이에 이르기까지, 상당히 짧다. 이 짧은 섬유 그리기 길이는 더하지 않습니다t 효과적으로 작은 직경의 섬유를 생성하기 위해 섬유 씨닝 처리 중에 필요한 섬유 변형을 유도한다. 한편, 큰 직경의 와이어는 효과적으로 갈래 분기 드로잉 과정 유도 잡아 당 겼 및 변형을 유지하기 위해지지 섬유로서 기능해야한다. 분기 분기가지지 섬유 걸쳐 그려 같이,지지 섬유 형상의 리모델링 인해에 존재하는 용매에서 드로잉 힘뿐만 아니라 지지체의 계면 PMMA 중합체의 국부적 용해 및 분지 섬유에 발생할 수 고분자 용액. 따라서, 일부 경우에, 상기지지 섬유는 더 큰 직경과 기계적으로 더 강한 섬유를 생성하기 위하여 중합체의 더 높은 농도로 이루어지는 중합체 용액으로부터 제조 될 필요가있다. 지지체의 넓은 범위 및 분지 섬유를 생성하기 위해 기존의 프로토콜을 변경하기위한 방법은 주로 세 가지 효과가있다직경 : 1)로 처음에 큰 바늘 끝으로부터 중합체를 분배 (예 25 G; ID = 254 μm의)지지 섬유를 생성하고 작은 니들 팁 (예를 들면, 32 G와 교환하는 단계; ID = 101.6 μm의)을 제조하는데 작은 분기 섬유; 전술 한 바와 같이 2), 다수의 중합체 농도를 사용한다; 및 예 / 또는 3) 조정 공급 속도, 공급 속도는 더 작은 직경의 섬유를 생성 증가 및 공급 속도를 감소 여기서 스테이지가, 통과하는 속도는 더 큰 직경의 섬유를 생성한다. 지금까지, 우리는 성공적으로 90 나노 작게 섬유를 제조 할 수 있었다; 그러나,이 차원에서 섬유의 수율은 모세관 해체로 낮다. 자동화 직접 기입 처리의 한 가지 제한은 고분자 용액의 농도는 단지 하나의 시간에 분배 될 수 있다는 것이다. 이것은 필요없이 개발 될 현탁 구조의 복잡성 레벨을 제한 : 1) 로봇 제 디스펜스 밸브를 추가;또는, 2) 기존의 밸브를 제거하고 추가 시간이 소요되는 제 2 폴리머 솔루션을 분배하기 전에 청소 프로토콜 (3.4 절)을 수행합니다. 두 번째 제한은 시스템이 달성 가능한 최대 공급 속도는 500mm / 초이다 이송 속도 (또는 인쇄 속도)이다. 그러나, 이송 속도 및 섬유화 간의 트레이드 오프가있다. 관성력 (이송 속도에 의한 힘)이 표면 장력 및 중합체 용액의 증발 속도보다 큰 경우 즉, 섬유 형성이 발생하지 않는다. 공급 속도가 너무 낮 으면, 섬유 인해 전 연신 공정 동안 과도한 증발로 파단된다. 셋째, 섬유 구조 및 치수가 각각 X, Y 및 Z 방향으로 로봇의 스테이지의 동작 범위, 즉, 200mm, 200mm 및 (10 ㎛의 위치 정밀도)와 25mm로 제한된다. 그럼에도 불구하고,이 과정 (섬유 L 높은 종횡비의 형성을 가능하게하지ength : 직경) 섬유. 전략적으로 높은 복잡도 자유롭게 부유 구조물을 생성 할 수있는 능력을 생성 분배 팁 크기 및 광범위한 섬유 직경 범위에 대해 허용하는 중합체 용액의 농도를 변화. 프로토콜은 위에서 설명한 다음으로 미크론 및 서브 미크론 직경 고분자 섬유는 다른 습식 건식 또는 전기 방사 공정으로 제어 할 수없는 중합체 용액의 표면 장력 구동 유체 역학을 이용하여 공간 제어의 높은 수준으로 생성 될 수있다 . 종래 작업 8,19에서, 우리는이 기술이 복잡 마이크로 / 미크론 유체 장치 (19) 및 생명 공학적 지지체 (8)을 제작하는 데에 이용 될 수 있음을 알고있다. 이 저렴하고 쉬운 방법은 여러 가지면에서 기존의 대패 제조 방법에 비해 자신의 장점이 있습니다.

지난 수십 년간, 습식 방사, 건식 방사하고 전기 방사 등 제조 기술, 다양한 걸쳐, 다양한 생물학적 강력한 화학, 전기 및 기계적 특성을 가진 신규 한 중합체 1-12 섬유 구조를 생성하기 위해 사용되어왔다. 이러한 스피닝 기법 입체 섬유 현탁 생성 할지라도, 이들은 이러한 과정을 통해 광섬유 증착 자연에서 랜덤이므로 정확히 3 차원 섬유 배향을 제어 할 수있는 능력이 제한되어있다. 또한, 이들 기술은 섬유 제조에 그들의 치수 범위로 제한되고; 수십 나노 미터에서 하나 마이크론 (13)에 이르기까지 직경 수율 섬유를 전기 방사하면서 특히, 습식 및 건식 방사를 통해 제조 된 섬유는 수십에서 수백 마이크로 미터의 직경에 따라 다릅니다. 3-D 공간에서 섬유 배향의 더 정밀한 제어를 제공하기 위해, 우리 그룹은 자체 개발-assemble 또는 직접 중공 후 모세관에서 고분자 재료를 토출하고 &quot;직접 기록&quot;섬유 제조 공정은 표면 장력 구동 유체 역학 (14)를 이용하여 예측 가능한 섬유 직경으로 고화 얇고 개별 필라멘트를 그린다. 파이버 위치 및 직경의 제어의 수준을 증가시키기위한 당초 직접 기록 시스템 초고 정밀도 Micromilling 머신 (도 1)로 이루어지는 사용자의 머리에 부착 맞춤 제작 스프링 식 주사기 분배 시스템으로 구성되었다. UHPMM은 X 및 Y 방향에서 1.25 nm 내지 프로그래밍 미크론 및 서브 미크론 스케일 와이어 및 구조를 생성하도록 제어하고 Z 방향으로 20 ㎚의 위치 분해능으로 스테이지를 가지고 있었다. 특정 직접 기록 시스템의 하나의 제한은 니들 팁을 통해 중합체 용액의 흐름 제어의 부족했다. 스프링로드 분배 시스템이 성공적으로 일정 플로를 생성하지만팁 통해 w, 중합체 용액의 연속적 확대 구형 비드는 환경 조건에 따라 크기와 부피 변화 주​​사기 팁의 출구에 만들어졌다. <img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/52834/52834fig1.jpg" /> 그림 초고 정밀도 Micromilling 기계 1. 이미지 :. 마이크론 / 서브 마이크론 규모의 구조를 제조에 사용 된 최초의 직접 쓰기 시스템 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52834/52834fig1large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> 이 소스 비드 불일치 반복적 소정 직경의 와이어를 제조하는 시스템의 능력에 영향. 구조물이 성공적으로 직접 기입 처리를 이용하여 생성 된, 긴하지만, 중합체 용액 유량의 제어를 증가시킴으로써 프로세스의 개선을 위해 더 PRECI 허용SE는, 주사기 팁에서 비드 크기의 조절을 통해 섬유 직경을 규정. 따라서,이 작업을 정확하게 규정 만들기 위해 중합체 용액 유량 및 팁 비드 크기를 제어 할 공압식 디스펜서 밸브 미크론 / 미크론 현탁 구조와 3 축 자동 분배 시스템의 구현을 설명한다.

<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.

도 3-5A 및 상기 B에서 정의 된 각각의 설계 및 JR C 점 알고리즘의 각각에 대한 3 축 로봇과 직접 기록 방법을 통해 제조 된 구조들의 실제 사진도 6a,도 7a 및 8a에 도시된다. 결과 이미지에서 알 수있는 바와 같이, 입체 자유롭게 매달린 섬유는 정밀 포인트뿐만 아니라 교점을 종료 / 기​​동을 포함한 소정의 공간 위치에 디스펜서 팁을 조작하여 기판 상에 성공적으로 &quot;쓰여진&quot;이었다. 이들 도면의 세트는 정확히 ​​3-D 공간에서 섬유 배향 (도 6B, 7B 및 8B)를 제어하기위한 시스템의 능력을 입증 현탁 섬유의 교차점을 확대. <img alt="그림 6" src="/files/ftp_upload/52834/52834fig6.jpg" /> 도 6 (A) 연산<html> 하나의 갈래 섬유 (289X 배율 (B)의 SEM 이미지를 (스케일 바 = 1mm 15 배 광학 배율) 중단 웹 구조는 2 지원 섬유 (대각선) 12 갈래 분기 아크릴 섬유를 가지고 제작 된 &quot;쿼드&quot;의 광 케이블 (optical) 이미지 규모 바 = 100 ㎛). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52834/52834fig6large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 7" src="/files/ftp_upload/52834/52834fig7.jpg" /> 도 7 (A) 1지지 섬유 (가로) 11 갈래 분지 PMMA 섬유 갖는 제조 &quot;대칭&quot;현탁 웨브 구조의 광학 상; 단일 갈래의 (15X 광학 배율 스케일 바 = 1 ㎜), (B) SEM 이미지 섬유 (107X 확대, 스케일 바 = 100 ㎛).52834fig7large.jpg &quot;대상 =&quot;_ 빈 &quot;&gt;이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오. <img alt="그림 8" src="/files/ftp_upload/52834/52834fig8.jpg" /> (; 눈금 막대 = 1mm 15X 광학 배율), (B) 하나의 SEM 이미지를도 8 (A) 제조 &quot;이중 셰브론&quot;의 광학 화상은 1지지 섬유 (가로) 22 갈래 분지 PMMA 섬유를 갖는 웹 구조를 현탁 두 갈래의 섬유. (80X 확대, 스케일 바 = 100 ㎛) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52834/52834fig8large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> 그림 9 디스플레이는 3 축 로봇 및 분배 시스템이 자유롭게 부유 웹 같은 구조를 생성 할 수있는 섬유 제조의 연속 포인트 - 투 - 포인트 순서의 뷰를 닫습니다. P<html> 숫자로 표시된으로 고분자 접촉점은 상기도 3b에서 참조 JR-C 소프트웨어 프로그램 된 시작 및 종료 포인트에 대응한다. 화살표는 로봇 궤적을 나타낸다. 다양한 크기의 와이어를 제조 직접 기록 시스템의 능력을 보여주는 디스플레이 10 미크론 및 서브 미크론 고분자 섬유를,도. <img alt="그림 9" src="/files/ftp_upload/52834/52834fig9.jpg" /> 마이크론 및 서브 마이크론 고분자 섬유 (29 배 확대, 스케일 바 = 200 μm의) 그리기위한 연속 포인트 - 투 - 포인트 제작 순서를 보여주는 그림 9. 전자 현미경 사진. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52834/52834fig9large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> 2834 / 52834fig10.jpg &quot;/&gt; 그림 10. SEM 마이크론 (6.5 μm의) 및 서브 마이크론 (555 나노 미터) 20 % 농도의 아크릴 폴리머 용액을 사용하여 그린 섬유의 이미지입니다. (2,270X 확대, 스케일 바 = 2 μm의) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52834/52834fig10large.jpg" target="_blank">여기를 클릭하십시오이의 더 큰 버전을 볼 수 있습니다 이 그림.</a> 고분자 섬유 길이 및 직경은 주사 전자 현미경을 사용하여 측정 하였다. 표 1은 두 갈래의 분기 섬유 지지체 섬유에 대응 전술도 6-8에 제시된 각각의 독특한 구조의 평균 와이어 직경을 나타낸다. 표 2 디스플레이 측정 하였다 중합체 파라미터 위에서 언급 한 구조를 제조하는데 이용 된 24 % PMMA 용액에서. <table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0"><tbody><tr><td></td><td> 그림 6의 구조 직경</td><td> 그림 7의 구조 직경 </td><td> 그림 8의 구조 직경 </td></tr><tr><td> 지원 섬유 </td><td> 8.65 ± 1.43 μm의 </td><td> 9.39 ± 1.23 μm의 </td><td> 9.31 ± 1.65 μm의 </td></tr><tr><td> 분기 섬유 </td><td> 20.96 ± 3.35 μm의 </td><td> 15.92 ± 1.44 μm의 </td><td> 12.24 ± 5​​.42 μm의 </td></tr></tbody></table> 24 % PMMA 솔루션 그림 6-8에 표시된 일시 중단 지원과 분기 섬유 표 1. 평균 직경. <table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0"><tbody><tr><td></td><td> 24 % PMMA </td></tr><tr><td> 점도 (파 * 초) </td><td> 35.19 </td></tr><tr><td> 표면 장력 (mN / m) </td><td> 262.01 </td></tr><tr><tD&gt; 물질 전달 계수 (M / 초) </td><td> 8.59 × 10 -8 </td></tr></tbody></table> 이 연구에서 제시된 섬유 구조체를 제조하는데 사용되었다 24 % PMMA 용액 표 2. 고분자 파라미터.

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

여기서는 3 축 분배 시스템으로 자동화 직접 기입 순서에 의해 생성 된 자유 - 부유 마이크론 / 서브 마이크론 스케일 고분자 섬유와 &quot;웹 형상&quot;구조를 제조하는 프로토콜을 제시한다.

일시 중단 된 마이크론 / 서브 마이크론 스케일 섬유 구조의 3 차원 직접 쓰기는 로봇 디스펜스 시스템을 통해 처방

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

Research

JoVE Journal

Engineering

Fabrication of Uniform Nanoscale Cavities via Silicon Direct Wafer Bonding

실리콘 다이렉트 웨이퍼 본딩을 통한 균일한 나노스케일 캐비티 제조

Measurements of the heat capacity and superfluid fraction of confined 4He have been performed near the lambda transition using lithographically patterned ...

연구

공학

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작성 및 산화물 나노 구조의 저온 특성

Oxide nanoelectronics is a rapidly growing field which seeks to develop novel materials with multifunctional behavior at nanoscale dimensions.  Oxide ...

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