Name: an additive manufacturing technique for the facile and rapid fabrication of hydrogel-based micromachines with magnetically responsive components
Uploaded: 2018-07-18T13:00:00
Duration: 8 min 17 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about An Additive Manufacturing Technique for the Facile and Rapid Fabrication of Hydrogel-based Micromachines with Magnetically Responsive Components at JoVE.com

كان يؤيد هذا العمل جائزة "الوظيفي جبهة الخلاص الوطني"، والمنحة R01 المعاهد الوطنية للصحة (HL095477/05)، ومنحة NSF ECCS-1509748. وأيد S.Y.C. "المنح الدراسية العلوم الوطنية" (الدكتوراه)، التي منحت وكالة العلوم والتكنولوجيا والبحوث (سنغافورة). ونحن نشكر ييغر كيث للمساعدة في بناء الهيكل تلفيق، وبية الأميركي سايروس للصور الفوتوغرافية للإعداد والأجهزة.

<ol>
	<li>Elman, N. M., Ho Duc, H. L., Cima, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+implantable+MEMS+drug+delivery+device+for+rapid+delivery+in+ambulatory+emergency+care.">An implantable MEMS drug delivery device for rapid delivery in ambulatory emergency care.</a> Biomedical Microdevices. 11 (3), 625-631 (2009).</li><li>Gensler, H., Sheybani, R., Li, P. Y., Mann, R. L., Meng, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+implantable+MEMS+micropump+system+for+drug+delivery+in+small+animals.">An implantable MEMS micropump system for drug delivery in small animals.</a> Biomedical Microdevices. 14 (3), 483-496 (2012).</li><li>Grayson, A. C. 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=BioMEMS+review:+MEMS+technology+for+physiologically+integrated+devices.">BioMEMS review: MEMS technology for physiologically integrated devices.</a> Proceedings of the IEEE. 92 (1), 6-21 (2004).</li><li>Frost, M., Meyerhoff, M. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vivo+chemical+sensors:+tackling+biocompatibility.">In vivo chemical sensors: tackling biocompatibility.</a> Analytical Chemistry. 78 (21), 7370-7377 (2006).</li><li>Voskerician, G., 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=Biocompatibility+and+biofouling+of+MEMS+drug+delivery+devices.">Biocompatibility and biofouling of MEMS drug delivery devices.</a> Biomaterials. 24 (11), 1959-1967 (2003).</li><li>Ainslie, K. M., Desai, T. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfabricated+implants+for+applications+in+therapeutic+delivery,+tissue+engineering,+and+biosensing.">Microfabricated implants for applications in therapeutic delivery, tissue engineering, and biosensing.</a> Lab Chip. 8 (11), 1864-1878 (2008).</li><li>Burdick, J. A., Anseth, K. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photoencapsulation+of+osteoblasts+in+injectable+RGD-modified+PEG+hydrogels+for+bone+tissue+engineering.">Photoencapsulation of osteoblasts in injectable RGD-modified PEG hydrogels for bone tissue engineering.</a> Biomaterials. 23 (22), 4315-4323 (2002).</li><li>Drury, J. L., Mooney, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrogels+for+tissue+engineering:+scaffold+design+variables+and+applications.">Hydrogels for tissue engineering: scaffold design variables and applications.</a> Biomaterials. 24 (24), 4337-4351 (2003).</li><li>Alcantar, N. A., Aydil, E. S., Israelachvili, 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=Polyethylene+glycol-coated+biocompatible+surfaces.">Polyethylene glycol-coated biocompatible surfaces.</a> Journal of Biomedical Materials Research Part A. 51 (3), 343-351 (2000).</li><li>Cruise, G. M., 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=In+vitro+and+in+vivo+performance+of+porcine+islets+encapsulated+in+interfacially+photopolymerized+poly(ethylene+glycol)+diacrylate+membranes.">In vitro and in vivo performance of porcine islets encapsulated in interfacially photopolymerized poly(ethylene glycol) diacrylate membranes.</a> Cell Transplantation. 8 (3), 293-306 (1999).</li><li>Hoare, T. R., Kohane, D. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrogels+in+drug+delivery:+Progress+and+challenges.">Hydrogels in drug delivery: Progress and challenges.</a> Polymer. 49 (8), 1993-2007 (2008).</li><li>Ryu, W., Huang, Z., Prinz, F. B., Goodman, S. B., Fasching, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biodegradable+micro-osmotic+pump+for+long-term+and+controlled+release+of+basic+fibroblast+growth+factor.">Biodegradable micro-osmotic pump for long-term and controlled release of basic fibroblast growth factor.</a> Journal of Controlled Release. 124 (1-2), 98-105 (2007).</li><li>Lee, J. W., Park, J. H., Prausnitz, M. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dissolving+microneedles+for+transdermal+drug+delivery.">Dissolving microneedles for transdermal drug delivery.</a> Biomaterials. 29 (13), 2113-2124 (2008).</li><li>Hinton, T. J., 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+printing+of+complex+biological+structures+by+freeform+reversible+embedding+of+suspended+hydrogels.">Three-dimensional printing of complex biological structures by freeform reversible embedding of suspended hydrogels.</a> Science Advances. 1 (9), e1500758 (2015).</li><li>Tseng, H., 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=Fabrication+and+mechanical+evaluation+of+anatomically-inspired+quasilaminate+hydrogel+structures+with+layer-specific+formulations.">Fabrication and mechanical evaluation of anatomically-inspired quasilaminate hydrogel structures with layer-specific formulations.</a> Annals of Biomedical Engineering. 41 (2), 398-407 (2013).</li><li>Grogan, S. 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=Digital+micromirror+device+projection+printing+system+for+meniscus+tissue+engineering.">Digital micromirror device projection printing system for meniscus tissue engineering.</a> Acta Biomaterialia. 9 (7), 7218-7226 (2013).</li><li>Chin, S. Y., 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=Additive+manufacturing+of+hydrogel-based+materials+for+next-generation+implantable+medical+devices.">Additive manufacturing of hydrogel-based materials for next-generation implantable medical devices.</a> Science Robotics. 2 (2), (2017).</li><li>Diogo, G. S., Gaspar, V. M., Serra, I. R., Fradique, R., Correia, I. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Manufacture+of+beta-TCP/alginate+scaffolds+through+a+Fab@home+model+for+application+in+bone+tissue+engineering.">Manufacture of beta-TCP/alginate scaffolds through a Fab@home model for application in bone tissue engineering.</a> Biofabrication. 6 (2), 025001 (2014).</li><li>Hockaday, L. 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+3D+printing+of+anatomically+accurate+and+mechanically+heterogeneous+aortic+valve+hydrogel+scaffolds.">Rapid 3D printing of anatomically accurate and mechanically heterogeneous aortic valve hydrogel scaffolds.</a> Biofabrication. 4 (3), 035005 (2012).</li></ol>

الكتاب لا تمت بصلة إلى الكشف عن

هذا الأسلوب طريقة سهلة وسريعة للطباعة التصويرية طبقة بطبقة من المجهرية المائية. استخدام مثبط لتصنيع النهج، يمكن بسهولة بناء مجموعة متنوعة من الهياكل ثلاثية الأبعاد من مواد متوافق حيويا وحتى إدراج أجزاء متحركة. وسيمكن هذا وبالتالي تشكيل ميكروديفيسيس متوافق حيويا تماما. التقنية تستند إلى تكرار بسيط لخطوات الطباعة الحجرية، التي يتم تمكين بمراقبة دقيقة لارتفاع الركيزة السفلية عن طريق رئيس ميكرومتر. تقنيات التصنيع التقليدية المستخدمة في صناعة ممس، التي تنطوي على قسوة تجهيز تقنيات ومواد الذبيحة، وكثيراً ما غير متوافق مع تجهيز الهلاميات المائية الناعمة. أساليب أخرى الهلاميات المائية الطباعة ثلاثية الأبعاد، مثل الأساليب المستندة إلى النتوء، تقتصر على القرارات المكانية أعلاه 200 ميكرومتر وطباعتها بسرعة mm/s للهياكل البسيطة التي لا تتضمن نقل أجزاء18،19. المجسمة (SLA) والمشروع الضوء الرقمي (DLP) على أساس بيوبرينتيرس ربما تكون قادرة على تحقيق أفضل القرارات ولكن أيضا أكثر تكلفة الكثير للإعداد. أيضا استراتيجيات تصنيع هذه ليست قادرة على طباعة يتدلى بسهولة دون دعم المواد الركيزة التي يمكن أن يكون من الصعب إدخال وإزالتها من الجهاز المكتملة. علينا الالتفاف حول هذا بمحاذاة وبوليميريزينج قبل تشكيل طبقة ختم لهيكل الدعم ملفقة كخطوة نهائية لتشكيل الجهاز المكتملة. تصميم الهيكل تلفيق يعطي للمستخدم بالوصول السهل إلى هياكل ملفقة ويسمح لمواءمة مختلف مكونات سهلة مع استخدام علامات محاذاة.
الاستراتيجية المعروضة هنا أيضا أسرع بكثير من تقنيات أخرى لقرارات مماثلة؛ الوقت الإجمالي لتلفيق واضح للجهاز مع التناوب حوالي 15 دقيقة. آخر إضافة ميزة استراتيجية تصنيع هذا، على الرغم من عدم تظاهر في هذا البروتوكول لكن يبين لنا العمل السابقة17، هو القدرة على المستخدم بسرعة وسهولة تغيير نوع البوليمر المستخدمة بين الخطوات التي يمكن القيام به بكميات صغيرة . وبهذه الطريقة، يمكن للمرء إنشاء الأجهزة الموجودة على مركب أنواع مختلفة من الهلاميات المائية. الجهاز ملفقة باستخدام هذه الاستراتيجية أيضا لديها ميزة إضافية ليشتغل تلامس العتاد يحتوي على شريحة التي هي يخدر مع جسيمات نانوية أكسيد الحديد، تقديم العتاد الحساسة ليشتغل مغناطيسية ويمكن وبالتالي يكون مفتاح خارجي باستخدام المغناطيس. بالإضافة إلى ذلك، الجهاز متوافق حيويا تماما ومن ثم قد يكون مزروع بأمان في فيفو.
من السمات هامة لهذا الأسلوب هو علاج ركائز الزجاج المختلفة، التي تمكن المستخدم من تفضيلي التقيد أو صد المائية مبلمرة الركيزة الزجاج العلوي أو السفلي. عندما يتم استخدام مزيج من الزجاج غير المعالجة مع سطح زجاج معاملة بفوتس (الركيزة السفلي)، ستلتزم الهلاميات المائية شكلت تفضيلي للزجاج غير المعالجة، كما أنها صدت من سطح الزجاج تعامل بفوتس المفلورة. على العكس من ذلك، عندما يتم استخدام الزجاج PDMS المغلفة مع الركازة المعالجة بفوتس السفلي، سوف تميل الهلاميات المائية تبقى على سطح بفوتس معاملة السطوح PDMS أكثر قوة صد الهلاميات المائية شكلت. تسمح هذه الميزة لأحد بناء صعودا، والالتزام الهلاميات المائية مثل أن تكون معطلة على ركائز الزجاج ويمكن حجز للمحاذاة بالهياكل الأخرى في وقت لاحق في الوقت أو حتى بناء أسفل. هذا إضافة إلى المرونة في الأسلوب وأنواع الرسوم والنماذج التي يمكن أن تكون ملفقة، فضلا عن تمكن من الإدماج والختم المكونات المائية المستقلة والحرة--نقل.
أثناء تصنيع طبقة بطبقة، من المهم تحسين الوقت البلمرة المستخدمة. أن تكون الهلاميات المائية cross-linked على النحو الأمثل الذي تشكل في سمك كامل وكذلك في عالية الدقة مقارنة بالأشكال تحددها النبائط. وهذا يعتمد على قوة المصباح ونوع المائية المستخدمة. على الرغم من أن لا تظهر في هذا البروتوكول، وقت البلمرة يتناقص مع زيادة مصباح الطاقة ويزيد مع زيادة طول السلسلة شماعة وتقليل تركيزات بيجدا المستخدمة. العوامل الأخرى التي تؤثر في كمية الطاقة المتاحة فوتوبوليميريزيشن، مثل تغيير عتامة prepolymer بسبب إضافة جسيمات نانوية أكسيد الحديد (الشكل 4)، سوف تؤثر أيضا على الوقت البلمرة. وبالتالي مطلوب لتحسين الظروف للتركيبات المائية المختلفة العابرة للربط قبل بدء عملية تصنيع الأجهزة.
استخدام محاذاة علامات على فوتوماسكس والمحاذاة الصحيحة من الطبقات المائية، لا سيما طبقة الختم النهائي وهامة لضمان أن يتم ختم السليم، والمكونات الداخلية لا cross-linked عن غير قصد إلى المحيطة بهياكل الدعم أثناء عملية التصنيع. وهذا سيمنع هذه المكونات من الانتقال بحرية خلال يشتغل المغناطيسية. كما هو موضح في الشكل 5، ينتج أعلى المنحرفة ختم طبقة والنبائط crosslinking وترسيخ جزء من العتاد للمواد السائبة من الجهاز نفسه. كنتيجة لذلك، لا يتم استدارة هذا العتاد عندما دفعتها مع مغناطيس.
يمكن أن تكون دفعتها الأجهزة استخدام المغناطيس الدائم قوية مثل المغناطيس نيوديميوم. هذه المغناطيس توليد القوى المغناطيسية عندما تكون في مسافة قريبة للمواد المغناطيسية، وينبغي الحرص على منع الضرر. يمكن أن مفتاح الجهاز على التحرك دون المغناطيس قادمة على اتصال الجهاز؛ ويمكن عقد المغناطيس أو وضع ~ 1 سم بعيداً عن الجهاز. حركة مكونات يخدر الحديد ينبغي أن تعكس حركة المغناطيس ويمكن دفعتها للتحرك بشكل مستمر أو الموجهة بشكل متقطع على النحو المرغوب فيه. يمكن أن يكون مفتاح الجهاز يدوياً، أو يمكن أن تستخدم إعداد يشتغل. يمكن إرفاق أي صمام (مثل فتحه المحرك) إلى حركة دورانية المغناطيس. سرعة دوران المغناطيس، ومن ثم يمكن التحكم سرعة دوران عنصر الحديد يخدر، استخدام متحكم. وهذا يوفر لأسلوب أكثر دقة ليشتغل.
ويبين الشكل 8 الرسومات والصور من تصاميم مختلفة من الأعمال السابقة التي كانت ملفقة باستخدام هذا الأسلوب نفسه وإثبات براعة هذا الأسلوب. هذه مجموعة تصاميم من الأجهزة البسيطة التي تشبه الصمامات (الشكل 8 أ) أكثر تعقيداً وتطوراً تصاميم أن نستمد الإلهام من تصميم محرك جنيف (الشكل 8) التي تتألف من 2 التروس الملتزمة التي تنتج متقطعة حركة. كانت ملامح أصغر التي يمكن إنشاؤها باستخدام هذا الأسلوب عادة حوالي 100 ميكرومتر وكل تصميم يتكون من طبقات متعددة (3 إلى 6 طبقات). أنواع مختلفة من التراكيب المائية (مع اختلاف القوة الميكانيكية والمساميه) يمكن أيضا بلمرة والمستعبدين لبعضها البعض. ومن ثم، واحد يمكن بسهولة الجمع بين أنواع الهلاميات المائية لاستخدامها داخل جهاز اعتماداً على الوظيفة المطلوبة للمكونات المختلفة داخل الجهاز.

أجهزة ممس وجدت العديد من التطبيقات خاصة في مجال الأجهزة الطبية. على الرغم من أنها تضفي الكثير من الوظائف المضافة وطبيعة هذه الأجهزة المنمنمة جعلها جذابة لاستخدامها بوصفها،إيمبلانتابليس12،3، هذه الأجهزة غالباً ما يكون السلامة الكامنة وتوافق مع الحياة قضايا، فتتألف من المواد التي يمكن أن تكون ضارة لجسم الإنسان (مثل المعادن، والبطاريات، إلخ)4،5،6. الهلاميات المائية المستندة إلى ربط شبكات بوليمر منتفخة السائل واستخداما لتطبيقات مثل السقالات هندسة الأنسجة إلى حد كبير جزئيا بسبب هم7،عالية توافق مع الحياة8. كما كانت القائمة على شماعة الهلاميات المائية وافقت إدارة الأغذية والعقاقير للاستخدام في البشر9،،من1011. ومع ذلك، نظراً لخصائص المواد المائية، أنهم لا بسهولة الصمود في وجه عمليات التصنيع العادية مثل التقنيات المستخدمة في ميكروفابريكيشن النموذجية القائمة على السليكون. وهكذا، يبني على أساس المائية تقتصر عادة على أبنية متراصة بسيطة. وأسفرت الجهود الحالية الرامية إلى ميكروفابريكيشن من الهلاميات المائية الهياكل مع ميزات الحجم ميكرون؛ بيد أن هذه الهياكل غالباً ما تكون من طبقة واحدة و واحد المواد12،13 وعدم تحريك المكونات14،،من1516.
في عمل سابق، يصف لنا استراتيجية لاختلاق ميكروماتشينيس التي تتكون كلياً من المواد المائية القائمة على شماعة متوافق حيويا17. ميزات الحجم ميكرون يمكن ملفقة بسهولة باستخدام أسلوب الطباعة التصويرية ويمكن بناء هذه الهياكل صعودا باستخدام أسلوب طبقة بطبقة، التي حركة محور ع الدقيق الركيزة التي يتم بلمرة الهلاميات المائية يوفرها. يمكن أن تكون ملفقة الهلاميات المائية التراكيب المختلفة المجاورة لبعضها البعض. بالإضافة إلى ذلك، وهذه الأجهزة قد تتحرك من المكونات التي يمكن أن تكون دفعتها مغنطيس خارجي باستخدام. هذا الأسلوب تنوعاً أيضا مناسبة لمعالجة أي مواد لينة أو المائية التي صور بوليميريزابل. وهكذا، هذا الأسلوب مناسبة تماما لاختلاق أجهزة متطورة مثل ممس تتكون كلية من الهلاميات المائية.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:952px;" width="952">
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:264px;">Poly(ethylene glycol) (n) diacrylate [MW 400Da]</td>
			<td style="width:177px;">Polysciences, Inc</td>
			<td style="width:107px;">01871-250</td>
			<td style="width:404px;">PEGDA reagent for prepolymer</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:264px;">Darocur 1173</td>
			<td style="width:177px;">Ciba Specialty Chemicals, Inc</td>
			<td style="width:107px;">-</td>
			<td>Photoinitiator</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:264px;">Iron oxide (II, III)</td>
			<td style="width:177px;">Sigma Aldrich</td>
			<td>637106-25G&#160;</td>
			<td>Iron oxide nanoparticles</td>
		</tr>
		<tr height="84">
			<td height="84" style="height:84px;">Trichloro(1H,1H,2H,2H-perfluorooctyl)silane</td>
			<td style="width:177px;">Sigma Aldrich</td>
			<td>448931</td>
			<td style="width:404px;">Fluorinated compound that is used to vapor silanize the PDMS chamber to prevent adhesion of hydrogel to the glass coverslip that is bonded to the flexible PDMS membrane with prolonged use of the PDMS chamber</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Petri dish, glass</td>
			<td style="width:177px;">Sigma Aldrich</td>
			<td>BR455743</td>
			<td>Glass petri dishes for casting PDMS layers for forming PDMS chamber</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:264px;">Sylgard 184 Silicone Elastomer Kit (PDMS)</td>
			<td style="width:177px;">Dow Corning</td>
			<td style="width:107px;">240-4019862</td>
			<td>PDMS for fabrication chamber</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:264px;">Glass coverslips (No. 2), 50 x 45 mm</td>
			<td style="width:177px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:107px;">FIS#12-543F</td>
			<td>Glass substrates that cover the fabrication chamber</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Fisherbrand Straight Flat Tip Forceps 4.75in</td>
			<td style="width:177px;">Fisher Scientific</td>
			<td>FIS#16-100-112</td>
			<td>Tweezers for handling polymerized hydrogel layers/devices</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:264px;">Omnicure S2000</td>
			<td style="width:177px;">Cadence Technologies Pte Ltd</td>
			<td>010-00148R</td>
			<td>UV lamp</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">5 mm Adjustable Collimating Adaptor</td>
			<td style="width:177px;">Cadence Technologies Pte Ltd</td>
			<td>810-00042</td>
			<td>Collimator for UV lightsource</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:264px;">Photomasks</td>
			<td style="width:177px;">CAD/Art Services Inc</td>
			<td style="width:107px;">-</td>
			<td>Photomasks used to define hydrogel microstructures</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Adobe Illustrator</td>
			<td style="width:177px;">Adobe</td>
			<td style="width:107px;">-</td>
			<td>Designing of photomasks</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

an additive manufacturing technique for the facile and rapid fabrication of hydrogel-based micromachines with magnetically responsive components

البولي إثيلين غليكول (شماعة)-هي أساس الهلاميات المائية متوافق حيويا الهلاميات المائية التي أقرتها إدارة الأغذية والعقاقير للاستخدام في البشر. وقد الهلاميات المائية النموذجية القائمة على شماعة أبنية متراصة بسيطة وغالباً ما الدالة كسقالات مواد النسيج التطبيقات الهندسية. هياكل أكثر تطورا عادة ما يستغرق وقتاً طويلاً لاختلاق والقيام لا تحتوي على عناصر متحركة. هذا البروتوكول وصف أسلوب الطباعة التصويرية التي يسمح ميكروفابريكيشن سهلة وسريعة لربط الهياكل والأجهزة. وتتضمن هذه الاستراتيجية إلى مرحلة تصنيع المتقدمة داخلية تسمح لتصنيع هياكل ثلاثية الأبعاد السريع ببناء صعودا بشكل طبقة بطبقة. يمكن أيضا الانحياز المستقلة نقل المكونات وتجميعها على هياكل الدعم لتشكيل الأجهزة المتكاملة. هذه المكونات المستقلة هي يخدر مع أكسيد الحديد سوبيرباراماجنيتيك جسيمات نانوية حساسة ليشتغل المغناطيسية. بهذه الطريقة، يمكن دفعتها أجهزة مصنعة باستخدام مغناطيس خارجي تسفر عن حركة العناصر داخل. ومن ثم فإن هذا الأسلوب يسمح لتصنيع الأجهزة مثل ممس متطورة (ميكروماتشينيس) التي تتكون كلياً من أصل هيدروجيل متوافق حيويا، قادرة على العمل بدون مصدر طاقة على متن الطائرة، وتستجيب لوسيلة الاتصال بين أقل من يشتغل. ويصف هذه المخطوطة تلفيق إنشاء تلفيق فضلا عن أسلوب خطوة بخطوة ميكروفابريكيشن من هذه الأجهزة المستندة إلى الهلاميات المائية مثل ممس.

ويبين الشكل 3B صور الطبقات من الهلاميات المائية بلمرة استخدام الإعداد تلفيق. الشكل 3B (ط) يظهر ملفقة 400 ميكرون قاعدة طبقة سميكة مع فتحه 600 ميكرون. الشكل 3B (ثانيا) تبين آخر اثنين الطبقات التي كانت طبقات أعلى الطبقة الأساس؛ محيط طوله 500 ميكرومتر ومحور طوله 800 ميكرون في الوسط. وكان وقت تصنيع مجموع هذه الطبقات الثلاث أقل من 3 دقائق مع مراعاة 4 ثوان تعرض لكل طبقة والوقت المستغرق لضبط ارتفاع الركيزة السفلية والمواءمة بين فوتوماسكس. السابقة العمل المنجز في إنشاء تلفيق نفس يوضح أنه يمكن ملفقة مجموعة متنوعة من التصاميم مع قرارات تصل إلى 100 ميكرومتر.
أيضا يمكن أن تكون المكونات المائية يخدر بسهولة مع جسيمات نانوية أكسيد الحديد. كانت الأمثل مرات التعرض لضمان طبقات رقيقة (200 ميكرومتر) من بريبوليميرس بيجدا يخدر مع أكسيد الحديد بلمرة جسيمات نانوية يمكن أن يكون كاملا. ويبين الشكل 5A النبائط المستخدمة لتحديد شكل الجزء أكسيد الحديد تكون بلمرة. يمكن أن تكون بلمرة prepolymer بيجدا مخدر الأمم المتحدة تماما في غضون 4 ثوان تعرض للأشعة فوق البنفسجية. ومع ذلك، عندما تعرضت prepolymer مخدر أكسيد الحديد لمدة 4 ثوان للأشعة فوق البنفسجية، المائية الناتجة عن ذلك كان لا تماما بلمرة، كما يتبين في الشكل 5. الجزء المتعلق بإنشاء أرق (بالمقارنة مع شريحة cross-linked تماما هو موضح في الشكل 5 (ب))، والحواف غير متساوية مع الإخلاص الخطر مقارنة بالشكل تحدده النبائط. يلزم التعرض للأشعة فوق البنفسجية لمدة 10 ثوان للكامل عبر ربط الجزء المتعلق بأكسيد الحديد ويظهر الشكل 5B الجزء أكسيد الحديد التي تم إنشاؤها؛ الجزء المتعلق بأكسيد الحديد مبلمرة سمك كامل (200 ميكرومتر) ذات الحواف المستقيمة، والإخلاص الشكل عن كثب يحتفظ بالمقارنة مع النبائط (الشكل 5A). على العكس من ذلك، على مدى التعرض (> 15 ثانية) للأشعة فوق البنفسجية إنشاء شرائح أكسيد الحديد التي كانت أكثر بلمرة. يبين الشكل 5 أكثر بلمرة الجزء سيئة بالإخلاص وهو أكبر من الشكل تحدده النبائط.
ويبين الشكل 6A جهاز كامل بعد ختم مع المحاذاة الصحيحة باستخدام فوتوماسكس بمحاذاة علامات. العتاد داخل الجهاز كلياً داخل الفراغ المركزي للجهاز وهو هكذا تستجيب ليشتغل المغناطيسي. ويبين الشكل 6B جهاز مع طبقة ختم المنحرفة. يبين الشكل 6 الطبقات السفلي المائية والعتاد نفسه توضيح مع الخطوط العريضة السوداء ويبين الشكل 6 ختم المنحرفة للطبقة المائية العليا المبينة في المخططات البيضاء. وكما يتبين من الشكل 6، أجزاء من العتاد التي تقع داخل مناطق حيث تجري البلمرة أثناء ختم (هو موضح في تعبئة حمراء) النتائج في أجزاء من العتاد التي ترتكز إلى الجزء الأكبر المواد المائية. يمنع هذا العتاد من التحرك أثناء التفجير.
يبين الشكل 7 جهاز وظيفي والعتاد واحد كانت مختلقة (مجموع الوقت تلفيق ~ 15 دقيقة). مجموع سمك الجهاز 2 مم والبعد الأطول للجهاز 13 مم. الطبقات العليا والسفلي للجهاز هو 400 ميكرون سميكة والعتاد على ارتفاع 1 مم. يسمح هذا التصميم لتصريح 100 ميكرومتر على السطح العلوي والسفلي من العتاد للسماح للحركة. معظم الطبقة العليا من الجهاز من فتحه 600 ميكرون وهو المحور للعتاد 400 ميكرون في القطر. ويبين الشكل 5B صور الجهاز عند فإنه يتم دفعتها مع مغناطيس أن العتاد يؤدي استدارة كاملة كما يمكن أن يلاحظ من التغيير في موقف الجزء أكسيد الحديد من (i) من خلال (سادسا).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56727/56727fig1.jpg"> الشكل 1 . إنشاء تلفيق لأساس المائية ميكروماتشينيس. A) التخطيطي لمرحلة التصنيع. هذا التخطيطي يظهر المكونات المختلفة لإقامة التصنيع بما في ذلك قاعة PDMS التي تتشكل في الهلاميات المائية داخل منطقة تصنيع، ومرحلة تمكين الفراغ الذي يحمل أسفل قاعة PDMS فضلا عن تعلق غشاء مرن إلى ميكرومتر الرأس للتحكم في الارتفاع، والركيزة أعلى يتألف من ساترة الزجاج دون علاج أو المغلفة مع PDMS. ب) التخطيطي لعرض أعلى من مرحلة التصنيع (بدون دائرة PDMS). ثم يتم وضع مصدر ضوء الأشعة فوق البنفسجية مثل من زاوية الضوء الحادث عمودي على الطائرة الأفقي لمرحلة التصنيع (غير مبين في الشكل). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/56727/56727fig1large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56727/56727fig2.jpg"> الشكل 2 . التخطيطي لجهاز واحد والعتاد المستندة إلى المائية وفوتوماسكس المستخدمة لكل طبقة. A) التخطيطي لأعلى-والمائل-يرى جهاز المستندة إلى المائية النموذجية التي يمكن أن تكون ملفقة باستخدام هذه الاستراتيجية. يتكون هذا الجهاز من العتاد واحد يحتوي على الحديد يخدر جزء الذي يسمح بمراقبة المغناطيسية. ب) التخطيطي لطبقات الفردية والمكونات داخل الجهاز. هذا الجهاز والعتاد واحد يتكون من أعلى الختم طبقة (ط)، هياكل دعم مثل هذا المنصب للعتاد يخدر الحديد والجدران للجهاز (الثاني) وكذلك أسفل طبقة (ثالثا). تصاميم ج) النبائط المستخدمة لاختلاق جهاز واحد والعتاد. فوتوماسكس هي الظلام المصممة الميدانية؛ تترك السمات المرغوبة شفافة بينما الخلفية مظلمة. ويبين هذا الفريق التصاميم النبائط المقابلة لأعلى الختم طبقة (ط) وهياكل الدعم (ثانيا) والطبقة السفلي (ثالثا). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/56727/56727fig2large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56727/56727fig3.jpg"> الشكل 3 . الطباعة التصويرية طبقة بطبقة من ميكروماتشينيس على أساس المائية- A) التخطيطي لعملية خطوة بخطوة لتصنيع جهاز داخل منطقة تصنيع الدائرة PDMS. 1: كمية صغيرة من بيجدا prepolymer هو بيبيتيد على ساترة زجاجية المستعبدين بغشاء مرن الدائرة PDMS (الركيزة السفلي). قطعة من الزجاج غير المعالجة ساترة كالركيزة أعلى والنبائط يوضع على رأس هذه الركيزة أعلى. ارتفاع الركيزة أسفل يتم إحضارها إلى الارتفاع المطلوب (ض1) استخدام الرأس ميكرومتر. بريبوليمير المائية ثم يتعرض للأشعة فوق البنفسجية الخفيفة من خلال النبائط. يمكن ثم رفع الركيزة أعلى خارج قاعة PDMS والمائية ما زالت تلتزم بالركيزة العلوي (داخلي). ثم أن هذه الطبقة محجوز للاستخدام لاحقاً. 2: يتم تكرار الخطوة 1 ولكن الآن هو استبدال الركيزة أعلى مع الزجاج PDMS المغلفة. وستظل المائية مبلمرة يلتزم الركيزة أسفل. 3: هو خفض ارتفاع الركيزة السفلي (ض2> ض1) وبريبوليمير أكثر يمكن إضافتها إلى منطقة التصنيع. يتم استخدام النبائط ثانية وبريبوليمير يتعرض للأشعة فوق البنفسجية مرة أخرى. 4: يمكن تكرار الخطوة 3 (Z3 > ض2) حتى يتم إنشاء هياكل الدعم المطلوب. (ط) بمجرد الانتهاء من هياكل الدعم، يمكن إزالة الركيزة العلوي للسماح بالوصول إلى منطقة تصنيع للأخذ بأي مكونات بريفورميد المائية (مثل معدات يخدر الحديد). (ثانيا) متى تم وضع مكونات بريفورميد ومحاذاتها بشكل صحيح، يمكن أن توضع على رأس هيكل ملفقة الطبقة المائية من الخطوة 1 والانحياز. 5: كل الطبقات ثم تتعرض للأشعة فوق البنفسجية الخفيفة من خلال النبائط التي الأختام حواف الجهاز. (ط) خطوة ختم الأختام الجهاز كامل حين يحتمي المكونات الداخلية من زيادة التعرض للأشعة فوق البنفسجية. (ثانيا) ثم رفع الجهاز مختومة خارج قاعة تلفيق كما أنها ستلتزم تفضيلي للركيزة أعلى. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/56727/56727fig3large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56727/56727fig4.jpg"> الشكل 4 . الخطوات للمنشطات نانوحبيبات أكسيد الحديد من المكونات المائية- (ط) الأشعة فوق البنفسجية يتم كشفها من خلال النبائط تحديد الجزء يخدر أكسيد الحديد داخل العتاد المائية. بلمرة كل مرة طبقات (200 ميكرومتر) (ii) رقيقة من أكسيد الحديد يخدر المائية ومكدسة فوق بعضها البعض. (ثالثا) طبقة طبقات رقيقة يخلق شريحة مع ارتفاع إجمالي 1 مم. وترك هذا الجزء في طبقة تلفيق. (رابعا) الأمم المتحدة مخدر prepolymer ثم تودع في مجال التصنيع وثم يتم استخدام النبائط التي تعرف الشكل الكامل من العتاد خلال العابرة للربط. وهذا يتيح تشكيل العتاد الكامل مع قطعة يخدر أكسيد الحديد. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/56727/56727fig4large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56727/56727fig5.jpg"> الشكل 5 . فوتوبوليميريزيشن مكونات يخدر أكسيد الحديد المائية- A) النبائط قطعة العتاد أن يخدر مع جسيمات نانوية أكسيد الحديد. ب) بلمرة أكسيد الحديد يخدر المائية التي قد تم على النحو الأمثل (10 ثانية التعرض). ج) أكسيد الحديد يخدر المائية التي كانت تحت بلمرة (4 s التعرض). د) أكسيد الحديد يخدر المائية التي تم بلمرة الإفراط (20 s التعرض). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/56727/56727fig5large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56727/56727fig6.jpg"> الرقم 6 . محاذاة المائية طبقات أثناء إغلاق الجهاز- A) صورة تبين المحاذاة الصحيحة من الطبقات المائية مع الحرة--نقل العتاد هو تماما داخل فراغ الجهاز. ب) صورة تبين الجهاز مع الطبقات المائية المنحرفة (ب وج ود صور للجهاز نفسه ولكن مع طبقات مختلفة أبرزت). ج) نفس الصورة كما هو الحال في (ب) ولكن مع الخطوط العريضة السوداء وتوضيح أسفل الطبقات التي يتم محاذاتها بشكل صحيح. ويوضع العتاد بشكل صحيح داخل الطبقات السفلي. د) نفس الصورة كما هو الحال في (ب) ولكن مع مخططات بيضاء تظهر الطبقة العليا المنحرفة للمائية. والعتاد وقد تم بلمرة جزئيا خلال الخطوة الختم وأجزاء من العتاد (تعبئة حمراء) قد تم ارتساء إلى المواد السائبة من الجهاز. وهذا يجعل الجهاز غير وظيفية. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/56727/56727fig6large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56727/56727fig7.jpg"> الشكل 7 . يشتغل اكزيبيشن المستندة إلى المائية والعتاد واحد. A) صورة تبين الجهاز ملفقة. ب) الصور التي تبين اتجاهات مختلفة من العتاد إلى يشتغل. (ط) من التوجيه الأولى (0°)، يتم تدوير العتاد (ثانيا) 60° ° (ثالثا) 120، (رابعا) 180°، (v) 240° و 300°. شريط مقياس من 1 مم <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/56727/56727fig7large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56727/56727fig8.jpg"> الشكل 8 . تصنيع تنوعاً من التصاميم المختلفة على أساس المائية ميكروماتشينيس. A) صمام بوابة بسيطة التي تسيطر على الإفراج عن المخدرات من خزان واحد. حركة خطية المكون المائية يخدر أكسيد الحديد بوابات نشر المخدرات افتراضية خارجاً عن طريق ومنفذ. ب) بوابات متعددة الخطية التي تسيطر على الإفراج عن المخدرات من الخزانات متعددة. كل خزان يحتوي على المخدرات افتراضية وحركة البوابات مكون أكسيد الحديد يخدر حركة المخدرات خارج هذه الخزانات من خلال نافذة المائية التي تسمح بنشر هذه الأدوية بها إلى الخارج. ج) دوار بسيطة يمكن أن تكون دفعتها لتدور حول محور. د) تصميم متطورة استناداً إلى محرك الأقراص جنيف. العتاد دافعة بدبوس قادرة على الانخراط العتاد مدفوعة أكبر، وتنتج الحركة المتقطعة؛ يدور استدارة كاملة من القيادة والعتاد والعتاد مدفوعة ب 60°. كل مقياس الحانات 1 مم. من الذقن، مضافة et al. ي. س. تصنيع المواد المائية المستندة للجيل القادم من الأجهزة الطبية القابلة للغرس. علم الروبوتيات. 2 (2)، (2017). طبع بإذن من AAAS17. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/56727/56727fig8large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-</a>

Watch this Scientific Journal Video about An Additive Manufacturing Technique for the Facile and Rapid Fabrication of Hydrogel-based Micromachines with Magnetically Responsive Components at JoVE.com

An Additive Manufacturing Technique for the Facile and Rapid Fabrication of Hydrogel-based Micromachines with Magnetically Responsive Components

وقد وضعت استراتيجية تصنيع مضافة لتجهيز الهلاميات المائية كروسلينكابل الأشعة فوق البنفسجية. هذه الاستراتيجية تسمح للجمعية طبقة بطبقة من الهياكل المائية ميكروفابريكاتيد، فضلا عن تجميع مكونات مستقلة، تسفر عن الأجهزة المتكاملة التي تحتوي على مكونات المتحركة التي تستجيب ليشتغل المغناطيسية.

مثبط لصناعة تقنية لتلفيق ميكروماتشينيس على أساس المائية مع مكونات مغناطيسيا استجابة سريعة وسهلة

Polyethylene glycol (PEG)-based hydrogels are biocompatible hydrogels that have been approved for use in humans by the FDA. Typical PEG-based hydrogels ...

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Simultaneous Synthesis of Single-walled Carbon Nanotubes and Graphene in a Magnetically-enhanced Arc Plasma

التجميعي في وقت واحد من أنابيب الكربون النانوية الجدران واحدة الجرافين في قوس البلازما مغناطيسيا محسنة

Carbon nanostructures such as single-walled carbon nanotubes (SWCNT) and graphene attract a deluge of interest of scholars nowadays due to their very ...

Time-lapse Fluorescence Imaging of Arabidopsis Root Growth with Rapid Manipulation of The Root Environment Using The RootChip

الوقت الفاصل بين التصوير الإسفار من نمو الجذور Arabidopsis مع التلاعب السريع للبيئة الجذر باستخدام RootChip

The root functions as the physical anchor of the plant and is the organ responsible for uptake of water and mineral nutrients such as nitrogen, ...

Designing a Bio-responsive Robot from DNA Origami

تصميم روبوت الحيوية استجابة من اوريغامي الحمض النووي

Nucleic acids are astonishingly versatile. In addition to their natural role as storage medium for biological information1, they can be utilized in ...

Microfluidic Fabrication of Polymeric and Biohybrid Fibers with Predesigned Size and Shape

تصنيع ميكروفلويديك من الألياف البوليمرية والحيوية مع الحجم والشكل المصمم مسبقا

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

Preparation of Light-responsive Membranes by a Combined Surface Grafting and Postmodification Process

إعداد الأغشية ضوء استجابة من قبل التطعيم سطح الجامع وعملية Postmodification

In order to modify the surface tension of commercial available track-edged polymer membranes, a procedure of surface-initiated polymerization is ...

Design and Fabrication of an Elastomeric Unit for Soft Modular Robots in Minimally Invasive Surgery

تصميم وتصنيع وحدة المرنة لينة وحدات الروبوتات في جراحة المناظير

In recent years, soft robotics technologies have aroused increasing interest in the medical field due to their intrinsically safe interaction in ...

Melt Electrospinning Writing of Three-dimensional Poly(&#949;-caprolactone) Scaffolds with Controllable Morphologies for Tissue Engineering Applications

Melt Electrospinning Writing of Three-dimensional PolyÃƒÆ’Ã…Â½Ãƒâ€šÃ‚Âµ-caprolactone Scaffolds with Controllable Morphologies for Tissue Engineering Applications

تذوب الكتابة اليكتروسبينينج من السقالات Poly(ε-caprolactone) ثلاثي الأبعاد مع مورفولوجيس يمكن السيطرة عليها لتطبيقات هندسة الأنسجة

This tutorial reflects on the fundamental principles and guidelines for electrospinning writing with polymer melts, an additive manufacturing technology ...

Fabrication and Validation of an Organ-on-chip System with Integrated Electrodes to Directly Quantify Transendothelial Electrical Resistance

تلفيق والتحقق من صحة نظام الجهاز على رقاقة مع أقطاب متكاملة لقياس المقاومة الكهربائية ترانسيندوثيليال مباشرة

Organs-on-chips, in vitro models involving the culture of (human) tissues inside microfluidic devices, are rapidly emerging and promise to provide useful ...

Optimized Setup and Protocol for Magnetic Domain Imaging with In Situ Hysteresis Measurement

Optimized Setup and Protocol for Magnetic Domain Imaging with In Situ Hysteresis Measurement

الإعداد الأمثل وبروتوكول لتصوير المجال المغناطيسي مع القياس التباطؤ في الموقع

This paper elaborates the sample preparation protocols required to obtain optimal domain patterns using the Bitter method, focusing on the extra steps ...