3차원 고분자 인쇄 분말을 통한 모세관 흐름의 검소한 이미징 기술
Summary
제안된 기술은 포장된 분말 베드를 통한 유체 흐름을 이미징하기 위한 새롭고 효율적이며 검소하고 비침습적인 접근 방식을 제공하여 높은 공간 및 시간 해상도를 생성합니다.
Abstract
나노 입자를 포함한 분자 및 콜로이드 수송의 새로운 이미징 기술의 개발은 미세 유체 및 밀 유체 연구에서 활발한 연구 영역입니다. 3차원(3D) 프린팅의 출현으로 새로운 재료 영역이 등장하여 새로운 폴리머에 대한 수요가 증가했습니다. 특히, 평균 입자 크기가 미크론 정도인 고분자 분말은 학계 및 산업계에서 관심이 높아지고 있습니다. 메조스코픽에서 현미경 길이 스케일까지 재료 조정 가능성을 제어하면 그래디언트 재료와 같은 혁신적인 재료를 개발할 수 있는 기회가 생깁니다. 최근에는 재료에 대한 명확한 응용 분야가 개발됨에 따라 미크론 크기의 고분자 분말에 대한 필요성이 증가하고 있습니다. 3차원 프린팅은 새로운 응용 분야에 직접 연결되는 고처리량 프로세스를 제공하여 메조스케일에서 물리화학적 및 운송 상호 작용에 대한 조사를 주도합니다. 이 기사에서 설명하는 프로토콜은 포장된 분말 베드의 유체 흐름을 이미지화하는 비침습적 기술을 제공하여 스마트폰과 같은 모바일 장치에서 쉽게 사용할 수 있는 모바일 기술을 활용하면서 높은 시간적 및 공간적 해상도를 제공합니다. 일반적인 모바일 장치를 활용하면 일반적으로 광학 현미경과 관련된 이미징 비용이 제거되어 검소한 과학적 접근 방식이 가능합니다. 제안된 프로토콜은 유체와 분말의 다양한 조합을 성공적으로 특성화하여 유체와 분말의 최적 조합을 신속하게 이미징하고 식별하기 위한 진단 플랫폼을 만들었습니다.
Introduction
분말 매체에 분사되는 잉크젯 기반 바인더는 적층 제조(3D 프린팅)에서 중요한 기술입니다. 바인더 분사 공정은 스캐닝 잉크젯 인쇄 공정을 사용하여 기능성 유체를 분말 매체에 증착하는 것으로 시작됩니다. 구체적으로, 잉크젯 프린트 헤드는 분말 표면 위에 변환되어, 액체 결합제를 분말 표면 상에 증착시키고, 이로써 층별 방식으로 고체 부분을 형성한다1. 잉크젯 기반 바인더 분사 기술에는 일반적으로 모래, 금속 분말 및 고분자 분말이 포함됩니다. 그러나 바인더 분사에서 재료의 공간을 확장하려면 유체-분말 및 분말-분말 상호 작용, 마찰, 분말 패킹 밀도 및 입자 응집을 조사하는 근본적인 접근 방식이 필요합니다. 특히, 유체-분말 상호 작용의 경우 분말 베드를 통한 유체 흐름을 실시간으로 이미지화하는 기능이 매우 필요합니다. 이는 연구자들이 특성화 기술 및 잠재적으로 유체 및 분말 2,3,4의 다양한 조합뿐만 아니라 입자 베드 방법을 사용하는 콘크리트 3D 프린팅 시스템과 같은보다 복잡한 시스템에 대한 스크리닝 방법으로 포함 할 수있는 강력한 도구가 될 것을 약속합니다.
나노 입자를 포함한 분자 및 콜로이드 수송의 새로운 이미징 기술의 개발은 미세 유체 및 밀 유체 연구에서 활발한 조사 영역입니다. 이미징 기술로 분자간 상호 작용을 조사하는 것은 불포화 및 불안정한 유체 흐름 조건에서 이러한 유형의 상호 작용을 조사하기 위한 작업이 거의 수행되지 않았기 때문에 어려울 수 있습니다. 문헌에보고 된 많은 연구는 유리 비드 5,6,7,8,9,10,11,12 및 토양13,14,15,16,17,18과 같은 포화되고 사전 습윤 된 다공성 매체에 초점을 맞추 었습니다. . 이 기술은 비침습적 접근 방식을 제공하여 높은 시간적 및 공간적 해상도 2,3,4,19를 제공합니다. 또한, 개발된 기술은 고분자 분말에 초점을 맞춘 다양한 다공성 매체에서 나노 스케일 및 미크론 스케일 입자 수송을 특성화하고 정량화하는 새로운 방법을 제공합니다.
제안된 기술은 유체 분말층 융합 기술을 활용하는 3D 프린팅 시스템에 사용되는 분말을 대표하는 입자 치수를 갖는 다공성 중합체 매체를 통해 불포화되고 불안정한 유체 수송을 기록하기 위해 모바일 장치를 이용한다. 이 기술은 플로우 셀이 비용 효율적이고 재사용 가능하며 작고 취급이 용이하여 검소한 과학의 지배적인 측면을 보여주기 때문에 유리합니다. 이러한 간단한 실험을 현장 연구에 구현하는 기능은 매우 간단하여 광학 현미경에 필요한 복잡성, 비용 및 시간을 제거합니다. 설정 생성의 용이성, 빠른 결과에 대한 액세스 및 최소한의 샘플 요구 사항을 고려할 때 이 기술은 진단 스크리닝을 위한 최적의 플랫폼입니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
제공되는 프로토콜은 선택된 입자의 재료 특성에 크게 의존합니다. 흐름에 영향을 미치는 재료 특성에는 입자 크기 분포 2,3,4,5,11,21, 입자 표면 거칠기 11, 입자 표면의 화학적 특성 2,3,4,5,11,16,21,23</…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
없음.
Materials
| µ-Slide I Luer | ibidi | 80191 | Microfluidic flow cell |
| Beaker | Southern Labware | BG1000-800 | Glassware |
| CALIBRE 301-58 LT Natural Polycarbonate Resin | TRINSEO LLC | CALIBRETM 301-58 LT | Natural polycarbonate resin |
| Ethanol | Sigma Aldrich | 1.00983 | Solvent |
| Fume Hood | Kewaunee | Supreme Air LV Fume Hoods | Used with 92 FPM at 18" opening |
| iPhone 7 plus | Apple | Camera | |
| Opaque 3D printed material | The CAD drawing is provided in the supplemental file | ||
| ORGASOL 2002 ES 6 NAT 3 | ARKEMA | A12135 | Polyamide powder |
| Pipet | VWR | 10754-268 | Disposable Transfer Pipet |
| Pipette | Globe Scientific Inc. | 3301-200 | Pipette that can hold 125 µL of fluid |
| Polystyrene | Advanced Laser Materials, LLC. | PS200 | Polystyrene for sintering |
| Tracker | Video analysis and modeling tool | ||
| VariQuest 100 White Light Model 3-3700 | FOTODYNE | 3-3700 | White light |
| Water | Distilled water |
References
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