Den foreslåede teknik vil give en ny, effektiv, sparsommelig og ikke-invasiv tilgang til billeddannelse af fluidisk strømning gennem et pakket pulverleje, hvilket giver høj rumlig og tidsmæssig opløsning.
Udviklingen af nye billeddannelsesteknikker til molekylær og kolloid transport, herunder nanopartikler, er et område, hvor der aktivt undersøges mikrofluidiske og millifluidiske undersøgelser. Med fremkomsten af tredimensionel (3D) udskrivning er der opstået et nyt domæne af materialer, hvilket øger efterspørgslen efter nye polymerer. Specifikt oplever polymere pulvere med gennemsnitlige partikelstørrelser i størrelsesordenen en mikron en stigende interesse fra akademiske og industrielle samfund. Styring af materialetunbarhed ved mesoskopiske til mikroskopiske længdeskalaer skaber muligheder for at udvikle innovative materialer, såsom gradientmaterialer. For nylig er et behov for polymere pulvere i mikronstørrelse vokset, da der udvikles klare anvendelser af materialet. Tredimensionel udskrivning giver en high-throughput proces med en direkte forbindelse til nye applikationer, der driver undersøgelser af fysisk-kemiske og transportinteraktioner på mesoskala. Protokollen, der diskuteres i denne artikel, giver en ikke-invasiv teknik til at afbilde væskestrøm i pakkede pulversenge, hvilket giver høj tidsmæssig og rumlig opløsning, samtidig med at der udnyttes mobilteknologi, der er let tilgængelig fra mobile enheder, såsom smartphones. Ved at bruge en fælles mobil enhed elimineres de billeddannelsesomkostninger, der normalt ville være forbundet med et optisk mikroskop, hvilket resulterer i en sparsommelig videnskabelig tilgang. Den foreslåede protokol har med succes karakteriseret en række kombinationer af væsker og pulvere, hvilket skaber en diagnostisk platform til hurtig billeddannelse og identifikation af en optimal kombination af væske og pulver.
Inkjet-baseret bindemiddel, der stråler ind i pulvermedier, repræsenterer en vigtig teknologi inden for additiv fremstilling (3D-print). Bindemiddelstråleprocessen begynder med deponering af funktionelle væsker i pulvermedier ved hjælp af en scanningsinkjetudskrivningsproces. Specifikt oversætter et inkjetprinthoved over pulveroverfladen, deponerer det flydende bindemiddel på en pulveroverflade og danner derved en fast del på en lag-for-lag-måde1. Inkjet-baserede bindemiddelstråleteknologier inkluderer generelt sand, metalpulver og polymerpulver. For at udvide materialernes plads i bindemiddeljetting kræves der imidlertid en grundlæggende tilgang til undersøgelse af fluid-pulver og pulver-pulverinteraktioner, tribologi, pulverpakningstæthed og partikelaggregering. Specifikt for væske-pulver-interaktioner findes der et kritisk behov for evnen til at afbilde væskestrøm gennem pulverlejer i realtid. Dette lover at være et kraftfuldt værktøj for forskere at inkludere som en karakteriseringsteknik og potentielt som en screeningsmetode for forskellige kombinationer af væsker og pulvere 2,3,4 samt mere komplekse systemer, såsom konkrete 3D-printsystemer, der bruger partikelbedmetoder.
Udviklingen af nye billeddannelsesteknikker til molekylær og kolloid transport, herunder nanopartikler, er et aktivt undersøgelsesområde i mikrofluidiske og millifluidiske undersøgelser. Undersøgelse af intermolekylære interaktioner ved hjælp af billeddannelsesteknikker kan være udfordrende, da der ikke er gjort meget arbejde for at undersøge disse typer interaktioner under betingelserne for umættet og ustabil væskestrøm. Mange af de undersøgelser, der er rapporteret i litteraturen, har fokuseret på et mættet, forvædet, porøst medie, såsom glasperle 5,6,7,8,9,10,11,12 og jord 13,14,15,16,17,18 . Denne teknik giver en ikke-invasiv tilgang, hvilket resulterer i høj tidsmæssig og rumlig opløsning 2,3,4,19. Desuden giver den udviklede teknik en ny metode til karakterisering og kvantificering af partikeltransport i nanoskala og mikronskala i en række porøse medier med fokus på polymere pulvere.
Den foreslåede teknik anvender en mobil enhed til at registrere umættet, ustabil fluidisk transport gennem porøse polymere medier med partikeldimensioner, der er repræsentative for de pulvere, der anvendes i 3D-printsystemer, der bruger fluidiske pulverbedfusionsteknologier. Denne teknik er fordelagtig, da flowcellerne er omkostningseffektive, genanvendelige, små og lette at håndtere, hvilket illustrerer de dominerende aspekter af sparsommelig videnskab. Evnen til at implementere disse enkle eksperimenter i et feltstudie er meget ligetil, hvilket eliminerer de komplikationer, omkostninger og tid, der kræves i optisk mikroskopi. I betragtning af den lette oprettelse af opsætningen, adgangen til hurtige resultater og det minimale antal prøvekrav er denne teknik en optimal platform til diagnostisk screening.
Den protokol, der leveres, er stærkt afhængig af materialeegenskaberne for de valgte partikler. Materialeegenskaber, der påvirker flowet, omfatter partikelstørrelsesfordeling 2,3,4,5,11,21, partikeloverfladens ruhed 11, kemiske egenskaber ved partikeloverfladen 2,3,4,5,11,16,21,23<sup class="xre…
The authors have nothing to disclose.
Ingen.
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 |