Den foreslåtte teknikken vil gi en ny, effektiv, sparsom og ikke-invasiv tilnærming for avbildning av fluidisk strømning gjennom en pakket pulverseng, noe som gir høy romlig og tidsmessig oppløsning.
Utviklingen av nye bildebehandlingsteknikker for molekylær og kolloidal transport, inkludert nanopartikler, er et område med aktiv undersøkelse i mikrofluidiske og millifluidiske studier. Med fremkomsten av tredimensjonal (3D) utskrift har et nytt domene av materialer oppstått, og dermed økt etterspørselen etter nye polymerer. Spesielt opplever polymerpulver, med gjennomsnittlige partikkelstørrelser i størrelsesorden en mikron, en økende interesse fra akademiske og industrielle samfunn. Kontroll av materialtunabilitet på mesoskopisk til mikroskopisk lengdeskala skaper muligheter for å utvikle innovative materialer, for eksempel gradientmaterialer. Nylig har et behov for polymerpulver i mikronstørrelse vokst, ettersom klare applikasjoner for materialet utvikler seg. Tredimensjonal utskrift gir en prosess med høy gjennomstrømning med en direkte kobling til nye applikasjoner, og driver undersøkelser av fysiokjemiske og transportinteraksjoner på mesoskala. Protokollen som diskuteres i denne artikkelen gir en ikke-invasiv teknikk for å avbilde væskestrøm i pakkede pulversenger, noe som gir høy temporal og romlig oppløsning mens du utnytter mobil teknologi som er lett tilgjengelig fra mobile enheter, for eksempel smarttelefoner. Ved å benytte en felles mobil enhet, blir bildebehandlingskostnadene som normalt ville være forbundet med et optisk mikroskop, eliminert, noe som resulterer i en nøysom vitenskapelig tilnærming. Den foreslåtte protokollen har vellykket karakterisert en rekke kombinasjoner av væsker og pulver, og skaper en diagnostisk plattform for rask avbildning og identifisering av en optimal kombinasjon av væske og pulver.
Blekkskriverbasert bindemiddel som stråler inn i pulvermedier representerer en viktig teknologi innen additiv produksjon (3D-printing). Bindemiddelstråleprosessen begynner med avsetning av funksjonelle væsker i pulvermedier ved hjelp av en skanneblekkutskriftsprosess. Spesielt oversetter et blekkskriverhode over pulveroverflaten, avsetter det flytende bindemiddelet på en pulveroverflate, og danner dermed en solid del på en lag-for-lag-måte-måte1. Inkjet-baserte bindemiddelstråleteknologier inkluderer vanligvis sand, metallpulver og polymerpulver. For å utvide materialenes plass i bindemiddelspyling, er det imidlertid nødvendig med en grunnleggende tilnærming til å undersøke væskepulver- og pulverpulverinteraksjoner, tribologi, pulverpakningstetthet og partikkelaggregering. Spesielt for væske-pulver-interaksjoner eksisterer det et kritisk behov for evnen til å avbilde væskestrøm gjennom pulversenger i sanntid. Dette lover å være et kraftig verktøy for forskere å inkludere som karakteriseringsteknikk og potensielt som en screeningsmetode for forskjellige kombinasjoner av væsker og pulver 2,3,4, samt mer komplekse systemer, for eksempel betong 3D-utskriftssystemer som bruker partikkel-seng metoder.
Utviklingen av nye bildebehandlingsteknikker for molekylær og kolloidal transport, inkludert nanopartikler, er et aktivt undersøkelsesområde i mikrofluidiske og millifluidiske studier. Probing intermolekylære interaksjoner ved bildebehandlingsteknikker kan være utfordrende, da lite arbeid har blitt gjort for å undersøke disse typer interaksjoner under betingelsene for umettet og ustabil væskestrøm. Mange av studiene som er rapportert i litteraturen har fokusert på et mettet, forfuktet, porøst medium, som glassperle 5,6,7,8,9,10,11,12 og jord 13,14,15,16,17,18 . Denne teknikken gir en ikke-invasiv tilnærming, noe som resulterer i høy temporal og romlig oppløsning 2,3,4,19. Videre gir den utviklede teknikken en ny metode for å karakterisere og kvantifisere nanoskala og mikronskala partikkeltransport i en rekke porøse medier, med fokus på polymerpulver.
Den foreslåtte teknikken benytter en mobil enhet for å registrere umettet, ustabil fluidisk transport gjennom porøse polymere medier med partikkeldimensjoner som er representative for pulverene som brukes i 3D-utskriftssystemer som bruker fluidisk pulversengfusjonsteknologi. Denne teknikken er fordelaktig da flytcellene er kostnadseffektive, gjenbrukbare, små og lett håndterte, og illustrerer de dominerende aspektene ved nøysom vitenskap. Evnen til å implementere disse enkle eksperimentene i en feltstudie er veldig grei, og eliminerer komplikasjonene, kostnadene og tiden som kreves i optisk mikroskopi. Gitt det enkle oppsettet, tilgangen til raske resultater og det minimale antallet prøvekrav, er denne teknikken en optimal plattform for diagnostisk screening.
Protokollen som er gitt er svært avhengig av materialegenskapene til partiklene som er valgt. Materialegenskaper som påvirker strømningen inkluderer partikkelstørrelsesfordeling 2,3,4,5,11,21, partikkeloverflateruhet 11, kjemiske egenskaper ved partikkeloverflaten 2,3,4,5,11,16,21,23<sup class="…
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 |