תהליך של הפיכת Microstructures תלת ממדי באמצעות אידוי של רכיב של קורבן
Summary
האידוי של רכיב תהליך של קורבן (VaSC) משמש לפברק מבני כלי הדם. הליך זה נעשה שימוש בסיבי חומצה לקטית (הקרבת פולי) כדי ליצור microchannels חלול עם מיצוב גיאומטרי 3D מדויק המסופק על ידי צלחות ספר micromachined לייזר.
Abstract
מבני כלי דם במערכות טבעיות מסוגלים לספק תחבורה המונית גבוהה דרך שטח פנים גבוה ומבנה אופטימלי. טכניקות ייצור חומר סינטטי מעטים מסוגלים לחקות את המורכבות של מבנים אלה, תוך שמירה על יכולת הרחבה. האידוי של רכיב תהליך של קורבן (VaSC) הוא מסוגל לעשות זאת. תהליך זה משתמש בסיבי ההקרבה כתבנית ליצירת microchannels חלול, גלילי מוטבעים בתוך מטריצה. טין (השני) אוקסלט (SnOx) מוטבע בתוך פולי (לקטית) חומצה (PLA) סיבים המאפשר את השימוש בתהליך זה. SnOx מזרז depolymerization של סיבי PLA בטמפרטורות נמוכות יותר. את מונומרים החומצה לקטית הם גזים בטמפרטורות אלה וניתן להסיר מהמטריצה מוטבעת בטמפרטורות שלא לפגוע במטריקס. כאן אנו מציגים שיטה ליישור סיבים אלה באמצעות צלחות micromachined ומכשיר מתיחה ליצור תבניות מורכבות של תלת ממד microchannels ערוך.התהליך מאפשר הבדיקה של כמעט כל הסדר של סיבי טופולוגיות ומבנים.
Introduction
מערכות טבעיות להשתמש ברשתות כלי דם נרחבות כדי להקל על תפקודים ביולוגיים רבים. תחבורה המונית ניתן להשיג יעילות במערכות כאלה בשל שטח פנים גבוה ליחסי נפח אריזה ומבנים אופטימליים. בעוד רבים טכניקות ייצור סינטטיים יכולות לייצר מבני כלי הדם, אף אחד יכול לייצר microvasculature בקנה מידה גדול, תוך שמירה על תאימות עם מורכבות ושיטות ייצור קיימות 1-5. מבנים כגון ריאות עופות לספק השראה. איך אפשר לפברק מבנים של מורכבות זו לשיפור תחבורה המונית?
האידוי של רכיב של קורבן (VaSC) יכול לייצר מבנים בקנה מידה גדול ומורכבים, כלי הדם 6-7. שיטה זו משתמשת depolymerization התרמית והסרת אידוי של פולי (לקטית) סיבי חומצה כדי ליצור ערוצים חלולים שההופכי של תבנית הסיבים. זוהי טכניקת ההקרבה תואמת את ייצור הקייםשיטות. יכולים להיווצר דפוסי מטר ארוכים, גליליים microchannel באמצעות תהליך ייצור זה. זה יכול לשמש כדי ליצור התקני vascularized כגון פולימרים ריפוי עצמי ויחידות לכידת פחם כלי הדם 3D 7-10.
יחידות לכידת פחמן נוצרו בהשראת ריאות עופות המספקת בשל יחס גז לבורסה למשקל יעיל לשימוש בו בטיסה. Parabronchus מורכב מmicrochannels בדוגמת משושים, המספק שערי חליפין דלק גבוהים ויחידות חילוף גזים יציבים מבחינה מבנית. על מנת ליצור יחידות מחליפות עם תכונות microscale מיושרות בשלושה ממדים, שפתחנו שיטה למתיחת סיבים באופן עצמאי באמצעות לוח מתח מעוצב אישית עם מקלטי גיטרה וצלחות לייזר micromachined. כל סיבים מתקיימים במקום על ידי מתח חיצוני ואת התבנית מוגדרת על ידי המיקום של חורים בצלחת דרכו את הסיבים לרוץ.
Protocol
Representative Results
Discussion
כניסתה של זרז SnOx לתוך סיבי PLA מאפשרת סיבי depolymerize בטמפרטורה נמוכה יותר. זה מונע את הפירוק של שרף ההטבעה, במקרה זה PDMS. ציר מותאם אישית נדרש לערבב את פתרון הטיפול (איור 5 א) כמו שצריך. הציר מורכב משש מוטות תמיכה המקיפות ליבה מרכזית המתחברת למיקסר דיגיטלי. הסיבים הם …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה על ידי תכנית חוקר צעיר AFOSR תחת פקולטה פרס ללא מניין 3M FA9550-12-1-0352 ו. המחברים מבקשים להודות לLalisa Stutts וג'נין טום לדיון מועיל הנוגע לפרויקט זה. המחברים מודים למרכז Calit2 מיקרוסקופית ומתקן לייזר ספקטרוסקופיה באוניברסיטת קליפורניה, אירווין הלמאפשרים שימוש במתקניה. חנות מכונת UCI המדעים הפיזיקליים הודג' הרלנד, ושיוכרו עבור הייצור של כלים. פולי (לקטית) סיבי חומצה סופקו בנדיבות על ידי Monofilament Teijin.
Materials
| Reagent | |||
| Tin (II) oxalate | Sigma-Aldrich | 402761 | |
| Disperbyk 130 | BYK Additives & Instruments | ||
| Trifluoroethanol | Halocarbon | ||
| Malachite Green (technical grade) | Sigma-Aldrich | M6880 | |
| Sodium hydroxide (≥98%, pellets) | Sigma-Aldrich | S5881 | |
| Polydimethylsiloxane (PDMS) | Dow Corning | 3097358-1004 | Distributed from Ellsworth Adhesives |
| Poly(lactic) acid fibers | Teijin Monofilament | ||
| Material | |||
| RW 20 Digital Mixer | IKA | 3593001 | |
| Desiccator Jar | Pyrex | ||
| Vacuum Oven | Fisher Scientific | ||
| Third Hand | Jameco Electronics | 26690 | Plate holder |
| Glue Gun | Stanley | GR20L | |
| PLA Spindle | Custom made | ||
| Tensioning Board | Custom made |
References
- Bellan, L. M., Singh, S. P., Henderson, P. W., Porri, T. J., Craighead, H. G., Spector, J. A. Fabrication of an artificial 3-dimensional vascular network using sacrificial sugar structures. Soft Matter. 5 (7), 1354 (2009).
- Bellan, L. M., Strychalski, E. A., Craighead, H. G. Nano-channels fabricated in polydimethylsiloxane using sacrificial electrospun polyethylene oxide nanofibers. J. Vac. Sci. Technol. B Microelectron. Nanometer Struct. Process. Meas. Phenom. 26 (5), 1728 (2008).
- Borenstein, J. T., Weinberg, E. J., Orrick, B. K., Sundback, C., Kaazempur-Mofrad, M. R., Vacanti, J. P. Microfabrication of three-dimensional engineered Scaffolds. Tissue Eng. 13 (8), 1837-1844 (2007).
- Wu, H., Odom, T. W., Chiu, D. T., Whitesides, G. M. Fabrication of complex three-dimensional microchannel systems in PDMS. J. Am. Chem. Soc. 125 (2), 554-559 (2003).
- Trask, R. S., Bond, I. P. Biomimetic self-healing of advanced composite structures using hollow glass fibres. Smart Mater. Struct. 15 (3), 704-710 (2006).
- Dong, H., Esser-Kahn, A. P., et al. Chemical treatment of poly(lactic acid) fibers to enhance the rate of thermal depolymerization. ACS Appl. Mater. Interfaces. 4 (2), 503-509 (2012).
- Esser-Kahn, A. P., Thakre, P. R., et al. Three-dimensional microvascular fiber-reinforced composites. Adv. Mater. 23 (32), 3654-3658 (2011).
- White, S. R., Blaiszik, B. J., Kramer, S. L. B., Olugebefola, S. C., Moore, J. S., Sottos, N. R. Self-healing polymers and composites. Am. Sci. 99 (5), 392 (2011).
- Nguyen, D. T., Leho, Y. T., Esser-Kahn, A. P. A three-dimensional microvascular gas exchange unit for carbon dioxide capture. Lab Chip. 12 (7), 1246 (2012).
- Nguyen, D. T., Leho, Y. T., Esser-Kahn, A. P. The effect of membrane thickness on a microvascular gas exchange unit. Adv. Funct. Mater. , (2012).
