三次元高分子印刷用粉末を通る毛細管流の倹約イメージング技術
Summary
提案された技術は、充填された粉末床を通る流体の流れをイメージングするための斬新で効率的で質素で非侵襲的なアプローチを提供し、高い空間的および時間的分解能をもたらします。
Abstract
ナノ粒子を含む分子およびコロイド輸送の新しいイメージング技術の開発は、マイクロ流体およびミリ流体研究において活発な研究の分野です。3次元(3D)印刷の出現により、材料の新しい領域が出現し、それによって新しいポリマーの需要が高まっています。具体的には、平均粒径がミクロンオーダーの高分子粉末は、学界や産業界から関心が高まっています。メゾスコピックから微視的な長さスケールで材料の調整性を制御することで、グラジエント材料などの革新的な材料を開発する機会が生まれます。近年、ミクロンサイズの高分子粉末のニーズが高まり、明確な用途が広がっています。3次元印刷は、新しいアプリケーションに直接リンクする高スループットプロセスを提供し、メソスケールでの物理化学的および輸送相互作用の調査を推進します。この記事で説明するプロトコルは、充填された粉末床内の流体の流れを画像化する非侵襲的な手法を提供し、スマートフォンなどのモバイルデバイスからすぐに利用できるモバイルテクノロジーを活用しながら、高い時間的および空間的解像度を提供します。一般的なモバイルデバイスを利用することで、通常光学顕微鏡に関連するイメージングコストが排除され、質素な科学的アプローチが実現します。提案されたプロトコルは、流体と粉末のさまざまな組み合わせの特性評価に成功し、流体と粉末の最適な組み合わせを迅速にイメージングおよび特定するための診断プラットフォームを作成しました。
Introduction
粉末媒体に噴射するインクジェットベースのバインダーは、積層造形(3D印刷)における重要な技術を表しています。バインダー噴射プロセスは、走査型インクジェット印刷プロセスを使用して、機能性流体を粉末媒体に堆積させることから始まります。具体的には、インクジェットプリントヘッドが粉末表面上を平行移動し、液体結合剤を粉末表面に付着させ、それによって層ごとに固体部分を形成する1。インクジェットベースのバインダー噴射技術には、一般に、砂、金属粉末、およびポリマー粉末が含まれます。しかし、バインダー噴射における材料のスペースを拡大するには、流体-粉末および粉末-粉末相互作用、トライボロジー、粉末充填密度、および粒子凝集を調べるための基本的なアプローチが必要です。具体的には、流体と粉末の相互作用では、粉末床を通る流体の流れをリアルタイムで画像化する機能が非常に必要です。これは、研究者が特性評価技術として、また流体と粉末のさまざまな組み合わせのスクリーニング方法として含める強力なツールになることを約束します2,3,4、および粒子床法を利用するコンクリート3D印刷システムなどのより複雑なシステム。
ナノ粒子を含む分子およびコロイド輸送の新しいイメージング技術の開発は、マイクロ流体およびミリ流体研究における活発な研究分野です。イメージング技術による分子間相互作用の調査は、不飽和および非定常流体の流れの条件下でこれらのタイプの相互作用を調べるための研究がほとんど行われていないため、困難な場合があります。文献で報告されている研究の多くは、ガラスビーズ5,6,7,8,9,10,11,12および土壌13,14,15,16,17,18などの飽和した、事前に濡れた多孔質媒体に焦点を当てています。.この技術は非侵襲的アプローチを提供し、高い時間的および空間的分解能をもたらす2、3、4、19。さらに、開発した技術は、ポリマー粉末に焦点を当て、さまざまな多孔質媒体中のナノスケールおよびミクロンスケールの粒子輸送を特徴付けおよび定量するための新しい方法を提供します。
提案された技術は、モバイルデバイスを利用して、流体粉末床融合技術を利用する3D印刷システムで使用される粉末を代表する粒子寸法の多孔質高分子媒体を介した不飽和で非定常な流体輸送を記録します。この技術は、フローセルが費用効果が高く、再利用可能で、小型で取り扱いが容易であり、質素な科学の支配的な側面を示しているため、有利です。これらの簡単な実験をフィールドスタディに実装する機能は非常に簡単で、光学顕微鏡で必要とされる複雑さ、コスト、および時間を排除します。セットアップの作成の容易さ、迅速な結果へのアクセス、および最小限のサンプル要件を考えると、この手法は診断スクリーニングに最適なプラットフォームです。
Protocol
Representative Results
Discussion
提供されるプロトコルは、選択される粒子の材料特性に大きく依存します。流動に影響を与える材料特性には、粒度分布2、3、4、5、11、21、粒子表面粗さ11、粒子表面2、3、4、5、11、16、<sup class="xre…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
何一つ。
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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