מחקר של תהליך הדפסת נקודות על חומרים גמישים באמצעות הדפסה השפעה-סוג טכנולוגיית הבלטה חמה
6 באפריל 2020
טכנולוגיית הטבעה של השפעה מסוג הדפסה חמה משתמשת בכותרת השפעה כדי לממש את דפוסי הנקודה על חומרים גמישים בזמן אמת. לטכנולוגיה זו יש מערכת בקרה לשליטה בתנועה ובמיקום של כותרת ההשפעה כדי ליצור תבניות של נקודות ברוחב ובעומקים שונים בסרטים פולימריים שונות.
טכנולוגיית הבלטה חמה מסוג 'השפעת הדפסה' יכולה ליצור תבניות נקודה שיכולות לשנות את הרוחב והעומק של התבנית בזמן אמת, על סוגים שונים של סרטי פולימר, באמצעות תבנית השפעה. בהשוואה לטכנולוגיה הקיימת של הבלטה חמה, העלות של צורת התבנית הלחיצה נמוכה משמעותית וצורת הבלטה שרירותית יכולה להתבצע בזמן אמת. הטכנולוגיה שלנו יכולה להיות מיושמת על תחום התקני הביולוגיה ומכשירים אלה יכולים לעזור לבדוק את מצב החולה או המחלה על ידי קריאת biosignals של המשתמש.
אם חום החשמל נמוך מדי, ראש הפגיעה יכול לקרוע את סרט הפולימר או את ראש הפגיעה עלול להתפוגג. לכן, חשוב למצוא חום חשמל נאות מניסויים חוזרים ונשנים. התחל על ידי הפיכת מודל אחד ולשלב אותו עם שלב X.
שלבו את שלב ה-X ואת שלב Z והרכיבו את שלב Z ואת דגם 2. לאחר מכן, שלב את דגם 2 ואת כותרת הפגיעה, והצב את לוחית החום מתחת לדגם הראשון. התקן שני מחזיקי סרטים בקצה לוחית החום, ותקן את סרט הפולימר על מחזיק הסרט.
לאחר מכן, כדי להבטיח כי הסרט פולימר שטוח על צלחת החום, למשוך את הסרט פולימר ככל האפשר באמצעות תנועה אחד של מחזיק הסרט. לחלופין, כדי להעביר את סרט הפולימר לצד, להזיז את מחזיק הסרט באמצעות תנועה 2. לבסוף, חבר את התקן הבקרה ששולח את האותות לכותרת הפגיעה כדי לשלוט בו, והכנס מינוס 3v ועוד 10v כאותות בקרה לכותרת הפגיעה.
לבסוף, חבר את התקן הבקרה ששולח את האותות לכותרת הפגיעה כדי לשלוט בו, והכנס מינוס 3 וולט ועוד 10 וולט כאותות בקרה לכותרת הפגיעה. התחל בהתקנת תוכנית בקרת שלב במחשב הבקרה כדי לשלוט בשלב X וב- Z. התקן תוכנת מנהל התקן DAQ כדי לזהות את התקן הבקרה במחשב הבקרה השולט בכותרת ההשפעה, והתקן תוכנית הפעלה כדי לשלוט בהתקן הבקרה.
לאחר מכן, כדי לנהל את ניסוי התבניות, לתקן את סרט הפולימר על מחזיק הסרט, ולהתאים את המיקום של סרט הפולימר באמצעות תנועות 1 ו -2, כדי לתקן את הסרט בצורה שטוחה. לאחר תיקון סרט הפולימר, להתאים את הטמפרטורה של צלחת החום כדי לחמם את הסרט מעל טמפרטורת המעבר זכוכית. לאחר מכן, התאם את המיקום הראשוני של כותרת הפגיעה על-ידי שליטה בשלבי X ו- Z באמצעות תוכנית בקרת השלבים.
השתמש בתוכנית ההפעלה כדי ליצור אות בקרה של 5v מהתקן הבקרה. לאחר שמגבר OP מגביר את אות הבקרה של 5v ליותר מ- 10v, הפעל את כותרת הפגיעה וחרט את התבניות בסרט הפולימר. לאחר מכן, צור אות בקרה של 0v מהתקן הבקרה באמצעות תוכנית ההפעלה.
לאחר שמגבר OP מגביר את אות הבקרה של 0v למינוס 3v, כבה את כותרת הפגיעה. הזז את שלב ה- X למקומו כדי חריטת התבנית הבאה. מנמיכים את שלב Z עשרה מיקרון מהמיקום הראשוני וחרטו תבניות שלוש פעמים על סרט הפולימר, וסופרים את מספר המהלכים הבימתיים של Z.
כאשר מספר תנועות שלב Z חורג משלוש, הזז את שלב ה- X למיקום ההתחלתי והגדל את כותרת ההשפעה באופן מרבי על-ידי הזזת שלב Z. לבסוף, נתק את סרט הפולימר ממחזיק הסרט ולמדוד את הרוחב והעומק של כל תבנית נקודה באמצעות מיקרוסקופ קונפוקל במצב סריקת לייזר. במחקר זה נוצרה תבנית נקודה בשלושת סרטי הפולימרים, ומיקרוסקופ קונפוקל שימש להתבוננות בדפוס.
תשע נקודות שימשו בתבנית הנקודה, וגודל התבנית גדל מדגימה אחת לדוגמה שלוש מכיוון שהגובה של שלב Z ירד בעשרה מיקרון. יתר על כן, פרוטוקול זה היה מסוגל למדוד את רוחב ועומק התבנית של כל תבנית נקודה, ואת התבנית היה ברור לצפייה דרך התמונה 2D של נקודה אחת. השגיאות בדפוסי הנקודות עבור שלושת סוגי הסרטים הן מינוריות, מה שמצביע על כך שתהליך ההבלטה החמה מסוג Impact Print-Type מתאים לתריט מיקרו-תבניות על סרטי פולימר בזמן אמת.
שיטה זו היא הראשונה של השיטות המוצעות, ולכן זה יהיה עזרה למתחילים להבין את העיצוב acumen, הכנת דגימה, הליך תהליך על ידי הדמיה. בשלב זה, אם הסרט מחומם במנוחה בטמפרטורת המעבר מזכוכית, התבנית לא תחרט שם, בשל שחזור הסרט. תיעוד טמפרטורת התבניות הוא 350 מעלות צלזיוס והתהליך שלנו יכול להתאים את עצמו לתבנית הקו.
יתרונות אלה יכולים לשמש מוליכים למחצה, באמצעות טמפרטורות גבוהות וערוצים דקים במיוחד. הטכנולוגיה שלנו יכולה ליצור תבנית באמצעות מערכות מתאר. פרוטוקול זה מסייע לפתוח את הדרך למחקר שיכול ליצור דפוסים בקנה מידה מיקרו בעלות נמוכה, ללא תהליך כימי.
אין סיכון של קרעים כימיים, אולם במהלך הניסוי המשתמש צריך להשתמש בציוד מגן כדי למנוע כוויות, שכן צלחת החום מחוממת לטמפרטורות גבוהות.
צפו בתמליל המלא וקבלו גישה לאלפי סרטונים מדעיים
סקירה כללית
טכנולוגיית הטבעה חמה מסוג הדפסת-הדף (Impact print-type hot embossing) מאפשרת חריטה בזמן אמת של תבניות נקודות על גבי סרטי פולימר גמישים. שיטה זו מאפשרת רוחב ועומק משתנים של התבנית, ובכך מהווה חלופה חסכונית לטכניקות מסורתיות של הטבעה חמה.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום מדעי
- מדעי המוח
- ביוטכנולוגיה
- מדע החומרים
רקע
- הטבעה חמה (Hot embossing) היא טכניקה נפוצה ליצירת תבניות בחומרים.
- טכנולוגיית הדפסה מסוג פגיעה (Impact print-type) מציעה יתרונות בגמישות ובעלות.
- היישומים כוללים התקנים ביולוגיים לניטור מצבי חולים.
- בקרה נאותה של החום החשמלי חיונית כדי למנוע נזק לסרטי הפולימר.
מטרת המחקר
- פיתוח שיטה ליצירת תבניות נקודות הניתנות להתאמה אישית על גבי סרטי פולימר.
- הפחתת עלויות הקשורות לשיטות הטבעה מסורתיות.
- שיפור הפונקציונליות של התקנים ביולוגיים באמצעות טכניקות תבנית משופרות.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- שימוש בראש פגיעה (impact header) לצורך חריטה בזמן אמת.
- מערכת בקרה להתאמת תנועת ההפעלה והכיבוי ומיקום הראש.
- ביצוע ניסויים לקביעת הגדרות החום החשמליות האופטימליות.
- שילוב עם במת X לבדיקת המודל.
תוצאות עיקריות
- יצירה מוצלחת של תבניות נקודות משתנות על סרטי פולימר שונים.
- הוכחת עלויות נמוכות יותר לייצור צורות של תבניות.
- זיהוי רמות חימום חשמליות קריטיות למניעת נזק לחומר.
- יישומים פוטנציאליים במכשור ביולוגי לניטור בריאותי.
מסקנות
- הטבעה חמה מסוג הדפסת-אימפקט היא טכנולוגיה מבטיחה עבור חומרים גמישים.
- דפוסים בזמן אמת יכולים לשפר משמעותית את התפקוד של מכשירים ביולוגיים.
- נדרש מחקר נוסף כדי לייעל את הטכנולוגיה עבור יישומים שונים.
שאלות נשאלות שכיחית
רלוונטיות תעשייתית למסמך סיכום
הטבעה חמה מסוג הדפסת-הדף (Impact print-type hot embossing) מאפשרת יצירה מהירה ובזמן אמת של מיקרו-תבניות על גבי סרטי פולימר גמישים, ובכך תומכת בבניית אב-טיפוס ובייצור של התקנים בקנה מידה רחב. טכנולוגיה זו מפחיתה את עלויות התבניות ואת מורכבותן, ומקלה על פיתוח גמיש של התקנים המגיבים לאותות ביולוגיים וממשקים ביולוגיים גמישים. יכולת ההסתגלות שלה הופכת אותה לנכס בעל ערך עבור חדשנות של התקנים בשלבים מוקדמים ומחקר תרגומי בתחום המחקר והפיתוח של הביופארמה.&ד'.
יישומים אסטרטגיים במחקר בביופארמה&ד'
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- מאפשר בניית אב-טיפוס מהירה של מצעים בעלי דפוס מיקרוסקופי למחקרי זיהוי אותות ביולוגיים.
- תומך בתיקוף פונקציונלי של אינטראקציות בין המכשיר לחומר במערכות הרלוונטיות למחלות.
- מסייע בהפחתת סיכונים מכניסטיים על ידי מתן אפשרות להתאמה בזמן אמת של פרמטרי הדפוס.
סריקה ופיתוח בדיקה
- מספק תבנית סטנדרטית וניתנת לשחזור להכנת תשתית הבדיקה.
- מאפשר בקרה כמותית של רוחב ועומק התבנית לקבלת תוצאות בדיקה עקביות.
- תומך בייצור בר-הרחבה של מצעי בדיקה לסריקת תרכובות או סממנים ביולוגיים.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- מתיישב עם פיתוח של התקנים ביולוגיים גמישים לניטור ואבחון של מטופלים.
- שומר על רצף משלב בניית אב-טיפוס של שלב הגילוי ועד לתיקוף של ההתקן בשלב הפרה-קליני.
- מפחית את הסיכון לכשל של ההתקן בשלבים מאוחרים על ידי מתן אפשרות לבדיקת חומרים מוקדמת בתנאי אמת.
שילוב תהליכים וזרימת עבודה
שיטה זו משלבת שלבים החל מתיקוף ראשוני של קונספט המכשיר, דרך פיתוח הבדיקה ועד לבניית אב-טיפוס פרה-קליני של המכשיר, ובכך היא תומכת בתכנון איטרטיבי ובמחזורי בדיקה מהירים.
- ביולוגיה של גילוי: מאיץ את בדיקת ההשערות לגבי תאימות בין מכשיר לחומר והעברה של אותות ביולוגיים.
- סריקה: מספק דפוסים כמותיים הניתנים לשחזור לצורך סטנדרטיזציה של תשתית בתהליכי סינון.
- אנליטיקה: מאפשר מדידה קונפוקלית של נאמנות התבנית, ובכך תומך בהשוואה כמותית בין תנאים שונים.
- מחקר תרגומי: מקשר בין תכנון מכשירים בשלבים מוקדמים להערכה פרה-קלינית של ממשקים ביו-גמישים.
- שימוש חוזר ארגוני: מציעה פלטפורמה ניתנת לשימוש חוזר ולהתאמה עבור צרכי מיקרו-דפוס (micro-patterning) מגוונים לאורך R&תוכניות D.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: מגביר את הביטחון בחיזוי ביצועי התקן-חומר וקריאת אותות ביולוגיים.
- ערך תפעולי: מייעל את תהליכי העיצוב (patterning) באמצעות בקרה בזמן אמת והגדרה מינימלית.
- ערך אסטרטגי: משפר את קבלת ההחלטות לגבי המשך או הפסקת הפיתוח (go/no-go) על ידי מתן אפשרות לחזרתיות מהירה והפחתת סיכונים.
- השפעה על תיק הפיתוח: תומך בתיעדוף מותאם-סיכון של מועמדים להתקנים ושל טכנולוגיות פלטפורמה.
שיקולי יישום
- דורש מומחיות בעיבוד פולימרים ובהנדסת מכשירים.
- נדרשת גישה למערכות בקרה ניתנות לתכנות ולמיקרוסקופיה קונפוקלית לצורך תיקוף התבנית.
- דורש סטנדרטיזציה של פרמטרי תבניתיות (patterning) בין צוותים לצורך הדירות (reproducibility).
- ניתן להתאים למגוון תשתיות פולימרים, אך יש לקבוע את הגדרות החום והבקרה האופטימליות באופן אמפירי.
- על המשתמשים ליישם פרוטוקולי בטיחות בשל עבודה בטמפרטורות גבוהות.
שאלות נפוצות בתחום הביו-פארמה
Chapters in this video
0:04
Introduction
1:01
Impact Print-type Hot Embossing Process
2:26
Experimental Design
4:35
Results: Impact Print-Type Hot Embossing Process to Change the Shape of Microscale Pattern in Real-Time using Position Control System on Various Types of Polymer Film
5:34
Conclusion
