Processo de fabricação de microestruturas tridimensionais usando vaporização de um componente sacrificial
2 de novembro de 2013
A vaporização de um processo de componentes sacrificial (Vasc) é usado para o fabrico de estruturas microvasculares. Este procedimento utiliza fibras de poli (ácido láctico sacrificiais) para formar microcanais oco com posicionamento preciso geométrica 3D fornecido por placas de guia de microfabricação laser.
O objetivo geral deste procedimento é fabricar estruturas microvasculares tridimensionais. Isso é feito primeiro criando fibras sacrificiais, incorporando estanho e oxalato em fibras de ácido polilático. O segundo passo é padronizar as fibras tridimensionalmente usando placas padronizadas.
Em seguida, as fibras são fundidas em uma resina de incorporação. A etapa final é evacuar as fibras da resina sob calor e vácuo. Em última análise, o sistema microvascular pode ser usado para muitos propósitos, incluindo troca de calor, transporte de massa e sistemas de autocura.
Geralmente, os indivíduos novos neste método terão dificuldades devido ao grau de destreza manual e consciência visual necessária para trabalhar com as fibras. A demonstração visual desse método é crítica, pois o tratamento químico das fibras e o encordoamento das placas de padrão são difíceis de aprender porque exigem coordenação olho-mão e equipamento especializado. Inicie o processo de infusão do catalisador de fibra com um fuso personalizado e uma fonte de fibras de ácido polilático de diâmetro conhecido.
Aqui, 200 mícrons. Enrole a quantidade desejada de fibras ao redor dos três quartos inferiores do fuso. Reduza a sobreposição de fibras para fornecer exposição máxima da área de superfície em uma garrafa que pode ser selada.
Misture 400 mililitros de água deionizada com 40 mililitros de disbárica. Um 30. Feche o frasco e agite-o até obter uma solução homogênea.
Em seguida, coloque um copo de 1000 mililitros em banho-maria a 37 graus Celsius. Despeje 400 mililitros de trifluoroetanol no béquer. Adicione a solução de dissipador de água ao copo e mexa até ficar homogéneo.
Adicione um grama de verde malaquita ou outro corante à mistura e mexa até dissolver. Agora, conecte o eixo ao mixer digital e ajuste a altura para que o eixo fique a meia polegada da parte inferior. Defina o mixer para 400 RPM e comece a misturar lentamente.
Adicione 1,3 gramas de catalisador de oxalato de estanho à mistura. Ajuste o pH na mistura usando hidróxido de sódio até que o pH seja aproximadamente 6,8 a 7,2. Em seguida, prenda uma tampa ao béquer e aumente a rotação do fuso para 500 RPM.
Mantenha isso por 24 horas nas primeiras duas horas. Quebre manualmente qualquer aglomeração de oxalato de estanho que se desenvolva. Ao final de 24 horas, tenha um forno pré-aquecido a 35 graus Celsius.
Retire o eixo da batedeira e coloque-o no forno. Deixe secar durante a noite. Após pelo menos oito horas de secagem, retire o fuso do forno, desembrulhe as fibras do fuso.
Remova o excesso de catalisador das fibras. A fabricação da unidade de troca gasosa microvascular começa com a obtenção de um par de placas de padrão de latão cortadas a laser com o padrão microvascular desejado. Fixe as placas nos suportes dos clipes.
Corte um comprimento de 10 polegadas de fibra catalisada por microcanal. Use uma placa cortada no diâmetro da fibra para remover qualquer catalisador restante das fibras. Use a ponta de uma pistola de cola quente para afunilar as bordas da fibra.
Faça isso extrudando lentamente as pontas da fibra. Uma vez feito isso, passe as fibras pelos orifícios correspondentes nos pares de placas de padrão de latão. Em seguida, aparafuse as placas em uma caixa de moldagem.
Certifique-se de que as fibras não estejam torcidas ao prender as placas. Em seguida, passe as pontas das fibras pelos pinos de afinação da placa tensora personalizada, tensione as fibras do PLA até ficarem esticadas. Tenha cuidado para não tensionar demais e quebrar as fibras.
Remova o excesso de partículas do padrão de fibra usando ar comprimido. Agora misture a base de poli dimetil xin com seu agente de cura em uma proporção de volume de 10 para um, coloque a mistura em um frasco dessecado. Desgaseifique a mistura por 10 minutos sob vácuo.
Despeje a mistura PDMS na caixa de moldagem, mas não diretamente sobre as fibras. Use uma agulha de calibre 26 para remover quaisquer bolhas na caixa de moldagem ou entre as fibras. Uma vez feito isso, cure o conjunto a 85 graus Celsius por 30 minutos.
Quando a caixa estiver resfriada, solte as placas de latão da caixa de moldagem, certificando-se de não dobrar as placas ou puxar com muita força. Remova o primeiro estágio curado da caixa de moldagem. Use uma agulha hipodérmica com um medidor que seja pelo menos duas vezes o diâmetro externo das fibras para fazer furos em uma tampa de extremidade RTV com agulha no lugar com fio de fibra através do orifício.
Em seguida, remova a agulha. O padrão de furos deve ser semelhante à placa de padrão de latão, mas mais amplamente espalhado. Em seguida, prenda as tampas das extremidades em uma caixa de moldagem maior.
Despeje um segundo stage de PDMS e remova quaisquer bolhas de gás restantes. Novamente, curou 85 graus Celsius por 30 minutos. Após a segunda cura, corte o excesso de fibras de PLA da amostra.
Coloque-o em um forno a vácuo a 210 graus Celsius por 24 horas ou até que a maioria das fibras de PLA tenha sido evacuada. Se algum PLA não puder ser removido, injete um mililitro de clorofórmio para dissolver o que resta nos microcanais. Isso conclui a fabricação da unidade.
Este procedimento fornece um método para a fabricação de estruturas microvasculares em resina, como visto na unidade de troca gasosa. Mostrado no topo. No canto inferior esquerdo está um detalhe de um segmento da estrutura.
Corantes têm sido usados para clareza visual. À direita está o padrão hexagonal de furos de 200 mícrons e 300 mícrons usados para criar os microcanais. Os microcanais são completamente ocos e podem ser separados por menos de 50 mícrons.
A estrutura da rede microvascular é limitada apenas pelas estruturas que podem ser formadas pelas fibras sacrificiais. É possível que vazamentos e plugues apareçam nos microcanais. No lado esquerdo desta unidade de troca gasosa há um plugue.
Muitas vezes, eles podem ser removidos com um solvente. No lado direito está um exemplo de vazamento. Estes se formam quando as fibras sacrificiais não são completamente limpas ou bem tensionadas Uma vez dominada, esta técnica pode ser feita em 45 minutos para a criação de fibras e 60 minutos para a fabricação de unidades microvasculares.
Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como fazer fibras sacrificiais, criar um padrão tridimensional e solucionar problemas do vasto processo.
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Visão Geral
O processo de Vaporização de um Componente Sacrifício (VaSC) é utilizado para fabricar estruturas microvasculares tridimensionais. Este método inovador emprega fibras de ácido polilático sacrificiais para criar microcanais ocos, com posicionamento geométrico preciso obtido por meio de placas-guia micromecanizadas a laser.
Componentes Principais do Estudo
Área da Ciência
- Neurociência
- Biomateriais
- Microrfabricação
Antecedentes
- A necessidade de sistemas microvasculares avançados em diversas aplicações.
- Importância do posicionamento geométrico preciso na microfabricação.
- Utilização de materiais sacrificáveis na criação de estruturas complexas.
- Aplicações em troca térmica, transporte de massa e sistemas autorregeneráveis.
Objetivo do Estudo
- Desenvolver um método confiável para fabricar estruturas microvasculares.
- Aprimorar a funcionalidade de microcanais para diversas aplicações.
- Explorar o potencial do processo VaSC na engenharia biomédica.
Métodos Utilizados
- Criação de fibras sacrificáveis mediante a incorporação de oxalato de estanho ao ácido polilático.
- Modelagem tridimensional de fibras utilizando placas de modelagem.
- Conformação de fibras em uma resina de inclusão.
- Remoção das fibras da resina sob calor e vácuo.
Resultados Principais
- Fabricação bem-sucedida de microcanais ocos com geometria precisa.
- Demonstração da versatilidade do sistema microvascular.
- Aplicações potenciais em diversas áreas, incluindo engenharia biomédica.
- Validação do processo VaSC para pesquisas e desenvolvimentos futuros.
Conclusões
- O processo VaSC é eficaz para criar estruturas microvasculares.
- Microcanais podem ser utilizados para diversas aplicações.
- Este método abre novas possibilidades para pesquisas em microfabricação e biomateriais.
Perguntas Frequentes
Relevância Executiva para a Indústria
O processo de Vaporização de um Componente Sacrifical (VaSC) permite a fabricação escalonável de estruturas microvasculares tridimensionais com controle geométrico preciso. Essa capacidade atende a um desafio crítico na replicação de arquiteturas vasculares complexas para biomateriais avançados e engenharia de tecidos. O método suporta sistemas de transporte de massa de alta fidelidade, impactando diretamente as etapas iniciais de descoberta e as pesquisas translacionais.
Aplicações Estratégicas em P&D de Biotecnologia e Farmacêutica
Descoberta Inicial e Validação de Alvo
- Permite a construção de microambientes fisiologicamente relevantes para estudos baseados em hipóteses.
- Apóia a validação funcional de modelos de tecidos vascularizados para redução de riscos mecanicistas.
- Facilita a exploração de relações estrutura-função em matrizes projetadas.
Triagem e Desenvolvimento de Ensaios
- Fornece matrizes reprodutíveis de microcanais para ensaios padronizados de perfusão de compostos.
- Permite a avaliação quantitativa do transporte e troca de massa em sistemas sintéticos.
- Permite a preparação escalonável de plataformas prontas para ensaios destinadas a fluxos de trabalho de alto rendimento.
Pesquisa Translacional e Pré-clínica
- Alinha redes microvasculares projetadas com modelos de tecidos relevantes para doenças.
- Mantém a continuidade da validação em estágio de descoberta até a avaliação pré-clínica de biomateriais.
- Reduz o risco translacional ao permitir testes preditivos in vitro de construtos vascularizados.
Integração de Pipeline e Fluxo de Trabalho
O processo VaSC integra-se desde a descoberta inicial até o desenvolvimento de modelos pré-clínicos, apoiando tanto a testagem de hipóteses quanto a padronização de ensaios.
- Biologia da Descoberta: Permite testes controlados de hipóteses de vascularização em matrizes projetadas.
- Triagem: Fornece plataformas microcanalizadas reprodutíveis e quantitativas para avaliação de compostos.
- Análises: Oferece resultados mensuráveis para comparar transporte de massa e integridade dos canais.
- Pesquisa Translacional: Conecta o desenvolvimento de modelos in vitro com a validação pré-clínica de biomateriais.
- Reutilização Empresarial: Oferece uma capacidade modular de fabricação adaptável às diversas necessidades de P&D.
Impacto Operacional e Empresarial
- Valor Científico: Aumenta a confiança preditiva em modelos de tecidos engenheirados e sistemas vascularizados.
- Valor Operacional: Padroniza a fabricação de microestruturas complexas para pesquisas reprodutíveis.
- Valor Estratégico: Melhora a tomada de decisões de prosseguimento ou interrupção ao reduzir a ambiguidade no desempenho do modelo.
- Impacto no Portfólio: Permite a priorização ajustada ao risco de programas de biomateriais e engenharia de tecidos.
Considerações de Implementação
- Exige destreza manual e percepção visual especializadas para o manuseio de fibras.
- Requer acesso a placas de padronização micromecanizadas e dispositivos de tensionamento.
- Exige padronização entre equipes para a fabricação reprodutível de microcanais.
- Adaptável a diversos materiais de matriz e topologias de fibras, conforme suportado pelo processo.
- O potencial de vazamentos ou entupimentos exige etapas de solução de problemas e controle de qualidade.
