Многослойные поливиниловые спиртовые отпечатки
11 мая 2017 г.
Для производства многослойных поливиниловых спиртов использовался струйный принтер. Были составлены водные чернила на основе поливинилового спирта и исследованы основные физические свойства.
Общая цель данной процедуры заключается в изготовлении поливиниловых спиртовых мультислоев с использованием методов струйной печати. Струйная печать — это гибкая и эффективная технология бесплатной печати, которая позволяет нам изготавливать сложные 3D-структуры из различных материалов. Основными преимуществами этого метода являются эффективность использования материалов, цифровое и аддитивное партнерство, бесконтактный процесс, совместимость со многими материалами в подложке, осаждение при комнатной температуре, высокая скорость и низкая стоимость изготовления.
Чтобы начать эту процедуру, нагрейте стакан с очищенной водой до 60 градусов Цельсия. Добавьте поливиниловый спирт таким образом, чтобы конечный массовый процент поливинилового спирта в растворе составлял 8%Затем добавьте монопропиленгликоль так, чтобы его конечный массовый процент в растворе составил 10%. После этого отфильтруйте раствор через фильтр на пять микрометров.
Визуально оцените чернила на однородность и признаки осаждения. Определите характеристики чернил в соответствии с текстовым протоколом. Далее тщательно очистите стеклянную подложку, сначала ацетоном, а затем деионизированной водой.
С помощью распылителя азота просушите промывку субстрата. Загрузите материал на печатную платформу и надежно закрепите ее. Промывайте чернила через печатающую головку, чтобы удалить воздух или чистящий раствор из резервуара и сопел.
После этого загрузите картридж в принтер. Подключите печатающую головку к диспетчеру печати ГИС с помощью персональной доски головки. Загрузите раствор чернил в шприц объемом 150 миллилитров, расположенный над картриджем.
Закройте шприц герметичным колпачком. Далее нажмите кнопку продувки, чтобы продуть чернила через сопло. После настройки формы волны и параметров печати загрузите нужное изображение для печати.
Запустите цифровой процесс и распечатайте рисунок изображения на подложке. Затем проанализируйте напечатанный узор в соответствии с текстовым протоколом. В этом исследовании исследуются физические свойства чернил PVOH на водной основе.
Реологическое поведение изучается путем измерения вязкости в зависимости от скорости сдвига. Видно, что вязкость уменьшается с увеличением скорости сдвига, что позволяет предположить, что чернила проявляют псевдопластическое разжижение при сдвиге. Затем проверяют стабильность чернил путем измерения вязкости и pH в зависимости от времени в течение 30 дней.
Средняя вязкость составляет 7,76 сантипой, а средний pH — 6,71, что свидетельствует о том, что чернила очень стабильны с течением времени. Затем исследуются смачивающие свойства чернил. Как видно, чернила PVOH демонстрируют хороший уровень смачиваемости при первом контактном угле 54,5 градуса.
Затем наблюдается небольшое уменьшение угла контакта в течение первых 25 секунд, после чего он стабилизируется. На оптической микрофотографии струйной печати с 10 слоями печатных проходов виден ряд дефектов, вызванных эффектом кольцевого кофейного пятна. Тем не менее, качество значительно улучшается после 75 слоев проходов печати.
Это может быть результатом сдвига скорости испарения растворителя и изменения взаимодействия на границе раздела между дополнительными перекрывающимися слоями. После просмотра этого видео у вас должно сложиться хорошее представление о том, как составить рецептуру чернил и обо всех шагах, необходимых для покраски горшка с помощью метода аддитивного слоя, называемого струйной печатью. В целом, наша цель заключалась в том, чтобы изучить потенциал технологии струйной печати для создания еще одной платформы для производства поливиниловых спиртовых мультислоев.
Интерес к этой технологии со стороны многих отраслей промышленности набрал обороты. Теперь у нас есть возможность дозировать активные вещества в точной многослойной структуре, защищая при этом потребителя или активного вещества с помощью растворимой защитной восьмерки барьерного слоя.
Просмотрите полный транскрипт и получите доступ к тысячам научных видео
Обзор
Данное исследование посвящено изготовлению многослойных структур из поливинилового спирта с использованием методов струйной печати. В работе особое внимание уделяется эффективности и универсальности струйной печати при создании сложных структур.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Материаловедение
- Технологии печати
- Химия полимеров
Теоретические основы
- Струйная печать представляет собой гибкую и эффективную технологию.
- Она позволяет создавать сложные 3D-структуры.
- Данный процесс совместим с различными материалами.
- Она обладает такими преимуществами, как низкая стоимость изготовления и высокая скорость производства.
Цель исследования
- Изготовление многослойных структур из поливинилового спирта.
- Изучение физических свойств напечатанных слоев.
- Демонстрация возможностей струйной печати в создании материалов.
Используемые методы
- Нагрев очищенной воды до 60 °C.
- Добавление поливинилового спирта до достижения массовой доли 8% в растворе.
- Добавление монопропиленгликоля до достижения массовой доли 10%.
- Перемешивание раствора в течение 6–8 часов для достижения гомогенности.
Основные результаты
- Раствор был успешно профильтрован через фильтр с размером пор 5 мкм.
- Были изучены физические свойства многослойных структур.
- Продемонстрирована возможность использования струйной печати для изготовления многослойных структур.
- Подчеркнута эффективность использования материалов в данном процессе.
Выводы
- Струйная печать является жизнеспособным методом создания многослойных структур из поливинилового спирта.
- Данный процесс эффективен и может быть адаптирован для различных областей применения.
- Дальнейшие исследования могут быть направлены на изучение дополнительных материалов и вариантов применения.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для индустрии
Струйная печать многослойных структур из поливинилового спирта обеспечивает точное аддитивное производство водорастворимых полимерных конструкций для фармацевтического применения. Данный подход способствует разработке растворимых барьерных слоев и систем с контролируемым высвобождением, позволяя с высокой точностью дозирования наносить активные вещества внутри защитных многослойных структур. Этот метод повышает достоверность прогнозов при разработке ранних формуляций за счет воспроизводимого и безотходного изготовления гидрофильных полимерных архитектур.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Первичный поиск и валидация мишени
- Научная ценность: позволяет проверять гипотезы о доставке на основе полимеров путем регулирования толщины и состава многослойных структур.
- Практическая ценность: обеспечивает быстрое создание прототипов систем с растворимым барьером для оценки профилей активной защиты и высвобождения.
Скрининг и разработка анализа
- Научная ценность: Обеспечивает получение стандартизированных смачиваемых пленок из PVOH на стеклянных подложках для проведения согласованных анализов взаимодействия лекарственных средств.
- Практическая ценность: Предлагает воспроизводимый состав чернил с определенными характеристиками вязкости (7,5 cP), pH (6,7) и временной стабильности для обеспечения надежного качества печати.
Трансляционные и доклинические исследования
- Научная ценность: облегчает снижение механистических рисков при использовании гидрофильных полимерных носителей, обеспечивая возможность послойного анализа испарения растворителя и межфазных взаимодействий.
- Практическая ценность: демонстрирует масштабируемость печати от 10 до 75 слоев, что способствует переходу от подтверждения концепции к доклинической оценке.
Интеграция конвейера и рабочих процессов
Данный метод интегрируется в рабочие процессы ранних этапов разработки, позволяя быстро создавать полимерные многослойные структуры для скрининга составов, что способствует переходу к доклиническим исследованиям за счет улучшения равномерности толщины и уменьшения количества дефектов при увеличении числа слоев.
- Фундаментальная биология: обеспечивает проверку гипотез об эффективности полимерных барьеров за счет точного контроля многослойной архитектуры.
- Скрининг: предоставляет готовые к анализу подложки с количественно определенной смачиваемостью (начальный контактный угол 54,5°) и стабильными во времени свойствами чернил.
- Аналитика: позволяет проводить реологический анализ и анализ поведения смачивания для установления корреляции между параметрами печати и структурным качеством.
- Трансляционные исследования: обеспечивает переход от фундаментальных открытий к доклиническим исследованиям посредством масштабируемого аддитивного производства многослойных структур из PVOH, пригодных для оценки биосовместимых покрытий.
- Корпоративное повторное использование: создает переиспользуемую платформу для многослойного осаждения полимеров в рамках нескольких программ разработки рецептур.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: Прогностическая уверенность в формировании полимерной пленки на основе характеристик стабильности чернил и поведения при сдвиговом разжижении.
- Операционная ценность: Стандартизированное бесконтактное осаждение при комнатной температуре с высокой эффективностью использования материала.
- Стратегическая ценность: Позволяет принимать более обоснованные решения о целесообразности дальнейшей разработки на ранних этапах создания состава за счет снижения неопределенности в обработке полимеров.
- Влияние на портфель: Обеспечивает приоритизацию гидрофильных систем-носителей с учетом рисков благодаря воспроизводимому получению многослойных структур.
Особенности реализации
- Требуются экспертные знания в области рецептуры чернил и реологической характеризации.
- Зависит от оборудования для пьезоэлектрической струйной печати и условий печати с контролируемым климатом.
- Необходима стандартизация очистки подложки (ацетон/деионизированная вода) и сушка азотом для обеспечения стабильности адгезии.
- Требуется учет особенностей смачиваемости подложек, отличных от стекла, как показано в исследовании.
- Ограничено появлением дефектов по типу «кофейного пятна» при малом количестве слоев, что требует достаточного числа проходов (например, 75 слоев) для повышения качества.
