Gli autori riconoscono il sostegno finanziario FQRNT (Le Fonds Quebec de la recherche sur la nature et les Technologies). Gli autori desiderano ringraziare il supporto consulenziale del Prof. Martin Levesque, Prof. mio Ali El Khakani e il dottor Brahim Aissa.

1. Fabbricazione di 3D microfluidici Networks <ol><li> Fate sciogliere l&#39;inchiostro fuggitivo a 80 ° C e caricarlo in una siringa da 3 ml. Nota: L&#39;inchiostro fuggitivo è una miscela binaria di una cera microcristallina e vaselina con una proporzione in peso di 40:60. </li><li> Scegliere un ugello di deposizione in funzione del diametro del filamento desiderato (es diametro interno (ID) = 150 pm). </li><li> Installare l&#39;ugello sul cilindro della siringa contenente il materiale di inchiostro e montarlo sul supporto siringa del robot di erogazione. </li><li> Utilizzare un programma Excel per progettare il percorso mobile del robot di erogazione per la fabbricazione della struttura scaffold 3D desideri. Nota: Le dimensioni complessive della struttura inchiostro 3D e spaziatura filamenti in un dato strato possono essere facilmente programmati, in questo caso, le dimensioni sono 60 mm di lunghezza da 7.5 mm di larghezza, e 1,7 mm di spessore di 0,25 mm in spaziatura orizzontale tra ciascun filamento. </li><li&gt; Impostare la pressione di deposizione sul regolatore di pressione e la velocità del robot di erogazione. Nota: Il diametro del filamento inchiostro fuggitivo varia a seconda del diametro dell&#39;ugello, pressione di deposizione, viscosità dell&#39;inchiostro e la velocità di erogazione. Qui, il diametro del filamento è ~ 150 micron per una velocità di deposizione di 4,7 mm / sec con una pressione di estrusione di 1.9 MPa. </li><li> Avviare la fabbricazione del microscaffold con la deposizione dei filamenti a base di inchiostro su un substrato di resina epossidica, che porta ad un modello 2D (Figura 2a). </li><li> Depositare strati successivi in successione incrementando la z-posizione dell&#39;ugello di erogazione di una quantità pari al diametro dei filamenti (Figura 2b). Nota: strutture 3D autoportanti con altre geometrie e molti strati (ad esempio, a poche centinaia di strati) potrebbe essere costruito. </li><li> Mescolare le due parti di resina epossidica (cioè la resina e l&#39;indurente) utilizzati per l&#39;incapsulamento e degassarla epmiscela oxy sotto vuoto per un tempo definito (qui, 0,15 bar per 30 min) per rimuovere le bolle intrappolate durante la miscelazione dei componenti epossidici. Nota: Il tempo di degasaggio può variare con il tempo di gelificazione della miscela epossidica. Per un sistema epossidico differente, il tempo di degassamento richiesta può essere più o meno lungo. </li><li> Caricare la resina epossidica in una siringa 3 ml usando un erogatore fluido applicando una pressione negativa e quindi montare una multa ugello (ad esempio ID = 0,51 millimetri) nel cilindro della siringa. </li><li> Luogo gocce di resina epossidica sulla struttura impalcatura inclinata alla sua estremità superiore utilizzando lo stesso erogatore fluido e montato ugello per minimizzare il rischio di intrappolamento di bolle durante l&#39;incapsulamento epossidico. Nota: La resina epossidica scorre poi negli spazi vuoti tra filamenti, spinti dalla gravità e forze capillari. </li><li> Continua mettendo gocce di resina epossidica sul patibolo fino a quando lo spazio vuoto tra i filamenti ponteggio è completamente riempito. </li><li> Lasciate che l&#39;epo incapsulamentoxy pre-indurimento a temperatura ambiente per 24 ore e poi mettere la struttura in un forno per la post-polimerizzazione a 60 ° C (figura 2c). Nota: Un programma di cura diverso può essere applicato per un sistema epossidico diverso. </li><li> Tagliare le parti in eccesso di resina epossidica con una sega di precisione dopo il completo indurimento. </li><li> Praticare due fori a due estremità della struttura e inserire due tubi di plastica. </li><li> Rimuovere l&#39;inchiostro fuggitivo dalla struttura come segue: <ol><li> Mettere i campioni in stufa a 90 ° C per 30 minuti per la liquefazione di inchiostro (figura 2d). </li><li> Poco dopo il prelievo dei campioni dal forno, lavare la rete di canale con l&#39;aspirazione di acqua distillata calda attraverso i tubi collegati ai canali aperti per 5 min seguita da esano per altri 5 min. Nota: La rimozione dell&#39;inchiostro produce una rete interconnesso microfluidica 3D (Figura 5). Post-pulizia delle reti utilizzando esano viene eseguita per rimuovere la posbili tracce residue del inchiostro dalle pareti del canale. </li></ol></li></ol> 2. Nanocompositi Preparazione Nota: I nanocompositi sono preparati miscelando un doppio indurimento resina (ultravioletto / calore curabile) termoindurente, o una resina epossidica o una resina a base di uretano e nanocariche (qui, nanotubi a parete singola di carbonio) a diversi carichi. <ol><li> Aggiungere la quantità desiderata di nanotubi a una soluzione di 0,1 mM di un tensioattivo (zinco protoporfirina IX) sia in acetone o diclorometano 14 (Figura 6). Nota: Qui, 150 mg di CNT è stato aggiunto alla soluzione (~ 50 ml) per preparare un nanocomposito con una concentrazione finale di nanotubi di 0,5% in peso. Va detto inoltre che l&#39;uso di solventi altobollenti temperatura come DMF dovrebbe essere evitata a causa di possibili termoindurente della UV-epossidica utilizzata in questo studio a temperature superiori a 60 ° C durante l&#39;evaporazione del solvente. </li><li> Sonicare il suspension in un bagno ad ultrasuoni per 30 min a debundle aggregati di nanotubi (Figura 6). Nota: sforzi aggiuntivi come filtrazione o ultracentrifugazione della soluzione nanotubo dovrebbe essere fatto per rimuovere i rimanenti grandi grappoli prima della miscelazione con la resina. </li><li> Mescolare la resina (sia epossidica o uretano) con la sospensione di nanotubi su una piastra calda agitazione magnetica ad una temperatura leggermente inferiore alla temperatura di ebollizione del solvente (per esempio 50 ° C per soluzione acetone) per 4 ore. </li><li> Mettere il composto nanocomposito nella vasca ultrasuoni e contemporaneamente applicare la sonicazione e riscaldamento (40-50 ° C) per 1 ora (Figura 6). </li><li> Lasciare evaporare il solvente residuo riscaldando il nanocomposito a 30 ° C per 12 ore e poi a 50 ° C per 24 ore sotto vuoto (~ 0,1 bar). </li><li> Taglio miscelare i materiali nanocompositi facendoli passare attraverso un piccolo spazio tra i rulli in un mixer mulino a tre rulli in order per rompere grandi aggregati di nanotubi (Figura 6). Mantenere una porzione di nanocomposito prima tre rulli di miscelazione per confronto basale. </li><li> Impostare i parametri di miscelazione a tre cilindri (cioè lacune e velocità di rotazione). Nota: Qui, una velocità costante di 250 rpm viene utilizzato per il rotolo grembiule. Tuttavia, il divario tra rulli sono ridotti in lavorazione in tre fasi come segue: 5 passaggi a 25 micron, 5 passaggi a 10 micron e 10 passa a 5 micron, rispettivamente. </li><li> Degassare la miscela finale sotto vuoto di ~ 0,1 bar per 24 ore utilizzando un essiccatore per rimuovere le bolle d&#39;aria durante la miscelazione. </li></ol> 3. Nanocompositi Infiltration (Injection) <ol><li> Caricare i nanocompositi, preparate nella sezione 2, in una siringa da 3 ml con il dispenser fluido applicando una pressione negativa. </li><li> Inserire una multa ugello (ad esempio ID = 0,51 millimetri), che si inserisce nei tubi di plastica attaccati ai canali aperti (stessi tubi utilizzatiper la rimozione di inchiostro) e montarlo nel cilindro della siringa contenente i materiali nanocompositi. </li><li> Impostare la pressione desiderata (cioè pressione positiva) sul dispensatore pressione. Nota: Qui, la pressione di iniezione nanocomposito è pari a 400 kPa. Nota: Un vuoto (pressione negativa) potrebbe essere applicato all&#39;altra estremità (cioè lato di uscita) per assistere il riempimento rete. Una volta applicata la pressione, la rete microfluidica, costruita nel protocollo 1, viene riempita con la sospensione nanocomposito, che entra nella rete attraverso i tubi di plastica. </li><li> Poco dopo l&#39;iniezione, esporre le travi composte nanocompositi-riempite di illuminazione UV di una lampada UV per 30 minuti per prestagionatura. Nota: Questa operazione prestagionatura è pensato per ridurre l&#39;effetto del moto browniano sul possibile orientamento CNT. Si riduce anche la contrazione indotta dal calore (Figura 7) </li><li> Post-curare le travi prodotte nel fornoa, nel caso di UV-epossidico, 80 ° C per 1 ora seguito da 130 ° C per circa 1 ora (Figura 7). </li><li> Tagliare le parti di resina epossidica in eccesso con una sega e poi lucidare le travi alle dimensioni desiderate (qui, ~ 60 mm di lunghezza, ~ 6,8 millimetri in larghezza, e ~ 1,6 millimetri di spessore delle travi sono state prodotte per facilità di caratterizzazione meccanica). </li></ol>

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H., Copic, D., Hart, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrogel-driven+carbon+nanotube+microtransducers.">Hydrogel-driven carbon nanotube microtransducers.</a> Soft Matter. 7 (21), 9844-9847 (2011).</li></ol>

Nessun conflitto di interessi dichiarati.

La procedura sperimentale qui presentato è un nuovo e flessibile metodo di fabbricazione al fine di adattare le prestazioni meccaniche di materiali polimerici per la progettazione materiali. Usando questo metodo, proprietà desiderate potrebbero essere realizzati basato sulla corretta scelta dei componenti (materiali cioè infiltrati e matrice principale) e progettando strutture composite. In primo luogo, la tecnica permette la fabbricazione di un unico materiale, composto da diversi polimeri termoindurenti, che rappresenta una caratteristica unica funzione della temperatura che è diverso da quelli dei componenti bulks 15. Un altro vantaggio della presente tecnica rispetto ad altre tecniche di fabbricazione nanocomposito con cui le nanocariche sono distribuiti uniformemente attraverso matrice intera è la possibilità di collocare spazialmente i rinforzi nei punti desiderati in queste travi composte 3D rinforzato. A causa di questa capacità di posizionamento, una minore quantità di costosi possibilmente nanoriempitivi è necessario per ottenere una determinata prestazione meccanica 13. Poiché il pattern rinforzo obbedisce originale-scrittura diretta del ponteggio inchiostro, la spaziatura dei filamenti in un dato strato è limitato a circa dieci volte il diametro filamenti di inchiostro a causa delle proprietà viscoelastiche del inchiostro fuggitivo. D&#39;altra parte, una piccola distanza può limitare il flusso di resina epossidica liquida durante la fase di incapsulamento epossidico. Inoltre, il diametro del filamento inchiostro deve essere sufficientemente grande (ad esempio, superiore a 50 micron) per facilità di fabbricazione (ad esempio estrusione di alta inchiostro viscoso) e successive fasi di lavorazione come nanocomposito infiltrazione nelle reti microfluidici. Un altro potenziale del presente metodo potrebbe essere la capacità di allineare i singoli CNT o altri nanocariche nella direzione di flusso sotto flusso di taglio 16 da infiltrazioni nanocomposito a maggiori velocità / pressioni, se le nanocariche sono ben-Disperso durante il processo di miscelazione nanocomposito. Tuttavia, un elevato grado di allineamento potrebbe essere raggiunto solo a pressioni molto elevate infiltrazione (a causa di piccolo diametro canale), che possono causare l&#39;intrappolamento di aria nella rete durante l&#39;infiltrazione. Immagini ottiche Rappresentante in Figura 6 mostrano i nanocompositi preparati dalla procedura di miscelazione presentata al protocollo 2 (due immagini nella parte inferiore della figura). Le macchie scure osservati sono considerati aggregati di nanotubi. Per il nanocomposito ultrasonicated, gli aggregati micron dimensioni con un diametro fino a ~ 7 micron sono presenti mentre un drastico cambiamento delle dimensioni degli aggregati (con una media di circa 1 micron) viene osservato per il nanocomposito shear-mista. Poiché la dispersione nanoriempitivo influisce sulle proprietà meccaniche ed elettriche dei fasci nanocompositi 3D fabbricati, una dispersione migliorata dovrebbe essere realizzato per trarre il massimo vantaggio di posizionamento 3D nanofillers utilizzando la presente tecnica di fabbricazione. Pertanto, è necessario un ulteriore studio per esaminare sistematicamente gli stati di dispersione dei nanotubi e l&#39;uso di altri nanocariche, che possono essere facilmente disperse nella matrice epossidica. L&#39;attuale tecnica di produzione potrebbe consentire la progettazione di prodotti 3D nanocompositi funzionali per applicazioni microtecnica 17. La tecnica non è limitata ai materiali utilizzati in questo studio. Pertanto, l&#39;applicazione di questa tecnica può essere estesa l&#39;utilizzazione di altri materiali termoindurenti e nanocariche. Tra le diverse applicazioni, monitoraggio strutturale, prodotti di assorbimento delle vibrazioni e della microelettronica può essere menzionato.

Nanocompositi polimerici con nanomateriali, in particolare i nanotubi di carbonio (CNT) incorporati in matrici polimeriche dotate di proprietà multifunzionali 1 per potenziali applicazioni come materiali compositi strutturali, 2, 3 sistemi microelettromeccanici (ad es microsensori), e polimeri intelligenti 4. Diverse fasi di lavorazione, tra cui il trattamento CNT e nanocompositi metodi di miscelazione può essere richiesto di desiderabile disperdere CNT nella matrice. Poiché proporzioni CNT &#39;, il loro stato e trattamento superficiale dispersione influenza principalmente le prestazioni elettriche e meccaniche, la procedura di elaborazione nanocomposito variare a seconda delle proprietà desiderate per un&#39;applicazione mirata 5. Inoltre, per particolari condizioni di carico, allineando CNT lungo una direzione desiderata e anche il posizionamento dei rinforzi nei punti desiderati consentire un ulteriore miglioramento delle proprietà meccaniche e / o elettriche di questi nanocomposites. Alcune tecniche quali il flusso di shear 6-7 e campi elettromagnetici 8 sono stati utilizzati per allineare i CNT lungo una direzione desiderata in una matrice polimerica. Inoltre, l&#39;orientamento CNT indotta da vincolo dimensionale, in particolare in una dimensione (1D) e due dimensioni (2D), è stata osservata durante la trasformazione / formatura di materiali nanocompositi 9-11. Tuttavia, nuovi progressi sui processi di fabbricazione sono ancora necessari per consentire il controllo sufficiente della tridimensionale (3D) orientamento e / o il posizionamento del rinforzo nanotubo durante la fabbricazione di un prodotto per condizioni ottimali. In questo articolo presentiamo un protocollo per la produzione di travi composte 3D rinforzato via diretta e localizzata infiltrazione di una rete microfluidica 3D con sospensioni nanocompositi polimero (Figura 1). In primo luogo, la fabbricazione di un 3D interconnesso microfluidicarete è dimostrato, che prevede la realizzazione diretta-scrittura dei filamenti di inchiostro fuggitive 12-13 su substrati epossidiche (figure 2a e 2b), seguita da incapsulamento epossidico (figura 2c) e la rimozione di inchiostro sacrificale (figura 2d). Il metodo di scrittura diretta è costituito da un robot controllato da computer che muove un erogatore fluido lungo gli assi x, y, e Z (Figura 3). Questa tecnica fornisce un modo veloce e flessibile per fabbricare microdispositivi 3D per fotonici, MEMS e applicazioni biotecnologiche (Figura 4). Quindi, la preparazione nanocomposito è dimostrato, insieme alla sua infiltrazione (o iniezione) nella rete porosa sotto diverse pressioni controllate e costanti per produrre compositi multiscala 3D-rinforzati (figure 2e e 2f). Infine, vengono mostrati alcuni risultati rappresentativi con i loro potenziali applicazioni.

<table><tbody><tr><td>Dispensing Robot</td><td>I &amp;amp; J Fisnar</td><td>I &amp;amp; J2200-4</td><td></td></tr><tr><td>Robot software</td><td>I &amp;amp; J Fisnar</td><td></td><td>JR-Point Dispensing</td></tr><tr><td>Syringe Barrel</td><td>Nordson EFD Inc.</td><td>7012072</td><td>3 ml</td></tr><tr><td>Dispensing Nozzle</td><td>Nordson EFD Inc.</td><td>7018225</td><td>Stainless Steel Tip&amp;nbsp;&amp;nbsp; (ID: 0.51 mm)</td></tr><tr><td>Dispensing Nozzle</td><td>Nordson EFD Inc.</td><td>7018424</td><td>Stainless Steel Tip&amp;nbsp;&amp;nbsp; (ID: 0.15 mm)</td></tr><tr><td>Fluid Dispenser</td><td>Nordson EFD Inc.</td><td>HP-7X</td><td></td></tr><tr><td>Fluid Dispenser</td><td>Nordson EFD Inc.</td><td>800</td><td></td></tr><tr><td>Live camera</td><td>MediaCybernetics</td><td>QI, Cool, Color</td><td>12 Bit, Qimaging</td></tr><tr><td>Live Camera Software</td><td>Image-Pro Plus</td><td></td><td>Version 6</td></tr><tr><td>Precision Saw</td><td>Buehler (IsoMet)</td><td>622-ISF-03604</td><td>Low-Speed Saw</td></tr><tr><td>Flexible plastic tube</td><td>Saint-Gobain PRL Corp.</td><td>Tygon 177936</td><td></td></tr><tr><td>Stirring hot plate</td><td>Barnstead International</td><td>SP131825</td><td></td></tr><tr><td>Vacuumed-oven</td><td>Cole-Parmer</td><td>EW-05053-10</td><td></td></tr><tr><td>Ultrasonic cleaner</td><td>Cole-Parmer</td><td>EW-08891-11</td><td></td></tr><tr><td>Three-roll mill mixer</td><td>Exakt Technologies</td><td>Exakt 80E</td><td></td></tr><tr><td>Dynamic Mechanical Analyzer</td><td>TA Instruments</td><td>DMA Q800</td><td></td></tr><tr><td>UV-lamp</td><td>Cole Parmer</td><td>RK-97600-00</td><td>Intensity of 21 mW/cm&amp;sup2;</td></tr></tbody></table>

manufacturing of three-dimensionally microstructured nanocomposites through microfluidic infiltration

Travi composte microstrutturato rinforzati con complesso tridimensionale (3D) microfilamenti nanocompositi a motivi geometrici sono fabbricati con nanocompositi infiltrazione del 3D interconnesse reti microfluidica. La fabbricazione delle travi rinforzate inizia con la fabbricazione di reti microfluidica, che prevede la deposizione layer-by-layer di filamenti di inchiostro fuggitive usando un robot di erogazione, riempiendo lo spazio vuoto tra filamenti usando una resina a bassa viscosità, indurimento della resina ed infine rimuovendo la inchiostro. Strutture 3D autoportanti con altre geometrie e molti strati (ad esempio, a poche centinaia di strati) potrebbero essere costruite utilizzando questo metodo. I risultanti reti microfluidica tubolari sono poi infiltrati con sospensioni termoindurente nanocompositi contenenti nanocariche (ad esempio nanotubi a parete singola carbonio), e successivamente curate. L&#39;infiltrazione avviene applicando un gradiente di pressione tra due estremità del vuoto nRETE (sia applicando un vuoto o microiniezione vuoto-assistita). Prima della infiltrazione, le sospensioni nanocompositi sono preparati disperdendo nanocariche in matrici polimeriche mediante ultrasuoni e tre rulli metodi di miscelazione. I nanocompositi (ovvero materiali infiltrati) vengono poi solidificati sotto cura esposizione UV / termico che determina una struttura composita 3D rinforzato. La tecnica qui presentata consente la progettazione di nanocompositi prodotti macroscopici funzionali per applicazioni MicroEngineering come attuatori e sensori.

Figure 8a e 8b mostrano una immagine rappresentativa di travi fabbricati e un&#39;immagine ottica della sua sezione trasversale, formato da nove strati di filamenti nanocompositi. Le figure 8c e 8d mostrano immagini tipiche SEM di una superficie di frattura prodotta travi e un&#39;immagine ingrandimento maggiore di canali pieni (cioè microfibre nanocompositi embedded), rispettivamente. Poiché nessun debonding è visto dalla parete canali, è giusto dire che la resina epossidica circostante e materiali infiltrati sono ben rispettati come risultato della corretta pulizia dei canali con esano dopo la rimozione dell&#39;inchiostro. La Figura 9 mostra un&#39;immagine rappresentativa ottica di un raggio interrotto durante il test meccanici in cui esano non viene utilizzato durante la rimozione dell&#39;inchiostro. Fibra debonding, a causa della scarsa interfaccia meccanica si osserva che potrebbe essere dovutotracce di inchiostro fuggitive rimaste dopo la pulizia della rete. Figura 10 mostra il modulo di accumulo, E &#39;, dei campioni stampati rinfusa epossidiche (come benchmark) e le travi 3D rinforzato. I risultati mostrano andamenti unici per le travi fabbricati che sono la combinazione del embedded e materiali epossidici circostanti con proprietà superiori con la presenza di solo ~ 0,18 wt. % CNT. La Figura 11 mostra i tre punti di piegatura risultati di prova delle travi composte trasformato mediante DMA. Come risultato di posizionamento CNT, il modulo di flessione del 3D rinforzato travi hanno mostrato un aumento del 34% rispetto al puro epossi-infiltrato (intero epossidica) aste. <img alt="Figura 1" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig1highres.jpg" width="500" /> Figura 1. Rappresentazione schematica di un 3D-rnanocompositi einforced prodotto da un approccio microinfiltrazione. <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/51512/51512fig1highres.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere l&#39;immagine ingrandita.</a> <img alt="Figura 2" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig2highres.jpg" width="500" /> Figura 2. Rappresentazione schematica della produzione di travi 3D-rinforzate. (A) filamento inchiostro deposizione diretta usando un robot di erogazione, (b) deposizione di più strati uno sopra l&#39;altro incrementando l&#39;ugello di erogazione in direzione z, (c ) Riempimento pori fra filamenti usando una resina a bassa viscosità, (d) Prendendo l&#39;inchiostro fuori dalla rete per sua liquefazione, conseguente fabbricazione di canali microfluidici. (E) Riempire la rete vuota conla sospensione nanocompositi seguita da curare, e (f) Tagliare le parti in eccesso epossidiche. <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/51512/51512fig2highres.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere l&#39;immagine ingrandita.</a> <img alt="Figura 3" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig3highres.jpg" width="500" /> Figura 3. Una foto del palco deposizione robotico costituito da un robot controllato da computer, un apparecchio di distribuzione, e una macchina fotografica dal vivo. <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/51512/51512fig3highres.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere l&#39;immagine ingrandita.</a> <img alt="Figura 4" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig4highres.jpg" width="500" /> Figura 4. Alcune immagini di microstrutture prodotte dalla mon-scrittura direttaBly. <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/51512/51512fig4highres.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere l&#39;immagine ingrandita.</a> <img alt="Figura 5" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig5highres.jpg" width="500" /> Figura 5. Un punto di vista isometrica ed una immagine SEM della rete vuota microfluidica 3D collegato. <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/51512/51512fig5highres.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere l&#39;immagine ingrandita.</a> <img alt="Figura 6" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig6highres.jpg" width="500" /> Figura 6. Nanocompositi miscelazione strategie compresi nanotubo funzionalizzazione non covalente, ultrasuoni, e / o tre rulli mulino di miscelazione che portano a nanotubi dispersioni con differenti qualità (immagini ottiche dei film di nanocompositi). <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/51512/51512fig6highres.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere l&#39;immagine ingrandita.</a> <img alt="Figura 7" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig7highres.jpg" width="500" /> Figura 7. Nanocompositi indurimento sotto illuminazione UV di una lampada UV seguita da post-vulcanizzazione in forno. <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/51512/51512fig7highres.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere l&#39;immagine ingrandita.</a> <img alt="Figura 8" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig8highres.jpg" width="500" /> Figura 8. (A) I sometric immagine di una trave 3D rinforzato, (b) Tipico sezione trasversale di una trave nanocomposito-iniettato, (c) Una immagine frattura superficie fascio SEM, e ( <stron<html> g&gt; d) Una vista del primo piano di (c). <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/51512/51512fig8highres.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere l&#39;immagine ingrandita.</a> <img alt="Figura 9" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig9highres.jpg" width="500" /> Immagine Superficie Figura 9. Frattura di una trave nanocompositi-infiltrato in poliuretano. <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/51512/51512fig9highres.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere l&#39;immagine ingrandita.</a> <img alt="Figura 10" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig10highres.jpg" width="500" /> Figura 10 proprietà meccaniche. Dipendenti dalla temperatura (modulo di stoccaggio) delle resine epossidiche sfusi e le travi fabbricati utilizzando un analizzatore dinamico meccanico./ jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/51512/51512fig10highres.jpg &quot;target =&quot; _blank &quot;&gt; Clicca qui per vedere l&#39;immagine ingrandita. <img alt="Figura 11" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51512/51512fig11highres.jpg" width="500" /> Figura 11. Proprietà quasi-statiche meccaniche (flessione) delle resine epossidiche sfusi e le travi prodotte (prova di flessione a tre punti). <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/51512/51512fig11highres.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere l&#39;immagine ingrandita.</a>

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Manufacturing of Three-dimensionally Microstructured Nanocomposites through Microfluidic Infiltration

Tridimensionali (3D) travi composte microstrutturata sono fabbricati mediante l&#39;infiltrazione diretta e localizzata di nanocompositi in reti microfluidici porosi 3D. La flessibilità di questo metodo di fabbricazione consente l&#39;utilizzo di diversi materiali termoindurenti e nanocariche al fine di ottenere una varietà di 3D funzionale rinforzati nanocompositi prodotti macroscopiche.

Produzione di tridimensionalmente microstrutturate nanocompositi attraverso Microfluidic Infiltration

Microstructured composite beams reinforced with complex three-dimensionally (3D) patterned nanocomposite microfilaments are fabricated via nanocomposite ...

manufacturing-three-dimensionally-microstructured-nanocomposites

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Chemistry

12.3K Views.  École Polytechnique de Montréal.  Tridimensionali (3D) travi composte microstrutturata sono fabbricati mediante l'infiltrazione diretta e localizzata di nanocompositi in reti microfluidici porosi 3D. La flessibilità di questo metodo di fabbricazione consente l'utilizzo di diversi materiali termoindurenti e nanocariche al fine di ottenere una varietà di 3D funzionale rinforzati nanocompositi prodotti macroscopiche. 

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Fabrication, Densification, and Replica Molding of 3D Carbon Nanotube Microstructures

The introduction of new materials and processes to microfabrication has, in large part, enabled many important advances in microsystems, lab-on-a-chip devices, and their applications. In particular, capabilities for cost-effective fabrication of polymer microstructures were transformed by the advent of soft lithography and other micromolding techniques 1, 2, and this led a revolution in applications of microfabrication to biomedical engineering and biology. Nevertheless, it remains challenging to fabricate microstructures with well-defined nanoscale surface textures, and to fabricate arbitrary 3D shapes at the micro-scale. Robustness of master molds and maintenance of shape integrity is especially important to achieve high fidelity replication of complex structures and preserving their nanoscale surface texture. The combination of hierarchical textures, and heterogeneous shapes, is a profound challenge to existing microfabrication methods that largely rely upon top-down etching using fixed mask templates. On the other hand, the bottom-up synthesis of nanostructures such as nanotubes and nanowires can offer new capabilities to microfabrication, in particular by taking advantage of the collective self-organization of nanostructures, and local control of their growth behavior with respect to microfabricated patterns. 
Our goal is to introduce vertically aligned carbon nanotubes (CNTs), which we refer to as CNT "forests", as a new microfabrication material. We present details of a suite of related methods recently developed by our group: fabrication of CNT forest microstructures by thermal CVD from lithographically patterned catalyst thin films; self-directed elastocapillary densification of CNT microstructures; and replica molding of polymer microstructures using CNT composite master molds. In particular, our work shows that self-directed capillary densification ("capillary forming"), which is performed by condensation of a solvent onto the substrate with CNT microstructures, significantly increases the packing density of CNTs. This process enables directed transformation of vertical CNT microstructures into straight, inclined, and twisted shapes, which have robust mechanical properties exceeding those of typical microfabrication polymers. This in turn enables formation of nanocomposite CNT master molds by capillary-driven infiltration of polymers. The replica structures exhibit the anisotropic nanoscale texture of the aligned CNTs, and can have walls with sub-micron thickness and aspect ratios exceeding 50:1. Integration of CNT microstructures in fabrication offers further opportunity to exploit the electrical and thermal properties of CNTs, and diverse capabilities for chemical and biochemical functionalization 3.

We present methods for fabrication of patterned microstructures of vertically aligned carbon nanotubes (CNTs), and their use as master molds for production of polymer microstructures with organized nanoscale surface texture. The CNT forests are densified by condensation of solvent onto the substrate, which significantly increases their packing density and enables self-directed formation of 3D shapes.

Molding Fabrication, densificazione e Replica di microstrutture 3D Nanotubi di carbonio

The introduction of new materials and processes to microfabrication has, in large part, enabled many important advances in microsystems, lab-on-a-chip ...

Ricerca

Ingegneria

Process of Making Three-dimensional Microstructures using Vaporization of a Sacrificial Component

Vascular structures in natural systems are able to provide high mass transport through high surface areas and optimized structure. Few synthetic material fabrication techniques are able to mimic the complexity of these structures while maintaining scalability. The Vaporization of a Sacrificial Component (VaSC) process is able to do so. This process uses sacrificial fibers as a template to form hollow, cylindrical microchannels embedded within a matrix. Tin (II) oxalate (SnOx) is embedded within poly(lactic) acid (PLA) fibers which facilitates the use of this process. The SnOx catalyzes the depolymerization of the PLA fibers at lower temperatures. The lactic acid monomers are gaseous at these temperatures and can be removed from the embedded matrix at temperatures that do not damage the matrix. Here we show a method for aligning these fibers using micromachined plates and a tensioning device to create complex patterns of three-dimensionally arrayed microchannels. The process allows the exploration of virtually any arrangement of fiber topologies and structures.

The Vaporization of a Sacrificial Component (VaSC) process is used to fabricate microvascular structures. This procedure uses sacrificial poly(lactic) acid fibers to form hollow microchannels with precise 3D geometric positioning provided by laser micromachined guide plates.

Processo di creazione di microstrutture tridimensionali mediante vaporizzazione di un componente sacrificale

Vascular structures in natural systems are able to provide high mass transport through high surface areas and optimized structure. Few synthetic material ...

Micro-masonry for 3D Additive Micromanufacturing

Transfer printing is a method to transfer solid micro/nanoscale materials (herein called &#8216;inks&#8217;) from a substrate where they are generated to a different substrate by utilizing elastomeric stamps. Transfer printing enables the integration of heterogeneous materials to fabricate unexampled structures or functional systems that are found in recent advanced devices such as flexible and stretchable solar cells and LED arrays. While transfer printing exhibits unique features in material assembly capability, the use of adhesive layers or the surface modification such as deposition of self-assembled monolayer (SAM) on substrates for enhancing printing processes hinders its wide adaptation in microassembly of microelectromechanical system (MEMS) structures and devices. To overcome this shortcoming, we developed an advanced mode of transfer printing which deterministically assembles individual microscale objects solely through controlling surface contact area without any surface alteration. The absence of an adhesive layer or other modification and the subsequent material bonding processes ensure not only mechanical bonding, but also thermal and electrical connection between assembled materials, which further opens various applications in adaptation in building unusual MEMS devices.

This paper introduces a 3D additive micromanufacturing strategy (termed &#8216;micro-masonry&#8217;) for the flexible fabrication of microelectromechanical system (MEMS) structures and devices. This approach involves transfer printing-based assembly of micro/nanoscale materials in conjunction with rapid thermal annealing-enabled material bonding techniques.

Micro-muratura per 3D Additivo Micromanufacturing

Transfer printing is a method to transfer solid micro/nanoscale materials (herein called &#8216;inks&#8217;) from a substrate where they are generated to ...

Fabrication of the Thermoplastic Microfluidic Channels

In our lab, we have successfully isolated nucleic acids directly from microliter and submicroliter volumes of human blood, urine and stool using polymer/nanoparticle composite microscale lysis and solid phase extraction columns. The recovered samples are concentrated, small volume samples that are PCRable, without any additional cleanup. Here, we demonstrate how to fabricate thermoplastic microfluidic chips using hot embossing and heat sealing. Then, we demonstrate how to use in situ light directed surface grafting and polymerization through the sealed chip to form the composite solid phase columns. We demonstrate grafting and polymerization of a carbon nanotube/polymer composite column for bacterial cell lysis. We then show the lysis process followed by solid phase extraction of nucleic acids from the sample on chip using a silica/polymer composite column. The attached protocols contain detailed instructions on how to make both lysis and solid phase extraction columns.

Here we demonstrate how to fabricate thermoplastic microfluidic chips using hot embossing and heat sealing. Then we demonstrate how to use in situ light directed surface grafting and polymerization through the sealed chip to form the composite solid phase columns.

Fabbricazione dei canali termoplastico Microfluidic

In our lab, we have successfully isolated nucleic acids directly from microliter and submicroliter volumes of human blood, urine and stool using ...

Biologia

Microfabrication of Chip-sized Scaffolds for Three-dimensional Cell cultivation

Using microfabrication technologies is a prerequisite to create scaffolds of reproducible geometry and constant quality for three-dimensional cell cultivation. These technologies offer a wide spectrum of advantages not only for manufacturing but also for different applications. The size and shape of formed cell clusters can be influenced by the exact and reproducible architecture of the microfabricated scaffold and, therefore, the diffusion path length of nutrients and gases can be controlled.1 This is unquestionably a useful tool to prevent apoptosis and necrosis of cells due to an insufficient nutrient and gas supply or removal of cellular metabolites.
Our polymer chip, called CellChip, has the outer dimensions of 2 x 2 cm with a central microstructured area. This area is subdivided into an array of up to 1156 microcontainers with a typical dimension of 300 m edge length for the cubic design (cp- or cf-chip) or of 300 m diameter and depth for the round design (r-chip).2
So far, hot embossing or micro injection moulding (in combination with subsequent laborious machining of the parts) was used for the fabrication of the microstructured chips. Basically, micro injection moulding is one of the only polymer based replication techniques that, up to now, is capable for mass production of polymer microstructures.3 However, both techniques have certain unwanted limitations due to the processing of a viscous polymer melt with the generation of very thin walls or integrated through holes. In case of the CellChip, thin bottom layers are necessary to perforate the polymer and provide small pores of defined size to supply cells with culture medium e.g. by microfluidic perfusion of the containers.
In order to overcome these limitations and to reduce the manufacturing costs we have developed a new microtechnical approach on the basis of a down-scaled thermoforming process. For the manufacturing of highly porous and thin walled polymer chips, we use a combination of heavy ion irradiation, microthermoforming and track etching. In this so called "SMART" process (Substrate Modification And Replication by Thermoforming) thin polymer films are irradiated with energetic heavy projectiles of several hundred MeV introducing so-called "latent tracks" Subsequently, the film in a rubber elastic state is formed into three dimensional parts without modifying or annealing the tracks. After the forming process, selective chemical etching finally converts the tracks into cylindrical pores of adjustable diameter.

We present two processes for the microfabrication of porous polymer chips for three-dimensional cell cultivation. The first one is hot embossing combined with a solvent vapour welding process. The second one uses a recently developed microthermoforming process combined with ion track technology leading to a significant simplification of manufacture.

Microfabbricazione di chip di dimensioni Ponteggi per tridimensionale coltura cellulare

Using microfabrication technologies is a prerequisite to create scaffolds of reproducible geometry and constant quality for three-dimensional cell ...

Microfluidic Fabrication of Polymeric and Biohybrid Fibers with Predesigned Size and Shape

A &#8220;sheath&#8221; fluid passing through a microfluidic channel at low Reynolds number can be directed around another &#8220;core&#8221; stream and used to dictate the shape as well as the diameter of a core stream.&#160;Grooves in the top and bottom of a microfluidic channel were designed to direct the sheath fluid and shape the core fluid.&#160;By matching the viscosity and hydrophilicity of the sheath and core fluids, the interfacial effects are minimized and complex fluid shapes can be formed.&#160;Controlling the relative flow rates of the sheath and core fluids determines the cross-sectional area of the core fluid.&#160;Fibers have been produced with sizes ranging from 300 nm to ~1 mm, and fiber cross-sections can be round, flat, square, or complex as in the case with double anchor fibers. Polymerization of the core fluid downstream from the shaping region solidifies the fibers.&#160;Photoinitiated click chemistries are well suited for rapid polymerization of the core fluid by irradiation with ultraviolet light.&#160;Fibers with a wide variety of shapes have been produced from a list of polymers including liquid crystals, poly(methylmethacrylate), thiol-ene and thiol-yne resins, polyethylene glycol, and hydrogel derivatives. Minimal shear during the shaping process and mild polymerization conditions also makes the fabrication process well suited for encapsulation of cells and other biological components.

Two adjacent fluids passing through a grooved microfluidic channel can be directed to form a sheath around a prepolymer core; thereby&#160;determining both shape and cross-section. Photoinitiated polymerization, such as thiol click chemistry, is well suited for rapidly solidifying the core fluid into a microfiber with predetermined size and shape.

Fabbricazione microfluidica di fibre polimeriche e bioibride con dimensioni e forma predesignate

A &#8220;sheath&#8221; fluid passing through a microfluidic channel at low Reynolds number can be directed around another &#8220;core&#8221; stream and ...

Bioingegneria

A Soft Tooling Process Chain for Injection Molding of a 3D Component with Micro Pillars

The purpose of this paper is to present the method of a soft tooling process chain employing Additive Manufacturing (AM) for fabrication of injection molding inserts with micro surface features. The Soft Tooling inserts are manufactured by Digital Light Processing (vat photo polymerization) using a photopolymer that can withstand relatively high temperaturea. The part manufactured here has four tines with an angle of 60&#176;. Micro pillars (&#216;200 &#181;m, aspect ratio of 1) are arranged on the surfaces by two rows. Polyethylene (PE) injection molding with the soft tooling inserts is used to fabricate the final parts. This method demonstrates that it is feasible to obtain injection-molded parts with microstructures on complex geometry by additive manufactured inserts. The machining time and cost is reduced significantly compared to conventional tooling processes based on computer numerical control (CNC) machining. The dimensions of the micro features are influenced by the applied additive manufacturing process. The lifetime of the inserts determines that this process is more suitable for pilot production. The precision of the inserts production is limited by the additive manufacturing process as well.

A protocol for fabricating injection molding inserts for complex geometry with micro features on surfaces employing Additive Manufacturing (AM) is presented.

Una catena di processo utensili morbido per lo stampaggio di un componente 3D con Micro pilastri

The purpose of this paper is to present the method of a soft tooling process chain employing Additive Manufacturing (AM) for fabrication of injection ...

Micropatterning and Assembly of 3D Microvessels

In vitro platforms to study endothelial cells and vascular biology are largely limited to 2D endothelial cell culture, flow chambers with polymer or glass based substrates, and hydrogel-based tube formation assays. These assays, while informative, do not recapitulate lumen geometry, proper extracellular matrix, and multi-cellular proximity, which play key roles in modulating vascular function. This manuscript describes an injection molding method to generate engineered vessels with diameters on the order of 100 &#181;m. Microvessels are fabricated by seeding endothelial cells in a microfluidic channel embedded within a native type I collagen hydrogel. By incorporating parenchymal cells within the collagen matrix prior to channel formation, specific tissue microenvironments can be modeled and studied. Additional modulations of hydrodynamic properties and media composition allow for control of complex vascular function within the desired microenvironment. This platform allows for the study of perivascular cell recruitment, blood-endothelium interactions, flow response, and tissue-microvascular interactions. Engineered microvessels offer the ability to isolate the influence from individual components of a vascular niche and precisely control its chemical, mechanical, and biological properties to study vascular biology in both health and disease.

This manuscript presents an injection molding method to engineer microvessels that recapitulate physiological properties of endothelium. The microfluidic-based process creates patent 3D vascular networks with tailorable conditions, such as flow, cellular composition, geometry, and biochemical gradients. The fabrication process and examples of potential applications are described.

Micropatterning e montaggio dei microvasi 3D

In vitro platforms to study endothelial cells and vascular biology are largely limited to 2D endothelial cell culture, flow chambers with polymer or glass ...

Fabbricazione micro-goffrata di dispositivi analitici basati su carta di nanocellulosa  

Microembossing: A Convenient Process for Fabricating Microchannels on Nanocellulose Paper-Based Microfluidics

Nanopaper, derived from nanofibrillated cellulose, has generated considerable interest as a promising material for microfluidic applications. Its appeal lies in a range of excellent&#160;qualities, including an exceptionally smooth surface, outstanding optical transparency, a uniform nanofiber matrix with nanoscale porosity, and customizable chemical properties. Despite the rapid growth of nanopaper-based microfluidics, the current techniques used to create microchannels on nanopaper, such as 3D printing, spray coating, or manual cutting and assembly, which are crucial for practical applications, still possess certain limitations, notably susceptibility to contamination. Furthermore, these methods are restricted to the production of millimeter-sized channels. This study introduces a straightforward process that utilizes convenient plastic micro-molds for simple microembossing operations to fabricate microchannels on nanopaper, achieving a minimum width of 200 &#181;m. The developed microchannel outperforms existing approaches, achieving a fourfold improvement, and can be fabricated within 45 min. Furthermore, fabrication parameters have been optimized, and a convenient quick-reference table is provided for application developers. The proof-of-concept for a laminar mixer, droplet generator, and functional nanopaper-based analytical devices (NanoPADs) designed for Rhodamine B sensing using surface-enhanced Raman spectroscopy was demonstrated. Notably, the NanoPADs exhibited exceptional performance with improved limits of detection. These outstanding results can be attributed to the superior optical properties of nanopaper and the recently developed accurate microembossing method, enabling the integration and fine-tuning of the NanoPADs.

Autore in primo piano: Rivoluzionare la microfluidica attraverso la fabbricazione di microcanali su nanocarta 

This protocol describes a straightforward process that utilizes convenient plastic micro-molds for simple microembossing operations to fabricate microchannels on nanofibrillated cellulose paper, achieving a minimum width of 200 &#181;m.

Microgoffratura: un processo conveniente per la fabbricazione di microcanali su microfluidica a base di carta nanocellulosica

Nanopaper, derived from nanofibrillated cellulose, has generated considerable interest as a promising material for microfluidic applications. Its appeal ...

Produzione di tridimensionalmente microstrutturate nanocompositi attraverso Microfluidic Infiltration

Riepilogo

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Molding Fabrication, densificazione e Replica di microstrutture 3D Nanotubi di carbonio

Processo di creazione di microstrutture tridimensionali mediante vaporizzazione di un componente sacrificale

Micro-muratura per 3D Additivo Micromanufacturing

Fabbricazione dei canali termoplastico Microfluidic

Microfabbricazione di chip di dimensioni Ponteggi per tridimensionale coltura cellulare

Fabbricazione microfluidica di fibre polimeriche e bioibride con dimensioni e forma predesignate

Una catena di processo utensili morbido per lo stampaggio di un componente 3D con Micro pilastri

Micropatterning e montaggio dei microvasi 3D

Microgoffratura: un processo conveniente per la fabbricazione di microcanali su microfluidica a base di carta nanocellulosica

Microgoffratura: un processo conveniente per la fabbricazione di microcanali su microfluidica a base di carta nanocellulosica