矩阵排列的三维纳米纤维鞘流的多个组件

文摘

多个core-sheath流实现了使用矩阵排列的3 d鞘流。鞘流的水动力地流转变区域形成对称microgrooves在通道的墙上。垂直和水平对齐的示例流矩阵的一个关键要素配置。并行流转变地区连接实现鞘流的水平对齐。流的级联连接转变区域用于鞘流的垂直对齐。为了实现core-sheath流矩阵排列,组合并行和级联连接使用。在这部作品中,水平和垂直2-sample鞘流的配置了。垂直对齐的两个流2-sample鞘流水平了,而且,因此,下半年core-sheath流矩阵配置成功了。

1。介绍

各领域的纳米纤维是一种潜在的有用的物质(1),而电纺的是一个简单的方法来制造纳米纤维。在这种方法中,注射器和针头一般用来喂养材料在高电场。控制纳米纤维的性质,如物理、化学、力学性能,是实际应用的关键问题之一。多个组件组成的纳米纤维的各种材料不同的属性是有效实现控制的属性。为了获得多组分的电纺纳米纤维,几种材料应该同时转移到没有混合电场。然而,很难一个注射器将所有样本彼此分开。乳液被用来制造双组分纤维(2]。然而,由于液滴的不连续,双组分形成地区是间歇性的,考虑到多组分,很难同时注入多个种类的水滴高电场。实现多个组件纤维通过使用乳液,大小,位置,和时间的乳液液滴应该精确控制。

微流控设备被用来制造纳米/微尺度纤维(3- - - - - -6]。在微通道层流条件有效地转移几个样品没有混合在同一时间。微流控芯片应用于电纺,和连续双组分纳米纤维是成功的5,6]。考虑生物医学应用,多组分和多核壳纳米纤维配置更可取。例如,生物相容性材料壳地区可以防止可怜的生物相容性材料接触的核心区域。3 d鞘流是一个合适的方式形成核壳结构的纤维。一些3 d鞘流设备已报告(7- - - - - -10]。多层结构和多个鞘入口是受欢迎的方法。为了实现多个鞘流设备,部分样品的微观结构,使同轴板流应该是集成到一个芯片上。然而,由于这些方法的复杂性”的结构和增加数量的水湾,这些不实际的实现多个core-sheath流设备。最近,3 d鞘流形成的水动力地使用3 d-grooved微通道(11,12]。因为这些鞘流设备有一个非常简单的结构和一些鞘入口,他们很容易集成。所以这种方法是可取的发展multisample鞘流设备。

2。原则

2.1。多个Core-Sheath流的概念

图1显示多个core-sheath流的概念。几个样品(核心)流嵌入载体(鞘)流。为了实现对称的纤维结构和核心安排,样品流矩阵是一致的。矩阵安排样品流由鞘流的水平和垂直对齐。

在这个工作中,首先,我们开发了鞘流的水平和垂直配置。然后垂直对齐鞘流是一致的水平实现矩阵core-sheath流配置。作为演示,2-sample鞘流的水平和垂直对齐。在水平鞘流,控制样品流速进行了潜在的应用控制复合纳米纤维的比例。和下半年core-sheath流实现的水平对齐的两个流垂直对齐2-sample鞘流。

2.2。三维鞘流

一个3 d鞘流是通过样本流的水动力控制的转变。三维对称microgrooves墙上形成的微通道流转变区域。斜microgrooves在侧墙,v型microgrooves微通道的墙壁上。图2显示流转变行为的示意图。沿着对称microgrooves由于液体流动,产生两种截然相反的方向旋转流动,中心区域的微通道横截面生成下行流。样品位置流转移利用下行流微通道的中心。因此,示例流完全包围载体流,和一个3 d鞘流实现。在PDMS槽微通道形成单层,只有两个入口,一个示例入口和一个鞘口,是必要的。流转变区域可以轻松集成,因为结构简单。鞘流的水平和垂直配置是通过连接流转变区域并行级联,分别。

3所示。方法和材料

3.1。设备制造方法

鞘流装置是由软光刻技术制造的PDMS使用SU-8结构的模具。图3显示了SU-8模具制造的过程。首先,SU-8旋转涂布在Cr-patterned玻璃衬底,和紫外线暴露于微通道(图形式3(一个))。为了制造symmetric-slanted microgrooves一面墙上,紫外线辐照从背后斜底物(图3 (b))。旋转涂布SU-8第二层后,紫外线被曝光形成v型microgrooves模具(图3 (c))。最后,SU-8开发和3 d模具结构(图获得的3 (d))。PDMS-molded结构是由一个玻璃衬底密封使用氧等离子体处理。

3.2。实验装置

polyvinylalcohol 3%——(PVA)水溶液与罗丹明B和FITC染色(异硫氰酸荧光素)作为样本液体。PVA-water解决方案没有荧光染料作为载波液体。样品和液体载体引入微通道使用注射器泵(KDS200: Kd科学)。3 d鞘流横断面观察到荧光图像获得了共焦荧光显微镜(TCS SL:徕卡微系统)。

4所示。结果和讨论

4.1。流转变的三维结构

图4显示了示例流流中的行为转变区域。介绍了样本和载体的体积流率1μL / min和20μ分别L / min。正如上面提到的,这是观察到样本流逐渐转向微通道的中心,最后流的区域开发的3 d鞘流的转变。

4.2。横向排列鞘流

实现横向排列鞘流配置,流动转变区域是单连通的并行执行。本文两个流转变区域连接到演示2-sample鞘流。的两个流3 d鞘流了,和一个横向排列2-sample鞘流实现如图5。若丹明B的两个样本之间的比例和FITC可以通过改变流量控制。每个流量控制从1μ5 L / minμL /分钟;与此同时,在42总的流量是恒定的μL / min。这是观察到每个样品的直径变化及其流量。样本率的控制可能是适用于实现纳米纤维的成分比例的变化。

4.3。垂直排列鞘流

实现垂直排列鞘流配置,流动转变区域在级联连接。作为一个示范,两个流转变区域连接,和一个垂直对齐两个示例鞘流了,如图6。若丹明B的流量和FITC是1μL / min,和总流速22岁μL / min。在串联连接,需要一个载体入口和总流速低于平行连接。虽然总流速是不同的并联相比,流动转变行为由于层流的政权是一样的。也观察到样本的通道截面的直径随流量变化。由于样本流的转变程度取决于microgrooves的数量上形成通道墙壁,两个样本之间的距离可以通过控制组合的数量之间的microgrooves前者和后者流转变区域。

4.4。多个Core-Sheath流

可以实现多个core-sheath流相结合的并行和级联连接流转变区域。在这个工作中,两个垂直对齐2-sample鞘流横向并排排列实现下半年core-sheath流。两个级联连接并行流的转变区域连接。样品是1的流量μL / min,载体流是20μL /分钟;因此,总流速为44μL / min。图7显示下半年core-sheath流。观察到每个样本流是纵向拉长,和若丹明B之间的分离和FITC变得不清楚。在这个装置,两个分支的2-sample鞘流微通道被加入到一个主要的微通道。因为这些式微通道的尺寸是相同的(宽度:100μ米,身高:100μ米),每个鞘流应该在横向压缩;结果,样本流的罗丹明B和FITC拉长在垂直方向及其边界变得不清楚。实现更清晰地分离core-sheath流,主要通道的宽度应该设计为两倍大的分支通道。

5。结论

三维鞘流被安排在一个矩阵配置。样品的垂直和水平阵列流都是关键的组件来实现矩阵排列。垂直数组鞘流是通过级联连接流转变区域,和水平数组鞘流是通过并行连接。与传统设备,提出了鞘流微流体装置平面和容易捏造没有复杂的排列和结合几种基质含有微通道,入口和出口。改变流量样本流,样品在微通道截面的直径可以控制。的矩阵排列多个示例三维鞘流装置可能会适用于实现多组分结合电纺纳米纤维。我们已经开发了微流体设备电纺的,试图找到条件实现多组分纳米纤维。

承认

这项工作在一定程度上支持的研究奖学金日本促进社会科学的青年科学家。

引用

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