חומר זה מבוסס על עבודה נתמכת על ידי משרד האנרגיה של ארה&quot;ב, חומרים מדעים והנדסה אגף (מס &#39;פרס DEFG-02-07ER46471) ואת האנרגיה DOE מרכז המחקר על אור חומרים אינטראקציות המרת אנרגיה (פרס מס&#39; DE-SC0001293 ), ואת יתרון מן גישה המרכז Microanalysis של חומרים בתוך זייץ פרידריך חומרים במעבדת המחקר (FSMRL).

1. הקדמה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מסמך זה מדגים את 1D, 2D, 3D והדפסה של microelectrodes מוליך דרך הרכבה ישיר לכתוב. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ישיר לכתוב הרכבה היא שיטה של ​​בניית 1D-to-3D מבנים מודפסים על ידי בתצהיר של דיו מרוכז דרך חרירי בסדר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> המערכת שלנו כוללת שלב מבוקרת מחשב 3 צירים תרגום, מאגר דיו זרבובית, עדשה טלסקופית 10x הדמיה (איור 1). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ישיר לכתוב הרכבה היא גישה הדפסה filamentary שבו הדיו מרוכזת נמתחים דרך חרירי גלילי, אשר בקטרים ​​טווח 0.1-250 מיקרומטר (איור 2). יש לציין, בשל המאפיינים דיו viscoelastic, ישיר לכתוב הרכבה מאפשר תכונות פורש תמיכה עצמית (איור 3). עד היום, מגוון רחב של דיו, כולל אלה מורכב קרמיקה 6,7, 80-10 אורגני, מתכתי 11-15, פולימריים 16,17, ו - סול ג&#39;ל 18,19 חומרים כברגישה זו פותחה עבור הדפסה (איור 4). </li></ol> 2. הכנת דיו nanoparticle מרוכז מאוד כסף <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> דיו nanoparticle כסף מוכנים ידי הראשון המסת תערובת של 5,000 ו -50,000 משקל מולקולרי של (חומצה אקרילית) פולי בתערובת של מים 50 גרם ו 40 גרם diethanolamine (וידאו 2.1). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפולימר משמש סוכן מכסת לשלוט על גודל של חלקיקי כסף. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בשלב הבא, בתמיסה מימית של כסף חנקתי מוזרק לתוך פתרון הפולימר. אחרי כן, פתרון אור צהוב שקוף מתקבל (וידאו 2.2). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר ערבוב במשך 24 שעות בטמפרטורת החדר, הפתרון מפתחת בצבע חום אדמדם (וידאו 2.3), אשר עולה בקנה אחד עם הקמתה של חלקיקי כסף בקוטר של 5 ננומטר, כפי שנקבע על ידי מיקרוסקופית אלקטרונים הילוכים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בשלב הבא, הפתרון הוא sonicated על 65 מעלות צלזיוס באמבט מים במשך 2 שעות לצמיחה חלקיק נוסף (וידאו 2.4). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> After sonication, הפתרון הוא להעביר כוס 500 מ&quot;ל ו מקורר לטמפרטורת החדר. ואז, 300 מ&quot;ל של אתנול הוא טיטרציה בשיעור של 30 מ&quot;ל / דקה. מאז אתנול הוא ממיס עניים (חומצה אקרילית) את פולי מכסת סוכן, חלקיקים במהירות להקריש ולהאיץ מפתרון (וידאו 2.5). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר decanting supernatant, המשקע נאסף לתוך צינור צנטריפוגות ו centrifuged בסל&quot;ד 9000 למשך 20 דקות (וידאו 2.6). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר שלב זה, nanoparticle מרוכז מאוד כסף דיו עם מוצקים טעינה של 85% ~ wt מתקבל (וידאו 2.7). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בקרה נוספת על צמיגות הדיו מודולוס אלסטיות יכולה להיות מושגת על ידי דילול, ואחריו homogenization. לדוגמה, פתרון humectant, כגון אתילן גליקול, ניתן להוסיף את הדיו, ומעורים אז בסל&quot;ד 2000 למשך 3 דקות בעזרת מערבל homogenization Thinky. לאחר תהליך זה, דיו אחיד של צבע כחלחל מגנטה מתקבל (וידאו 2.8). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תמונת TEM מראהכסף חלקיקים מתקבל על ידי הליך זה סינתזה (איור 5_left). חלקיקים בעלי קוטר ממוצע של 20 ננומטר עם הפצה בגודל של 50-50 ננומטר. מבנים מודפסים דורשים שלאחר חישול כדי לשפר את המוליכות שלהם. לאחר חישול ב 250 מעלות צלזיוס במשך דקות פחות מ 30, את חלקיקי כסף טופס microelectrodes מוליך עם התנגדות חשמלית מתקרב ל 10 Ω • -5 ס&quot;מ (איור 5_bottom ימין). האבולוציה microstructural של microelectrodes כסף מודפס כפונקציה של חישול בטמפרטורה מוצג נכון 5_top איור. ככל שהטמפרטורה עולה מ - ° 150-550 ° C, microelectrodes עוברים densification עם הצטמקות נפח כולל של 30% ~ 11. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Rheology דיו, אשר מאוד תלוי הטעינה שלה מוצקים, קובע printability שלה. צמיגות הדיו עולה עם הגדלת טעינת מוצקים (איור 6). מכיוון לדלל דיו עם תוצאה צמיגות נמוכה מתפשטת לרוחב משמעותי, concentrצבעי ated עם טעינת מוצקים החל 70 עד 85% wt נדרשים לשם הדפסה של סיבים דיו מישוריים פורש. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הדיו אלסטי מודול הטעינה עולה עם הגדלת מוצקים (איור 7). באזור viscoelastic ליניארי, מודולוס אלסטיות עולה כמעט שלושה סדרי גודל כמו מוצקים הטעינה עולה 60-75 wt%. מודולוס אלסטיות מינימלית של 2000 אבא נדרש לייצר תמיכה עצמית או פורש תכונות. </li></ol> 3. ישיר לכתוב הרכבה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ישיר לכתוב ההרכבה מתבצעת על ידי הראשון טעינת דיו לתוך חבית מזרק. לאחר הצמדת זרבובית בתצהיר, דיו טעון את הקנה מזרק הוא רכוב על הבמה 3-ציר הדפסה (וידאו 3.1). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בעזרת תוכנת מחשב, עיצובים שרירותי, כולל ליניארי, מישוריים, ומורכב תלת ממדי מבנים ניתן להפיק בקלות (וידאו 3.2). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בשלב הבא, גובה זרבובית מותאם בעזרת עדשת הטלסקופ עם זום 10x (וידאו 3.3). </li&gt; <li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר הפעלת לחץ באמצעות מערכת אוויר המופעל מחלק נוזל, הדיו מופקד על המצע עם מהירות הדפסה מבוקר (וידאו 3.4). הלחץ הנדרש תלוי rheology דיו, קוטר הנחיר, ומהירות ההדפסה, אבל ערכים טיפוסיים טווח 1-10 psi ב 2-50 מיקרומטר / s. הדפסה זו מבוצעת באוויר בטמפרטורת החדר. באמצעות הליך זה דפוס, הדפסת כסף microelectrodes פריסות שונות קשקשים גודל מודגם. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לדוגמה, הדפסה של רשתות כסף מוליך עם ריווח מרכז אל מרכז קו של 100 מיקרומטר, בדוגמת על ידי זרבובית 5 מיקרומטר על מצע פרוסות סיליקון הוא הוכיח (וידאו 3.5). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בנוסף, סרטון זה מראה כיצד ליצור היבט יחס גבוה מבנה גלילי על ידי זרבובית 30 מיקרומטר בשיטה שכבה אחר שכבה הדפסה (וידאו 3.6). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יתר על כן, הדפסה omnidirectional של microelectrodes כסף בין שני מצעים זכוכית בקיזוז גובה 1 מ&quot;מ difference מודגם באמצעות זרבובית 30 מיקרומטר (וידאו 3.7). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חינם לגמרי עומד, microspikes כסף מודפס במאונך ניתן ליצור על ידי זרבובית 30 מיקרומטר על מצע פרוסות סיליקון Si (וידאו 3.8). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לבסוף, וידאו זה מראה כתיבה ישירה של microelectrode כסף פורש באמצעות זרבובית 10 מיקרומטר (וידאו 3.9). התכונה מודפס יכולה להקיף למרחקים של עד סנטימטר אחד עם צניחת מינימלי או קריסה. </li></ol> 4. נציג תוצאות: הכנו nanoparticle דיו מרוכז מאוד כסף מודפס הפגינו תכונות מוליכי מוטיבים מישוריים ו 3D עבור יישומים אלקטרוניים ו אופטו עם רזולוציית ההדפסה ~ 2-30 מיקרומטר. לדוגמה, איור 8 מציג את רזולוציית הדפסה של טכניקה זו. תכונות מודפסים עם אלקטרודה רוחב מינימלי של ~ 2 מיקרומטר (1.4 מיקרומטר עבה) מתקבלים אחד לעבור באמצעות זרבובית 1-11 מיקרומטר. איור 9 להראותרשתות של כסף מוליך שקוף, בדוגמת ידי נחיר 5 מיקרומטר על גמישה הסרט polyimide 12. הטקסטים מתחת רשתות מודפס גלויים לעין. אלו רשתות כסף שקוף יכול להיות חלופות אטרקטיביות עבור שקוף (TCO) חומרים ניצוח תחמוצת. הדפסה על Conformal שאינו מישורי מצעים מופעלת גם באמצעות שיטה זו. איור 10 ממחיש את דפוס קונפורמי של אנטנה קטנה חשמלית 3D. 100 מתכת זרבובית מיקרומטר משמש להדפיס נפתול קו דפוסים על פני השטח של כוס חצי הכדור 13. גישה זו ניתן למצוא מספר יישומים, כולל אנטנות, אלקטרוניקה מושתלת לביש, וחיישנים. יישומים של microelectrodes כסף פורש בשלושה מימדי photovoltaics ו דיודות פולטות אור הם הפגינו (איור 11-14). ראשית, איור 11 הוא דוגמה פגז כדורי סיליקון. זה סרט עדין עם t-2 מיקרומטרhickness יכול להיות חוט קשור המעגל החיצוני ידי הדפסת omnidirectional 14. שיטה זו משתמשת בלחץ קשר מינימלי, וזה יתרון מאוד עבור מכשירים עדינים. בשלב הבא, איור 12 מראה דוגמה הדפסת הקישוריות פורש עבור מערך סולארי microcell סיליקון סיליקון שבו אלמנטים microribbon מופרדות פער 33-15 מיקרומטר. בשלב הבא, איור 13 מראה כסוף חיבורים עבור גליום ארסניד מבוססי LED מערך עם 4-by-4 פיקסלים, כאשר כל פיקסל (500 x 500 x 2.5 מיקרומטר 3) הוא 200 מיקרומטר במרווחים זה מזה 11. התמונה התחתונה מציגה את מערך LED, פולטות אור אדום אחיד תחת הטיה מיושם של V 6 מתוך פיקסל בודד. היכולת להדפיס אלקטרודות פורש מאפשר חיבור multilayer ללא שימוש בשכבות תמיכה או ההקרבה (תמונות למעלה). כמו הפגנה הסופי, איור 14 מראה SEM תמונות מיקרופון 3D מורכביםסריג roperiodic כסף מודפס על ידי זרבובית 5μm. <img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/3189/3189fig1.jpg" /> באיור 1. תמונה אופטי מנגנון דיו ישיר בכתב. <img alt="איור 2" src="/files/ftp_upload/3189/3189fig2.jpg" /> באיור 2. כתיבה בדיו ישיר של תכונה filamentary. <img alt="איור 3" src="/files/ftp_upload/3189/3189fig3.jpg" /> באיור 3. כתיבה בדיו ישיר של תמיכה עצמית תכונות פורש. <img alt="איור 4" src="/files/ftp_upload/3189/3189fig4.jpg" /> איור 4. העיצובים דיו לכתיבה דיו ישיר. מגוון רחב של צבעי viscoelastic מרוכז פותחו עבור כתיבה ישירה של 3D מבנים מישוריים ומורכב עם תכונות microscale. <img alt="איור 5" src="/files/ftp_upload/3189/3189fig5.jpg" /> איור 5. (משמאל) במיקרוסקופ אלקטרונים הילוכים (TEM) תמונה של חלקיקי כסף. (מימין למעלה) SEM תמונות של microelectrodes כסף עם הדפס של זרבובית 15 מיקרומטר כפונקציה של חישול בטמפרטורה. (מימין למטה) התנגדות חשמלית של כסף microelectrodes כפונקציה של חישול בטמפרטורה זמן. <img alt="איור 6" src="/files/ftp_upload/3189/3189fig6.jpg" /> איור 6. צמיגות לכאורה (η) של דיו nanoparticle כסף כפונקציה של טעינת מוצקים. <img alt="איור 7" src="/files/ftp_upload/3189/3189fig7.jpg" /> איור 7. שאר אלסטי מודולוס (G &#39;) כפונקציה של מתח גזירה עבור צבעי nanoparticle כסף משתנה טעינת מוצקים. <img alt="איור 8" src="/files/ftp_upload/3189/3189fig8.jpg" /> איור 8. SEM תמונות של מערכים מישוריים של microelectrodes כסף בדוגמתעל פרוסות סיליקון Si עם זרבובית 1-מיקרומטר. <img alt="איור 9" src="/files/ftp_upload/3189/3189fig9.jpg" /> איור 9. תמונה אופטי של רשתות כסף מוליך שקוף (משמאל) תמונות SEM של רשתות מודפס כפונקציה של גובה קו (מימין). <img alt="איור 10" src="/files/ftp_upload/3189/3189fig10.jpg" /> איור 10. תמונה אופטי שנתפסו במהלך ההדפסה קונפורמי של אנטנות קטנות חשמלית על מצע זכוכית חצי כדור. <img alt="איור 11" src="/files/ftp_upload/3189/3189fig11.jpg" /> איור 11. תמונה אופטי שהושגו במהלך הדפסה של כסף microelectrodes פורש על מעטפת סיליקון דק (2-מיקרומטר) כדורית. <img alt="איור 12" src="/files/ftp_upload/3189/3189fig12.jpg" /> איור 12. SEM תמונה של microelectrode כסף פורש מודפס על גבי סיליקון, כדיlar microcell המערך. <img alt="איור 13" src="/files/ftp_upload/3189/3189fig13.jpg" /> איור 13. SEM תמונות (למעלה) ו תמונה אופטי (התחתון) של 4-4-על ידי מערך השבבים מחוברים ביניהם על ידי LED microelectrodes כסף. <img alt="איור 14" src="/files/ftp_upload/3189/3189fig14.jpg" /> איור 14. SEM תמונה של הסריג כסף 3D microperiodic.

<ol>
	<li>Chrisey, D. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+power+of+direct+writing.">The power of direct writing.</a> Science. 289, 879-881 (2000).</li><li>Sirringhaus, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-resolution+inkjet+printing+of+all-polymer+transistor+circuits.">High-resolution inkjet printing of all-polymer transistor circuits.</a> Science. 290, 2123-2126 (2000).</li><li>Kim, R. -. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Waterproof+AllnGaP+optoelectronics+on+stretchable+substrates+with+applications+in+biomedicine+and+robotics.">Waterproof AllnGaP optoelectronics on stretchable substrates with applications in biomedicine and robotics.</a> Nat. Mater. 9, 929-937 (2010).</li><li>Lewis, J. A., Gratson, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+writing+in+three+dimensions.">Direct writing in three dimensions.</a> Mater. Today. 7, 32-39 (2004).</li><li>Lewis, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+ink+writing+of+3D+functional+materials.">Direct ink writing of 3D functional materials.</a> Adv. Funct. Mater. 16, 2193-2204 (2006).</li><li>Lewis, J. A., Smay, J. E., Stuecker, J., Cesarano, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+ink+writing+of+three-dimensional+ceramic+structures.">Direct ink writing of three-dimensional ceramic structures.</a> J. Am. Ceram. Soc. 89, 3599-3609 (2006).</li><li>Smay, J. E., Gratson, G. M., Shepherd, R. F., Sesarano, J., Lewis, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Directed+colloidal+assembly+of+3D+periodic+structures.">Directed colloidal assembly of 3D periodic structures.</a> Adv. Mater. 14, 1279-1283 (2002).</li><li>Therriault, D., White, S. R., Lewis, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chaotic+mixing+in+three-dimensional+microvascular+networks+fabricated+by+direct-write+assembly.">Chaotic mixing in three-dimensional microvascular networks fabricated by direct-write assembly.</a> Nat. Mater. 2, 265-271 (2003).</li><li>Hansen, C. J., Wu, W., Toohey, K. S., Sottos, N. R., White, S. R., Lewis, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Self-healing+materials+with+interpenetrating+microvascular+networks.">Self-healing materials with interpenetrating microvascular networks.</a> Adv. Mater. 21, 4143-4147 (2009).</li><li>Therriault, D., Shepherd, R. F., White, S. R., Lewis, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fugitive+ink+for+direct-write+assembly+of+three-dimensional+microvascular+networks.">Fugitive ink for direct-write assembly of three-dimensional microvascular networks.</a> Adv. Mater. 17, 395-399 (2005).</li><li>Ahn, B. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Omnidirectional+printing+of+flexible,+stretchable,+and+spanning+silver+microelectrodes.">Omnidirectional printing of flexible, stretchable, and spanning silver microelectrodes.</a> Science. 323, 1590-1593 (2009).</li><li>Ahn, B. Y., Lorang, D. J., Lewis, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transparent+conductive+grids+via+direct+writing+of+silver+nanoparticle+inks.">Transparent conductive grids via direct writing of silver nanoparticle inks.</a> Nanoscale. 3, 2700-2702 (2011).</li><li>Adams, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Conformal+printing+of+electrically+small+antennas+on+three-dimensional+surfaces.">Conformal printing of electrically small antennas on three-dimensional surfaces.</a> Adv. Mater. 23, 1335-1340 (2011).</li><li>Guo, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Two-+and+three-dimensional+folding+of+thin+film+single-crystalline+silicon+for+photovoltaic+power+applications.">Two- and three-dimensional folding of thin film single-crystalline silicon for photovoltaic power applications.</a> PNAS. 106, 20149-20154 (2009).</li><li>Yoon, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrathin+silicon+solar+microcells+for+semitransparent,+mechanically+flexible+and+microconcentrator+module+designs.">Ultrathin silicon solar microcells for semitransparent, mechanically flexible and microconcentrator module designs.</a> Nat. Mater. 7, 907-915 (2008).</li><li>Gratson, G. M., Xu, M., Lewis, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+writing+of+three-dimensional+webs.">Direct writing of three-dimensional webs.</a> Nature. 428, 386-386 (2004).</li><li>Lebel, L. L., Aissa, B., Khakani, M. A. E., Therriault, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultraviolet-assisted+direct-write+fabrication+of+carbon+nanotube/polymer+nanocomposite+microcoils.">Ultraviolet-assisted direct-write fabrication of carbon nanotube/polymer nanocomposite microcoils.</a> Adv. Mater. 22, 592-596 (2010).</li><li>Ahn, B. Y., Lorang, D. J., Duoss, E. B., Lewis, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct-write+assembly+of+microperiodic+planar+and+spanning+ITO+microelectrodes.">Direct-write assembly of microperiodic planar and spanning ITO microelectrodes.</a> Chem. Commun. 46, 7118-7120 (2010).</li><li>Duoss, E. B., Twardowski, M., Lewis, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sol-gel+inks+for+direct-write+assembly+of+functional+oxides.">Sol-gel inks for direct-write assembly of functional oxides.</a> Adv. Mater. 19, 3485-3489 (2007).</li><li>Salaita, K., Wang, Y. H., Mirkin, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Application+of+dip-pen+nanotechnology.">Application of dip-pen nanotechnology.</a> Nat. Nanotech. 2, 145-155 (2007).</li><li>Zhang, H., Lee, K. -. B., Li, Z., Mirkin, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biofunctionalized+nanoarrays+of+inorganic+structures+prepared+by+dip-pen+nanolithography.">Biofunctionalized nanoarrays of inorganic structures prepared by dip-pen nanolithography.</a> Nanotechnology. 14, 1113-1117 (2003).</li><li>Hung, S. -. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dip-pen+nanolithography+of+conductive+silver+traces.">Dip-pen nanolithography of conductive silver traces.</a> J. Phys. Chem. C. 114, 9672-9677 (2010).</li><li>Park, J. -. U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-resolution+electrohydrodynamic+jet+printing.">High-resolution electrohydrodynamic jet printing.</a> Nat. Mater. 6, 782-789 (2007).</li><li>Schirmer, N. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+ejecting+colloids+against+capillarity+from+sub-micrometer+openings:+On-demand+dielectrophoretic+nanoprinting.">On ejecting colloids against capillarity from sub-micrometer openings: On-demand dielectrophoretic nanoprinting.</a> Adv. Mater. 22, 4701-4705 (2010).</li><li>Park, J. -. U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=electrofield+liquid+jets+for+high-resolution+printing+of+charge.">electrofield liquid jets for high-resolution printing of charge.</a> Nano. Lett. 10, 584-591 (2010).</li><li>Ghosh, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct-write+assembly+of+micro-periodic+silk+fibroin+scaffolds+for+tissue+engineering+applications.">Direct-write assembly of micro-periodic silk fibroin scaffolds for tissue engineering applications.</a> Adv. Funct. Mater. 18, 1883-1889 (2008).</li><li>Barry, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct-write+assembly+of+3D+hydrogel+scaffolds+for+guided+cell+growth.">Direct-write assembly of 3D hydrogel scaffolds for guided cell growth.</a> Adv. Mater. 21, 2407-2410 (2009).</li><li>Shepherd, J. N. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D+microperiodic+hydrogel+scaffolds+for+robust+neuronal+cultures.">3D microperiodic hydrogel scaffolds for robust neuronal cultures.</a> Adv. Mater. 21, 47-54 (2011).</li><li>Wu, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct-write+assembly+of+biomimetic+microvascular+networks+for+efficient+fluid+transport.">Direct-write assembly of biomimetic microvascular networks for efficient fluid transport.</a> Soft. Matter. 6, 739-742 (2010).</li><li>Wu, W., DeConinck, A., Lewis, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Omnidirectional+Printing+of+3D+Microvascular+Networks.">Omnidirectional Printing of 3D Microvascular Networks.</a> Adv. Mater. 23, H178-H183 (2011).</li></ol>

אין ניגודי אינטרסים הכריז.

קונבנציונלי אגל מבוססי גישות הדפסה, כגון הדפסה הזרקת דיו, מוגבלים ייצור של אלקטרודות מישוריים עם יחס נמוך בשל אופי לדלל ואת צמיגות נמוכה של דיו בשימוש. לאחרונה, לטבול עט nanolithography (DPN) 20-22 ו-e-סילון הדפסה 23-25 ​​שימשו תכונות דפוס מוליך. מסלולים אלה גם להעסיק לדלל, דיו צמיגות נמוכה. Pearton ועמיתים לעבודה השתמשו DPN להפקיד nanoparticle זמינים מסחרית דיו כסף על לכתוב במהירויות של עד 1600 רוחבי -1 קו של מיקרומטר של כ 0.5 מיקרומטר 22. עם זאת, ייצור של תבניות לשחזור פני שטחים גדולים טרם שמפגינים גישה זו. Nanoparticle צבעי כסף יש גם הופקדו על ידי הדפסת דואר סילון כדי ליצור עקבות מוליך עם רוחב קו של 1.5 מיקרומטר ~ 25. עם זאת, כמו דיו להדפסה, מודפס תכונות הומוגניות שעלולות להתעורר עקב היווצרות טיפת לווין לא אחידה ירידה דrying 24,25. כפי שהודגם לעיל, ישיר לכתוב הרכבה של דיו nanoparticle מרוכז כסף מתגבר על מגבלות אלה באמצעות גישה filamentary מבוססי דפוס. טכניקה זו מאפשרת ייצור של מוליכים microelectrodes עם היבט ratios גבוהה (H / W ≈ 1.0) ב יחיד עובר המאפשר יצירה של 1D, 2D, 3D ו - ארכיטקטורות. גודלו של התכונות מודפס תלוי בקוטר זרבובית, מוצקים טעינת דיו, הלחץ המופעל, ומהירות ההדפסה. עד כה, עקבות מוליך קטן כמו ~ 2 מיקרומטר כבר בדוגמת באמצעות זרבובית 1 מיקרומטר במהירויות צנוע (&lt;2 s -1 מ&quot;מ). על ידי התאמת הרכב דיו וגיאומטריה זרבובית, מהירויות הדפסה מקסימלית העולה על 10 ס&quot;מ -1 s אפשריים. עם זאת, הדפסה במהירות גבוהה של שימוש חרירי קנס (&lt;5 מיקרומטר) עדיין מהווה אתגר משמעותי. כדי להדגים יישומים של הרכבה ישיר לכתוב, אנו מפוברק רשתות מוליכים, אלאנטנות קטנות ectrically, תאים סולריים, וגם דיודות פולטות אור עם אלקטרודות מודפס מישוריים פורש (איור 8-14). יש לציין, הגישה שלנו אינה מוגבלת ליצירת מבנים מתכתיים. באמצעות עיצובים דיו אחרים, כגון אלו המבוססים על fibroin משי, הידרוג ודיו אורגני נמלט, בנינו פיגומים 3D ורשתות כלי הדם של הנדסת רקמות והתרבות תאים באמצעות ישיר לכתוב הרכבה 26-30. במבט לעתיד, ישנן הזדמנויות רבות ואתגרים. התקדמות נוספת דורשים עיצובים דיו חדש, דוגמנות טובה יותר של הדינמיקה זרימת הדיו, מערכות רובוטיות ובקרה משופרת. שטח גדול ייצור של 1D למבנים 3D עם תפוקה גבוהה ורזולוציה ננומטרי (&lt;100 ננומטר) עדיין מהווה אתגר משמעותי.

<table border="1" style=";text-align:right;direction:rtl"><tr><td> שם מגיב </td><td> חברה </td><td> מספר קטלוגי </td><td> תגובות </td></tr><tr><td> פולי (חומצה אקרילית) </td><td> Polysciences, Inc </td><td> 06519 </td><td> MW 5000 g / mol </td></tr><tr><td> פולי (חומצה אקרילית) </td><td> Polysciences, Inc </td><td> 00627 </td><td> 50,000 MW g / mol </td></tr><tr><td> כסף חנקתי </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 209139 </td><td> כסף מקור </td></tr><tr><td> Diethanolamine </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> D8885 </td><td> מרכך / צמצום סוכן </td></tr><tr><td> אתילן גליקול </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 102466 </td><td> Humectant </td></tr><tr><td> Sonicater </td><td> פישר סיינטיפיק </td><td> FS30H </td><td> - </td></tr><tr><td> סרכזת </td><td> Beckman Coulter </td><td> אוואנטי TM J-25 אני </td><td> - </td></tr><tr><td> רובוטית הבמה </td><td> Aerotech בע&quot;מ </td><td> ABL 900010 </td><td> 3 ציר תנועה </td></tr><tr><td>מזרק לחבית </td><td> חברת EFD </td><td> 5109LBP-B </td><td> 3 מ&quot;ל </td></tr><tr><td> זרבובית </td><td> חברת EFD </td><td> - </td><td> id = 0.1-250 מיקרומטר </td></tr><tr><td> מנפק </td><td> חברת EFD </td><td> 800 </td><td> מזגן מופעל </td></tr><tr><td> עיצוב תוכנה </td><td> אישית מעוצבת </td><td> - </td><td> Mingjie שו </td></tr></table>

planar and three-dimensional printing of conductive inks

אלקטרוניקה מודפסים להסתמך על עלות נמוכה, שטח גדול נתיבי ייצור ליצור אלקטרוניים גמישים או רב ממדית, אופטו, והתקנים ביו 1-3. במאמר זה, נתמקד אחד (1D), שני (2D), והוא תלת מימדי (3D) הדפסת דיו מתכתי מוליך בצורה של microelectrodes גמישה, stretchable ו פורש. ישיר לכתוב הרכבה 4,5 היא טכניקה 1-to-3D הדפסה המאפשרת ייצור של תכונות הנעות בין קווים פשוטים כדי מבנים מורכבים על ידי בתצהיר של דיו מרוכז דרך חרירי בסדר (~ 0.1-250 מיקרומטר). זו שיטת ההדפסה מורכב בשלב 3-ציר מבוקרת מחשב התרגום, מאגר דיו זרבובית, עדשה טלסקופית 10x להדמיה. בניגוד דיו להדפסה, תהליך רביב מבוססת, ישיר לכתוב הרכבה כרוך שחול של סיבים דיו או בתוך או מחוץ למטוס. חוטים מודפס בדרך כלל להתאים את גודל נחיר. Hencדואר, תכונות microscale (&lt;1 מיקרומטר) יכול להיות בדוגמת ו התאספו לתוך מערכים גדולים ארכיטקטורות רב ממדית. במאמר זה, אנחנו הראשונים לסנתז nanoparticle מרוכז מאוד כסף דיו להדפסה מישוריים ו 3D באמצעות הרכבה ישיר לכתוב. בשלב הבא, פרוטוקול סטנדרטי עבור microelectrodes הדפסה מוטיבים ממדי מודגם. לבסוף, יישומים של microelectrodes מודפס עבור אנטנות קטנות חשמלית, תאים סולריים, וגם דיודות פולטות אור מודגשים.

Watch this Scientific Journal Video about Planar and Three-Dimensional Printing of Conductive Inks at JoVE.com

Planar and Three-Dimensional Printing of Conductive Inks

הדפסה מישוריים תלת ממדי של דיו מתכתי מוליך מתואר. הגישה שלנו מספק אפיקים חדשים אלקטרוניים מודפסים בודה, אופטו, והתקנים ביו פריסות יוצא דופן בבית microscale.

הדפסה מישוריים תלת ממדי של דיו מוליך

Printed electronics rely on low-cost, large-area fabrication routes to create flexible or multidimensional electronic, optoelectronic, and biomedical ...

planar-and-three-dimensional-printing-of-conductive-inks

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Bioengineering

37.0K Views.  University of Illinois at Urbana-Champaign. הדפסה מישוריים תלת ממדי של דיו מתכתי מוליך מתואר. הגישה שלנו מספק אפיקים חדשים אלקטרוניים מודפסים בודה, אופטו, והתקנים ביו פריסות יוצא דופן בבית microscale.

Video: Planar and Three-Dimensional Printing of Conductive Inks

Three-dimensional Optical-resolution Photoacoustic Microscopy

Optical microscopy, providing valuable insights at the cellular and organelle levels, has been widely recognized as an enabling biomedical technology. As the mainstays of in vivo three-dimensional (3-D) optical microscopy, single-/multi-photon fluorescence microscopy and optical coherence tomography (OCT) have demonstrated their extraordinary sensitivities to fluorescence and optical scattering contrasts, respectively. However, the optical absorption contrast of biological tissues, which encodes essential physiological/pathological information, has not yet been assessable. 
The emergence of biomedical photoacoustics has led to a new branch of optical microscopy optical-resolution photoacoustic microscopy (OR-PAM)1, where the optical irradiation is focused to the diffraction limit to achieve cellular1 or even subcellular2 level lateral resolution. As a valuable complement to existing optical microscopy technologies, OR-PAM brings in at least two novelties. First and most importantly, OR-PAM detects optical absorption contrasts with extraordinary sensitivity (i.e., 100%). Combining OR-PAM with fluorescence microscopy3 or with optical-scattering-based OCT4 (or with both) provides comprehensive optical properties of biological tissues. Second, OR-PAM encodes optical absorption into acoustic waves, in contrast to the pure optical processes in fluorescence microscopy and OCT, and provides background-free detection. The acoustic detection in OR-PAM mitigates the impacts of optical scattering on signal degradation and naturally eliminates possible interferences (i.e., crosstalks) between excitation and detection, which is a common problem in fluorescence microscopy due to the overlap between the excitation and fluorescence spectra. 
Unique for optical absorption imaging, OR-PAM has demonstrated broad biomedical applications since its invention, including, but not limited to, neurology5, 6, ophthalmology7, 8, vascular biology9, and dermatology10. In this video, we teach the system configuration and alignment of OR-PAM as well as the experimental procedures for in vivo functional microvascular imaging.

Optical-resolution photoacoustic microscopy (OR-PAM) is an emerging technology capable of imaging optical absorption contrasts in vivo with cellular resolution and sensitivity. Here, we provide a visualized instruction on the experimental protocols of OR-PAM, including system configuration, system alignment, typical in vivo experimental procedures, and functional imaging schemes.

תלת ממדית ברזולוציה אופטית photoacoustic מיקרוסקופית

Optical microscopy, providing valuable insights at the cellular and organelle levels, has been widely recognized as an enabling biomedical technology. As ...

Alginate Hydrogels for Three-Dimensional Organ Culture of Ovaries and Oviducts

Ovarian cancer is the fifth leading cause of cancer deaths in women and has a 63% mortality rate in the United States1. The cell type of origin for ovarian cancers is still in question and might be either the ovarian surface epithelium (OSE) or the distal epithelium of the fallopian tube fimbriae2,3. Culturing the normal cells as a primary culture in vitro will enable scientists to model specific changes that might lead to ovarian cancer in the distinct epithelium, thereby definitively determining the cell type of origin. This will allow development of more accurate biomarkers, animal models with tissue-specific gene changes, and better prevention strategies targeted to this disease.
Maintaining normal cells in alginate hydrogels promotes short term in vitro culture of cells in their three-dimensional context and permits introduction of plasmid DNA, siRNA, and small molecules. By culturing organs in pieces that are derived from strategic cuts using a scalpel, several cultures from a single organ can be generated, increasing the number of experiments from a single animal. These cuts model aspects of ovulation leading to proliferation of the OSE, which is associated with ovarian cancer formation. Cell types such as the OSE that do not grow well on plastic surfaces can be cultured using this method and facilitate investigation into normal cellular processes or the earliest events in cancer formation4.
Alginate hydrogels can be used to support the growth of many types of tissues5. Alginate is a linear polysaccharide composed of repeating units of &beta;-D-mannuronic acid and &alpha;-L-guluronic acid that can be crosslinked with calcium ions, resulting in a gentle gelling action that does not damage tissues6,7. Like other three-dimensional cell culture matrices such as Matrigel, alginate provides mechanical support for tissues; however, proteins are not reactive with the alginate matrix, and therefore alginate functions as a synthetic extracellular matrix that does not initiate cell signaling5. The alginate hydrogel floats in standard cell culture medium and supports the architecture of the tissue growth in vitro.
A method is presented for the preparation, separation, and embedding of ovarian and oviductal organ pieces into alginate hydrogels, which can be maintained in culture for up to two weeks. The enzymatic release of cells for analysis of proteins and RNA samples from the organ culture is also described. Finally, the growth of primary cell types is possible without genetic immortalization from mice and permits investigators to use knockout and transgenic mice.

Culture of normal cells in their three-dimensional context represents an alternative method to study early events required for cellular transformation and tumorigenesis. This method is used to grow normal ovarian and oviductal cells to study early events in ovarian cancer formation.

אלגינט הידרוג לתרבות תלת ממדי איברים של השחלות Oviducts

Ovarian cancer is the fifth leading cause of cancer deaths in women and has a 63% mortality rate in the United States1. The cell type of origin for ...

Human Cartilage Tissue Fabrication Using Three-dimensional Inkjet Printing Technology

Bioprinting, which is based on thermal inkjet printing, is one of the most attractive enabling technologies in the field of tissue engineering and regenerative medicine. With digital control&#160;cells, scaffolds, and growth factors can be precisely deposited to the desired two-dimensional (2D) and three-dimensional (3D) locations rapidly. Therefore, this technology is an ideal approach to fabricate tissues mimicking their native anatomic structures. In order to engineer cartilage with native zonal organization, extracellular matrix composition (ECM), and mechanical properties, we developed a bioprinting platform using a commercial inkjet printer with simultaneous photopolymerization capable for 3D cartilage tissue engineering. Human chondrocytes suspended in poly(ethylene glycol) diacrylate (PEGDA) were printed for 3D neocartilage construction via layer-by-layer assembly. The printed cells were fixed at their original deposited positions, supported by the surrounding scaffold in simultaneous photopolymerization. The mechanical properties of the printed tissue were similar to the native cartilage. Compared to conventional tissue fabrication, which requires longer UV exposure, the viability of the printed cells with simultaneous photopolymerization was significantly higher. Printed neocartilage demonstrated excellent glycosaminoglycan (GAG) and collagen type II production, which was consistent with gene expression. Therefore, this platform is ideal for accurate cell distribution and arrangement for anatomic tissue engineering.

The methods described in this paper show how to convert a commercial inkjet printer into a bioprinter with simultaneous UV polymerization. The printer is capable of constructing 3D tissue structure with cells and biomaterials. The study demonstrated here constructed a 3D neocartilage.

ייצור רקמת סחוס אנושי באמצעות שלושה ממדי הזרקת דיו טכנולוגיית הדפסה

Bioprinting, which is based on thermal inkjet printing, is one of the most attractive enabling technologies in the field of tissue engineering and ...

Analysis of Cell Migration within a Three-dimensional Collagen Matrix

The ability to migrate is a hallmark of various cell types and plays a crucial role in several physiological processes, including&#160;embryonic development, wound healing, and immune responses. However, cell migration is also a key mechanism in cancer enabling these cancer cells to detach from the primary tumor to start metastatic spreading. Within the past years various cell migration assays have been developed to analyze the migratory behavior of different cell types. Because the locomotory behavior of cells markedly differs between a two-dimensional (2D) and three-dimensional (3D) environment it can be assumed that the analysis of the migration of cells that are embedded within a 3D environment would yield in more significant cell migration data. The advantage of the described 3D collagen matrix migration assay is that cells are embedded within a physiological 3D network of collagen fibers representing the major component of the extracellular matrix. Due to time-lapse video microscopy real cell migration is measured allowing the determination of several migration parameters as well as their alterations in response to pro-migratory factors or inhibitors. Various cell types could be analyzed using this technique, including lymphocytes/leukocytes, stem cells, and tumor cells. Likewise, also cell clusters or spheroids could be embedded within the collagen matrix concomitant with analysis of the emigration of single cells from the cell cluster/ spheroid into the collagen lattice. We conclude that the 3D collagen matrix migration assay is a versatile method to analyze the migration of cells within a physiological-like 3D environment.

Cell migration is a biological phenomenon that is involved in a plethora of physiological, such as wound healing and immune responses, and pathophysiological processes, like cancer. The 3D-collagen matrix migration assay is a versatile tool to analyze the migratory properties of different cell types within in a 3D physiological-like environment.

ניתוח של נדידת תאים בתוך קולגן מטריקס תלת ממדי

The ability to migrate is a hallmark of various cell types and plays a crucial role in several physiological processes, including&#160;embryonic ...

Generation of a Three-dimensional Full Thickness Skin Equivalent and Automated Wounding

In vitro models are a cost effective and ethical alternative to study cutaneous wound healing processes. Moreover, by using human cells, these models reflect the human wound situation better than animal models. Although two-dimensional models are widely used to investigate processes such as cellular migration and proliferation, models that are more complex are required to gain a deeper knowledge about wound healing. Besides a suitable model system, the generation of precise and reproducible wounds is crucial to ensure comparable results between different test runs. In this study, the generation of a three-dimensional full thickness skin equivalent to study wound healing is shown. The dermal part of the models is comprised of human dermal fibroblast embedded in a rat-tail collagen type I hydrogel. Following the inoculation with human epidermal keratinocytes and consequent culture at the air-liquid interface, a multilayered epidermis is formed on top of the models. To study the wound healing process, we additionally developed an automated wounding device, which generates standardized wounds in a sterile atmosphere.

The goal of this protocol is to build up a three-dimensional full thickness skin equivalent, which resembles natural skin. With a specifically constructed automated wounding device, precise and reproducible wounds can be generated under maintenance of sterility.

דור של עור בעובי מלא תלת ממדי Equivalent ואוטומטי פציעה

In vitro models are a cost effective and ethical alternative to study cutaneous wound healing processes. Moreover, by using human cells, these models ...

Preparation and Analysis of In Vitro Three Dimensional Breast Carcinoma Surrogates

Three dimensional (3D) culture is a more physiologically relevant method to model cell behavior in vitro than two dimensional culture. Carcinomas, including breast carcinomas, are complex 3D tissues composed of cancer epithelial cells and stromal components, including fibroblasts and extracellular matrix (ECM). Yet most in vitro models of breast carcinoma consist only of cancer epithelial cells, omitting the stroma and, therefore, the 3D architecture of a tumor in vivo. Appropriate 3D modeling of carcinoma is important for accurate understanding of tumor biology, behavior, and response to therapy. However, the duration of culture and volume of 3D models is limited by the availability of oxygen and nutrients within the culture. Herein, we demonstrate a method in which breast carcinoma epithelial cells and stromal fibroblasts are incorporated into ECM to generate a 3D breast cancer surrogate that includes stroma and can be cultured as a solid 3D structure or by using a perfusion bioreactor system to deliver oxygen and nutrients. Following setup and an initial growth period, surrogates can be used for preclinical drug testing. Alternatively, the cellular and matrix components of the surrogate can be modified to address a variety of biological questions. After culture, surrogates are fixed and processed to paraffin, in a manner similar to the handling of clinical breast carcinoma specimens, for evaluation of parameters of interest. The evaluation of one such parameter, the density of cells present, is explained, where ImageJ and CellProfiler image analysis software systems are applied to photomicrographs of histologic sections of surrogates to quantify the number of nucleated cells per area. This can be used as an indicator of the change in cell number over time or the change in cell number resulting from varying growth conditions and treatments.

Preparation and Analysis of In Vitro Three Dimensional Breast Carcinoma Surrogates

We demonstrate a method to generate 3D breast cancer surrogates, which can be cultured using a perfusion bioreactor system to deliver oxygen and nutrients. Following growth, surrogates are fixed and processed to paraffin for evaluation of parameters of interest. The evaluation of one such parameter, cell density, is explained.

הכנה וניתוח של<em&gt; במבחנה</em&gt; שלושה שד ממדי המחליפים קרצינומה

Three dimensional (3D) culture is a more physiologically relevant method to model cell behavior in vitro than two dimensional culture. Carcinomas, ...

Engineering Three-dimensional Epithelial Tissues Embedded within Extracellular Matrix

The architecture of branched organs such as the lungs, kidneys, and mammary glands arises through the developmental process of branching morphogenesis, which is regulated by a variety of soluble and physical signals in the microenvironment. Described here is a method created to study the process of branching morphogenesis by forming engineered three-dimensional (3D) epithelial tissues of defined shape and size that are completely embedded within an extracellular matrix (ECM). This method enables the formation of arrays of identical tissues and enables the control of a variety of environmental factors, including tissue geometry, spacing, and ECM composition. This method can also be combined with widely used techniques such as traction force microscopy (TFM) to gain more information about the interactions between cells and their surrounding ECM. The protocol can be used to investigate a variety of cell and tissue processes beyond branching morphogenesis, including cancer invasion.

This manuscript describes a soft lithography-based technique to engineer uniform arrays of three-dimensional (3D) epithelial tissues of defined geometry surrounded by extracellular matrix. This method is amenable to a wide variety of cell types and experimental contexts and allows for high-throughput screening of identical replicates.

הנדסה תלת מימדי רקמות אפיתל Embedded בתוך מטריקס

The architecture of branched organs such as the lungs, kidneys, and mammary glands arises through the developmental process of branching morphogenesis, ...

Fabrication of Three-dimensional Paper-based Microfluidic Devices for Immunoassays

Paper wicks fluids autonomously due to capillary action. By patterning paper with hydrophobic barriers, the transport of fluids can be controlled and directed within a layer of paper. Moreover, stacking multiple layers of patterned paper creates sophisticated three-dimensional microfluidic networks that can support the development of analytical and bioanalytical assays. Paper-based microfluidic devices are inexpensive, portable, easy to use, and require no external equipment to operate. As a result, they hold great promise as a platform for point-of-care diagnostics. In order to properly evaluate the utility and analytical performance of paper-based devices, suitable methods must be developed to ensure their manufacture is reproducible and at a scale that is appropriate for laboratory settings. In this manuscript, a method to fabricate a general device architecture that can be used for paper-based immunoassays is described. We use a form of additive manufacturing (multi-layer lamination) to prepare devices that comprise multiple layers of patterned paper and patterned adhesive. In addition to demonstrating the proper use of these three-dimensional paper-based microfluidic devices with an immunoassay for human chorionic gonadotropin (hCG), errors in the manufacturing process that may result in device failures are discussed. We expect this approach to manufacturing paper-based devices will find broad utility in the development of analytical applications designed specifically for limited-resource settings.

We detail a method to fabricate three-dimensional paper-based microfluidic devices for use in the development of immunoassays. Our approach to device assembly is a type of multilayer, additive manufacturing. We demonstrate a sandwich immunoassay to provide representative results for these types of paper-based devices.

ייצור של מכשירי microfluidic נייר מבוססים תלת ממדי עבור Immunoassays

Paper wicks fluids autonomously due to capillary action. By patterning paper with hydrophobic barriers, the transport of fluids can be controlled and ...

Culturing Mammalian Cells in Three-dimensional Peptide Scaffolds

A useful technique for culturing cells in a self-assembling nanofiber three-dimensional (3D) scaffold is described. This culture system recreates an environment that closely mimics the structural features of non-polarized tissue. Furthermore, the particular intrinsic nanofiber structure of the scaffold makes it transparent to visual light, which allows for easy visualization of the sample under microscopy. This advantage was largely used to study cell migration, organization, proliferation, and differentiation and thus any development of their particular cellular function by staining with specific dyes or probes. Furthermore, in this work, we describe the good performance of this system to easily study the redifferentiation of expanded human articular chondrocytes into cartilaginous tissue. Cells were encapsulated into self-assembling peptide scaffolds and cultured under specific conditions to promote chondrogenesis. Three-dimensional cultures showed good viability during the 4 weeks of the experiment. As expected, samples cultured with chondrogenic inducers (compared to non-induced controls) stained strongly positive for toluidine blue (which stains glycosaminoglycans (GAGs) that are highly present in cartilage extracellular matrix) and expressed specific molecular markers, including collagen type I, II and X, according to Western Blot analysis. This protocol is easy to perform and can be used at research laboratories, industries and for educational purposes in laboratory courses.

Here, we present a protocol to obtain 3D-culture systems in self-assembling peptide scaffolds to promote the differentiation of dedifferentiated human articular chondrocytes into cartilage-like tissue.

Culturing בתרבית של תאים בפפטיד תלת מימדי פיגומים

A useful technique for culturing cells in a self-assembling nanofiber three-dimensional (3D) scaffold is described. This culture system recreates an ...

Three-dimensional Printing of Thermoplastic Materials to Create Automated Syringe Pumps with Feedback Control for Microfluidic Applications

Microfluidics has become a critical tool in research across the biological, chemical, and physical sciences. One important component of microfluidic experimentation is a stable fluid handling system capable of accurately providing an inlet flow rate or inlet pressure. Here, we have developed a syringe pump system capable of controlling and regulating the inlet fluid pressure delivered to a microfluidic device. This system was designed using low-cost materials and additive manufacturing principles, leveraging three-dimensional (3D) printing of thermoplastic materials and off-the-shelf components whenever possible. This system is composed of three main components: a syringe pump, a pressure transducer, and a programmable microcontroller. Within this paper, we detail a set of protocols for fabricating, assembling, and programming this syringe pump system. Furthermore, we have included representative results that demonstrate high-fidelity, feedback control of inlet pressure using this system. We expect this protocol will allow researchers to fabricate low-cost syringe pump systems, lowering the entry barrier for the use of microfluidics in biomedical, chemical, and materials research.

Here we present a protocol to construct a pressure-controlled syringe pump to be used in microfluidic applications. This syringe pump is made from an&#160;additively manufactured body, off-the-shelf hardware, and open-source electronics. The resulting system is low-cost, straightforward to build, and delivers well-regulated fluid flow to enable rapid microfluidic research.

תלת מימדי הדפסה של חומרים תרמופלסטיים כדי ליצור אוטומטית משאבות מזרק עם בקרת משוב עבור יישומים Microfluidic

Microfluidics has become a critical tool in research across the biological, chemical, and physical sciences. One important component of microfluidic ...