Name: inkjet-printed polyvinyl alcohol multilayers
Uploaded: 2017-05-11T13:00:00.000+00:00
Duration: 5 min 11 s
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著者は、 DIRECT （33417-239227）およびPCAP （27508-196153）プロジェクトのもとで、この研究に資金を提供してInnovate UKに感謝したいと考えています。また、この作業中に材料と専門家の指導を提供したPVOH Polymers Ltd.、Unilever、AkzoNobel、およびCarclo Technical Plasticsに感謝の意を表します。

1.インク配合<ol><li> 60℃に加熱した精製水にポリビニルアルコール（水中8重量％のPVOH）を溶解することにより、IJPの溶液を調製する。 </li><li>保湿剤として10gのモノプロピレングリコール（MPG）（水中に10重量％のモノプロピレングリコール）を溶液に加える。 注記：保湿剤の役割は、プリントヘッドの詰まりを防ぐことです。 </li><li>溶液を数時間攪拌して均質性を確保し、5μmフィルターで濾過してノズルを詰まらせる微粒子を除去する。 </li><li>均質性、特に沈降の発生率についてインクを目視で評価する。沈降が観察された場合は、溶液を長時間（数日）攪拌/超音波処理するか、または低分子量のPVOHを有する新しい水系溶液を調製する。 注：密閉ビーカーにすべての液体を室温で保管してください。 </li></ol>インク特性<ol><li>すべてのインク文字を実行するクリーンルーム環境での室温での浄化試験。 </li><li>粘度計を使用して溶液の粘度を測定する。 注記：このテストは、配合されたインクがIJPハードウェアと互換性があることを確認するために必要です。インクジェット印刷プロセスは、4〜20cPの低粘度溶液を必要とする。回転粘度計を使用して、剪断速度の関数としてインクの粘度を測定する。 </li><li>ペンダントドロップ法を用いて、室温でインクの表面張力を試験する。テンションメーターなどの適切な測定ツールを使用してください。製造元のプロトコルを使用してください。 注：インクジェット印刷の一般的なソリューションは、30〜40 mN / mの表面張力を持ちます。 </li><li> pHメーターを用いてpHを試験する。製造元のプロトコルを使用してください。 注記：pHは、水性インクの必須パラメータです。処方された溶液の特性と安定性の両方に関する重要な情報を提供するためです。中性溶液pH7は安定なpを保証するプリントヘッドの耐久性が向上します。 </li><li>静的滴下実験により接触角を測定することにより、異なる基材上のインクの濡れ性を評価する。張力計を使用して、可能な基材（ 例えば、ガラス、プラスチック、および紙）の表面エネルギーを測定する。テンションメーターメーカーから提供されたプロトコルを使用して表面エネルギーを測定します。 注記：液滴と基板の相互作用は、印刷品質に大きな影響を与えます。基材へのインクの良好な接着を確実にするために、基材の表面エネルギーは、インクの表面張力を10~15mN / m超えなければならない。 </li></ol> 3.インクジェット印刷注：すべてのインクジェット印刷の付着は室温で行った。 PVOH多層は、圧電ハイブリッドインクジェット印刷機を使用して堆積された。 512個のノズル（256×2行）、30μmのノズル直径、および42-pLの液滴サイズを有するプリントヘッドを使用したこの作品ではd。 <ol><li>印刷する前に、ガラス基板をアセトン/メタノール/イソプロパノールおよびDi水で徹底的に洗浄する。基板をN 2ガンで乾燥させる。 </li><li>基板をプリントベッドにセットし、しっかりと固定します。 </li><li>プリントヘッドからインクを流してカートリッジを準備します。リザーバーとノズルから空気や洗浄液を除去してください。 </li><li>カートリッジをプリンタに装着します。プリントヘッドをヘッドパーソナリティボードを介してグローバルインクジェットシステム（GIS）プリントマネージャに接続します。 </li><li>カートリッジの上にある150 mLシリンジに溶液をロードし、シリンジを気密キャップで密封する。 </li><li>パージボタンを押してノズルからインクをパージします。 注記：ノズル - 基板間の距離は、ジェット軌道に強く影響し、ひいては印刷パターンの品質にも影響します。したがって、プリンタのソフトウェアを使用してジェットスプレッディングを低減するためにノズルと基板の距離を調整してください。 </li><li>セットGIS印刷ソフトウェアと表2を使用して波形と印刷パラメータを調整します。 注記：GISソフトウェアインターフェイスでは、ドローとリリースの振幅と幅の両方を制御できます。 </li><li> GISプリントマネージャーソフトウェアを使用して、印刷するために必要なイメージファイルをロードします。 </li><li>デジタルプロセスを開始し、基板上に画像パターンを印刷する。 </li></ol> 4.印刷パターンの分析<ol><li>光学顕微鏡を使用して印刷パターンの品質を調べます。印刷されたフィーチャー内に欠陥が存在するかどうかを確認し、さらに多くのレイヤーが印刷されたときの品質の向上を評価します。 </li><li> 3D光学顕微鏡による非接触3D表面形状測定装置（白色光干渉法に基づく）を使用して、インクジェット印刷多層の表面トポロジーおよび厚さプロファイルを評価する。 注記：測定値と、それらの公式化/印刷と特性化に使用された計器の詳細印刷されたパターンは参考文献21に示されている。 </li></ol>

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著者は何も開示することはない。

この研究では、ポリマー多層を堆積させるインクジェット印刷技術の能力を実証しました。レオロジー挙動を調べたところ、実験結果は、配合されたインクが擬塑性せん断薄化挙動を示すことを実証した。また、PVOHインクは中性溶液（pH7）であり、経時安定性が良好である。特に、IJP技術がポリビニルアルコール多層構造体を製造することができることは首尾よく実証されたが、印刷範囲と全体的な品質のさらなる改善が必要である。 さらに、印刷パターンの精度を向上させるためには、インクと基板との間の相互作用のほか、隣接する層間の相互作用をよりよく理解し、噴射挙動をより効果的に制御することが必要である。 ドロップオンデマンド（DOD）IJPは、材料を預けるために使用される現代的な方法であり、研究コミュニティの注目を集めました。 DOD IJP技術は、ポリマーから金属、さらには医薬品まで幅広い材料を預けることができます。しかし、欠陥のない印刷層を堆積させるなどの多くの課題がある。高解像度パターン26を達成する 。薄い（1μm未満の）多層構造を製造することができる。特に、印刷解像度は、放出された液滴の体積によって定義され、現在、分散され得る最大体積は約1pLである。しかし、近い将来のさらなる発展が期待されます。さらに、インクとプリントヘッドの両方がDOD印刷プロセスにおいて等しく責任を負っている。例えば、インクの場合、表面張力、粘度、pHなどの重要なパラメータは、IJPハードウェアと互換性がある必要があります。蒸発速度を制御して印刷層の均一性を改善するために、共溶媒を使用することができる。一方、プリントヘッド印加されたパルスの波形設計、持続時間および振幅が、印刷プロセスにおける重要なパラメータである。 エレクトロニクス分野における最近の戦略は、環境にやさしい電子デバイスを作る方法を特定することです。このような状況において、3D IJP技術は、製造による有害な放射線や発熱を低減し、コスト削減を実現する最も有望な技術の1つであることは間違いありません。 IJPは、材料の選択、設計と製造、デバイス構成とアーキテクチャを含む電子デバイスの製造システム全体に革命を起こすことができます。 3D IJP技術は伝統的な製造経路の信頼できる代替品であり、最も重要なことに、環境への悪影響を最小限に抑えるための積極的な取り組みです。

ポリビニルアルコールは、半結晶性、人工、無毒性、水溶性、ほとんどの有機溶媒に不溶性、生分解性であり、生体組織に生体適合性があり、優れたガスバリア性を有する。さらに、多くの有用な特性のために、PVOHは多数の用途に広く使用されている。今日、PVOHは洗浄および洗剤製品、食品包装産業、水処理、繊維、農業および建設（添加剤として）の製造に使用されています1 。しかし、PVOHは、医薬用途2 （薬物送達）および医療用途3,4 （ 例えば、創傷被覆材、ソフトコンタクトレンズ、点眼剤および軟骨置換用軟インプラント）において、最近注目されている。 PVOHフィルムは、溶融形態または溶液形態のいずれかで製造される。溶かし処理は互換です低い加水分解レベルを有するPVOHまたは高度に可塑化されたPVOHのみで可溶性である。したがって、この経路を使用する場合、いくつかの特性を犠牲にすることができる1 。一方、PVOH層は、溶液キャスト5 、スピンコーティング6 、またはエレクトロスピニング7によって溶液形態で堆積させることができる。しかしながら、これらの方法は、望ましくない物質の浪費に関して多くの制限を有する。例えば、スピンコーティングの場合、材料の95％が無駄になることが報告されている（ 8） 。さらに、これらの方法は、設計/フィーチャ（パターニング能力なし）の点では非常に堅く、全体的な処理コストが高い。従来の溶液処理の限界を克服するために、材料とアプリの両方に強い影響を与えるポリビニルアルコール（PVOH）多層構造を製造するための新しいプラットフォームを提供するインクジェット印刷技術の可能性を模索しています啓蒙の視点。 近年の製造業の発展は、安価で、シンプルで、環境に優しく、省エネルギーに重点を置いています。インクジェット印刷（IJP）は、このフレームワーク内に完全に適合する現代の製造プロセスである。 IJP技術の主な利点は、材料使用の効率、デジタル（マスクフリー）および付加的なパターニング、大面積能力、硬質/可撓性基板との適合性、および低コストである。 IJPは、溶媒中に分散されたポリマー材料を用いる堆積方法である。今日まで、機能性ポリマー9 、セラミック10 、導電性ナノ材料11、2D12、生物学的および薬学的に基づく材料が首尾よく堆積されてきた。最近、IJPは電子デバイスの一部としてのコンポーネントの堆積に関与していると報告されており、トランジスタ14 、センサ15 、太陽電池16 、およびメモリデバイス17のような電子デバイス、ならびに電子パッケージング18を含む 。 インク、カートリッジ、および基板は、印刷プロセスで使用される同様に重要なコンポーネントです。第1に、表面張力およびレオロジー特性（ すなわち、せん断粘度）のようなインクの物理的特性は、印刷適性挙動に重要な影響を及ぼす。また、pHは、溶液（ 例えば、乾燥、発泡および粘度）およびIJPプリントカートリッジの寿命の両方に重要な役割を果たす。第2に、カートリッジ（圧電）の場合、駆動電圧波形は、液滴の形成と、液体ジェットの方向性と均一性の両方を実際に規定する。最後に、インク/基板の相互作用が非常によく理解されていることが不可欠です。解像度と精度このインタフェースに強く依存しています。溶媒の蒸発、液体から固体への相変化、および化学反応は、液滴と基板との間で起こる主なプロセスである。 HJPings 19およびDerby 20によるレビュー論文では、インク特性から滴下/基板機構までのIJPに関わるすべての側面が強調されている。 この研究では、ポリビニルアルコール多層を製造するIJPの能力を調査する。まず、PVOH水性インクを調合し、レオロジー的挙動、表面張力、pHなどの主な物理的性質を調べた。この研究では、圧電式インクジェットプリンタを使用し、適切な波形パラメータを特定した。 PVOH多層を印刷し、光学顕微鏡で品質および表面/厚さのプロファイルを評価した。

<table><tbody><tr><td>Polyvinyl alcohol&amp;nbsp;</td><td>PVOH Polymers Ltd, UK</td><td>Poval 4-88</td><td></td></tr><tr><td>Mono-propylene glycol&amp;nbsp;</td><td>Sigma Aldrich, UK</td><td>W29004</td><td></td></tr><tr><td>DV2T viscometer&amp;nbsp;</td><td>Brookfield, UK</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Attension Theta Optical Tensiometer&amp;nbsp;</td><td>Biolin Scientific, Sweden</td><td></td><td></td></tr><tr><td>HANNA pH meter&amp;nbsp;</td><td>HANNA Instruments, UK</td><td></td><td></td></tr><tr><td>industrial Inkjet XYPrint100Z</td><td>Industrial Inkjet Ltd, UK</td><td></td><td></td></tr><tr><td>ContourGT-K 3D optical microscope&amp;nbsp;</td><td>Bruker Corp, USA</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

inkjet-printed polyvinyl alcohol multilayers

インクジェット印刷は、ポリマー加工の現代的な方法であり、この研究では、この技術がポリビニルアルコール（PVOH）多層構造を製造することができることを実証する。ポリビニルアルコール水溶液を配合した。表面張力、粘度、pH、および時間安定性などのインクの固有の特性を調べた。 PVOH系インクは、表面張力が39.3mN / m、粘度が7.5cPの中性溶液（pH6.7）であった。インクは、低剪断速度で擬塑性（非ニュートン剪断薄化）挙動を示し、全体的に、良好な時間安定性を示した。異なる基材上のインクの濡れ性を調べ、この特定の場合にはガラスが最も適切な基材として同定された。独自の3Dインクジェットプリンタを用いてポリマー多層構造を製造した。インクジェット印刷された多層の形態、表面形状、および厚さの均一性を、光学顕微鏡法。

表面張力、粘度/レオロジー挙動、pH、濡れおよび時間安定性などのPVOH水性インクの物理的性質を調べた。この作業に用いたインクの粘度は7.5cP、表面張力は39.3mN / mであった。さらに、配合されたインクは中性（pH7）であり、その結果は表1に要約されている 。 <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td> インク </td><td colspan="3"> 表面張力（mN / m） </td><td colspan="3"> 粘度（cP）1分/ 25rpm </td><td> pH </td></tr><tr><td> PVOH_ink </td><td colspan="3">平均値。 = 39.5; SE = 0.2 </td><td colspan="3">平均値。 = 7.6; SE = 0.17 </td><td> 6.75±0.05 * </td></tr></tbody></table><strong&gt;表1：インクのパラメータ。この表には、表面張力、粘度、およびpHなどの調合されたインクの重要なパラメータがリストされています。 均質性をチェックし、インクの沈降または凝集を特定するために、溶液の目視検査を行った。 図1から分かるように、処方された溶液は大きな粒子がなく、乳白色の外観を有する。 <img alt="図1" src="/files/ftp_upload/55093/55093fig1.jpg" /> 図1：PVOH水性インク。この写真は、処方後に、溶液が目に見える大きな粒子をはっきりと含まないことを示している。 さらに、溶液のレオロジー特性が印刷適性挙動に重要な役割を果たすことが強調されるべきである。この理由で分析されます。流動学的挙動は、粘度をせん断速度の関数として測定することによって調べた。 図2に示すように、粘度はせん断速度の増加に伴って減少し、1から100s -1までのせん断速度の範囲にわたって非ニュートンのせん断減粘挙動を示した。 <img alt="図2" src="/files/ftp_upload/55093/55093fig2.jpg" /> 図2：せん断速度の関数としての粘度。配合されたインクは、低剪断速度で擬似プラスチック/非ニュートン剪断減粘挙動を示す。 <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55093/55093fig2large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を見るには、ここをクリックしてください。</a> インクの安定性は、印刷中に品質を維持するために重要であることを強調することが重要です。したがって、周囲条件でのインクの安定性を評価した。スタビ30日間にわたる連続した毎日の測定による時間の関数としてのPVOHインクの粘度およびpHを測定することによって、試験を行った。 図3は、収集されたデータのヒストグラムを示しており、平均値と標準偏差値の両方を含んでいます。 <img alt="図3" src="/files/ftp_upload/55093/55093fig3.jpg" /> 図3：PVOH水性インクの粘度（左）およびpH（右）のヒストグラム。確実で再現性のあるプロセスを確実にするために、インクの安定性を調べ、その結果をこの写真に示した。 <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55093/55093fig3large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を見るには、ここをクリックしてください。</a> さらに、IJPの間、噴射プロセス（ すなわち、インクをチャンバ内に引き込み、インクをtから吐出させるノズルを通して）は、電位の印加後の圧電膜の物理的変形によって完全に制御される。ジェットの信頼性と一貫性は、インク特性と最適な波形設定の両方によって完全に定義されていることを繰り返し強調することは非常に重要です。ドロー電圧パルス（V D ）およびリリースパルス（V R ）などの最適波形パラメータが識別され、 表2に含まれています。 <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td colspan="2"> インク </td><td> パルスを描く </td><td></td><td> リリースパルス </td><td></td></tr><tr><td colspan="2"></td><td>電圧（V） </td><td>時間（μs） </td><td>電圧（V） </td><td>時間（μs） </td></tr><tr><td colspan="2"> PVOH_ink </td><td> 15 </td><td> 5 </td><td> 7.5 </td&gt; <td> 10 </td></tr></tbody></table> 表2：実験における圧電プリントヘッドに適用された印刷（波形）パラメータ。ドローおよびリリースパルスの振幅および幅は、噴射性能にとって決定的に重要である。高品質の印刷層を確保するために、適切な値を特定する必要があります。 開始点として、電圧パルスの振幅/幅が、表面張力および粘度の両方を含む流体の特性に応じてそれに応じて選択された。次に、パターンを印刷し、印刷された層の品質を評価した。さらに、最高の品質が達成されるまで波形の設定が調整されました。 さらに、ドロップ基板相互作用は印刷品質に重要な役割を果たします。接着性が良好であることはよく知られている基板の表面エネルギーがインクの表面張力22を10〜15mN / m超えた場合には、基板へのkの変化が起こる。まず、いくつかの潜在的な基材（ガラス、プラスチック、電子ペーパー、フォトペーパー）の表面エネルギーを試験し、その結果を表3に示す 。基材とインクの最良の一致を確認するために、試験した基材の表面エネルギーおよび配合されたインクの表面張力を比較し、ガラススライドをさらなる作業のために選択した。 <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td colspan="2"> 基板 </td><td> 表面エネルギー（mN / m） </td></tr><tr><td colspan="2">スライドガラス</td><td> 65 </td></tr><tr><td colspan="2">プラスチック</td><td> 51.5 </td></tr><tr><td colspan="2">電子ペーパー</td><td> 50.8 </td></tr&gt; <tr><td colspan="2">写真用紙</td><td> 47.5 </td></tr></tbody></table> 表3：4つの潜在的基質の表面自由エネルギー。インクの基材への優れた接着性を確保するために、4つの潜在的な基材の表面エネルギーを測定した。したがって、インクが基板に適切に付着するためには、インクの表面張力は10点ルールに従わなければならない（ すなわち、表面張力は基板表面の表面エネルギーより少なくとも10mN / m低くなければならない）。 PVOHインクの濡れ挙動を調査した。 図4 （挿入図）に示すように、PVOHインクは、54.5±0.1°の「第1の接触」接触角（接触角測定の精度は±0.1°として示される）で良好な濡れ性を示す。ザ接触角の経時変化を図4に示す 。接触角のわずかな減少が最初の25秒で起こることが観察され、その後、それはかなり一定である。 <img alt="図4" src="/files/ftp_upload/55093/55093fig4.jpg" /> 図4：PVOHインク/ガラス基板の接触角対時間。インセット：ガラス基板上のインク滴の画像。 10および75層のPVOHのIJPの光学顕微鏡写真を図5に示す 。非常によく知られているリング/コーヒー汚れの効果によって生成された多数の欠陥23,24は、パターンが10回の印刷パスによって作られた場合に明らかにされる（ 図5a ）。それにもかかわらず、75層を印刷した後に品質が大幅に改善されることは興味深いことです。<html> 75層が印刷されたとき、リング形成が効果的に抑制されたことは明らかである（ 図5b ）。印刷されたパターンの品質の観察された改善は、溶媒蒸発速度/流体の流れの変化、および多数の重なり合う層の間の界面相互作用の変化に起因する可能性がある。さらに、堆積中に基板を加熱し、揮発性共溶媒を使用することは、これらの欠陥を克服するための2つの可能なアプローチである。 <img alt="図5" src="/files/ftp_upload/55093/55093fig5.jpg" /> 図5は、（a​​）10および（b）75層の印刷パスを有するインクジェット印刷PVOHの光学顕微鏡写真である。印刷された層の品質を光学顕微鏡で評価した。この図では、10と75の印刷レイヤーの品質を比較しています。画像は、75層が印刷されたときに品質が大幅に改善されることを示している。ftp_upload / 55093 / 55093fig5large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt;この図の拡大版を見るには、ここをクリックしてください。 「ワーウィック（Warwick）」ロゴを100回の印刷パスで印刷し、次いで表面プロファイルおよび厚さの均一性を調査した。 図6から分かるように、パターンの第1の部分は部分的に覆われている。しかしながら、観察された不十分に覆われた領域は、印刷プロセスにおける「第1滴」効果25と関連づけることができる。予想通り、この効果はまた、厚さの均一性を反映する（ すなわち、厚さが走査された領域全体にわたって均一ではない）。 <img alt="図6" src="/files/ftp_upload/55093/55093fig6.jpg" /> 図6：PVOH水性インク表面（左）と厚さ（右）のプロファイルで印刷された「Warwick」ロゴこの写真は、パターンの最初の文字は十分に覆われていません。これはまた、厚さの均一性によって反映される。しかし、残りの印刷パターンはかなり良く見えます。

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Inkjet-printed Polyvinyl Alcohol Multilayers

インクジェットプリンターを使用してポリビニルアルコール多層を製造した。ポリビニルアルコール水系インクを配合し、主な物性を調べた。

インクジェット印刷されたポリビニルアルコール多層

Inkjet printing is a modern method for polymer processing, and in this work, we demonstrate that this technology is capable of producing polyvinyl alcohol ...

inkjet-printed-polyvinyl-alcohol-multilayers

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Engineering

12.5K ビュー.  De Montfort University. インクジェットプリンターを使用してポリビニルアルコール多層を製造した。ポリビニルアルコール水系インクを配合し、主な物性を調べた。 

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Polymer Microarrays for High Throughput Discovery of Biomaterials

The discovery of novel biomaterials that are optimized for a specific biological application is readily achieved using polymer microarrays, which allows a combinatorial library of materials to be screened in a parallel, high throughput format1. Herein is described the formation and characterization of a polymer microarray using an on-chip photopolymerization technique 2. This involves mixing monomers at varied ratios to produce a library of monomer solutions, transferring the solution to a glass slide format using a robotic printing device and curing with UV irradiation. This format is readily amenable to many biological assays, including stem cell attachment and proliferation, cell sorting and low bacterial adhesion, allowing the ready identification of 'hit' materials that fulfill a specific biological criterion3-5. Furthermore, the use of high throughput surface characterization (HTSC) allows the biological performance to be correlated with physio-chemical properties, hence elucidating the biological-material interaction6. HTSC makes use of water contact angle (WCA) measurements, atomic force microscopy (AFM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and time-of-flight secondary ion mass spectrometry (ToF-SIMS). In particular, ToF-SIMS provides a chemically rich analysis of the sample that can be used to correlate the cell response with a molecular moiety. In some cases, the biological performance can be predicted from the ToF-SIMS spectra, demonstrating the chemical dependence of a biological-material interaction, and informing the development of hit materials5,3.

A description of the formation of a polymer microarray using an on-chip photopolymerization technique. The high throughput surface characterization using atomic force microscopy, water contact angle measurements, X-ray photoelectron spectroscopy and time of flight secondary ion mass spectrometry and a cell attachment assay is also described.

バイオマテリアルのハイスループット検出用高分子マイクロアレイ

The discovery of novel biomaterials that are optimized for a specific biological application is readily achieved using polymer microarrays, which allows a ...

生物工学

Layer-by-layer Synthesis and Transfer of Freestanding Conjugated Microporous Polymer Nanomembranes

CMP as large surface area materials have attracted growing interest recently, due to their high variability in the incorporation of functional groups in combination with their outstanding thermal and chemical stability, and low densities. However, their insoluble nature causes problems in their processing since usually applied techniques such as spin coating are not available. Especially for membrane applications, where the processing of CMP as thin films is desirable, the processing problems have hindered their commercial application.
Here we describe the interfacial synthesis of CMP thin films on functionalized substrates via molecular layer-by-layer (l-b-l) synthesis. This process allows the preparation of films with desired thickness and composition and even desired composition gradients.
The use of sacrificial supports allows the preparation of freestanding membranes by dissolution of the support after the synthesis. To handle such ultra-thin freestanding membranes the protection with sacrificial coatings showed great promise, to avoid rupture of the nanomembranes. To transfer the nanomembranes to the desired substrate, the coated membranes are upfloated at the air-liquid interface and then transferred via dip coating.

In this paper we describe the interfacial synthesis of conjugated microporous polymers (CMP) on sacrificial substrates, and the dissolution of the substrate for the preparation of freestanding CMP nanomembranes. In addition, we will describe how the fragile nanomembranes can be transferred to other substrates.

層ごとの合成と自立共役高分子ナノ薄膜マイクロポーラスの譲渡

CMP as large surface area materials have attracted growing interest recently, due to their high variability in the incorporation of functional groups in ...

化学

Reactive Vapor Deposition of Conjugated Polymer Films on Arbitrary Substrates

We demonstrate a method of conformally coating conjugated polymers on arbitrary substrates using a custom-designed, low-pressure reaction chamber. Conductive polymers, poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) and poly(3,4-propylenedioxythiophene) (PProDOT), and a semiconducting polymer, poly(thieno[3,2-b]thiophene) (PTT), were deposited on unconventional highly-disordered and textured substrates with high surface areas, such as paper, towels and fabrics. This reported deposition chamber is an improvement of previous vapor reactors because our system can accommodate both volatile and nonvolatile monomers, such as 3,4-propylenedioxythiophene and thieno[3,2-b]thiophene. Utilization of both solid and liquid oxidants are also demonstrated. One limitation of this method is that it lacks sophisticated in situ thickness monitors. Polymer coatings made by the commonly used solution-based coating methods, such as spin-coating and surface grafting, are often not uniform or susceptible to mechanical degradation. This reported vapor phase deposition method overcomes those drawbacks and is a strong alternative to common solution-based coating methods. Notably, polymer films coated by the reported method are uniform and conformal on rough surfaces, even at a micrometer scale. This feature allows for future application of vapor deposited polymers in electronics devices on flexible and highly textured substrates.

This paper presents a protocol for reactive vapor deposition of poly(3,4-ethylenedioxythiophene), poly(3,4-propylenedioxythiophene), and poly(thieno[3,2-b]thiophene) films on glass slides and rough substrates, such as textiles and paper.

任意の基板上への共役ポリマー薄膜の反応性蒸着

We demonstrate a method of conformally coating conjugated polymers on arbitrary substrates using a custom-designed, low-pressure reaction chamber. ...

Fabricating Reactive Surfaces with Brush-like and Crosslinked Films of Azlactone-Functionalized Block Co-Polymers

In this paper, fabrication methods that generate novel surfaces using the azlactone-based block co-polymer, poly (glycidyl methacrylate)-block-poly (vinyl dimethyl azlactone) (PGMA-b-PVDMA), are presented. Due to the high reactivity of azlactone groups towards amine, thiol, and hydroxyl groups, PGMA-b-PVDMA surfaces can be modified with secondary molecules to create chemically or biologically functionalized interfaces for a variety of applications. Previous reports of patterned PGMA-b-PVDMA interfaces have used traditional top-down patterning techniques that generate non-uniform films and poorly controlled background chemistries. Here, we describe customized patterning techniques that enable precise deposition of highly uniform PGMA-b-PVDMA films in backgrounds that are chemically inert or that have biomolecule-repellent properties. Importantly, these methods are designed to deposit PGMA-b-PVDMA films in a manner that completely preserves azlactone functionality through each processing step. Patterned films show well-controlled thicknesses that correspond to polymer brushes (~90 nm) or to highly crosslinked structures (~1-10 &#956;m). Brush patterns are generated using either the parylene lift-off or interface directed assembly methods described and are useful for precise modulation of overall chemical surface reactivity by adjusting either the PGMA-b-PVDMA pattern density or the length of the VDMA block. In contrast, the thick, crosslinked PGMA-b-PVDMA patterns are obtained using a customized micro-contact printing technique and offer the benefit of higher loading or capture of secondary material due to higher surface area to volume ratios. Detailed experimental steps, critical film characterizations, and trouble-shooting guides for each fabrication method are discussed.

Surface fabrication methods for patterned deposition of nanometer thick brushes or micron thick, crosslinked films of an azlactone block co-polymer are reported. Critical experimental steps, representative results, and limitations of each method are discussed. These methods are useful for creating functional interfaces with tailored physical features and tunable surface reactivity.

ブラシのような反応性表面を加工し、アズラクトン官能基化ブロック共重合体の架橋膜

In this paper, fabrication methods that generate novel surfaces using the azlactone-based block co-polymer, poly (glycidyl methacrylate)-block-poly (vinyl ...

工学

Polymeric Microneedle Array Fabrication by Photolithography

This manuscript describes the fabrication of polymeric microneedle (MN) arrays by photolithography. It involves a simple mold-free process by using a photomask consisting of embedded micro-lenses. Embedded micro-lenses were found to influence MN geometry (sharpness). Robust MN arrays with tip diameters ranging between 41.5 &#181;m &#177; 8.4 &#181;m and 71.6 &#181;m &#177; 13.7 &#181;m, with two different lengths (1,336 &#181;m &#177; 193 &#181;m and 957 &#181;m &#177; 171 &#181;m) were fabricated. These MN arrays may provide potential applications in delivery of low molecular and macromolecular therapeutic agents through skin.

Here, we present a protocol describing a mold-free fabrication process of the polymeric microneedles by photolithography.

フォトリソグラフィ法により高分子マイクロニードルアレイの作製

This manuscript describes the fabrication of polymeric microneedle (MN) arrays by photolithography. It involves a simple mold-free process by using a ...

Inkjet Printing All Inorganic Halide Perovskite Inks for Photovoltaic Applications

A method for synthesizing photoactive inorganic&#160;perovskite quantum dot inks and an inkjet printer deposition method, using the synthesized inks, are demonstrated. The ink synthesis is based on a simple wet chemical reaction and the inkjet printing protocol is a facile step by step method. The inkjet printed thin films have been characterized by X-ray diffraction, optical absorption spectroscopy, photoluminescent spectroscopy, and electronic transport measurements. X-ray diffraction of the printed quantum dot films indicates a crystal structure consistent with an orthorhombic room temperature phase with (001) orientation. In conjunction with other characterization methods, the X-ray diffraction&#160;measurements show high quality films can be obtained through the inkjet printing method.

A protocol for synthesizing inorganic-lead-halide hybrid perovskite quantum dot inks for inkjet printing and the protocol for preparing and printing the quantum dot inks in an inkjet printer with post characterization techniques are presented.

太陽光発電のアプリケーションのすべての無機塩ペロブスカイト型インキを印刷インク ジェット

A method for synthesizing photoactive inorganic&#160;perovskite quantum dot inks and an inkjet printer deposition method, using the synthesized inks, are ...

Hybrid Printing for the Fabrication of Smart Sensors

A method to combine additively manufactured substrates or foils and multilayer inkjet printing for the fabrication of sensor devices is presented. First, three substrates (acrylate, ceramics, and copper) are prepared. To determine the resulting material properties of these substrates, profilometer, contact angle, scanning electron microscope (SEM), and focused ion beam (FIB) measurements are done. The achievable printing resolution and suitable drop volume for each substrate are, then, found through the drop size tests. Then, layers of insulating and conductive ink are inkjet printed alternately to fabricate the target sensor structures. After each printing step, the respective layers are individually treated by photonic curing. The parameters used for the curing of each layer are adapted depending on the printed ink, as well as on the surface properties of the respective substrate. To confirm the resulting conductivity and to determine the quality of the printed surface, four-point probe and profilometer measurements are done. Finally, a measurement set-up and results achieved by such an all-printed sensor system are shown to demonstrate the achievable quality.

Here we present a protocol for the fabrication of inkjet-printed multilayer sensor structures on additively manufactured substrates and foil.

ハイブリッド スマート センサーの作製のための印刷

A method to combine additively manufactured substrates or foils and multilayer inkjet printing for the fabrication of sensor devices is presented. First, ...

Multimodal 3D Printing of Phantoms to Simulate Biological Tissue

Biomedical optical imaging is playing an important role in diagnosis and treatment of various diseases. However, the accuracy and the reproducibility of an optical imaging device are greatly affected by the performance characteristics of its components, the test environment, and the operations. Therefore, it is necessary to calibrate these devices by traceable phantom standards. However, most of the currently available phantoms are homogeneous phantoms that cannot simulate multimodal and dynamic characteristics of biological tissue. Here, we show the fabrication of heterogeneous tissue-simulating phantoms using a production line integrating a spin coating module, a polyjet module, a fused deposition modeling (FDM) module, and an automatic control framework. The structural information and the optical parameters of a &#34;digital optical phantom&#34; are defined in a prototype file, imported to the production line, and fabricated layer-by-layer with sequential switch between different printing modalities. Technical capability of such a production line is exemplified by the automatic printing of skin-simulating phantoms that comprise the epidermis, dermis, subcutaneous tissue, and an embedded tumor.

Spin coating, polyjet printing, and fused deposition modeling are integrated to produce multilayered heterogeneous phantoms that simulate structural and functional properties of biological tissue.

生体組織をシミュレートするファントムのマルチモーダル3Dプリンティング

Biomedical optical imaging is playing an important role in diagnosis and treatment of various diseases. However, the accuracy and the reproducibility of ...

Multi-step Variable Height Photolithography for Valved Multilayer Microfluidic Devices

Microfluidic systems have enabled powerful new approaches to high-throughput biochemical and biological analysis. However, there remains a barrier to entry for non-specialists who would benefit greatly from the ability to develop their own microfluidic devices to address research questions. Particularly lacking has been the open dissemination of protocols related to photolithography, a key step in the development of a replica mold for the manufacture of polydimethylsiloxane (PDMS) devices. While the fabrication of single height silicon masters has been explored extensively in literature, fabrication steps for more complicated photolithography features necessary for many interesting device functionalities (such as feature rounding to make valve structures, multi-height single-mold patterning, or high aspect ratio definition) are often not explicitly outlined. 
Here, we provide a complete protocol for making multilayer microfluidic devices with valves and complex multi-height geometries, tunable for any application. These fabrication procedures are presented in the context of a microfluidic hydrogel bead synthesizer and demonstrate the production of droplets containing polyethylene glycol (PEG diacrylate) and a photoinitiator that can be polymerized into solid beads. This protocol and accompanying discussion provide a foundation of design principles and fabrication methods that enables development of a wide variety of microfluidic devices. The details included here should allow non-specialists to design and fabricate novel devices, thereby bringing a host of recently developed technologies to their most exciting applications in biological laboratories.

Multilayer microfluidic devices often involve the fabrication of master molds with complex geometries for functionality. This article presents a complete protocol for multi-step photolithography with valves and variable height features tunable to any application. As a demonstration, we fabricate a microfluidic droplet generator capable of producing hydrogel beads.

バルブ付き多層マイクロ流体デバイスのための多段階可変高さのフォトリソグラフィ

Microfluidic systems have enabled powerful new approaches to high-throughput biochemical and biological analysis. However, there remains a barrier to ...

Frugal Imaging Technique of Capillary Flow Through Three-Dimensional Polymeric Printing Powders

The development of novel imaging techniques of molecular and colloidal transport, including nanoparticles, is an area of active investigation in microfluidic and millifluidic studies. With the advent of three-dimensional (3D) printing, a new domain of materials has emerged, thereby increasing the demand for novel polymers. Specifically, polymeric powders, with average particle sizes on the order of a micron, are experiencing a growing interest from academic and industrial communities. Controlling material tunability at the mesoscopic to microscopic length scales creates opportunities to develop innovative materials, such as gradient materials. Recently, a need for micron-sized polymeric powders has been growing, as clear applications for the material are developing. Three-dimensional printing provides a high-throughput process with a direct link to new applications, driving investigations into the physio-chemical and transport interactions on a mesoscale. The protocol that is discussed in this article provides a non-invasive technique to image fluid flow in packed powder beds, providing high temporal and spatial resolution while leveraging mobile technology that is readily available from mobile devices, such as smartphones. By utilizing a common mobile device, the imaging costs that would normally be associated with an optical microscope are eliminated, resulting in a frugal-science approach. The proposed protocol has successfully characterized a variety of combinations of fluids and powders, creating a diagnostic platform for quickly imaging and identifying an optimal combination of fluid and powder.

The proposed technique will provide a novel, efficient, frugal, and non-invasive approach for imaging fluidic flow through a packed powder bed, yielding high spatial and temporal resolution.

インクジェット印刷されたポリビニルアルコール多層

要約

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バイオマテリアルのハイスループット検出用高分子マイクロアレイ

層ごとの合成と自立共役高分子ナノ薄膜マイクロポーラスの譲渡

任意の基板上への共役ポリマー薄膜の反応性蒸着

ブラシのような反応性表面を加工し、アズラクトン官能基化ブロック共重合体の架橋膜

フォトリソグラフィ法により高分子マイクロニードルアレイの作製

太陽光発電のアプリケーションのすべての無機塩ペロブスカイト型インキを印刷インクジェット

ハイブリッドスマートセンサーの作製のための印刷

生体組織をシミュレートするファントムのマルチモーダル3Dプリンティング

バルブ付き多層マイクロ流体デバイスのための多段階可変高さのフォトリソグラフィ

三次元高分子印刷用粉末を通る毛細管流の倹約イメージング技術

インクジェット印刷されたポリビニルアルコール多層

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層ごとの合成と自立共役高分子ナノ薄膜マイクロポーラスの譲渡

任意の基板上への共役ポリマー薄膜の反応性蒸着

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フォトリソグラフィ法により高分子マイクロニードルアレイの作製

太陽光発電のアプリケーションのすべての無機塩ペロブスカイト型インキを印刷インク ジェット

ハイブリッド スマート センサーの作製のための印刷

生体組織をシミュレートするファントムのマルチモーダル3Dプリンティング

バルブ付き多層マイクロ流体デバイスのための多段階可変高さのフォトリソグラフィ

三次元高分子印刷用粉末を通る毛細管流の倹約イメージング技術

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