Bu eser bir NSF Kariyer Ödülü, NIH R01 grant (HL095477-05) ve NSF ECCS-1509748 grant tarafından desteklenmiştir. S.Y.C. Ulusal Bilim hangi teşkilat tarafından bilim, teknoloji ve araştırma (Singapur) için ödüllendirildi burs (Doktora), tarafından desteklenmiştir. Biz Keith Yeager imalat kurulum ve Cyrus W. Beh fotoğraf set-up ve cihazlar için oluşturma konusunda yardım için teşekkür ederim.

1. üretim aşamasında
<ol><li>Bir kurum içi oluşan imalat (Şekil 1) kurulum sahne ve hangi hidrojel bileşenleri polimerli PDMS odası inşa topla. İmalat aşamasında parça ve kanalları vakum bağlantılarına, bir tutucu vakum özellikli sahne alanı içinde mikrometre baş fikstür için izin vermek için işlenmiş ve düzeltilmesi için tüm sahne izin çelik mesaj dişli akrilik bir üst kısmındaki oluşur çelik için istikrar temel.</li>
	<li>Mikrometre Başkanı vakum bağlantı için parça için işlenmiş bir akrilik parça ile düzeltmek. Vakum bağlantıları PDMS odası tutun gibi esnek zar PDMS odası içinde taşımak kullanıcının izin.</li>
	<li>Öyle ki olay ışık açısı sahne (ek Şekil 1) yatay düzlemde dik UV ışık kaynağı (320-500 nm) imalat sahne üzerinde konumlandırın.</li>
</ol>2. fabrikasyon PDMS odası ve onun "Sıfır" düzeyinin belirlenmesi
<ol><li>Hangi hydrogels polymerized PDMS odası yapmak ( Şekil 1A, PDMS Odası'ya bakınız). Bu odanın bir PDMS de esnek bir membran üzerine cam coverslip bağlanmış ile oluşur. Esnek PDMS membran için gümrüklü cam coverslip daha fazla hydrogels (adım 2.1.7) yapışma önlemek için kabul edilir.<ol>
<li>9 Bölüm PDMS temel 1 yarı Ajan karışımı (ağırlığa göre) kür için hazırlamak.</li>
		<li>Temel ve kür aracıları iyi karışık sağlamak için de bir cam çubuk ile karıştırın. Hava kabarcıkları kaldırmak için 1000 x g santrifüj kapasitesi.</li>
		<li>Dikkatli bir şekilde kalın bir tabaka (~ 3 mm) ve ince bir tabaka (~0.2 mm) vermeye iki cam Petri tabağı PDMS karışımı dökün. Petri yemekler PDMS dolu bir düz yer, yüzeyin tedavi Oda sıcaklığında veya fırında 30 dakika 75 ° c en azından ayarla sıcaklık ile gecede Not: z yönünde mikrometre vida ölçer tarafından kolayca taşınabilecek esnek katman nesil sağlar gibi ince bir tabaka halinde PDMS PDMS odası Bankası için gereklidir. PDMS katmanları düz ve düzey polimerli hidrojel katmanları tek tip kalınlığı olduğundan emin olmak için olmak zorunda.</li>
		<li>PDMS tamamen iyileştiği sonra 4 cm çaplı daire bir neşter bıçak veya çakı kullanılarak kalın tabaka kesti. Kalın PDMS tabaka cam Petri kabına soyulmak. Kalın PDMS katman yer (alt tarafı yukarı) ve ince PDMS katmanda (hala cam Petri kabına) plazma fırın içine.</li>
		<li>Plazma tedavi iki PDMS katmanları (30 s, hava plazma) ve bond kalın PDMS tabaka alt kısmında ince PDMS tabaka üst tarafına. Gümrüklü adet cam Petri kabına esnek zar temel oluşturan ince bir tabaka ile dairesel bir şey oluşturmak için kaldırın. Not: cam Petri kabına gümrüklü katmanlardan kaldırılmasını önce iki bağlı katmanları bağ katmanların teşvik etmek için 95 ° c sıcak tabakta yerleştirilebilir.</li>
		<li>Plazma esnek PDMS membran üst tarafına bir cam coverslip (No 2, 22 x 22 mm) bağ; plazma membran için tahvil için temel esnek membran 30 s (Hava plazma) ve yer cam coverslip yüzeye temas için 4 adım cam coverslip ve PDMS odası tedavi.</li>
		<li>Silanize PDMS odası (1 H, 1 H, 2 H, 2 H - perfluorooctyl) trichloro silane (PFOTS) ile en az 30 dakika boyunca Buhar; küçük bir petri PFOTS 60 µL ile birlikte bir vakum desiccator PDMS odası yerleştirin ve mühürlü desiccator Merkez Laboratuvarı vakum sisteme bağlayın. En az 30 dakika vakum sistemine bağlı desiccator bırakın.<ol>
<li>Desiccator vakum mühür oluşturulur ve PFOTS damlacık "5-10 dakika sonra kabarcıklar olduğunu" olun. Buharı silanization PDMS odasının kurulan hidrojel facile kaldırılması katmanlar ve güçlü yapışma polimerli PEG hydrogels cam yüzeye uzun süreli kullanımdan sonra engeller sağlar.</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
	<li>PDMS odası "sıfır" düzeyini belirlemek için bir vakum özellikli sahne (Laboratuvar Merkezi vakum sistemine bağlı) yerleştirin.<ol>
<li>PDMS odası tutmak için negatif basınç uygulayın. PEG hidrojel yapıları bu PDMS odası (Şekil 1A, imalat alan) içinde polymerized.</li>
		<li>Öyle ki iyi kapsayan bir işlenmemiş cam coverslip PDMS odası üstüne yerleştirin. Üst cam coverslip (üst yüzey) ve alt cam coverslip (alt yüzey) arasındaki mesafe PDMS odası içinde oluşan hidrojel katman kalınlığını tanımlar.</li>
		<li>Mikrometre kafa kullanarak, alt yüzey üst yüzey ile temas kadar yukarı doğru itin. Okuma mikrometre kafasına PDMS odası "sıfır" düzeyi olarak ve bir referans olarak polimerli hidrojel katman kalınlığı tanımlarken kullanın.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. Photomask tasarım hidrojel Microstructures Photopolymerization için
<ol><li>Photomasks tasarlamak için CAD yazılımı kullanın.</li>
	<li>Sahte olduğu ortaya hidrojel yapı benzersiz her tabakası tasarlayın. Bu iletişim kuralını kullanan fabrikasyon örnek aygıt için resim 2 ' ye bakın. Şekil 2 3D yanı sıra, bu tek tek katmanları imalatı için tasarlanmış olan photomasks sahte olduğu katmanlara karşılık gelen bu cihazın şematik gösterir.</li>
	<li>Photomasks koyu alandaki tasarım; özellikleri polimerli için şeffaf olmalı ve arka planı opaktır (2 C rakam, Tamamlayıcı Şekil 2).</li>
	<li>Photomasks hizalamasını üretim işlemi sırasında kolaylaştırmak için photomask tasarımlar içine dahil hizalama işaretleri.</li>
	<li>Tasarımlar şeffaflık photomasks kullanılabilir en yüksek çözünürlük ve yüksek piksel yoğunluğu olarak yazdırın.</li>
</ol>4. Hydrogels yapışma önlemek için cam Coverslips tedavisinde
<ol><li>Polimerli PEG hydrogels püskürtmek yüzeyler oluşturmak için cam coverslips PDMS ince bir tabaka ile kaplanır.</li>
	<li>PDMS (9:1 temel Ajan oranı kür için) hazırlamak ve hava kabarcıkları kaldırmak için 1000 x g santrifüj kapasitesi.</li>
	<li>Temizlenmiş cam coverslips için PDMS ince bir kat uygulayın ve bir fırın içinde düz bir yüzeye tedavi için bırakın (> 75 ° C, 30 min).</li>
</ol>5. katman--katman imalatı Hydrogels: en iyi sızdırmazlık katman ve alt destek yapıları
<ol><li>Daha sonra kurulan aygıt mühür için kullanılacak bir hidrojel katman oluşturmak için cam coverslip (No.2) tedavi edilmemiş bir parçası bir "kapak" PDMS odası için kullanın. Bu "kapak" üst substrat adlandırılır.<ol>
<li>Cihazın "sıfır" düzeyinden başlayarak, istenilen yükseklik mikrometre kafasına kullanarak alt substrat indirin. Üst ve alt yüzeyler arasındaki uzaklığı ilk hidrojel katman (Z1, Şekil 3A) kalınlığını tanımlar.</li>
		<li>PEGDA prepolymer küçük bir hacim mevduat (Örneğin, % 1 ile 400Da PEGDA karışımı Darocur 1173), alt yüzey karşılamak yeterli.</li>
		<li>Üst yüzey PDMS odası yerleştirin. Not: Üst ve alt yüzeyler arasında sıkışmış hava hava kabarcığı yok olması önemlidir.</li>
		<li>Bir photomask ile istenen tasarım üst yüzey (Şekil 2C (i)) üzerine yerleştirin. Maske tam üst yüzey ile temas ve alt substrat hizalanmış olduğundan emin olun.</li>
		<li>Hidrojel prepolymer UV photomask (1. adımda, resim 3A) ışık için maruz. Emin olun bu maruz kalma çevredeki sokak UV ışık pozlama engeller bir kapalı alanı içinde yapılır. Dikkat: UV koruma (Örneğin, UV gözlük) giymek ne zaman işletim sistemi. Not: Güç ve pozlama süresi UV sistem ve PEGDA prepolymer kullanılan türüne bağlıdır.</li>
		<li>Örneğin, bir 200 W UV lambası ve % 99 için PEGDA (400 Da % 1 photoinitiator (v/v) ile PEGDA) prepolimer çözüm, lamba gücü (W/cm2~2.3 karşılık gelen) % 16 ayarla ve tam olarak tedavi hydrogels 4 saniye içinde. Lamba gücü azalan ve artan PEG zincir uzunluğu kullanılan prepolymer ile Pozlama süresi artırılmalıdır.</li>
		<li>Sonra hidrojel katman polimerli, üst yüzey PDMS odası kaldırın. Polimerli katmanın üst yüzey (dışarı adım 1, Şekil 3A) üzerine yapıştırılır. Bu yapıştırılan katman daha sonra monte aygıt mühür kullanılmak saklıdır. Işık polimerli bu katmandan kalkan. Not: Bu polimerli katman ışıktan uzak tutmak ve katman kurumasını ve çatlama önlemek için aşırı uncrosslinked prepolymer ile ıslak.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Alt destek yapıları oluşturmak için PDMS kaplı cam coverslips PDMS odası en iyi substrat kullanın.<ol>
<li>Daha fazla hidrojel prepolymer alt substrat üzerine yatırın ve PDMS PDMS kaplı cam coverslip ile iyi koru. Bu polimerli katmanları yukarı doğru katmanları oluşturmak kullanıcı izin alt yüzey üzerinde (2. adımda, Şekil 3A) açık kalmasını sağlamaktır.</li>
		<li>5.1.4 ve 5.1.5 istenen photomask tasarımı (Şekil 2 c (III)) ile adımları yineleyin.</li>
		<li>Üst yüzey kaldırmak ve daha fazla PEGDA prepolymer ekleyin ve mikrometre kafa istenen seviyeye kullanarak alt substrat düşük. Bu düzey hidrojel polimerli (Z2, adım 3, Şekil 3A) olarak 2nd tabakası kalınlığı karşılık gelmelidir.</li>
		<li>Üst yüzey (PDMS kaplı cam) ile iyi PDMS kapak ve 5.1.4 ve 5.1.5. adımları yineleyin.</li>
		<li>İstenen destek yapıları oluşturulur kadar istenen kullanarak 5.2.1 ve 5.2.2 adımlar gibi sürekli hidrojel katmanları kadar kurmak.</li>
	</ol>
</li>
</ol>6. montaj ve hidrojel tabanlı aygıt mühürleme
<ol><li>Bir araya getiren ve cihazın mühür için ilk en iyi substrat (PDMS kaplı cam) kaldırın ve bir çift Cımbız kullanarak, önceden biçimlendirilmiş hidrojel bileşenleri (Örneğin, dişliler, demir katkılı bileşenleri) (Bölüm (ı), adım 4, Şekil 3A destek yapıları üzerine yerleştirin ). Not: Daimi Mıknatıs (imalat adımlar için hidrojel bileşenlerinin demir oksit doping için bakınız) herhangi bir demir katkılı bileşenleri hizalamak için kullanılır.</li>
	<li>Cihazın mühürlemek için önce alt substrat mikrometre vida ölçer kullanarak monte cihaz son istenilen yüksekliğe getir. Bu cihazın kalınlığı katmanları, iç bileşenleri ve bileşenleri (Z4adım 5, Şekil 3A) taşıma için verilen izinleri dikkate alarak, son yüksekliğini olmalıdır<ol>
<li>Yer önceden biçimlendirilmiş hidrojel katmanı üzerinden 5.1 kısmen birleştirilmiş aygıt (Bölüm (ii), adım 4, Şekil 3A) üzerine işlenmemiş cam coverslip yapıştırılır. Öyle ki bu doğru altındaki yapıları hizalanır dikkatle önceden biçimlendirilmiş katman yer.</li>
		<li>Cihazın mühürleme için izin verir, ancak UV Işınlarına maruz kalma bileşenleri taşıma iç korur bir photomask yerleştirin. Hareketli bileşenleri çalıştırma sırasında kendi hareketi engelleyen cihaz, kenarlarına polimerli değil emin olun.</li>
		<li>UV ışık (Bölüm (ı), adım 5, Şekil 3A) tüm yapıyı ortaya çıkarmak.</li>
		<li>Cam coverslip imalat sahne alanı'ndan kaldırın. Mühürlü cihazın üst yüzey ((Bölüm (ii), adım 5, 3A rakam). uygun olmalıdır Not: cihazın alt substrat yapıştırılır kalırsa, dikkatle cihazın bir çift düz uçlu cımbız (tırtıklı olmayan) veya düz bir spatula ile kaldırın.</li>
		<li>Aşırı unpolymerized PEGDA vakum emme kullanarak dikkatli bir şekilde çıkarın ve bir çift düz cımbız veya düz spatula kullanarak cam coverslip cihazı çýkýntýdan.</li>
		<li>Cihazın tuzlu çözüm veya DI su yerleştirin. Hydrogels çözümünde şişer. Çözüm istikrar ve cihaz ve iç bileşenleri genişletilmesi için izin vermek en az 30 dakika içinde bırakmak. Not: cihaz vivo implantasyon için kullanılacak ise, durulama ve herhangi bir uncrosslinked prepolymers leach ki. Bu-ebilmek kılınmak içinde belgili tanımlık aygıt her saat (en az 3 durular) inkübe çözüm değiştirip cihazın çözümde gecede ve durulama kapalı bırakarak daha fazla çözüm.</li>
		<li>Cihazın içinde hava cihazın en az 30 dakika boyunca DI su veya içinde bir vakum odası (merkez laboratuvar vakum sistemleri için bağlı) tuz dolu bir petri içinde koyarak kaldırın. Bu cihaz gaz giderme neden olur ve bir kez negatif basınç çıkarmak cihazın çözümü ile dolu olacak. Not: Aygıt/sulu içinde çözüm her zaman belirleyin. Cihazın çatlayabilir kurumaya bırakılmalıdır.</li>
	</ol>
</li>
</ol>7. demir oksit hidrojel bileşenleri Doping
<ol><li>%1 photoinitiator PEGDA prepolimer çözümle hazırlamak (Örneğin, % 99 (v/v) PEGDA (400 Da) % 1 ile Darocur 1173).<ol>
<li>Bu prepolimer çözüm kullanmayı demir-oksit (II, III) %5 (w/v) çözüm nanopartikül çözüm. Demir oksit nano tanecikleri 5 mg tartmak ve PEGDA prepolymer 100 µL ekleyin. Pipet yukarı ve aşağı ve Tekdüzen karıştırma sağlamak için girdap.</li>
		<li>Nano tanecikleri zamanla tortu gibi nano tanecikleri homojen PEGDA prepolymer her kullanımdan önce içinde dağılmış olduğunu emin olun.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Demir oksit - alt substrat PDMS odasının PEGDA prepolimer karışımı küçük bir hacim pipette.</li>
	<li>Kurulan hydrogels alt yüzey üzerinde kalmasını sağlamak için PDMS üst yüzey (PDMS kaplı cam) ile iyi koru.</li>
	<li>Alt yüzey mikrometre kafa kullanarak istenilen yüksekliğe getirin. Not: İnce tabakalar (200 µm) demir oksit katkılı PEGDA her tek çekim ile polymerized. Bu UV penetrasyon derinliği azalma demir nano tanecikleri opak ve emer ve UV ışığı engellemek edebiliyoruz oksit ışık kaynaklanmaktadır.</li>
	<li>Demir oksit içinde hareket bileşeni ile katkılı, demir oksit katkılı prepolymer UV ışık (Şekil 4(i)) için ince tabaka ortaya çıkarmak için parçasının şeklini tanımlayan bir photomask kullanarak. Not: Demir katkılı segment tamamen çapraz bağlı (~ 10 saniye) olduğundan emin olmak için UV çekim hızı artırılmalıdır.</li>
	<li>Alt yüzey düşürebilir ve ince tabakalar demir katkılı kesiminde her zaman istenilen yüksekliğe (Şekil 4(II)) bina 6, adımları yineleyin. Toplam 5 kat 1 mm boyunda demir katkılı segment vermeye polymerized.</li>
	<li>Demir katkılı kesimi tam (Şekil 4(III)) sonra herhangi bir aşırı demir katkılı prepolymer vakum emme kullanarak kaldırın. Demir katkılı segment üretim aşamasından kaldırmaz.</li>
	<li>(Polimerli demir katkılı segment undoped) PEGDA prepolymer Kasası. Alt yüzey tamamlanmak üzere bileşen nihai yüksekliğe getirin. Üst yüzey (PDMS kaplı cam) ile iyi PDMS kapsar.</li>
	<li>Hareketli bileşeni tüm şeklini tanımlar bir photomask kullanarak, PEGDA prepolymer, aynı zamanda demir katkılı segmente, UV ışığı (Şekil 4(IV)) kullanır.</li>
	<li>Aşırı unpolymerized PEGDA prepolymer vakum emme kullanarak sökün ve üst yüzey. PEG bileşeni katkılı bir demir-oksit kesimi ile alt yüzey üzerinde kalması gerekir. Yavaşça bir çift Cımbız kullanarak bu bileşeni kaldırın.</li>
	<li>Bu demir katkılı bileşen (Bölüm (ı), adım 4, Şekil 3A) PEG tabanlı bir aygıt destek yapıları üzerine montaj için saklıdır. Bu bileşen ışık kalkan ve uncrosslinked prepolymer kullanmadan önce ile ıslak kalmasını sağlamak.</li>
</ol>8. monte cihaz çalıştırma
Not: Demir katkılı bileşenleri monte aygıt içinde Neodim (N52 gücü) gibi güçlü bir daimi mıknatıs kullanarak taşımak için tahrik. Bu mıknatısların ferromanyetik malzemeler için çok güçlü bir şekilde çekici olduğu gibi tehlikeler pinching önlemek dikkatli olun.
<ol><li>Yer altına veya üstüne 1-2 cm uzakta belgili tanımlık aygıt içinde aygıt Neodim Mıknatıs. Mıknatıs hareket ederken, demir-oksit katkılı bileşenleri hareketi mıknatıs hareketi gölge. Not: Bir aktüatör bağlı bir motor ile bir mıknatıs kullanarak inşa edilecek. Motor dönme demir katkılı bileşeni döngüsel çalıştırma için izin vermelidir.</li>
</ol>

<ol>
	<li>Elman, N. M., Ho Duc, H. L., Cima, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+implantable+MEMS+drug+delivery+device+for+rapid+delivery+in+ambulatory+emergency+care.">An implantable MEMS drug delivery device for rapid delivery in ambulatory emergency care.</a> Biomedical Microdevices. 11 (3), 625-631 (2009).</li><li>Gensler, H., Sheybani, R., Li, P. Y., Mann, R. L., Meng, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+implantable+MEMS+micropump+system+for+drug+delivery+in+small+animals.">An implantable MEMS micropump system for drug delivery in small animals.</a> Biomedical Microdevices. 14 (3), 483-496 (2012).</li><li>Grayson, A. C. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=BioMEMS+review:+MEMS+technology+for+physiologically+integrated+devices.">BioMEMS review: MEMS technology for physiologically integrated devices.</a> Proceedings of the IEEE. 92 (1), 6-21 (2004).</li><li>Frost, M., Meyerhoff, M. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vivo+chemical+sensors:+tackling+biocompatibility.">In vivo chemical sensors: tackling biocompatibility.</a> Analytical Chemistry. 78 (21), 7370-7377 (2006).</li><li>Voskerician, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biocompatibility+and+biofouling+of+MEMS+drug+delivery+devices.">Biocompatibility and biofouling of MEMS drug delivery devices.</a> Biomaterials. 24 (11), 1959-1967 (2003).</li><li>Ainslie, K. M., Desai, T. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfabricated+implants+for+applications+in+therapeutic+delivery,+tissue+engineering,+and+biosensing.">Microfabricated implants for applications in therapeutic delivery, tissue engineering, and biosensing.</a> Lab Chip. 8 (11), 1864-1878 (2008).</li><li>Burdick, J. A., Anseth, K. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photoencapsulation+of+osteoblasts+in+injectable+RGD-modified+PEG+hydrogels+for+bone+tissue+engineering.">Photoencapsulation of osteoblasts in injectable RGD-modified PEG hydrogels for bone tissue engineering.</a> Biomaterials. 23 (22), 4315-4323 (2002).</li><li>Drury, J. L., Mooney, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrogels+for+tissue+engineering:+scaffold+design+variables+and+applications.">Hydrogels for tissue engineering: scaffold design variables and applications.</a> Biomaterials. 24 (24), 4337-4351 (2003).</li><li>Alcantar, N. A., Aydil, E. S., Israelachvili, J. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Polyethylene+glycol-coated+biocompatible+surfaces.">Polyethylene glycol-coated biocompatible surfaces.</a> Journal of Biomedical Materials Research Part A. 51 (3), 343-351 (2000).</li><li>Cruise, G. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vitro+and+in+vivo+performance+of+porcine+islets+encapsulated+in+interfacially+photopolymerized+poly(ethylene+glycol)+diacrylate+membranes.">In vitro and in vivo performance of porcine islets encapsulated in interfacially photopolymerized poly(ethylene glycol) diacrylate membranes.</a> Cell Transplantation. 8 (3), 293-306 (1999).</li><li>Hoare, T. R., Kohane, D. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrogels+in+drug+delivery:+Progress+and+challenges.">Hydrogels in drug delivery: Progress and challenges.</a> Polymer. 49 (8), 1993-2007 (2008).</li><li>Ryu, W., Huang, Z., Prinz, F. B., Goodman, S. B., Fasching, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biodegradable+micro-osmotic+pump+for+long-term+and+controlled+release+of+basic+fibroblast+growth+factor.">Biodegradable micro-osmotic pump for long-term and controlled release of basic fibroblast growth factor.</a> Journal of Controlled Release. 124 (1-2), 98-105 (2007).</li><li>Lee, J. W., Park, J. H., Prausnitz, M. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dissolving+microneedles+for+transdermal+drug+delivery.">Dissolving microneedles for transdermal drug delivery.</a> Biomaterials. 29 (13), 2113-2124 (2008).</li><li>Hinton, T. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-dimensional+printing+of+complex+biological+structures+by+freeform+reversible+embedding+of+suspended+hydrogels.">Three-dimensional printing of complex biological structures by freeform reversible embedding of suspended hydrogels.</a> Science Advances. 1 (9), e1500758 (2015).</li><li>Tseng, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+and+mechanical+evaluation+of+anatomically-inspired+quasilaminate+hydrogel+structures+with+layer-specific+formulations.">Fabrication and mechanical evaluation of anatomically-inspired quasilaminate hydrogel structures with layer-specific formulations.</a> Annals of Biomedical Engineering. 41 (2), 398-407 (2013).</li><li>Grogan, S. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Digital+micromirror+device+projection+printing+system+for+meniscus+tissue+engineering.">Digital micromirror device projection printing system for meniscus tissue engineering.</a> Acta Biomaterialia. 9 (7), 7218-7226 (2013).</li><li>Chin, S. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Additive+manufacturing+of+hydrogel-based+materials+for+next-generation+implantable+medical+devices.">Additive manufacturing of hydrogel-based materials for next-generation implantable medical devices.</a> Science Robotics. 2 (2), (2017).</li><li>Diogo, G. S., Gaspar, V. M., Serra, I. R., Fradique, R., Correia, I. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Manufacture+of+beta-TCP/alginate+scaffolds+through+a+Fab@home+model+for+application+in+bone+tissue+engineering.">Manufacture of beta-TCP/alginate scaffolds through a Fab@home model for application in bone tissue engineering.</a> Biofabrication. 6 (2), 025001 (2014).</li><li>Hockaday, L. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+3D+printing+of+anatomically+accurate+and+mechanically+heterogeneous+aortic+valve+hydrogel+scaffolds.">Rapid 3D printing of anatomically accurate and mechanically heterogeneous aortic valve hydrogel scaffolds.</a> Biofabrication. 4 (3), 035005 (2012).</li></ol>

Yazarlar ifşa yoktur

Bu teknik, hidrojel microstructures katman katman fotolitografi facile ve hızlı bir yöntemdir. Yaklaşım üretim bir katkı maddesi kullanılarak, biz kolayca 3D yapılar biyouyumlu malzemeler dışında çeşitli inşa ve hatta hareketli parçalar dahil. Bu nedenle tamamen biyouyumlu microdevices oluşumunu sağlayacak. Teknik alt yüzey yolu ile bir mikrometre kafa yüksekliği kesin bir denetim tarafından etkin olan basit litografi adımları, tekrarı temel alır. Geleneksel üretim teknikleri, MEMS endüstrisinde kullanılan sert içeren işleme teknikleri ve kurban malzemeleri, yumuşak hydrogels işleme ile uyumlu kez değil. Gibi yöntemler, ekstrüzyon tabanlı 3D baskı hydrogels için diğer yöntemleri ve 200 µm yukarıda kayma kararlar için sınırlı baskı hızı mm/s parçaları18,19hareket içermeyen basit yapılar için. Stereolitografi (SLA) ve belki daha iyi kararlar ama kurulum için de çok costlier vardır elde edebilmek dayalı dijital ışık Projesi (DLP) bioprinters. Bu üretim stratejileri de tanıtmak ve tamamlanan aygıttan kaldırmak zor olabilir substrat malzemeleri destek olmadan kolayca çıkıntılar yazdırmanız mümkün değildir. Bu hizalayarak ve fabrikasyon destek yapısı önceden biçimlendirilmiş mühürleme katmana tamamlanmış cihazın için son bir adım olarak polymerizing engelleyecek. İmalat kurulum tasarımını fabrikasyon yapıları da Kullanıcı kolay erişim sağlar ve çeşitli bileşenleri kolay hizalama hizalama işaretlerini kullanımı ile sağlar.
Burada sunulan strateji de çok benzer kararlar diğer teknikleri hızlıdır; bir dönen cihazın gösterdiği imalatı için kullanılan toplam süre yaklaşık 15 dakikadır. Başka bir avantaj olsa değil bu protokol için gösterdi ama bizim önceki iş17' de gösterilen bu stratejinin imalat, hızlı bir şekilde Kullanıcı için yeteneğidir ve kolayca küçük cilt olarak yapılabilir adımlar arasında kullanılan polimer türünü değiştirmek ekledi . Bu şekilde, bir bileşik hydrogels farklı türde aygıtları oluşturabilirsiniz. Vites dişli manyetik çalıştırma için hassas işleme demir oksit nano tanecikleri ile katkılı ve böylece bir harici kullanarak tahrik bir bölümünü içerdiğinden bu strateji aynı zamanda kullanarak fabrikasyon cihaz temassız çalıştırma avantajı vardır mıknatıs. Ayrıca, aygıtın tamamen biyouyumlu ve bu nedenle güvenli bir şekilde implante vivo içindeolabilir.
Bu tekniğin önemli bir özelliği tercihen uygun veya alt veya üst cam alt katman polimerli hidrojel püskürtmek Kullanıcı sağlayan farklı cam yüzeylerde tedavisidir. İşlenmemiş cam kombinasyonu ile bir PFOTS tedavi cam yüzey (alt yüzey) kullanıldığında, PFOTS tedavi cam flüorlu yüzeyinden püskürttü oldukları gibi kurulan hydrogels tercihen işlenmemiş cam için uygun olacaktır. PDMS kaplı cam PFOTS tedavi alt yüzey ile kullanıldığında, diğer taraftan, hydrogels PDMS yüzeyler daha güçlü kurulan hydrogels püskürtmek gibi PFOTS tedavi yüzeyde kalır eğiliminde olacaktır. Bu özellik bir yukarı doğru yapılır, öyle ki cam yüzeyler üzerinde immobilize ve zaman içinde daha sonra bir noktada diğer yapıları için hizalama için ayrılmış veya hatta aşağıya doğru inşa hydrogels uygun sağlar. Bu tekniği ve sahte olduğu tasarımları türlü esnekliğini ekler aynı zamanda birleşme ve bağımsız, özgür hareket eden hidrojel bileşenleri sızdırmazlık sağlar.
Katman katman imalat sırasında kullanılan polimerizasyon zaman optimize etmek önemlidir. Öyle ki onlar tam kalınlıkta yanı sıra yüksek sadakat photomask tarafından tanımlanmış şekilleri karşılaştırıldığında, formu Hydrogels en iyi şekilde çapraz bağlı olmalıdır. Bu gücü lamba ve kullanılan hidrojel türünü bağlıdır. Her ne kadar bu protokol için gösterilen değil, polimerizasyon zaman ile artan lamba gücü azaltır ve PEG zincir uzunluğu artan ve azalan kullanılan PEGDA konsantrasyonları ile artırır. Enerji photopolymerization gibi prepolymer demir oksit nano tanecikleri (Şekil 4) eklenmesi nedeniyle opaklığını değiştirmek için kullanılabilir miktarını etkileyen diğer faktörler de polimerizasyon süresini etkiler. Farklı hidrojel besteleri için koşullar cross-linking için en iyi duruma getirme böylece cihazların imalat süreci başlamadan önce gereklidir.
Photomasks hizalama işaretlerini kullanımı ve hidrojel katmanlar, özellikle son mühürleme kat, doğru hizalaması uygun sızdırmazlık gerçekleştirilir ve iç bileşenleri için yanlışlıkla çapraz bağlı değildir sağlamak önemlidir Destek yapıları üretim işlemi sırasında çevreleyen. Bu bu bileşenleri serbestçe manyetik çalıştırma sırasında hareket etmesini önler. Şekil 5' te gösterildiği gibi yanlış hizalanmış bir üst katman ve photomask sızdırmazlık crosslinking ve dişli toplu malzeme aygıtın bir kısmının ankraj sonuçlanır. Sonuç olarak, bu dişli bir mıknatıs ile tahrik zaman döndürmek değil.
Belgili tanımlık aygıt güçlü kalıcı mıknatıslar Neodim mıknatıslar gibi kullanarak tahrik. Bu mıknatısların ferromanyetik malzemeler için yakın mesafeden zaman güçlü manyetik kuvvetler oluşturmak ve yaralanma önlemek için dikkat edilmelidir. Aygıtın aygıt ile temas geliyor mıknatıs olmadan taşımak için tahrik; Mıknatıs düzenlenen veya ~ 1 cm uzakta belgili tanımlık aygıt yerleştirilir. Demir katkılı bileşenleri hareketi mıknatıs hareketini taklit etmemelidir ve sürekli taşımak için çalıştırmalı veya zaman zaman istediğiniz gibi odaklı. Aygıtı el ile tahrik veya bir çalıştırma kurulum kullanılabilir. Mıknatıs dönme hareketi için herhangi bir aktüatör (Örneğin, servo motor) eklenebilir. Mıknatıs, dönme hızı ve dolayısıyla demir katkılı bileşeninin dönme hızı kontrol edilebilir bir mikrodenetleyici kullanarak. Bu çalıştırma için bir daha kesin yöntem sağlar.
Şekil 8 şemalar ve bu aynı teknikle fabrikasyon ve bu yöntem çok yönlülük göstermek çeşitli tasarımlar önceki işten görüntüleri gösterir. Vanaları aralıklı üreten 2 nişanlı vites oluşturan esin kaynağı Geneva sürücü tasarım (Şekil 8D) daha karmaşık ve sofistike tasarımları (Şekil 8A) benzer basit cihazlar bu tasarımlar aralığından hareketi. Bu tekniği kullanarak oluşturulan en küçük özellikler genellikle yaklaşık 100 µm oldu ve her tasarım çok katmanlı (3-6 kat) oluşmaktadır. Farklı türde hidrojel besteleri (ile farklı mekanik güçlü ve porozite) Ayrıca polimerli ve birbirine bağlı. Bu nedenle, bir hydrogels bir cihaza bağlı olarak farklı bileşenleri cihazın içinde gerekli işlevi içinde kullanılan türleri kolayca birleştirebilirsiniz.

MEMS cihazlar uygulamalar özellikle tıbbi cihazlar alanında bulduk. Her ne kadar onlar ekledi işlevleri çok ödünç ve bu cihazların küçültülmüş doğa onları çekici implantlarla1,olarak kullanmak için2,3, bu cihazlar genellikle var doğasında Emanet ve biyouyumluluk sorunları, insan vücudunun (Örneğin, metaller, pil, vb)4,5,6için zararlı olabilecek malzeme oluşan oldukları gibi. PEG-esaslı hydrogels sıvı şişmiş polimer ağlar ve sık sık doku mühendisliği iskele büyük ölçüde kısmen nedeniyle onların yüksek biyouyumluluk7,8gibi uygulamalar için kullanılmıştır. PEG-esaslı hydrogels-si olmak da be insanlar9,10,11olarak kullanılmak üzere FDA onaylı. Ancak, hidrojel malzeme özellikleri nedeniyle, onlar kolayca normal üretim süreçleri tipik silikon tabanlı microfabrication kullanılan teknikler gibi dayanıklı değil. Böylece, hidrojel tabanlı basit monolitik mimarileri için genellikle sınırlı yapılarıdır. Hydrogels microfabrication, şimdiki çabalar yapıları mikron büyüklüğünde özellikleri ile sonuçlandı; Ancak, bu kez tek bir katman ve bir tek malzeme12,13 ve bileşenleri14,15,16hareket-sizlik çekmek-yapılardır.
Bir önceki çalışmalarda, biz tamamen bir biyouyumlu PEG tabanlı hidrojel malzemesi17' oluşan micromachines imalatı için bir strateji tanımlarlar. Mikron büyüklüğünde özellikleri kolayca fotolitografi yöntemini kullanarak sahte olduğu ve bu yapıların yukarı üzerinde hydrogels polimerli substrat kesin z ekseni hareketi tarafından etkin bir katman katman yöntemi kullanılarak inşa edilecek. Hydrogels farklı kompozisyon birbirine bitişik sahte olduğu. Ayrıca, bu cihazları harici bir mıknatıs kullanarak tahrik hareketli bileşenleri vardır. Bu çok yönlü teknik herhangi bir yumuşak malzeme veya fotoğraf polymerizable hidrojel işlemek için de uygundur. Böylece, bu tekniği tamamen hydrogels oluşan karmaşık MEMS benzeri cihazlar imalatı için çok uygundur.

<table><tbody><tr><td>Poly(ethylene glycol) (n) diacrylate [MW 400Da]</td><td>Polysciences, Inc</td><td>01871-250</td><td>PEGDA reagent for prepolymer</td></tr><tr><td>Darocur 1173</td><td>Ciba Specialty Chemicals, Inc</td><td>-</td><td>Photoinitiator</td></tr><tr><td>Iron oxide (II, III)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>637106-25G&amp;nbsp;</td><td>Iron oxide nanoparticles</td></tr><tr><td>Trichloro(&lt;em&gt;1H,1H,2H,2H&lt;/em&gt;-perfluorooctyl)silane</td><td>Sigma Aldrich</td><td>448931</td><td>Fluorinated compound that is used to vapor silanize the PDMS chamber to prevent adhesion of hydrogel to the glass coverslip that is bonded to the flexible PDMS membrane with prolonged use of the PDMS chamber</td></tr><tr><td>Petri dish, glass</td><td>Sigma Aldrich</td><td>BR455743</td><td>Glass petri dishes for casting PDMS layers for forming PDMS chamber</td></tr><tr><td>Sylgard 184 Silicone Elastomer Kit (PDMS)</td><td>Dow Corning</td><td>240-4019862</td><td>PDMS for fabrication chamber</td></tr><tr><td>Glass coverslips (No. 2), 50 x 45 mm</td><td>Fisher Scientific</td><td>FIS#12-543F</td><td>Glass substrates that cover the fabrication chamber</td></tr><tr><td>Fisherbrand Straight Flat Tip Forceps 4.75in</td><td>Fisher Scientific</td><td>FIS#16-100-112</td><td>Tweezers for handling polymerized hydrogel layers/devices</td></tr><tr><td>Omnicure S2000</td><td>Cadence Technologies Pte Ltd</td><td>010-00148R</td><td>UV lamp</td></tr><tr><td>5 mm Adjustable Collimating Adaptor</td><td>Cadence Technologies Pte Ltd</td><td>810-00042</td><td>Collimator for UV lightsource</td></tr><tr><td>Photomasks</td><td>CAD/Art Services Inc</td><td>-</td><td>Photomasks used to define hydrogel microstructures</td></tr><tr><td>Adobe Illustrator</td><td>Adobe</td><td>-</td><td>Designing of photomasks</td></tr></tbody></table>

an additive manufacturing technique for the facile and rapid fabrication of hydrogel-based micromachines with magnetically responsive components

Polietilen glikol (PEG)-tabanlı hydrogels olan insanlar olarak kullanılmak üzere FDA tarafından onaylanmış olan biyouyumlu hydrogels. Normal PEG tabanlı hydrogels basit monolitik mimarileri ve sık sık malzeme doku mühendisliği uygulamaları için iskele olarak işlev var. Daha karmaşık yapılar genellikle almak imal ve yapmak için a uzun zaman hareketli bileşenleri içermez. Bu iletişim kuralı, PEG yapıların ve aygıtları facile ve hızlı microfabrication için sağlar bir fotolitografi yöntemini açıklar. Bu strateji yukarı doğru bir katman katman moda bina tarafından 3D yapılar hızlı imalatı için sağlar bir şirket içinde geliştirilen imalat sahne içerir. Bileşenleri taşıma bağımsız da hizaladım ve tümleşik aygıtlar oluşturmak için destek yapıları monte. Bu bağımsız bileşenler için manyetik çalıştırma duyarlıdır superparamagnetic demir oksit nano tanecikleri ile katkılı. Bu şekilde, uydurma cihazlar dış mıknatıslar hareket içinde bileşenlerinin vermeye kullanarak tahrik. Bu nedenle, bu tekniği tamamen dışarı biyouyumlu hidrojel, işlev bir dahili güç kaynağı olmadan mümkün oluşmaktadır ve çalıştırma iletişim-az yöntemine yanıt sofistike MEMS benzeri aygıtları (micromachines) imalatı için izin verir. Bu el yazması hem imalat kurulum, hem de microfabrication bu hydrogels tabanlı MEMS benzeri cihazların için adım adım yöntemi imalatı açıklar.

Şekil 3B görüntülerin üretim kurulumu kullanarak polimerli hydrogels kat gösterir. Şekil 3B (i) bir fabrikasyon 400 µm kalınlığında temel katmanın 600 µm diyafram ile gösterir. Şekil 3B (II) gösterir bir daha iki temel katmanın üstüne; katmanlı katmanları 500 µm uzun çevre ve orta bir 800 µm uzun aks. 3 dakikadan az pozlama 4 saniye boyunca her katman ve alt substrat yüksekliğini ve photomasks hizalamasını ayarlamak için geçen süre dikkate alarak bu üç katman için tamamen uydurma zamanlardı. Aynı imalat set-up üzerinde gerçekleşen önceki çalışma tasarımları çeşitli çözünürlükleri 100 µm yüksek olan sahte olduğu gösterilmiştir.
Hidrojel bileşenleri de kolayca demir oksit nano tanecikleri ile katkılı. Pozlama süreleri ince tabakalar (200 µm) emin olmak için demir oksit nano tanecikleri tam olarak polymerized katkılı PEGDA prepolymers optimize. Şekil 5A polimerli için demir oksit parçasının şeklini tanımlamak için kullanılan photomask gösterir. Un katkılı PEGDA prepolymer tam olarak UV Işınlarına maruz kalma 4 saniye içinde polymerized. Ne zaman demir oksit katkılı prepolymer UV için 4 saniye maruz kalmış, ancak, sonuç hidrojel tam olarak, Şekil 5Ciçinde görülen polimerli değil. Oluşturulan kesimi (karşılaştırıldığında tam çapraz bağlı bir kesimi) Şekil 5Biçinde gösterilen daha ince ve kenarları düzensiz photomask tarafından tanımlanan şekli ile karşılaştırıldığında güvenliği aşılan sadakat ile. UV Işınlarına maruz kalma 10 saniye için tam çapraz bağlantı demir oksit segment ve Şekil 5B oluşturulan demir oksit segment gösterir gerekiyordu; tam kalınlıkta (200 µm) düz kenarlı polimerli demir oksit kesimdir ve şekil sadakat yakından photomask (Şekil 5A) ile karşılaştırıldığında korunur. Diğer taraftan, pozlama üzerinde (> 15 saniye) UV ışığına üzerinde polimerli demir oksit kesimleri oluşturulan. Bir yere bu zavallı şekil sadakat ve photomask tarafından tanımlanan şekil daha büyük segment polimerli Şekil 5 d gösterir.
Şekil 6A photomasks hizalama işareti kullanarak doğru hizalaması ile sızdırmazlık sonra tam bir aygıtı gösterir. Cihazın içinde dişli tamamen Aygıt Merkezi boşluk içinde ve böylece için manyetik çalıştırma cevap veriyor. Şekil 6B yanlış hizalanmış bir mühürleme katmanı olan bir cihaz gösterir. Şekil 6C hidrojel ve dişli kendisi ile siyah anahatlar aydınlatılmamıştır alt katmanları gösterir ve Şekil 6D beyaz Anahatlarda aydınlatılmamıştır en iyi hidrojel katman yanlış hizalanmış mühürleme gösterir. Şekil 6D, polimerizasyon sırasında (gösterilen kırmızı dolgu) mühürleme sonuçları hidrojel malzemesi toplu demirlemiş vites bazı bölümlerinde yer nerede alacağını bölgeler içinde kalan kısımları dişli dan görüldüğü gibi. Bu dişli çalıştırma sırasında taşımasını engeller.
Şekil 7 gösterir fabrikasyon bir fonksiyonel tek dişli aygıt (Toplam imalat süresi ~ 15 dakika). Cihazın toplam kalınlığı 2 mm ve 13 mm cihazın en uzun boyuttur. Cihazın üst ve alt katmanları 400 µm kalınlığında ve dişli 1 mm yüksekliğe sahip. Bu tasarım hareketi için izin vermek için dişli üst ve alt yüzeyi 100 µm izni sağlar. Cihazın en üst tabakası 600 µm diyafram ve dişli için aks çapı 400 µm. Şekil 5B dişli demir oksit segmentten (ı) (VI) aracılığıyla pozisyonda değişikliğinden gözlemlediği gibi tam bir dönüş yapar böyle bir mıknatıs ile uyarılır cihazın görüntüleri gösterir.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56727/56727fig1.jpg"> Resim 1 . İmalat kurulum için hidrojel tabanlı micromachines. A) imalat aşamasının şematik. Bu şemalar içinde hydrogels üretim alanı içinde oluşan PDMS odası, yanı sıra esnek membran için verdiği PDMS odası tutan bir vakum özellikli aşaması dahil olmak üzere imalat kurulum çeşitli bileşenleri gösterilmektedir bir mikrometre kafa yüksekliği kontrol ve tedavi edilmezse veya PDMS ile kaplı bir cam coverslip oluşan üst yüzey. B) (olmadan PDMS odası) imalat aşamasının üstten görünüm şema. Öyle ki olay ışık açısı (resimde gösterilmemiştir) imalat aşamasının yatay düzlemde dik UV ışık kaynağı sonra konumlandırılmış. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56727/56727fig1large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56727/56727fig2.jpg"> Resim 2 . Tek dişli hidrojel tabanlı aygıt ve her bir katman için kullanılan photomasks şematik. A) şeması, üst - ve oblik-görünümünü bu strateji kullanarak sahte olduğu tipik bir hidrojel tabanlı cihaz. Bu aygıt için manyetik kontrol sağlayan bir demir katkılı kesimini içeren bir tek dişli oluşur. B) tek tek katmanları ve cihazın içinde bileşenleri şematik. Bu tek-dişli aygıtı bir üst katman (i), destek yapıları demir katkılı Dişli ve duvarlar, cihazın (II) yanı sıra bir alt katman (III) için belgili tanımlık posta gibi sızdırmazlık oluşur. Tek dişli aygıt imal etmek kullanılan C) Photomask tasarımlar. Photomasks tasarlanmış karanlık vardır alan; arka planı karanlık olsa da istenen özelliklerini şeffaf bırakılır. Bu panel katmanı (i), destek yapıları (II) ve alt katman (III) mühürleme üst karşılık gelen photomask tasarımlar gösterir. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56727/56727fig2large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56727/56727fig3.jpg"> Şekil 3 . Micromachines hidrojel tabanlı katman katman fotolitografi. A) cihaz fabrikasyon üretim alanı PDMS odasının içinde adım adım işleminin şematik. 1: PEGDA prepolymer küçük bir hacim PDMS odası (alt yüzey) esnek membran için gümrüklü cam coverslip üzerine pipetted. İşlenmemiş cam coverslip bir parçası üst yüzey kullanılır ve bir photomask bu üst yüzey üzerine yerleştirilir. Alt yüzey yüksekliğini mikrometre kafa kullanarak istenilen yüksekliğe (Z1) hazırlanmıştır. Hidrojel prepolymer sonra UV photomask ışık maruz kalmaktadır. Üst yüzey PDMS odası ve kalıntıları üst yüzey (gömme) yapıştırılır hidrojel kapalı sonra kaldırılabilir. Bu katman sonra daha sonra kullanılmak üzere ayrılmıştır. 2: adım 1 tekrarlanır ama üst yüzey şimdi PDMS kaplı cam ile değiştirilir. Polimerli hidrojel alt substrat yapıştırılır kalacaktır. 3: alt substrat yüksekliğini indirilir (Z2> Z1) ve daha fazla prepolymer imalat alanına eklenebilir. İkinci bir photomask kullanılır ve prepolymer bir kez daha UV ışığına maruz kalmaktadır. 4: adım 3 tekrarlanan (Z3 > Z2) istenen destek yapıları oluşturuluncaya kadar. (i) destek yapıları tamamlandıktan sonra üst yüzey ön şekillendirilmesi hidrojel bileşenlerin (Örneğin, demir katkılı vites) giriş için imalat alanına erişimi için izin vermek için kaldırılabilir. (ii) kez ön şekillendirilmesi bileşenleri yerleştirilen ve düzgün uyumlu, adım 1 hidrojel katmandan fabrikasyon yapısı üzerine yerleştirilen ve uyumlu. 5: tüm katmanları sonra UV ışığı cihazın kenarlarını mühürler bir photomask maruz kalır. (i iç bileşenleri daha fazla UV Işınlarına maruz kalma korunmadýklarýný iken mühürleme adım tüm cihaz mühürler. (II) tercihen üst yüzey için uygun gibi mühürlü cihazın üretim odası sonra kaldırılabilir. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56727/56727fig3large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56727/56727fig4.jpg"> Şekil 4 . Demir-oksit nanoparçacık hidrojel bileşenleri doping için adımları. (i) UV ışık hidrojel dişli demir oksit katkılı segmentte tanımlama bir photomask aracılığıyla yararlanılır. demir oksit katkılı hidrojel (II) ince (200 µm) katmanları her zaman polimerli ve birbiri üstüne yığılmış. (iii) İnce katman katman 1 mm toplam yükseklik ile bir segment oluşturur. Bu segment imalat katmanda yaptı. (iv) un katkılı prepolymer sonra imalat alanına yatırılır ve dişli tam şeklini tanımlar bir photomask sonra cross-linking sırasında kullanılır. Bu bir demir oksit katkılı kesimi ile komple dişli oluşumunu sağlar. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56727/56727fig4large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56727/56727fig5.jpg"> Şekil 5 . Photopolymerization demir oksit katkılı hidrojel bileşenlerinin. A) demir oksit nano tanecikleri ile katkılı dişli parçasının Photomask. B) en iyi şekilde oldu demir oksit katkılı hidrojel (10 s pozlama) polimerli. C) altında polimerli (4 s pozlama) olmuştur demir oksit katkılı hidrojel. D) oldu demir oksit katkılı hidrojel (20 s pozlama) aşırı polimerli. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56727/56727fig5large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56727/56727fig6.jpg"> Şekil 6 . Hidrojel hizalamasını aygıt mühürleme sırasında katmanlar. A) görüntü ücretsiz-hareketli hidrojel katmanların doğru hizalama gösterilen dişli yani tamamen içinde belgili tanımlık aygıt geçersiz. B) resim gösterme aygıtı yanlış hizalanmış hidrojel katmanları (B, C ve D aynı cihazın ama farklı katmanlarla vurgulu görüntülerdir) ile. C) aynı (B) olduğu gibi görüntü ama ile siyah anahat katmanlar hangi düzgün şekilde hizalanmış alt elucidating. Dişli doğru alt katmanları içinde yer alıyor. D) aynı (B) olduğu gibi görüntü ama hidrojel yanlış hizalanmış üst tabakası gösterilen beyaz anahatları ile. Dişli kısmen mühürleme adımı sırasında polimerli ve dişli (kırmızı dolgu) bölümlerini cihazın toplu malzeme demir attı. Bu aygıt işlevsel olmayan işler. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56727/56727fig6large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56727/56727fig7.jpg"> Şekil 7 . Çalıştırma hidrojel tabanlı bir tek dişli micromachine. A) fabrikasyon aygıt gösterilen görüntü. B) çalıştırma üzerine dişli farklı yönelimleri gösterilen görüntüler. (i) ilk yönünü (0°) üzerinden dişli (II) 60 °, (iii) 120 °, (iv) 180 °, (v) 240 ° ve 300 ° tarafından döndürülür. Ölçek çubuğu 1 mm olan <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56727/56727fig7large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56727/56727fig8.jpg"> Şekil 8 . Çok yönlü imalat hidrojel tabanlı micromachines için çeşitli tasarımları. A) uyuşturucu serbest bir tek rezervuar denetler bir basit kapı Vana. Lineer demir oksit katkılı hidrojel bileşeninin bir dışarı varsayımsal ilacı ve çıkış difüzyon gates. B) birden çok rezervuarlar uyuşturucu sürümünden denetler bir geçişli doğrusal manifold. Her rezervuar varsayımsal uyuşturucu ve demir oksit katkılı bileşen gates hareketi uyuşturucu bu rezervuarlar hidrojel dış için bu ilaçların difüzyon için izin veren bir pencereden dışarı hareket içerir. C) A basit rotor bir eksen hakkında dönmeye çalıştırmalı. D) Geneva sürücüsünde alan bir sofistike tasarımı. Sürüş dişli bir iğne ile daha büyük bir tahrik dişli meşgul ve aralıklı hareketi üretmek yapabiliyor; tam bir dönüş sürüş dişli tahrik dişli tarafından 60 ° döner. Tüm ölçek çubukları 1 mm dir. Chin, S. Y. ve ark. katkı üzerinden yeni nesil implante edilebilir tıbbi cihaz hidrojel tabanlı malzemelerin üretim. Bilim robotik. 2 (2), (2017). AAAS17izni ile yayımlanmaktadır. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56727/56727fig8large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>

Watch this Scientific Journal Video about An Additive Manufacturing Technique for the Facile and Rapid Fabrication of Hydrogel-based Micromachines with Magnetically Responsive Components at JoVE.com

An Additive Manufacturing Technique for the Facile and Rapid Fabrication of Hydrogel-based Micromachines with Magnetically Responsive Components

UV-crosslinkable hydrogels işlemek için bir katkı üretim stratejisi geliştirmiştir. Bu strateji microfabricated hidrojel yapıları katman katman Meclisi hem de, bağımsız bileşenler Meclisi tümleşik aygıtlar için manyetik çalıştırma duyarlı hareket bileşenleri içeren verimli sağlar.

Teknik hidrojel tabanlı Micromachines manyetik olarak duyarlı bileşenleri ile Facile ve hızlı üretim için üretim bir katkı

Polyethylene glycol (PEG)-based hydrogels are biocompatible hydrogels that have been approved for use in humans by the FDA. Typical PEG-based hydrogels ...

an-additive-manufacturing-technique-for-facile-rapid-fabrication

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Bioengineering

7.1K Görüntüleme.  Agency for Science Technology and Research. UV-crosslinkable hydrogels işlemek için bir katkı üretim stratejisi geliştirmiştir. Bu strateji microfabricated hidrojel yapıları katman katman Meclisi hem de, bağımsız bileşenler Meclisi tümleşik aygıtlar için manyetik çalıştırma duyarlı hareket bileşenleri içeren verimli sağlar.

Video: An Additive Manufacturing Technique for the Facile and Rapid Fabrication of Hydrogel-based Micromachines with Magnetically Responsive Components

Fabrication of Micropatterned Hydrogels for Neural Culture Systems using Dynamic Mask Projection Photolithography

Increasingly, patterned cell culture environments are becoming a relevant technique to study cellular characteristics, and many researchers believe in the need for 3D environments to represent in vitro experiments which better mimic in vivo qualities 1-3. Studies in fields such as cancer research 4, neural engineering 5, cardiac physiology 6, and cell-matrix interaction7,8have shown cell behavior differs substantially between traditional monolayer cultures and 3D constructs.
Hydrogels are used as 3D environments because of their variety, versatility and ability to tailor molecular composition through functionalization 9-12. Numerous techniques exist for creation of constructs as cell-supportive matrices, including electrospinning13, elastomer stamps14, inkjet printing15, additive photopatterning16, static photomask projection-lithography17, and dynamic mask microstereolithography18. Unfortunately, these methods involve multiple production steps and/or equipment not readily adaptable to conventional cell and tissue culture methods. The technique employed in this protocol adapts the latter two methods, using a digital micromirror device (DMD) to create dynamic photomasks for crosslinking geometrically specific poly-(ethylene glycol) (PEG) hydrogels, induced through UV initiated free radical polymerization. The resulting "2.5D" structures provide a constrained 3D environment for neural growth. We employ a dual-hydrogel approach, where PEG serves as a cell-restrictive region supplying structure to an otherwise shapeless but cell-permissive self-assembling gel made from either Puramatrix or agarose. The process is a quick simple one step fabrication which is highly reproducible and easily adapted for use with conventional cell culture methods and substrates.
Whole tissue explants, such as embryonic dorsal root ganglia (DRG), can be incorporated into the dual hydrogel constructs for experimental assays such as neurite outgrowth. Additionally, dissociated cells can be encapsulated in the photocrosslinkable or self polymerizing hydrogel, or selectively adhered to the permeable support membrane using cell-restrictive photopatterning. Using the DMD, we created hydrogel constructs up to ~1mm thick, but thin film (&lt;200 &mu;m) PEG structures were limited by oxygen quenching of the free radical polymerization reaction. We subsequently developed a technique utilizing a layer of oil above the polymerization liquid which allowed thin PEG structure polymerization.
In this protocol, we describe the expeditious creation of 3D hydrogel systems for production of microfabricated neural cell and tissue cultures. The dual hydrogel constructs demonstrated herein represent versatile in vitro models that may prove useful for studies in neuroscience involving cell survival, migration, and/or neurite growth and guidance. Moreover, as the protocol can work for many types of hydrogels and cells, the potential applications are both varied and vast.

Simple techniques are described for the rapid production of microfabricated neural culture systems using a digital micromirror device for dynamic mask projection lithography on regular cell culture substrates. These culture systems may be more representative of natural biological architecture, and the techniques described could be adapted for numerous applications.

Dinamik Maske Projeksiyon Fotolitografi kullanarak Sinir Kültür Sistemleri Micropatterned Hidrojeller Fabrikasyon

Increasingly, patterned cell culture environments are becoming a relevant technique to study cellular characteristics, and many researchers believe in the ...

Biyomühendislik

Synthesis of Poly(N-isopropylacrylamide) Janus Microhydrogels for Anisotropic Thermo-responsiveness and Organophilic/Hydrophilic Loading Capability

Janus microparticles are compartmentalized particles with differing molecular structures and/or functionality on each of their two sides. Because of this unique property, Janus microparticles have been recognized as a new class of materials, thereby attracting a great deal of attention from various research fields. The versatility of these microparticles has been exemplified through their uses as building blocks for self-assembly, electrically responsive actuators, emulsifiers for painting and cosmetics, and carriers for drug delivery. This study introduces a detailed protocol that explicitly describes a synthetic method for designing novel Janus microhydrogels composed of a single base material, poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAAm). Janus microdroplets are firstly generated via a hydrodynamic focusing microfluidic device (HFMD) based on the separation of a supersaturated aqueous NIPAAm monomer solution and subsequently polymerized through exposure to UV irradiation. The resulting Janus microhydrogels were found to be entirely composed of the same base material, featured an easily identifiable compartmentalized morphology, and exhibited anisotropic thermo-responsiveness and organophilic/hydrophilic loading capability. We believe that the proposed method introduces a novel hydrogel platform with the potential for advanced synthesis of multi-functional Janus microhydrogels.

Synthesis of PolyN-isopropylacrylamide Janus Microhydrogels for Anisotropic Thermo-responsiveness and Organophilic/Hydrophilic Loading Capability

We present a protocol to synthesize Janus microhydrogels composed entirely of the same base material, poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAAm), with a clearly compartmentalized structure base on the phase separation of a supersaturated NIPAAm monomer solution. The synthesized Janus microhydrogels show unique properties such as anisotropic thermo-responsiveness and organophilic/hydrophilic loading capability.

Poli Sentezi (<em&gt; K</em&gt; -isopropylacrylamide) Yönbağımlı Termo yanıt ve organofilik / Hidrofilik Yükleme Kapasitesi için Janus Microhydrogels

Janus microparticles are compartmentalized particles with differing molecular structures and/or functionality on each of their two sides. Because of this ...

Kimya

Microfluidic Chips Controlled with Elastomeric Microvalve Arrays

Miniaturized microfluidic systems provide simple and effective solutions for low-cost point-of-care diagnostics and high-throughput biomedical assays. Robust flow control and precise fluidic volumes are two critical requirements for these applications. We have developed microfluidic chips featuring elastomeric polydimethylsiloxane (PDMS) microvalve arrays that: 1) need no extra energy source to close the fluidic path, hence the loaded device is highly portable; and 2) allow for microfabricating deep (up to 1 mm) channels with vertical sidewalls and resulting in very precise features.

The PDMS microvalves-based devices consist of three layers: a fluidic layer containing fluidic paths and microchambers of various sizes, a control layer containing the microchannels necessary to actuate the fluidic path with microvalves, and a middle thin PDMS membrane that is bound to the control layer. Fluidic layer and control layers are made by replica molding of PDMS from SU-8 photoresist masters, and the thin PDMS membrane is made by spinning PDMS at specified heights. The control layer is bonded to the thin PDMS membrane after oxygen activation of both, and then assembled with the fluidic layer. The microvalves are closed at rest and can be opened by applying negative pressure (e.g., house vacuum). Microvalve closure and opening are automated via solenoid valves controlled by computer software.

Here, we demonstrate two microvalve-based microfluidic chips for two different applications. The first chip allows for storing and mixing precise sub-nanoliter volumes of aqueous solutions at various mixing ratios. The second chip allows for computer-controlled perfusion of microfluidic cell cultures.

The devices are easy to fabricate and simple to control. Due to the biocompatibility of PDMS, these microchips could have broad applications in miniaturized diagnostic assays as well as basic cell biology studies.

We demonstrate protocols for manufacturing and automating elastomeric polydimethylsiloxane (PDMS)-based microvalve arrays that need no extra energy to close and feature photolithographically defined precise volumes. A parallel subnanoliter-volume mixer and an integrated microfluidic perfusion system are presented.

Elastomerik Mikrovalf Diziler Kontrollü mikroakışkan Chips

Miniaturized microfluidic systems provide simple and effective solutions for low-cost point-of-care diagnostics and high-throughput biomedical assays.  ...

Biyoloji

Alternating Magnetic Field-Responsive Hybrid Gelatin Microgels for Controlled Drug Release

Magnetically-responsive nano/micro-engineered biomaterials that enable a tightly controlled, on-demand drug delivery have been developed as new types of smart soft devices for biomedical applications. Although a number of magnetically-responsive drug delivery systems have demonstrated efficacies through either in vitro proof of concept studies or in vivo preclinical applications, their use in clinical settings is still limited by their insufficient biocompatibility or biodegradability. Additionally, many of the existing platforms rely on sophisticated techniques for their fabrications. We recently demonstrated the fabrication of biodegradable, gelatin-based thermo-responsive microgel by physically entrapping poly(N-isopropylacrylamide-co-acrylamide) chains as a minor component within a three-dimensional gelatin network. In this study, we present a facile method to fabricate a biodegradable drug release platform that enables a magneto-thermally triggered drug release. This was achieved by incorporating superparamagnetic iron oxide nanoparticles and thermo-responsive polymers within gelatin-based colloidal microgels, in conjunction with an alternating magnetic field application system.

We present a facile method to fabricate a biodegradable gelatin-based drug release platform that is magneto-thermally responsive. This was achieved by incorporating superparamagnetic iron oxide nanoparticles and poly(N-isopropylacrylamide-co-acrylamide) within a spherical gelatin micro-network crosslinked by genipin, in conjunction with an alternating magnetic field application system.

Kontrollü İlaç Release için Manyetik Alan-Duyarlı Hibrid Jelatin mikroj Alternatif

Magnetically-responsive nano/micro-engineered biomaterials that enable a tightly controlled, on-demand drug delivery have been developed as new types of ...

Fabricating Degradable Thermoresponsive Hydrogels on Multiple Length Scales via Reactive Extrusion, Microfluidics, Self-assembly, and Electrospinning

While various smart materials have been explored for a variety of biomedical applications (e.g., drug delivery, tissue engineering, bioimaging, etc.), their ultimate clinical use has been hampered by the lack of biologically-relevant degradation observed for most smart materials. This is particularly true for temperature-responsive hydrogels, which are almost uniformly based on polymers that are functionally non-degradable (e.g., poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAM) or poly(oligoethylene glycol methacrylate) (POEGMA)). As such, to effectively translate the potential of thermoresponsive hydrogels to the challenges of remote-controlled or metabolism-regulated drug delivery, cell scaffolds with tunable cell-material interactions, theranostic materials with the potential for both imaging and drug delivery, and other such applications, a method is required to render the hydrogels (if not fully degradable) at least capable of renal clearance following the required lifetime of the material. To that end, this protocol describes the preparation of hydrolytically-degradable hydrazone-crosslinked hydrogels on multiple length scales based on the reaction between hydrazide and aldehyde-functionalized PNIPAM or POEGMA oligomers with molecular weights below the renal filtration limit. Specifically, methods to fabricate degradable thermoresponsive bulk hydrogels (using a double barrel syringe technique), hydrogel particles (on both the microscale through the use of a microfluidics platform facilitating simultaneous mixing and emulsification of the precursor polymers and the nanoscale through the use of a thermally-driven self-assembly and cross-linking method), and hydrogel nanofibers (using a reactive electrospinning strategy) are described. In each case, hydrogels with temperature-responsive properties similar to those achieved via conventional free radical cross-linking processes can be achieved, but the hydrazone cross-linked network can be degraded over time to re-form the oligomeric precursor polymers and enable clearance. As such, we anticipate these methods (which may be generically applied to any synthetic water-soluble polymer, not just smart materials) will enable easier translation of synthetic smart materials to clinical applications.

Protocols are described for the fabrication of degradable thermoresponsive hydrogels based on hydrazone cross-linking of polymeric oligomers on the bulk scale, microscale, and nanoscale, the latter for preparation of both gel nanoparticles and nanofibers.

Parçalanabilir Thermoresponsive Hydrogels birden fazla uzunluğu ölçeklerde yolu ile reaktif ekstrüzyon, havacilik, kendinden montajlı imalatı ve Electrospinning

While various smart materials have been explored for a variety of biomedical applications (e.g., drug delivery, tissue engineering, bioimaging, etc.), ...

Aqueous Droplets Used as Enzymatic Microreactors and Their Electromagnetic Actuation

For the successful implementation of microfluidic reaction systems, such as PCR and electrophoresis, the movement of small liquid volumes is essential. In conventional lab-on-a-chip-platforms, solvents and samples are passed through defined microfluidic channels with complex flow control installations. The droplet actuation platform presented here is a promising alternative. With it, it is possible to move a liquid drop (microreactor) on a planar surface of a reaction platform (lab-in-a-drop). The actuation of microreactors on the hydrophobic surface of the platform is based on the use of magnetic forces acting on the outer shell of the liquid drops which is made of a thin layer of superhydrophobic magnetite particles. The hydrophobic surface of the platform is needed to avoid any contact between the liquid core and the surface to allow a smooth movement of the microreactor. On the platform, one or more microreactors with volumes of 10 &#181;L can be positioned and moved simultaneously. The platform itself consists of a 3 x 3 matrix of electrical double coils which accommodate either neodymium or iron cores. The magnetic field gradients are automatically controlled. By variation of the magnetic field gradients, the microreactors' magnetic hydrophobic shell can be manipulated automatically to move the microreactor or open the shell reversibly. Reactions of substrates and corresponding enzymes can be initiated by merging the microreactors or bringing them into contact with surface immobilized catalysts.

Lab-in-a-drop reaction systems allow the versatile implementation of complex reactions in a microfluidic scale. An automated actuation platform consisting of a 3 x 3 matrix of electromagnetic coils was developed and successfully used to merge two 10 &#181;L microreactors and thereby initiate an enzymatic reaction in the resulting liquid marbles.

Sulu damlacıkları enzimatik Microreactors ve onların elektromanyetik çalıştırma kullanılan

For the successful implementation of microfluidic reaction systems, such as PCR and electrophoresis, the movement of small liquid volumes is essential. In ...

Image-guided, Laser-based Fabrication of Vascular-derived Microfluidic Networks

This detailed protocol outlines the implementation of image-guided, laser-based hydrogel degradation for the fabrication of vascular-derived microfluidic networks embedded in PEGDA hydrogels. Here, we describe the creation of virtual masks that allow for image-guided laser control; the photopolymerization of a micromolded PEGDA hydrogel, suitable for microfluidic network fabrication and pressure head-driven flow; the setup and use of a commercially available laser scanning confocal microscope paired with a femtosecond pulsed Ti:S laser to induce hydrogel degradation; and the imaging of fabricated microfluidic networks using fluorescent species and confocal microscopy. Much of the protocol is focused on the proper setup and implementation of the microscope software and microscope macro, as these are crucial steps in using a commercial microscope for microfluidic fabrication purposes that contain a number of intricacies. The image-guided component of this technique allows for the implementation of 3D image stacks or user-generated 3D models, thereby allowing for creative microfluidic design and for the fabrication of complex microfluidic systems of virtually any configuration. With an expected impact in tissue engineering, the methods outlined in this protocol could aid in the fabrication of advanced biomimetic microtissue constructs for organ- and human-on-a-chip devices. By mimicking the complex architecture, tortuosity, size, and density of in vivo vasculature, essential biological transport processes can be replicated in these constructs, leading to more accurate in vitro modeling of drug pharmacokinetics and disease.

This protocol outlines the implementation of image-guided, laser-based hydrogel degradation to fabricate vascular-derived, biomimetic microfluidic networks embedded in poly(ethylene glycol) diacrylate (PEGDA) hydrogels. These biomimetic microfluidic systems may be useful for tissue engineering applications, generation of in vitro disease models, and fabrication of advanced "on-a-chip" devices.

Vasküler kaynaklı mikroakışkan Ağların görüntü kılavuzluğunda, Lazer tabanlı Fabrikasyon

This detailed protocol outlines the implementation of image-guided, laser-based hydrogel degradation for the fabrication of vascular-derived microfluidic ...

Computer Numerical Control Micromilling of a Microfluidic Acrylic Device with a Staggered Restriction for Magnetic Nanoparticle-Based Immunoassays

Microfluidic systems have greatly improved immunoassay techniques. However, many microfabrication techniques require specialized, expensive, or complicated equipment, making fabrication costly and incompatible with mass production, which is one of the most important preconditions for point-of-care tests (POCT) to be adopted in low-resource settings. This work describes the fabrication process of an acrylic (polymethylmethacrylate, PMMA) device for nanoparticle-conjugated enzymatic immunoassay testing using the computer numerical control (CNC) micromilling technique. The functioning of the microfluidic device is shown by performing an immunoassay to detect a commercial antibody using lysozyme as a model antigen conjugated to 100 nm magnetic nanoparticles. This device integrates a physical staggered restriction of only 5 &#181;m in height, used to capture magnetic microparticles that make up a magnetic trap by placing an external magnet. In this way, the magnetic force on the immunosupport of conjugated nanoparticles is enough to capture them and resist flow drag. This microfluidic device is particularly suitable for low-cost mass production without the loss of precision for immunoassay performance.

Microfluidics is a powerful tool for the development of diagnostic tests. However, expensive equipment and materials, as well as laborious fabrication and handling techniques, are often required. Here, we detail the fabrication protocol of an acrylic microfluidic device for magnetic micro- and nanoparticle-based immunoassays in a low-cost and simple-to-use setting.

Manyetik Nanopartikül Bazlı İmmünoassaylar için Kademeli Bir Kısıtlama ile Mikroakışkan Akrilik Cihazın Bilgisayar Sayısal Kontrol Mikrofrezelenmesi

Microfluidic systems have greatly improved immunoassay techniques. However, many microfabrication techniques require specialized, expensive, or ...

Mühendislik

A Paired Bead and Magnet Array for Molding Microwells with Variable Concave Geometries

A spheroid culture is a useful tool for understanding cellular behavior in that it provides an in vivo-like three-dimensional environment. Various spheroid production methods such as non-adhesive surfaces, spinner flasks, hanging drops, and microwells have been used in studies of cell-to-cell interaction, immune-activation, drug screening, stem cell differentiation, and organoid generation. Among these methods, microwells with a three-dimensional concave geometry have gained the attention of scientists and engineers, given their advantages of uniform-sized spheroid generation and the ease with which the responses of individual spheroids can be monitored. Even though cost-effective methods such as the use of flexible membranes and ice lithography have been proposed, these techniques incur serious drawbacks such as difficulty in controlling the pattern sizes, achievement of high aspect ratios, and production of larger areas of microwells. To overcome these problems, we propose a robust method for fabricating concave microwells without the need for complex high-cost facilities. This method utilizes a 30 x 30 through-hole array, several hundred micrometer-order steel beads, and magnetic force to fabricate 900 microwells in a 3 cm x 3 cm polydimethylsiloxane (PDMS) substrate. To demonstrate the applicability of our method to cell biological applications, we cultured adipose stem cells for 3 days and successfully produced spheroids using our microwell platform. In addition, we performed a magnetostatic simulation to investigate the mechanism, whereby magnetic force was used to trap the steel beads in the through-holes. We believe that the proposed microwell fabrication method could be applied to many spheroid-based cellular studies such as drug screening, tissue regeneration, stem cell differentiation, and cancer metastasis.

This manuscript introduces a robust method of fabricating concave microwells without the need for complex high-cost facilities. Using magnetic force, steel beads, and a through-hole array, several hundred microwells were formed in a 3 cm x 3 cm polydimethylsiloxane (PDMS) substrate.

Eşleştirilmiş boncuk ve mıknatıs dizi Microwells değişken içbükey geometrileri ile kalıplama için

A spheroid culture is a useful tool for understanding cellular behavior in that it provides an in vivo-like three-dimensional environment. Various ...

Four-Dimensional Printing of Stimuli-Responsive Hydrogel-Based Soft Robots

The present protocol describes the creation of four-dimensional (4D), time-dependent, shape-changeable, stimuli-responsive soft robots using a three-dimensional (3D) bio-printing method. Recently, 4D printing techniques have been extensively proposed as innovative new methods for developing shape-transformable soft robots. In particular, 4D time-dependent shape transformation is an essential factor in soft robotics because it allows effective functions to occur at the right time and place when triggered by external cues, such as heat, pH, and light. In line with this perspective, stimuli-responsive materials, including hydrogels, polymers, and hybrids, can be printed to realize smart shape-transformable soft robotic systems. The current protocol can be used to fabricate thermally responsive soft grippers composed of N-isopropylacrylamide (NIPAM)-based hydrogels, with overall sizes ranging from millimeters to centimeters in length. It is expected that this study will provide new directions for realizing intelligent soft robotic systems for various applications in smart manipulators (e.g., grippers, actuators, and pick-and-place machines), healthcare systems (e.g., drug capsules, biopsy tools, and microsurgeries), and electronics (e.g., wearable sensors and fluidics).

This manuscript describes a 4D printing strategy for fabricating intelligent stimuli-responsive soft robots. This approach can provide the groundwork to facilitate the realization of intelligent shape-transformable soft robotic systems, including smart manipulators, electronics, and healthcare systems.

Teknik hidrojel tabanlı Micromachines manyetik olarak duyarlı bileşenleri ile Facile ve hızlı üretim için üretim bir katkı

Özet

Daha Fazla Video Keşfet

Bu videodaki bölümler