Name: casting protocols for the production of open cell aluminum foams by the replication technique and the effect on porosity
Uploaded: 2014-12-11T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 22 s
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対応する著者は、奨学金の提供のために科学技術CONACYTのメキシコ政府の国家評議会を承認したいと思います。

注：以下の手順は、プロトコールA（ 図1）のためのものです。プロトコールB、C、Dのための変更も同様に記載されています。 1.アルミバーの準備<ol><li>坩堝に商用純度アルミインゴットの - 大部分（1キロ500グラム）を配置します。 </li><li>溶融するまで、約1時間800℃で炉内のるつぼを配置します。 </li><li>炉から坩堝を取り、約1/2程度の隙間を与える浸透に使用されるチャンバの最終的な直径よりも僅かに小さい直径50mm、（51 mm）である円筒状の金型内に溶融アルミニウムを注ぐ。 </li><li>バーが冷却するために1時間待ってください。 </li><li>金型からバーを取り外します。 </li><li>バンドソーを用いて、4同じサイズのピースにカット。 </li><li>砂各ピースのエッジは浸潤型で良好な適合性を確保する。 </li></ol> 2.炉の準備<ol><li>プログラム740＆＃に到達するための炉176;少なくとも2時間のためのC高原。 </li><li> 20℃/分の加熱炉の加熱速度を設定する。 </li></ol> 3.リフォームの準備注：を目的の泡の高さに応じて、100グラムと300グラムとの間の浸透のために使用する塩化ナトリウムの量を変化させる。 <ol><li>直径が（1.4ミリメートルと1.7ミリメートルの間の範囲など）に必要な細孔径範囲に対応して、NaClを使用するための浸潤を選択する。材料は、高純度化学薬品供給業者から入手することができる、またはスーパーマーケット（このような材料は、例えばヨウ素及び固化防止剤等の添加剤を有することになるが、これらは実際にはかなりの程度まで、プロセスに影響を与えない）食卓塩を使用することができる購入した。 </li><li>適切なサイズ範囲のふるいを選択し、下部の小さい開口サイズを有するベース容器にスタック。 </li><li>のNaClのサプライヤーの袋から、約500グラムを取ると、積み重ねられたふるいでそれを注ぐ。 </li><li>ふるいを攪拌手動または1分間、ふるい振とう機を用いて。 </li><li>より大きな開口サイズのふるいと下部容器に残っのNaClを捨て、NaClが浸透するために使用される小さい開口のふるいに残っ。 </li><li>得られた浸潤のNaClの量を秤量する。 </li><li>量が不十分であれば、繰り返しは3.7に3.4を繰り返します。 注：プロトコルB、​​CまたはDの場合は、罰金のNaCl（&lt;500ミクロン）の100グラムを得る。これはプリフォーム内の​​空気が十分室をエスケープしていない場合には、浸潤の間にプリフォームに閉じ込められた空気のために金型内の余分なスペースを作成します。 </li></ol> 4.モールドの準備<ol><li>サンドペーパーや実験ロール紙を使用して、金型シリンダ（ 図2）を清掃し、上端と下端の両方に特別の配慮を考慮し、以前の使用からの顕著な不純物を含まない金型を保持する。 </li><li>薄いコート被覆を作成する、窒化ホウ素エアゾールスプレー金型シリンダの内部にスプレー金型の内側。 注：金型の元の色がスプレーの白色層で置き換えられるときに達成される。それは、その特定の濃度を測定する必要はない。 </li><li> （必要に応じてさら​​に乾燥するために適用されるまでの1時間、約100℃に加熱）、室温で少なくとも5分間モールドシリンダー乾燥させる。 </li><li>細かいサンドペーパーを用いて、金型シリンダとモールドベースとの間のシールを改善するために、金型シリンダの端部から窒化ホウ素の残留物を除去する。 注：次の3つのステップは、プロトコルAとBのためのものです。プロトコルCとDのために蓋のための唯一の1ガスケットリングをカット。 </li><li>労働組合のために他の1ミリメートルの厚さのグラファイトシートから2ガスケットリング（OD = 60ミリメートル、ID = 51ミリメートル）、金型シリンダーの上端とバルブシステムに至るまでの金型の蓋の間に労働組合のための1つを、カット金型シリンダの下端とモールドベースの間である。 </li><li>モールドベースの溝にガスケットの1を置きます。 </li><li>ボットを配置ガスケット溝に金型シリンダのオム。 </li><li>ベース溝にボトムを固定するための金型シリンダーの上に木槌で軽くタップします。 注：プロトコルB、​​C、またはDの場合には、以下のステップを追加します。 <ol><li>金型シリンダーに罰金のNaCl（&lt;500ミクロン）の100グラムを注ぎ、細かいNaClを高密度にパックされていることを確認するために木槌で軽く、その上をタップしてアンカットアルミ棒でトップを平らに。 注：プロトコルDの場合は、次の工程を追加します。 </li><li>細かいNaClに対してそれらを押してアンカットアルミバーと木槌を使用し、金型の直径（51ミリメートル）のサイズを覆い、ファインのNaClの上にそれらを配置ソフト2mm厚のセラミックカオウールの2円をカットします。 </li></ol></li><li>金型のシリンダーに浸透されるNaClを注ぐ。 注：プロトコルDの場合は、次の工程を追加します。 <ol><li>ベース溝から移動しないことを確認し、金型シリンダーを作る、振動台に金型とベースを取り付けます。振動する0.01メートルの振幅で50 Hzで1分間。 </li></ol></li><li>所定の位置にシリンダーの上部を持ち、ベースをピックアップし、金型内部のNaClを一番上に平らな表面を形成するまで軽く振る。 </li><li> NaClのプリフォームの上に準備されたアルミニウム棒を置きます。 </li><li>金型の蓋の溝にグラファイトガスケットを置きます。 </li><li>手でベースに4ステンレス鋼スタッドをネジとレンチを使用してベースの上にステンレス製のナットとワッシャーの4セットでそれらを確保し、スタッドを通じて金型シリンダーの上に金型の蓋を置く。 </li><li>トルクレンチは16 N·mとに設定すると、4スレッドのロッドベースにねじ込まとナットが所定の位置に金型の蓋をロックするために締められる蓋、通って延長上のスチールナットとワッシャーの4セットネジ。 </li><li>ガスケット、クランプ、ボルトと蝶ナットとバルブシステムへの蓋の上部に取り付けます。 </li><li>システムのすべてのバルブを閉じます。 </li><li>トンにつながるバルブを開け彼真空ポンプとモールド（バルブ3）。 </li><li>バルブシステムのダイヤルゲージが可能な最低圧力を示すまで真空ポンプの電源をオンにします。 </li><li>真空ポンプの電源を切ります。 </li><li>システム内の真空の損失は、シール、真空ポンプを停止した後の最初の10秒間、50トル/秒の速度よりも低い場合浸潤のために十分に良好である。 </li><li>周囲圧力でシステムを維持し、真空ポンプバルブ（バルブ1）を閉じるための蓋開放弁（バルブ3）を残す。 </li><li>バルブシステムを取り外すことなく、予熱した炉内に金型を配置し、1時間待つ。 </li></ol> 5.浸透<ol><li>システム（ 図3）のすべてのバルブを閉じます。 </li><li>アルゴンガスシリンダー（バルブ2）に通じるバルブを開きます。 </li><li>アルゴンガスタンクのメインバルブを開き、調整弁と浸透圧を設定（NaClの粒径の1.7ミリメートルまで1.4ミリメートルの範囲のために、3.5バールの圧力を使用してください）。 注：プロトコルBは、3バールの浸透圧が使用されている。プロトコルCとDの1バールの圧力を使用してください</li><li> SWIFTようにして、蓋バルブ（バルブ3）を開きます。 </li><li> 1分後、炉から鋳型を除去し、（この場合は銅ブロック）の冷却面の上に置く。 注：冷却しながら、システム内の圧力が変化します。このプロセスの最初の5分間、レギュレータ示す圧力に細心の注意を払い、必要に応じて、浸透圧に戻って調整する。 </li></ol> 6.サンプル抽出<ol><li>金型は光耐熱手袋で処理するのに十分クールだ30分後、バルブシステムを切り離し、作業台の万力でモールドベースを置く。シリンダーの上部から蓋を外します。 </li><li>蓋をオフにして、軽くベース溝から金型のシリンダーを緩め万力のグリップに垂直な方向のマレットでの金型シリンダーの上部をタップします。 </li><li&gt;は万力からモールドベースを取り外し、万力グリップにおける金型のシリンダーを配置。 </li><li>マレットでは金型のシリンダーの外にそれをプッシュするために、サンプルの上に残ったアルミニウムをタップします。 </li><li>帯鋸を使用して、余剰のアルミニウムを除去すること、フォーム試料の底部を切断する。 </li><li>必要な泡の高さに応じて、サンプルの上に近く、どこに目的のカット。 </li><li>水を入れたビーカー及びNaClのリフォームを溶解させる撹拌しながらホットプレート上で磁気攪拌棒に浸潤泡を置きます。 </li><li> 60℃にホットプレートの温度を設定します。フォームに残ってないのNaClがなくなるまで水に10分ごとに変更します。 注：NaClをフォームに残ってないが、約10倍の水を変更がないことを確認する。これは、短い乾燥工程後の試料の重量を周期的にチェックすることも可能である。これはさらに、浸漬によって大きく変更することなくなったときは、NaClを完全に除去しなければならない。 </li><li>最後に電気を使用して空気が乾燥フォームに残ってすべての水を除去。フォームサンプルは準備ができています。 </li></ol>

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The authors declare that they have no competing financial interests.

ここで説明する基本的な方法は、他の研究者によって様々な形態で使用されてきた。異なるタイプの発泡体を作成することを可能にする重要な変異体のいくつかは、議論されている。これらの発泡体の特性を、我々はこのような細孔サイズ、比表面積や厚さは、発泡体の特性の完全な理解を得るために必要とされるかもしれない支柱のような他の構造特性を迅速かつ簡単にできるように、評?...

A journal reference was corrected in the publication of <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/video/52268">Casting Protocols for the Production of Open Cell Aluminum Foams by the Replication Technique and the Effect on Porosity</a>. Reference 21 and 22 were originally merged together as one reference. They have been separated into references 21 and 22 in the article. The reference numbers have been updated in the article to reflect this additional reference citation. It has been updated from:
<ol start="21"><li>LeMay, J.D., Hopper, R.W., Hrubesh, L.W., &#38; Pekala, R.W. Low-Density Microcellular Materials. Materials Research Society Bulletin. 15 (12), 19&#8211;20 (1990).Seliger, H., &#38; Deuther U. Die Herstellung von Schaum- und Zellaluminium. Feiburger Forschungshefte. 103&#8211;129 (1965).</li></ol>
to:
<ol start="21"><li>LeMay, J.D., Hopper, R.W., Hrubesh, L.W., &#38; Pekala, R.W. Low-Density Microcellular Materials. Materials Research Society Bulletin. 15 (12), 19&#8211;20 (1990).</li>
<li>Seliger, H., &#38; Deuther U. Die Herstellung von Schaum- und Zellaluminium. Feiburger Forschungshefte. 103&#8211;129 (1965).</li></ol>

Erratum: Casting Protocols for the Production of Open Cell Aluminum Foams by the Replication Technique and the Effect on Porosity

広いなどBanhart 1とレビュー記事を至るまでに引用された作品の大きな体で示したように、金属発泡体は、近年関心と研究努力を大量に集めて、コンデら 2以上最近グドールとモーテンセン3。材料の製造に用いる方法のうち、複製プロセスは、その実験的単純さと提供することができる最終的な発泡体構造の制御の程度によって区別される。それは彼らが、彼らがより適切に、多孔質金属またはマイクロセルラー金属と呼ばれる液体内のガスの気泡によって生産されていないとして文献にそのような材料は、多くの場合、発泡体として記述（とここにいる）しているがあることに留意されたい。 複製プロセスの最初の報告書は、1960年代初頭4にあった、それはエコールポリテックでモーテンセンの研究グループによる顕著な進歩と、それ以来、様々な段階でさらに開発されましたスイスhniqueルガノローザンヌ。 プロセスは、プリフォームは、酸化を起こす溶媒浸出又は熱分解によって除去することができる冷却した後、最終的な材料2,5に多孔性の形状を規定する粒子のプリフォームの周りの金属の鋳造に依存している。この技術の一般的な使用は、アルミニウム5-10またはアルミニウム合金発泡体11-14を産生するためのスペースホルダーとしてNaClを用いる。 NaClのような、非毒性の、容易にアクセス可能で、水に溶解することによって発泡体から除去することができるなど、いくつかの利点を有する。 801℃の融点を有することによって、アルミニウム、最も一般的に、この値よりも低い融点を有する金属を用いることができるが、実施例はまた、ミックスを加湿することにより、そのようなバルク金属ガラスのような材料との使用に存在する液体パラジウム系バルク金属ガラス合金及びNaClが15の顆粒。高融点材料と、NaClの置換はまた、ページを許可高融点金属16から発泡体のroduction。これは、他の水溶性材料、または砂の異なるタイプを含む不溶性のものを挙げることができる。この形態では、プロセスはより砂、高圧水ジェット17、18、または異なる洗浄液19の形態又は20が必要とされる攪拌を除去するように、従来の砂型鋳造のようになる。 本質的なプロセスのNaCl粒子を取り、金型内に配置することによって21に進み、4、22、23。基本的な方法は、発泡挙動調査広範囲のアルミニウム及びアルミニウム合金発泡体24-26を作るために使用されてきた。追加のステップは、さらに密度を制御するために、孔の相互接続性を高めるために導入されている。これらは、プリフォームの緻密化を含む。プリフォームを緻密化するために、焼結が27採用されている、28の焼結挙動と、13が異なる実験で使用されているNaClがグドールらによって記載さ温度、顆粒のサイズおよび密度に基づく。29。この目的のために使用される別の方法は、冷間静水圧プレス（CIP）5、30である。これは、同程度の密度の大きいスペクトルを達成することができます速い手法である。手順は、金属粉末およびNaCl粒子と固体状態で行うことができ、その後、時には焼及び溶解プロセス31と呼ばれている。 日付および他の技術との比較の複製技術の使用の完全な調査はグドールとモーテンセン3に示されている。 本研究では、詳細な機器および複製法により、金属発泡体の処理のために使用されている実験プロトコルに報告し、研究室設定で実施するのが比較的容易である。別の機能が他の研究グラムに存在するとそれは、機器の他のバージョンを認識することが重要ですroups、そしてここで提示装置は、材料を処理するのに適している、それが唯一のバージョンまたは動作させることが可能なプロトコルではないこと。いずれの場合においても、任意の特定の方法の完全な理解は、実験の成功に不可欠である。 使用される正確なプロトコルは、以下に詳述する。プロトコルのバリエーション（A、B、CおよびD）は、主に製造されたフォームの密度を変化させることを意図し、それらの間に小さな変化を有する。気孔率は、バルク試料の重量、その体積及びアルミニウム（2.7グラム/ cm 3）での密度の測定値から計算された。複製によってアルミニウムフォームの製造について記載した方法を開発する試みは、方法は、可能な限り実現するのに簡単であるように、最小の可能な限り高度な機器の量を低減する試みがなされている。異なる段階で使用することができる他の変形例は後述される。

<table><tbody><tr><td>Salt</td><td>Hydrosoft</td><td>Granular Salt 25 kg 855754</td><td>http://www.travisperkins.co.uk/p/hydrosoft-granular-salt-25kg/855754/3893446</td></tr><tr><td>Aluminum</td><td>William Rowland</td><td>Aluminum Ingots 99.87% pure 25&amp;nbsp;kg drum</td><td>http://www.william-rowland.com/products/high-purity-metals#product-id-1</td></tr><tr><td>Crucible</td><td>Morgan Advance Materials</td><td>Syncarb Crucible</td><td>http://www.morganmms.com/crucibles-foundry-products/crucibles/syncarb/</td></tr><tr><td>Furnace</td><td>Elite Thermal Systems</td><td>TLCF10/27-3216CP &amp;amp; 2116 O/T</td><td>http://www.elitefurnaces.com/eng/products/furnaces/1200%20Top%20Loading%20Furnaces.php</td></tr><tr><td>Bar Mold</td><td>The University of Sheffield</td><td>Custom Made</td><td>Stainless Steel 304, 15&amp;nbsp;cm height, 5&amp;nbsp;cm inner diameter, 6&amp;nbsp;cm outer diameter</td></tr><tr><td>Band Saw</td><td>Clarke</td><td>CBS45MD (6&quot; x 4 1/2&quot;) 370W 060710025</td><td>http://www.machinemart.co.uk/shop/product/details/cbs45md-41-2in-x-6in-metal-cutting-ban</td></tr><tr><td>Sandpaper</td><td>Wickes</td><td>Specialist wet &amp;amp; dry sandpaper 501885</td><td>http://www.wickes.co.uk/Specialist-Wet+Dry-Sandpaper-PK4/p/501885</td></tr><tr><td>Sieves</td><td>Fisher Scientific</td><td>Fisherbrand test sieves 200 mm diamater</td><td>http://www.fisher.co.uk/product/brand_listing.php/F/Fisherbrand/Sieve</td></tr><tr><td>Balance</td><td>Precisa</td><td>XB 6200C</td><td>http://www.precisa.co.uk/precision_balances.php</td></tr><tr><td>Boron Nitride</td><td>Kennametal</td><td>500 ml spray can</td><td>http://www.kennametal.com/content/dam/kennametal/kennametal/common/Resources/Catalogs-Literature/Advanced%20Materials%20and%20Wear%20Components/B-13-03401_ceramic_powders&lt;br/&gt; _brochure_EN.pdf</td></tr><tr><td>Infiltration Mold, Base and Lid</td><td>The University of Sheffield</td><td>Custom Made</td><td>Stainless Steel 304, 15&amp;nbsp;cm height, 5.1&amp;nbsp;cm inner diameter, 6&amp;nbsp;cm outer diameter</td></tr><tr><td>Cylindrical Mold</td><td>The University of Sheffield</td><td>Custom Made</td><td>Low carbon steel 1020, 15 cm height, 5 cm inner diameter, 6 cm outer diameter</td></tr><tr><td>Graphite Gasket</td><td>Gee Graphite</td><td>Geegraf Stainless Steel Reinforced Graphite 1&amp;nbsp;mm thick</td><td>http://www.geegraphite.com/steel_reinforced.html</td></tr><tr><td>Mallet</td><td>Thor Hammer Co. Ltd.</td><td>Round Solid Super Plastic Mallet</td><td>http://www.thorhammer.com/Mallets/Round/</td></tr><tr><td>Wrench</td><td>Kennedy Professional</td><td>13 mm Ratchet Combination Wrench KEN5822166K</td><td>https://www.cromwell.co.uk/KEN5822166K</td></tr><tr><td>Nuts</td><td>Matlock</td><td>M8 Steel hex full nut galvanized</td><td>https://www.cromwell.co.uk/CTL6400068J</td></tr><tr><td>Washers</td><td>Matlock</td><td>M8 Form-A steel washer bzp</td><td>https://www.cromwell.co.uk/CTL6451208H</td></tr><tr><td>SS Nuts</td><td>Matlock</td><td>M8 A2 st/st hex full nut</td><td>https://www.cromwell.co.uk/CTL6423008F</td></tr><tr><td>SS Washers</td><td>Matlock</td><td>M8 A2 st/st Form-A washer</td><td>https://www.cromwell.co.uk/CTL6464008H</td></tr><tr><td>Stainless Steel Studding</td><td>Cromwell</td><td>M8 x 1 Mtr A2 Stainless Steel Studding QFT6397080K</td><td>https://www.cromwell.co.uk/QFT6397080K</td></tr><tr><td>Valves</td><td>Edwards</td><td>C33205000 SP16K, Nitrile Diaphragm</td><td>https://www.edwardsvacuum.com/Products/View.aspx?sku=C33205000</td></tr><tr><td>Fitting Cross</td><td>Edwards</td><td>C10512412 NW16 Cross Piece Aluminum</td><td>https://www.edwardsvacuum.com/Products/C10512412/View.aspx</td></tr><tr><td>Fitting T</td><td>Edwards</td><td>C10512411 NW16 T-Piece Aluminum</td><td>https://www.edwardsvacuum.com/Products/C10512411/View.aspx</td></tr><tr><td>Vacuum Pump</td><td>Edwards</td><td>A36310940 E2M18 200-230/380-415V, 3-ph, 50 Hz</td><td>http://www.edwardsvacuum.com/Products/View.aspx?sku=A36310940</td></tr><tr><td>Dial Gauge</td><td>Edwards</td><td>D35610000 CG16K, 0-1,040 mbar</td><td>http://www.edwardsvacuum.com/Products/View.aspx?sku=D35610000</td></tr><tr><td>Argon Gas</td><td>BOC</td><td>Pureshield Argon Gas</td><td>http://www.boconline.co.uk/en/products-and-supply/industrial-gases/inert-gases/pureshield-argon/pureshield-argon.html</td></tr><tr><td>Stainless Steel Hose</td><td>BOC</td><td>Stainless Steel Hose</td><td>http://www.boconline.co.uk/en/products-and-supply/speciality-equipment/hoses-and-pigtails/index.html</td></tr><tr><td>Regulator</td><td>BOC</td><td>HP 1500 Series Regulator</td><td>http://www.boconline.co.uk/en/products-and-supply/speciality-equipment/regulators/single-stage-regulators/hp1500-series/hp1500-series.html</td></tr><tr><td>Copper Block</td><td>William Rowland</td><td>Copper Ingot 25 kg</td><td>http://www.william-rowland.com/products/high-purity-metals#product-id-18</td></tr><tr><td>Vise</td><td>Record</td><td>T84-34 H/Duty Eng Vice 4 1/2&quot; Jaws REC5658326K</td><td>https://www.cromwell.co.uk/REC5658326K</td></tr><tr><td>Beaker</td><td>Fisher Scientific</td><td>11567402 - Beaker, squat form, with graduations and spout 800 ml</td><td>https://webshop.fishersci.com/insight2_uk/getProduct.do;jsessionid=16D5812&lt;br/&gt; D71B8CB37B475E94281E2BEA&lt;br/&gt; 5.ukhigjavappp11?productCode=11567402&amp;amp;resultSet&lt;br/&gt; Position=0</td></tr><tr><td>Stirring Hot Plate</td><td>Corning</td><td>Corning stirring hot plate Model 6798-420d</td><td>http://www.corning.com/lifesciences/us_canada/en/technical_resources/product_guid/shp/shp.aspx</td></tr><tr><td colspan="4">[header]</td></tr><tr><td>Stir Bar</td><td>Fisher Scientific</td><td>11848862 - PTFE Stir bar + Ring 25x6 mm</td><td>https://webshop.fishersci.com/insight2_uk/getProduct.do;jsessionid=16D5812&lt;br/&gt; D71B8CB37B475E94281E2BEA&lt;br/&gt; 5.ukhigjavappp11?productCode=11848862&amp;amp;resultSet&lt;br/&gt; Position=0</td></tr><tr><td>Air dryer</td><td>V05</td><td>V05 Max Air Turbo Dryer DR-120-GB</td><td>http://reviews.boots.com/2111-en_gb/1120627/v05-v05-max-air-turbo-hair-dryer-dr-120-gb-reviews/reviews.htm</td></tr><tr><td>Ceramic Sheet</td><td>Morgan Advance Materials</td><td>Kaowool Blanket 2 mm thick</td><td>http://www.morganthermalceramics.com/downloads/datasheets?f[0]=field_type%3A84</td></tr><tr><td>Vibrating Table</td><td>Peveril Machinery</td><td>Pevco Vibrating Table 1.25&amp;nbsp;m x 0.625&amp;nbsp;m x 0.6&amp;nbsp;m</td><td>https://peverilmachinery.co.uk/equipment/vibrating-tables</td></tr></tbody></table>

casting protocols for the production of open cell aluminum foams by the replication technique and the effect on porosity

金属フォームは、ビューの基本的な理解と実践的なアプリケーションポイントの両方から興味深い材料である。用途が提案され、多くの場合、身体にインプラントとして、高表面積の熱交換器または電極として、軽量または構造衝突エネルギー吸収のために、実験的に検証され、および多くされている。大きな進歩は、それらの構造 - 特性の関係を理解し​​てなされたものであるが、異なる処理技術の大多数は、異なる特性および構造をそれぞれ生成する材料は、構造のすべての側面の個々の効果の理解が完全でないことを意味する。溶融金属は、取り外し可能なプリフォーム材の粒子間に浸透さ複製プロセスは、制御著しく高度を可能にし、これらの関係の一部を解明するために良い効果に使用されてきた。それにもかかわらず、プロセスは、個々の「ノウハウ」に依存している多くのステップがあり、そしてこの論文は、研究環境で設定することが比較的容易であろう材料及び装置を用いて、この処理方法の一実施形態のすべての段階の詳細な説明を提供することを目的とする。このプロトコルおよびその変異体の目的は、プロセス内の特定のステップを変更することにより、サンプルの結果を調整する可能性を与え、効果的かつ簡単な方法で、金属発泡体を製造することである。これに従うことによって、1〜2.36ミリメートルの直径と77％の気孔率の61％の細孔径を有する気泡アルミニウム発泡体を得ることができる。

図4中のNaCl粒子の形態は、例示の目的のために、（角度 ​​および球状）を見ることができる。プロトコルAで得られた発泡体は、角形状の粒子を使用して作製された、残りは球状粒子を用いて作製した。これは、異なる形状のNaCl粒子の使用は、試料で得られた多孔性に何ら観察された効果がなかったことが分かった。 結果から、我々は、サンプルが（プロ...

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Casting Protocols for the Production of Open Cell Aluminum Foams by the Replication Technique and the Effect on Porosity

Replication is one of the processing techniques used for the production of porous metal sponges. In this paper one implementation of the method for the production of open celled porous aluminum is shown in detail.

気孔率に複製技術とエフェクトでオープンセルアルミフォームの製造のためのプロトコルのキャスト

Metal foams are interesting materials from both a fundamental understanding and practical applications point of view. Uses have been proposed, and in many ...

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Universidad San Sebastian

Research

JoVE Journal

Engineering

14.5K ビュー.  The University of Sheffield. Replication is one of the processing techniques used for the production of porous metal sponges. In this paper one implementation of the method for the production of open celled porous aluminum is shown in detail.

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Ultrahigh Density Array of Vertically Aligned Small-molecular Organic Nanowires on Arbitrary Substrates

In recent years &pi;-conjugated organic semiconductors have emerged as the active material in a number of diverse applications including large-area, low-cost displays, photovoltaics, printable and flexible electronics and organic spin valves. Organics allow (a) low-cost, low-temperature processing and (b) molecular-level design of electronic, optical and spin transport characteristics. Such features are not readily available for mainstream inorganic semiconductors, which have enabled organics to carve a niche in the silicon-dominated electronics market. The first generation of organic-based devices has focused on thin film geometries, grown by physical vapor deposition or solution processing. However, it has been realized that organic nanostructures can be used to enhance performance of above-mentioned applications and significant effort has been invested in exploring methods for organic nanostructure fabrication.	
A particularly interesting class of organic nanostructures is the one in which vertically oriented organic nanowires, nanorods or nanotubes are organized in a well-regimented, high-density array. Such structures are highly versatile and are ideal morphological architectures for various applications such as chemical sensors, split-dipole nanoantennas, photovoltaic devices with radially heterostructured "core-shell" nanowires, and memory devices with a cross-point geometry. Such architecture is generally realized by a template-directed approach. In the past this method has been used to grow metal and inorganic semiconductor nanowire arrays. More recently &pi;-conjugated polymer nanowires have been grown within nanoporous templates. However, these approaches have had limited success in growing nanowires of technologically important &pi;-conjugated small molecular weight organics, such as tris-8-hydroxyquinoline aluminum (Alq3), rubrene and methanofullerenes, which are commonly used in diverse areas including organic displays, photovoltaics, thin film transistors and spintronics.	
Recently we have been able to address the above-mentioned issue by employing a novel "centrifugation-assisted" approach. This method therefore broadens the spectrum of organic materials that can be patterned in a vertically ordered nanowire array. Due to the technological importance of Alq3, rubrene and methanofullerenes, our method can be used to explore how the nanostructuring of these materials affects the performance of aforementioned organic devices. The purpose of this article is to describe the technical details of the above-mentioned protocol, demonstrate how this process can be extended to grow small-molecular organic nanowires on arbitrary substrates and finally, to discuss the critical steps, limitations, possible modifications, trouble-shooting and future applications.

We report a simple method for fabricating an ultrahigh density array of vertically ordered small-molecular organic nanowires. This method allows for synthesis of complex heterostructured hybrid nanowire geometries, which can be inexpensively grown on arbitrary substrates. These structures have potential applications in organic electronics, optoelectronics, chemical sensing, photovoltaics and spintronics.

任意の基板上の垂直配向小分子有機ナノワイヤーの超高密度アレイ

In  recent years &pi;-conjugated  organic semiconductors have emerged as the active material in a number of  diverse applications including large-area, ...

工学

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

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

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

三次元細胞培養用チップサイズの足場の微細加工

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

生物学

Simultaneous Multi-surface Anodizations and Stair-like Reverse Biases Detachment of Anodic Aluminum Oxides in Sulfuric and Oxalic Acid Electrolyte

After reporting on the two-step anodization, nanoporous anodic aluminum oxides (AAOs) have been widely utilized in the versatile fields of fundamental sciences and industrial applications owing to their periodic arrangement of nanopores with relatively high aspect ratio. However, the techniques reported so far, which could be only valid for mono-surface anodization, show critical disadvantages, i.e., time-consuming as well as complicated procedures, requiring toxic chemicals, and wasting valuable natural resources. In this paper, we demonstrate a facile, efficient, and environmentally clean method to fabricate nanoporous AAOs in sulfuric and oxalic acid electrolytes, which can overcome the limitations that result from conventional AAO fabricating methods. First, plural AAOs are produced at one time through simultaneous multi-surfaces anodization (SMSA), indicating mass-producibility of the AAOs with comparable qualities. Second, those AAOs can be separated from the aluminum (Al) substrate by applying stair-like reverse biases (SRBs) in the same electrolyte used for the SMSAs, implying simplicity and green technological characteristics. Finally, a unit sequence consisting of the SMSAs sequentially combined with SRBs-based detachment can be applied repeatedly to the same Al substrate, which reinforces the advantages of this strategy and also guarantees the efficient usage of natural resources.

A protocol for fabricating nanoporous anodic aluminum oxides via simultaneous multi-surfaces anodization followed by stair-like reverse biases detachments is presented. It can be applied repeatedly to the same aluminum substrate, exhibiting a facile, high-yield, and environmentally clean strategy.

同時マルチ表面 Anodizations、階段のような逆バイアスで硫酸陽極酸化アルミニウムとシュウ酸電解質の剥離

After reporting on the two-step anodization, nanoporous anodic aluminum oxides (AAOs) have been widely utilized in the versatile fields of fundamental ...

Procedure for the Transfer of Polymer Films Onto Porous Substrates with Minimized Defects

The fabrication of devices containing thin film composite membranes necessitates the transfer of these films onto the surfaces of arbitrary support substrates. Accomplishing this transfer in a highly controlled, mechanized, and reproducible manner can eliminate the creation of macroscale defect structures (e.g., tears, cracks, and wrinkles) within the thin film that compromise device performance and the usable area per sample. Here, we describe a general protocol for the highly controlled and mechanized transfer of a polymeric thin film onto an arbitrary porous support substrate for eventual use as a water filtration membrane device. Specifically, we fabricate a block copolymer (BCP) thin film on top of a sacrificial, water-soluble poly(acrylic acid) (PAA) layer and silicon wafer substrate. We then utilize a custom-designed, 3D-printed transfer tool and drain chamber system to deposit, lift-off, and transfer the BCP thin film onto the center of a porous anodized aluminum oxide (AAO) support disc. The transferred BCP thin film is shown to be consistently placed onto the center of the support surface due to the guidance of the meniscus formed between the water and the 3D-printed plastic drain chamber. We also compare our mechanized transfer-processed thin films to those that have been transferred by hand with the use of tweezers. Optical inspection and image analysis of the transferred thin films from the mechanized process confirm that little-to-no macroscale inhomogeneities or plastic deformations are produced, as compared to the multitude of tears and wrinkles produced from manual transfer by hand. Our results suggest that the proposed strategy for thin film transfer can reduce defects when compared to other methods across many systems and applications.

We present a procedure for highly controlled and wrinkle-free transfer of block copolymer thin films onto porous support substrates using a 3D-printed drain chamber. The drain chamber design is of general relevance to all procedures involving transfer of macromolecular films onto porous substrates, which is normally done by hand in an irreproducible fashion.

欠陥を最小限に抑えた多孔質基板へのポリマーフィルムの移送手順

The fabrication of devices containing thin film composite membranes necessitates the transfer of these films onto the surfaces of arbitrary support ...

Fabrication of Extracellular Matrix-derived Foams and Microcarriers as Tissue-specific Cell Culture and Delivery Platforms

Cell function is mediated by interactions with the extracellular matrix (ECM), which has complex tissue-specific composition and architecture. The focus of this article is on the methods for fabricating ECM-derived porous foams and microcarriers for use as biologically-relevant substrates in advanced 3D in vitro cell culture models or as pro-regenerative scaffolds and cell delivery systems for tissue engineering and regenerative medicine. Using decellularized tissues or purified insoluble collagen as a starting material, the techniques can be applied to synthesize a broad array of tissue-specific bioscaffolds with customizable geometries. The approach involves mechanical processing and mild enzymatic digestion to yield an ECM suspension that is used to fabricate the three-dimensional foams or microcarriers through controlled freezing and lyophilization procedures. These pure ECM-derived scaffolds are highly porous, yet stable without the need for chemical crosslinking agents or other additives that may negatively impact cell function. The scaffold properties can be tuned to some extent by varying factors such as the ECM suspension concentration, mechanical processing methods, or synthesis conditions. In general, the scaffolds are robust and easy to handle, and can be processed as tissues for most standard biological assays, providing a versatile and user-friendly 3D cell culture platform that mimics the native ECM composition. Overall, these straightforward methods for fabricating customized ECM-derived foams and microcarriers may be of interest to both biologists and biomedical engineers as tissue-specific cell-instructive platforms for in vitro and in vivo applications.

The tissue-specific extracellular matrix (ECM) is a key mediator of cell function. This article describes methods for synthesizing pure ECM-derived foams and microcarriers that are stable in culture without the need for chemical crosslinking for applications in advanced 3D in vitro cell culture models or as pro-regenerative bioscaffolds.

組織特異的細胞培養および配信プラットフォームとして、細胞外マトリックス由来のフォームおよびマイクロキャリアの作製

Cell function is mediated by interactions with the extracellular matrix (ECM), which has complex tissue-specific composition and architecture. The focus ...

生物工学

Synthesis of Biocompatible Liquid Crystal Elastomer Foams as Cell Scaffolds for 3D Spatial Cell Cultures

Here, we present a step-by-step preparation of a 3D, biodegradable, foam-like cell scaffold. These scaffolds were prepared by cross-linking star block co-polymers featuring cholesterol units as side-chain pendant groups, resulting in smectic-A (SmA) liquid crystal elastomers (LCEs). Foam-like scaffolds, prepared using metal templates, feature interconnected microchannels, making them suitable as 3D cell culture scaffolds. The combined properties of the regular structure of the metal foam and of the elastomer result in a 3D cell scaffold that promotes not only higher cell proliferation compared to conventional porous templated films, but also better management of mass transport (i.e., nutrients, gases, waste, etc.). The nature of the metal template allows for the easy manipulation of foam shapes (i.e., rolls or films) and for the preparation of scaffolds of different pore sizes for different cell studies while preserving the interconnected porous nature of the template. The etching process does not affect the chemistry of the elastomers, preserving their biocompatible and biodegradable nature. We show that these smectic LCEs, when grown for extensive time periods, enable the study of clinically relevant and complex tissue constructs while promoting the growth and proliferation of cells.

This study presents a methodology to prepare 3D, biodegradable, foam-like cell scaffolds based on biocompatible side-chain liquid crystal elastomers (LCEs). Confocal microscopy experiments show that foam-like LCEs allow for cell attachment, proliferation, and the spontaneous alignment of C2C12s myoblasts.

3D空間の細胞培養のための細胞骨格などの生体適合性液晶エラストマー発泡体の合成

Here, we present a step-by-step preparation of a 3D, biodegradable, foam-like cell scaffold. These scaffolds were prepared by cross-linking star block ...

Fabrication of Gradient Nanopattern by Thermal Nanoimprinting Technique and Screening of the Response of Human Endothelial Colony-forming Cells

Nanotopography can be found in various extracellular matrices (ECMs) around the body and is known to have important regulatory actions upon cellular reactions. However, it is difficult to determine the relation between the size of a nanostructure and the responses of cells owing to the lack of proper screening tools. Here, we show the development of reproducible and cost-effective gradient nanopattern plates for the manipulation of cellular responses. Using anodic aluminum oxide (AAO) as a master mold, gradient nanopattern plates with nanopillars of increasing diameter ranges [120-200&#8239;nm (GP 120/200), 200-280&#8239;nm (GP 200/280), and 280-360&#8239;nm (GP 280/360)] were fabricated by a thermal imprinting technique. These gradient nanopattern plates were designed to mimic the various sizes of nanotopography in the ECM and were used to screen the responses of human endothelial colony-forming cells (hECFCs). In this protocol, we describe the step-by-step procedure of fabricating gradient nanopattern plates for cell engineering, techniques of cultivating hECFCs from human peripheral blood, and culturing hECFCs on nanopattern plates.

Here, we present a protocol for the fabrication of gradient nanopattern plates via thermal nanoimprinting and the method of screening responses of human endothelial progenitor cells to the nanostructures. By using the described technology, it is possible to produce a scaffold that can manipulate cell behavior by physical stimuli.

熱ナノイン プリント技術とヒトの内皮細胞コロニー形成細胞の応答のスクリーニングによるグラデーションによるナノパターンの作製

Nanotopography can be found in various extracellular matrices (ECMs) around the body and is known to have important regulatory actions upon cellular ...

Initial 3D Cell Cluster Control in a Hybrid Gel Cube Device for Repeatable Pattern Formations

The importance of in vitro 3D cultures is considerably emphasized in cell/tissue culture. However, the lack of experimental repeatability is one of its restrictions. Producing few repeatable results of pattern formation deteriorates the analysis of the mechanisms underlying the self-organization. Reducing variation in initial culture conditions, such as the cell density and distribution in the extracellular matrix (ECM), is crucial to enhance the repeatability of a 3D culture. In this article, we demonstrate a simple but robust procedure for controlling the initial cell cluster shape in a 3D extracellular matrix to obtain highly repeatable pattern formations. A micromold with a desired shape was fabricated by using photolithography or a machining process, and it formed a 3D pocket in the ECM contained in a hybrid gel cube (HGC). Highly concentrated cells were then injected in the pocket so that the cell cluster shape matched with the fabricated mold shape. The employed HGC allowed multi-directional scanning by its rotation, which enabled high-resolution imaging and the capture of the entire tissue structure even though a low-magnification lens was used. Normal human bronchial epithelial cells were used to demonstrate the methodology.&#160;

We present a procedure for controlling the initial cell cluster shape in a 3D extracellular matrix to obtain a repeatable pattern formation. A cubic device containing two different hydrogels is employed to achieve multi-directional imaging for tissue pattern formation.

反復可能なパターン形成のためのハイブリッド ゲル キューブ デバイスで初期の 3 D 細胞クラスター制御

The importance of in vitro 3D cultures is considerably emphasized in cell/tissue culture. However, the lack of experimental repeatability is one of its ...

Fabricating Highly Open Porous Microspheres (HOPMs) via Microfluidic Technology

Compared to bulk scaffolds and direct injection of cells alone, the injectable modular units have garnered enormous interest in repairing malfunctioned tissues due to convenience in the packaging of cells, improved cell retention, and minimal invasiveness. Moreover, the porous conformation of these microscale carriers could enhance the medium exchange and improve the level of nutrients and oxygen supplies. The present study illustrates the convenient fabrication of poly(lactic-co-glycolic acid)-based highly open porous microspheres (PLGA-HOPMs) by the facile microfluidic technology for cell delivery applications. The resultant monodispersed PLGA-HOPMs possessed particle sizes of ~400 &#181;m and open pores of ~50 &#181;m with interconnecting windows. Briefly, the emulsified oil droplets (PLGA solution in dichloromethane, DCM), wrapped with the 7.5% (w/v) gelatin aqueous phase, were introduced into the 1% (w/v) continuous flowing poly(vinyl alcohol) (PVA) aqueous solution through the coaxial nozzle in the customized microfluidic setup. Subsequently, the microspheres were subjected to solvent extraction and lyophilization procedures, resulting in the production of HOPMs. Notably, various formulations (concentrations of PLGA and porogen) and processing parameters (emulsifying power, needle gauge, and flow rate of dispersed phase) play crucial roles in the qualities and characteristics of the resulting PLGA HOPMs. Moreover, these architectures might potentially encapsulate various other biochemical cues, such as growth factors, for extended drug discovery and tissue regeneration applications.

Fabricating Highly Open Porous Microspheres HOPMs via Microfluidic Technology

The present protocol describes the fabrication of poly(lactic-co-glycolic acid)-based highly open porous microspheres (HOPMs) via the single-emulsion formulation based facile microfluidic technology. These microspheres have potential applications in tissue engineering and drug screening.

マイクロ流体技術 による 高開放多孔質ミクロスフェア(HOTM)の作製

Compared to bulk scaffolds and direct injection of cells alone, the injectable modular units have garnered enormous interest in repairing malfunctioned ...

Controlling Particle Fraction in Microporous Annealed Particle Scaffolds for 3D Cell Culture

Microgels are the building blocks of microporous annealed particle (MAP) scaffolds, which serve as a platform for both in vitro cell culture and in vivo tissue repair. In these granular scaffolds, the innate porosity generated by the void space between microgels enables cell infiltration and migration. Controlling the void fraction and particle fraction is critical for MAP scaffold design, as porosity is a bioactive cue for cells. Spherical microgels can be generated on a microfluidic device for controlled size and shape and subsequently freeze-dried using methods that prevent fracturing of the polymer network. Upon rehydration, the lyophilized microgels lead to controlled particle fractions in MAP scaffolds. The implementation of these methods for microgel lyophilization has led to reproducible studies showing the effect of particle fraction on macromolecule diffusion and cell spreading. The following protocol will cover the fabrication, lyophilization, and rehydration of microgels for controlling particle fraction in MAP scaffolds, as well as annealing the microgels through bio-orthogonal crosslinking for 3D cell culture in vitro.

Minimizing the variability in the particle fraction within granular scaffolds facilitates reproducible experimentation. This work describes methods for generating granular scaffolds with controlled particle fractions for in vitro tissue engineering applications.

3D細胞培養のための微多孔性アニール粒子足場における粒子分率の制御(英語)

Microgels are the building blocks of microporous annealed particle (MAP) scaffolds, which serve as a platform for both in vitro cell culture and in vivo ...

気孔率に複製技術とエフェクトでオープンセルアルミフォームの製造のためのプロトコルのキャスト

要約

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この動画の章

任意の基板上の垂直配向小分子有機ナノワイヤーの超高密度アレイ

三次元細胞培養用チップサイズの足場の微細加工

同時マルチ表面 Anodizations、階段のような逆バイアスで硫酸陽極酸化アルミニウムとシュウ酸電解質の剥離

欠陥を最小限に抑えた多孔質基板へのポリマーフィルムの移送手順

組織特異的細胞培養および配信プラットフォームとして、細胞外マトリックス由来のフォームおよびマイクロキャリアの作製

3D空間の細胞培養のための細胞骨格などの生体適合性液晶エラストマー発泡体の合成

熱ナノインプリント技術とヒトの内皮細胞コロニー形成細胞の応答のスクリーニングによるグラデーションによるナノパターンの作製

反復可能なパターン形成のためのハイブリッドゲルキューブデバイスで初期の 3 D 細胞クラスター制御

マイクロ流体技術による高開放多孔質ミクロスフェア(HOTM)の作製

3D細胞培養のための微多孔性アニール粒子足場における粒子分率の制御(英語)

気孔率に複製技術とエフェクトでオープンセルアルミフォームの製造のためのプロトコルのキャスト

要約

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任意の基板上の垂直配向小分子有機ナノワイヤーの超高密度アレイ

三次元細胞培養用チップサイズの足場の微細加工

同時マルチ表面 Anodizations、階段のような逆バイアスで硫酸陽極酸化アルミニウムとシュウ酸電解質の剥離

欠陥を最小限に抑えた多孔質基板へのポリマーフィルムの移送手順

組織特異的細胞培養および配信プラットフォームとして、細胞外マトリックス由来のフォームおよびマイクロキャリアの作製

3D空間の細胞培養のための細胞骨格などの生体適合性液晶エラストマー発泡体の合成

熱ナノイン プリント技術とヒトの内皮細胞コロニー形成細胞の応答のスクリーニングによるグラデーションによるナノパターンの作製

反復可能なパターン形成のためのハイブリッド ゲル キューブ デバイスで初期の 3 D 細胞クラスター制御

マイクロ流体技術 による 高開放多孔質ミクロスフェア(HOTM)の作製

3D細胞培養のための微多孔性アニール粒子足場における粒子分率の制御(英語)

熱ナノインプリント技術とヒトの内皮細胞コロニー形成細胞の応答のスクリーニングによるグラデーションによるナノパターンの作製

反復可能なパターン形成のためのハイブリッドゲルキューブデバイスで初期の 3 D 細胞クラスター制御

マイクロ流体技術による高開放多孔質ミクロスフェア(HOTM)の作製