增材制造

Abstract(#br)We print complex curvilinear microstructures in an elastomer matrix using a ferrofluid droplet as the print head. A magnetic field moves the droplet along a prescribed path in liquid polydimethylsiloxane (PDMS). The droplet sheds magnetic nanoparticle (MNP) clusters in its wake, forming printed features. The PDMS is subsequently heated so that it crosslinks, which preserves the printed features in the elastomer matrix.

Robots have an important role during inspection, clean-up, and sample collection in unstructured radiation environments inaccessible to humans. The advantages of soft robots, such as body morphing, high compliance, and energy absorption during impact, make them suitable for operating under extreme conditions. Despite their promise, the usefulness of soft robots under a radiation environment has yet to be assessed. In this work, we evaluate the effectiveness of soft robots fabricated from polydimethylsiloxane (PDMS), a common fabrication material, under radiation for the first time.

传统的微制造技术存在着许多缺点，包括无法创建真正的三维结构、改变器件设计时昂贵和耗时的工艺以及难以从原型制造过渡到批量制造。3D打印是一种能够克服这些缺点的新兴技术。虽然迄今为止大多数3D打印的流体器件和特性都在毫微流体尺寸尺度上，但一些真正的微流体器件已经显示出来。目前，立体光刻技术是微流控结构常规制备的最有前途的方法，但目前正在发展的几种方法也具有潜力。微流控3D打印技术还处于起步阶段，类似于20年前聚二甲基硅氧烷的位置。通过额外的工作来推进打印机软硬件控制，扩大和改进树脂和印刷材料的选择，实现对3D打印器件的额外应用，我们预见3D打印将成为主流的微流控制方法。

本文对各种光致聚合物和立体光刻工艺进行了表征，以生产微混合装置的3D打印模具和聚二甲基硅氧烷( PDMS )铸件。一旦材料和工艺被筛选，通过案例研究对微流控器件中的软工装方法进行验证。制作了不同截面的非对称分裂重组装置，并在不同条件下进行了试验( 10 \u003c Re )

本文对各种光致聚合物和立体光刻工艺进行了表征，生产了三维打印模具和聚二甲基硅氧烷( PDMS )铸件的微混合装置。一旦对材料和工艺进行筛选，通过一个案例研究对微流控装置中的软工装方法进行了验证。制造了一种不同截面的不对称分流重组装置，并在不同状态( 10 Re )下进行了测试

腹腔镜手术需要高技能的外科医师。传统上，外科医生的知识是通过在导师-受训者的方法下操作获得的。近年来，腹腔镜模拟器作为技能获取的工具而获得了应用。尽管腹腔镜仿真器可供选择的范围很广，但很少受训者提供客观的反馈。这些带有量化反馈的系统由于成本的原因，往往是可用性有限的高端解决方案。开发了一种模块化智能训练器，采用商用传感器，将工具跟踪和用力相结合。此外，提出了一种基于聚二甲基硅氧烷( PDMS )体模的力训练系统，用于样本刚度的区分。本原型以39名被试为被试，分别在新手( 13名)、中间品( 13名)和专家( 13名)之间进行测试，评估训练练习中各组间的执行差异。估计费用为200美元(仅包括部件)，不包括腹腔镜器械。对运动系统进行降噪和位置验证试验，平均误差为0.94 mm。抓握力近似相关系数为0.9975。此外，幻影刚度的差异有效地反映了用户的操控。实验组在执行时间、累计距离、平均抓握力和最大抓握力上存在显著差异。获得了关于运动和力的准确信息。研制的力觉测量工具可方便地转移到临床设定。进一步的工作将包括在更广泛的任务范围和更大的志愿者样本上对模拟器进行验证。

腹腔镜手术需要高技能的外科医师。传统上，外科医生的知识是通过在导师-受训者的方法下操作获得的。近年来，腹腔镜模拟器作为技能获取的工具而获得了应用。尽管腹腔镜仿真器可供选择的范围很广，但很少受训者提供客观的反馈。这些带有量化反馈的系统由于成本的原因，往往是可用性有限的高端解决方案。开发了一种模块化智能训练器，采用商用传感器，将工具跟踪和用力相结合。此外，提出了一种基于聚二甲基硅氧烷( PDMS )体模的力训练系统，用于样本刚度的区分。本原型以39名被试为被试，分别在新手( 13名)、中间品( 13名)和专家( 13名)之间进行测试，评估训练练习中各组间的执行差异。估计费用为200美元(仅包括部件)，不包括腹腔镜器械。对运动系统进行降噪和位置验证试验，平均误差为0.94 mm。抓握力近似相关系数为0.9975。此外，幻影刚度的差异有效地反映了用户的操控。实验组在执行时间、累计距离、平均抓握力和最大抓握力上存在显著差异。获得了关于运动和力的准确信息。研制的力觉测量工具可方便地转移到临床设定。进一步的工作将包括在更广泛的任务范围和更大的志愿者样本上对模拟器进行验证。

设计、研究和开发新型和改进的智能多功能器件是未来十年先进功能材料议程的主要议题之一。可以被外界刺激触发的智能材料被FDA、EMA等监管机构看到，具有很高的创新治疗和改进药物传递系统的潜力。将磁性纳米结构引入到复杂体系中，可以产生多功能的器件，并且可以通过外加磁场进行时空调控。这些磁响应器件可以用于从诊断到治疗肿瘤等多种生物医学应用，并正在积极开发和测试用于癌症治疗。在此，我们从最简单的结构——单一纳米粒子出发，综述了肿瘤磁响应器件的发展。我们在对此类系统的设计和制作给出一些理论概念的同时，对其在临床实践中的应用进行了批判性的综述。自然而然，该综述发展到更复杂的结构，从一维磁响应系统发展到三维磁响应系统，显示出更高的复杂性和多功能性，因此对临床实践的兴趣更高。审查的结尾是癌症理论磁响应器件的设计和工程面临的主要挑战以及这一生物医学领域的未来趋势。