باستخدام لاصق الزخرفة لانشاء 3D ورقة أجهزة ميكروفلويديك

في السنوات الأخيرة، وحصل على ورقة على microfluidics شعبية كبيرة لقدرته على توفير نقطة منخفضة التكلفة الرعاية (POC) أجهزة التشخيص. أجهزة POC ^1-3 توفر وظائف مماثلة لتلك الاختبارات القائمة على مختبر في شكل يسمح أن تكون النتائج الحصول بسرعة نسبيا. أجهزة POC مصنوعة من الورق هي منخفضة التكلفة، وخفيفة الوزن، وبدائل سهلة الاستخدام لرقائق ميكروفلويديك مكلفة ومختبرات المنمنمة، مما يجعلها مثالية للاستخدام في المناطق ذات الموارد المحدودة. الأجهزة ميكروفلويديك الورق الأكثر شيوعا هي الأجهزة تدفق الجانبية ذات بعد واحد، ولكن مستو ثلاثية الأبعاد (3D) ورقة أجهزة ميكروفلويديك تبشر لتوفير الأجهزة التشخيصية المضاعفة ⁴ أن تناول بصمة أصغر بكثير مما هو مطلوب من قبل جهاز 2D ⁵ و في المقابل استخدام حجم العينة أصغر.

في البداية، تم تجميع الأجهزة ميكروفلويديك مستو ورقة 3D بشكل فردي، طبقة تلو طبقة وايعشر نمط طبقات الورق بالتناوب مع الشريط على الوجهين قطع الليزر. امتلأت الثقوب الانحياز قطع بعناية في طبقة الشريط مع مسحوق السليلوز لضمان المشتركة بين طبقة نقل السوائل. وقد وضعت ⁴ وهناك عدد من الطرق البديلة في وقت لاحق، ^6-9 كل تحسين جوانب مختلفة من الأجهزة. على وجه الخصوص، بتجنب المواد اللاصقة، ويمكن أن تكون مطوية الأجهزة عبر تقنيات اوريغامي مع الطبقات التي عقدت معا من قبل المشبك الخارجي. ⁸ وهذا يلغي أي تدخل لاصقة المحتملين في اختبار تشخيصي ويسمح للجهاز أن يكون تكشفت بعد استخدامها، وإمكانية السماح لعينة أصغر أحجام التداول عن طريق عرض النتائج داخليا. بدلا من ذلك، باستخدام لاصق الهباء الجوي المطبق بين كل طبقة ورقة، ورقة من الأجهزة يمكن تجميعها في وقت واحد، دون الزخرفة ومحاذاة الشريط تستغرق وقتا طويلا. ⁹

ومع ذلك، من خلال تطبيق لاصقة الهباء الجوي من خلال الاستنسل، فمن الممكن الحصول على منفعة منكل من هذه التقنيات. عن طريق الرش لاصقة من خلال الاستنسل، يتم تطبيق سوى جزء من لاصق على الجهاز، والتقليل من أي تشويش محتمل لنقل البينية السائل. بالإضافة إلى ذلك، مع اختيار الاستنسل متأنية، وهو نمط من مادة لاصقة يمكن تطبيقها يؤدي في الرابطة لاصقة شبه دائم، مما يسمح للأجهزة أن تكشفت بعد الاستخدام، في حين لا يزال توفير ما يكفي البينية اتصال للسماح السائل إلى الفتيل بين الطبقات.

وأخيرا، وتطبيق المواد اللاصقة الهباء الجوي من خلال الاستنسل تخفف بناء الأجهزة ميكروفلويديك ورقة 3D nonplanar، عن طريق تقليل كمية من مادة لاصقة تطبيقها على وجوه المجاورة التي قد تتطلب للطي المتكرر وتتكشف خلال بناء ¹⁰ وبالإضافة إلى ذلك، واستخدام لاصق منقوشة يتيح الجهاز ليكون تكشفت بعد استخدامها لتخزين أكثر ملاءمة. ومن المتوقع أن يتم استخدامها في مهام التي من شأنها أن يكون الأمر خلاف ذلك مستحيل في ديفيتش مستو 3D أجهزة رقة ميكروفلويديك Nonplanar 3Dه. ويصور الشكل 1 تدفق عملية عام يستخدم لبناء كل من مستو والأجهزة 3D nonplanar.

1. مستو 4-طبقة جهاز (طبقات مكدسة) البناء

1. صفائف طباعة كل طبقة من الجهاز ⁹ على كل قطعة من ورق الترشيح باستخدام طابعة الحبر الصلب. ^11،12 مكان كل ورقة مرشح على موقد في 170 درجة مئوية لمدة 2 دقيقة. هذا وسوف تذوب القائمة على الحبر الشمع والسماح لها أن تنفذ بالكامل سمك الورق، وتشكيل الحواجز مسعور.
   ملاحظة: هي التصاميم الدقيقة المستخدمة المتاحة كملفات التكميلية.
2. إزالة ورق الترشيح من موقد والسماح لتبرد لRT.
3. إيداع 4 ميكرولتر من 5 ملم صبغة (الأحمر: الأحمر Allura، أصفر: التارترازين، الأزرق: erioglaucine ثنائي الصوديوم الملح، أخضر: 10: 1 مزيج من التارترازين: erioglaucine ثنائي الصوديوم الملح) في كل فرع (لون واحد لكل فرع) من طبقة 3 (الثالث طبقة من الجزء العلوي من الجهاز الانتهاء) باستخدام micropipette.
4. تبدأ من أسفل إلى معظم الطبقة. المشبك ورقة الترشيح بين الاستنسل ودعم قاسية، مثل قطعة من الزجاج لوحة، وذلك باستخدام مقطع الموثقالصورة، أو طريقة مؤقت مماثل آخر. تأكد من أن الاستنسل مسطح ضد الصحيفة. وهذا سيقلل أي الظلال الرش التي أدلت بها الاستنسل على الورق.
5. تطبيق لاصق (انظر قائمة المواد والمعدات) مع ما يقرب من 1.33 ثانية (عد أربعة في 180 نبضة في الدقيقة) رذاذ من حوالي 24 سم. ^9،10 وخلال هذا الوقت، نقل علبة من مادة لاصقة عبر الاستنسل بوتيرة متوسطة. بطيئة جدا السفر عبر الاستنسل سوف تسبب لاصقة تتراكم على الاستنسل نفسها، وانسداد عليه. سريع جدا من السفر ستفشل لإيداع لاصقة كافية على الورق. أربع تمريرات خلال هذه الفترة (من أعلى إلى أسفل، من أعلى إلى أسفل) كافية في منع الظلال رذاذ.
6. إزالة الاستنسل ووضع الطبقة التالية من الجهاز (هي طبقات مرقمة المتاحة كملفات التكميلية) فوق طبقة رش حديثا، محاذاة حواف الورق. اضغط بقوة طبقتين معا.
7. استبدال الاستنسل وتكرار عملية الرش في كل طبقة من الجهاز. إزالة ستاالمسيخ الأجهزة ومكان التعبئة الشريط عبر الطبقة السفلى. هذا يمنع أي تسرب السوائل من الجهاز. قطع الأجهزة الفردية من ورقة باستخدام مقص، وبعد حافة منطقة مطبوع.

2. مستو 4-طبقة جهاز (الطبقات اوريغامي مطوية) البناء

1. أوراق الطباعة التي تحتوي على جميع طبقات من الجهاز على ورق الترشيح باستخدام طابعة الحبر الصلب. وضع ورقة مرشح على موقد في 170 درجة مئوية لمدة 2 دقيقة. إزالة ورق الترشيح من موقد والسماح لتبرد لRT.
   ملاحظة: هي التصاميم الدقيقة المستخدمة المتاحة كملفات التكميلية.
2. إيداع 4 ميكرولتر من 5 ملم صبغة (الأحمر: الأحمر Allura، أصفر: التارترازين، الأزرق: erioglaucine ثنائي الصوديوم الملح، أخضر: 10: 1 مزيج من التارترازين: erioglaucine ثنائي الصوديوم الملح) في كل فرع (لون واحد لكل فرع) من طبقة 3 (الثالث طبقة من الجزء العلوي من الجهاز الانتهاء) عن طريق micropipette.
3. المشبك ورقة من الأجهزة بين الاستنسل ودعم قاسية، مثل قطعة من الزجاج لوحة، وذلك باستخدام binderclips، أو طريقة مؤقت مماثل آخر. تأكد من أن الاستنسل مسطح ضد الصحيفة.
4. تطبيق لاصق (انظر قائمة المواد والمعدات) مع ما يقرب من 1.33 ثانية (عد أربعة في 180 نبضة في الدقيقة) رذاذ من حوالي 24 سم. أربع تمريرات خلال هذه الفترة (من أعلى إلى أسفل، من أعلى إلى أسفل) كافية في منع الظلال رذاذ.
5. إزالة الاستنسل وتحويل ورقة انتهى. استبدال الاستنسل ورش الجانب الخلفي من الورقة. إزالة ورقة من الأجهزة وتبدأ للطي في طوى الأكورديون، كما هو مبين في الشكل 1. قطع كل جهاز من من ورقة باستخدام مقص، وبعد حافة منطقة مطبوع. ضع الشريط التعبئة عبر الطبقة السفلى.

3. Nonplanar (اوريغامي) بناء الأجهزة

1. جهاز الطباعة (الشكل 2A) على ورق الترشيح باستخدام طابعة الحبر الصلبة ووضع ورقة الترشيح على طبق ساخن في 170 درجة مئوية لمدة 2 دقيقة. إزالة الجهاز من موقد والسماح لتبرد لRT.
   ملاحظة:كما تتوفر ملفات تكميلية التصاميم الدقيقة المستخدمة.
2. نمط الطباعة (الشكل 2C) على ورق الطابعة باستخدام طابعة الحبر الصلب وقطع لحجم ورقة الترشيح تجعد. وضع نمط تجعد على موقد في 170 درجة مئوية لمدة 2 دقيقة، لإذابة الشمع، مما تسبب في نمط لتكون مرئية من كلا وجهي الورقة. إزالة نمط تجعد من موقد والسماح لتبرد لRT.
3. محاذاة حواف نمط تجعد على حواف الورق التي تحتوي على أنماط قناة ونعلق قطعتين من الورق باستخدام مقاطع الموثق، أو طريقة مؤقت مماثل آخر.
4. تتبع نمط تجعد مع القلم حادة، وتطبيق ما يكفي من القوة أن تظهر علامات على ورقة الجهاز، ولكن ليس من الصعب جدا أن ورقة نمط تجعد مزقت. وإذا حدث ذلك، فإن الجهاز مخاطر التلف. يسبب Precreasing ورقة لأضعاف أكثر سهولة، ويسمح لقدر أكبر من الدقة والإحكام في للطي.
5. تبدأ للطي الجهاز مع الجبل والواديطيات وفقا للنمط تجعد. مرة واحدة وقد تم تطبيق لاصقة، لا بد من تجميع الجهاز بأكمله بسرعة كبيرة، لذلك للطي الجهاز إلى أقصى حد ممكن قبل تطبيق لاصقة مفيد جدا.
6. مرة واحدة يتم طي الجهاز، تتكشف جهاز لكشف أجزاء من الجهاز التي تتطلب لاصقة. قطع الأقنعة (الشكل 2D) التي تحد من حيث على لاصق جهاز يمكن تطبيقها، وذلك باستخدام شفرة حلاقة.
7. المشبك الجهاز بين الاستنسل وقناع ودعم قاسية، مثل قطعة من الزجاج لوحة. تأكد من أن الاستنسل مسطح ضد الجهاز. تطبيق لاصق (انظر المواد والمعدات القائمة) مع ما يقرب من 1.33 ثانية (عد أربعة في 180 نبضة في الدقيقة) رذاذ من حوالي 24 سم. أربع تمريرات خلال هذه الفترة (من أعلى إلى أسفل، من أعلى إلى أسفل) كافية في منع الظلال رذاذ. إزالة الاستنسل وتحويل ورقة انتهى. استبدال الاستنسل وقناع ورش الجانب الخلفي من الورقة.
8. على الفور إزالة الجهاز من الاستنسل وتبدأ للطيجهاز. مرة واحدة يتم طي الجهاز بشكل كامل، والضغط لاصقة تحتوي على جزء حتى يجف لاصقة.
   ملاحظة: وقت التجفيف لاصقة حساسة للغاية للرطوبة الجو المحيط، وذلك في مواقع ذات الرطوبة المنخفضة، قابلة للطي في غرفة التحكم الرطوبة تسمح لمزيد من الوقت لاضعاف الجهاز.

4. فتل اختبار لأجهزة 4-طبقة

1. عشوائيا اختيار 20 الأجهزة، التي سبق تجميعها وفقا للبروتوكولات أعلاه. مكان الأجهزة في موقع محمية من أي الرياح أو النسائم لتقليل التبخر. إيداع 40 ميكرولتر المياه في مدخل كل جهاز. تسجيل الوقت المستغرق لكل جهاز لديك كل منافذها وليس صحيحا تماما مع الصبغة.

5. اوريغامي فتل مقارنة

1. بناء اثنين الطاووس اوريغامي - واحد وفقا لبروتوكول أعلاه (القسم 3)، والآخر من دون استخدام الاستنسل خلال تطبيق لاصقة.
2. إدراج واحدة من نهاية ص صغيرأبر الرصاص (حوالي 5 ملم واسعة من قبل 5 سم طويلة) في جسد كل الطاووس.
3. وضع كل من الطاووس في غرفة حافظ على رطوبة نسبية عالية (> 90٪) لتقليل التبخر. وضع كل ساق والرصاص من كل الطاووس في وعاء مملوء 5 ملي صبغ (الأحمر: الأحمر Allura، أصفر: التارترازين والأزرق: erioglaucine ثنائي الصوديوم الملح). سجل عملية فتل مع كاميرا رقمية.

وأجريت اختبارات جهاز 4-طبقة في غرفة مغلقة، يحميهم من أي الرياح أو النسمات التي قد تتسبب في تبخر الزائد من حجم السائل المودعة محدودة. الغالبية العظمى من فتل في الأجهزة 4-طبقة في طبقات وسطى من الجهاز، لذلك كان من المتوقع أن يكون الحد الأدنى الاختلافات في فتل بسرعة بسبب التبخر. بالإضافة إلى ذلك، هناك الحد الأدنى من فتل الجانبية، مع ملم فقط 13 بين مدخل ومخرج أي فرد، مما يوحي بأن الاختلافات في أوقات فتل من المحتمل بسبب الرأسي، نقل البينية السائل. يتم عرض أوقات فتل ومعدلات النجاح المتوسط ​​لأجهزة 4-طبقة شيدت مع كميات مختلفة من مادة لاصقة التطبيقية في الجدول 1.

في الأجهزة مكدسة، أسفرت تغطية لاصقة موحدة في معدلات نجاح عالية نسبيا إنخفاضا كما قمنا بزيادة كمية من مادة لاصقة. منقوشة covera لاصقةأدى جنرال الكتريك في معدلات النجاح منخفضة جدا عندما تم تطبيق لاصق فقط على جانب واحد، ولكن كان أعلى من ذلك بكثير معدلات النجاح ومرات أسرع فتل عندما تم تطبيق لاصق نمط لكلا الجانبين. وصفت نجاحات نموذجية في الشكل 3A. هناك عدة تفسيرات محتملة لهذا السلوك الملاحظ، أي مزيج من التي قد تكون قابلة للتطبيق. قد يكون لاصقة تطبيق حظر جسديا، إما جزئيا أو كليا، المسام على سطح الورقة، مما أدى إلى منطقة اتصال فعالة أصغر بين طبقات الورق. أيضا، لاصقة في حد ذاته قد يكون بمثابة الركيزة التي يسهل اختراقها آخر، والطلاء حتى أثقل من نتيجة لاصقة في طبقة لاصقة سمكا السوائل يجب الفتيل من خلال، مما يؤدي إلى أطول فتل مرات. الزخرفة لاصقة، من ناحية أخرى، ويخلق لاصقة "النقاط" التي تسد جزئيا فقط في مناطق التماس، مما يتيح مزيدا من السوائل إلى ذبالة من طبقة ورقة لطبقة ورقة مباشرة، مما يقلل فتل مرات. ومع ذلك، هذا reduc جدانشوئها في التغطية لاصقة أيضا يقلل من قوة السندات لاصقة بين طبقات الورق، مما أدى إلى انخفاض معدلات النجاح عندما تورم الألياف والطويات تتكشف يسبب طبقات لفصل يكفي أنها لم تعد على اتصال. من خلال مضاعفة حجم الحدود حول قنوات (زيادة مساحة الجهاز الشاملة التي كتبها ~ 30٪)، وزيادة معدلات النجاح للتطبيقات لاصقة المفرد والمزدوج من جانب و. وتعرض مقارنة بين أحجام اثنين في الشكل (4). وقد تميزت فشل الجهاز مكدسة نموذجي من قبل المنافذ التي فشلت في ملء تماما مع الصبغة، أو استغرق وقتا أطول من 5 دقائق لملء الفراغ. ويصور هذا في الشكل 3B.

في أجهزة اوريغامي مطوية، أسفرت تغطية لاصقة موحدة في معدلات النجاح منخفضة مع الفشل الكامل الناتجة عند تطبيق ما يعادلها من مادة لاصقة موجودة في والزي الرسمي، وأجهزة لاصقة من جانب واحد مكدسة. غطاء لاصق منقوشةأدى العمر في أقل من ذلك بكثير معدلات النجاح؛ ومع ذلك، تم تعويض هذا الانخفاض باستخدام أجهزة أكبر قليلا أن كان 3 الحدود ملم. وقد تميزت فشل الجهاز اوريغامي نموذجي من قبل وسائل التي فشلت لملء مع أي كمية من الصبغة. وكانت هذه منفذا حصريا على طول جانبي الجهاز التي تحتوي على التجاعيد. ويصور هذا في الشكل 3C.

وأظهرت الجماهير من مادة لاصقة تطبيقها في ظل أساليب الرش المختلفة في الجدول 2. مدة رذاذ المذكورة أعلاه من 1.33 ثانية (عد أربعة في 180 نبضة في الدقيقة) الودائع 0.26 ملغم / سم 2 (وزن جاف) من مادة لاصقة عندما رش موحد عبر ورقة من الأجهزة، في حين إيداع فقط 0.02 ملغ / سم 2 (وزن جاف) عندما يرش من خلال الاستنسل أن كان 23٪ مفتوحة.

في هياكل 3D nonplanar، أسفرت تغطية لاصقة موحدة في للطي أكثر صعوبة، وجوه المجاورة تمسك قبل الأوان معا. لا يمكن أن تكشفت طبقات داخل هيكل مرة واحدة المجففة لاصقة، ومحاولات للقيام أدى ذلك في ورقة ممزقة. تغطية لاصقة نمط جعل لطي أسهل بكثير، كما كان أي التصاق عرضي التراجع بسهولة. مرة واحدة المجففة لاصقة، يمكن أن يتم سحبها الطبقات بعيدا دون أي تمزيق أو تمزيق ورقة. أسفرت كلتا الطريقتين من تطبيق لاصقة في الأجهزة التي هزمت بنجاح السائل طول قنواتها ودون خلط. ومع ذلك، كان الجهاز بمادة لاصقة تطبيقها بشكل موحد أبطأ بشكل ملحوظ. ويرد الوقت الفاصل بين هذا فتل في الشكل (5). وقد أجريت فتل في غرفة التحكم الرطوبة الاحتفاظ بها في> 90٪ الرطوبة النسبية لتقليل التبخر، كما يزيد تبخر مع انخفاض الرطوبة النسبية. ويرجع ذلك إلى قنوات طويلة موجودة في هذا التصميم، وتصل إلى 165 مم طويل، تبخر يمكن أن تزيد بشكل كبير من الوقت فتل، حتى مع وجود خزان السائل لانهائية.

الشكل 2. أنماط الطاووس. النمط (A) القنال، حيث يشير الأسود المناطق مسعور. (ب) السهام تشير إلى مسار كل صبغ اتخاذها. وتشير الاوساط نقطة الاتصال بين الطبقات والخطوط المنقطة تشير إلى مسارات فتل العمودية. يشار إلى طول كل قناة من مدخل الخاصة به إلى حافة الذيل في ملليمتر. وبلغ متوسط ​​بعرض قناة ما بين 2 و3 مم في منطقة الذيل. (C) الطوية نمط (معدلة من 13). الخطوط الحمراء تتوافق مع طيات الجبل في هيكل النهائي؛ خطوط سوداء تتوافق مع طيات الوادي، خطوط زرقاء تتوافق مع التجاعيد التي لم يتم مطوية في الهيكل النهائي، ولكن مساعدة في خطوات قابلة للطي الأولية. (D) أقنعة وضعت بين الجهاز اوريغامي والاستنسل المعادن خلال تطبيق لاصق، حيث يتم إزالة الأجزاء البيضاء. الرجاء النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 3. النجاح النموذجية والفشل (A) النجاح النموذجية - شغل كل وسائل تماما مع الصبغة. (ب) نموذجي فشل مكدسة - المنافذ التي فشلت ليس لديه بات واضحاERN في توزيعها. (ج) عدم اوريغامي نموذجي - جميع المنافذ التي فشلت في ملء كانت تقع على طول اليسار معظم أو أقصى اليمين العمود، الأقرب إلى التجاعيد. جميع الحانات على نطاق وهي 5 ملم. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 4. حجم الجهاز مقارنة. (A) جهاز أصغر (الحدود 1.6 ملم). (ب) جهاز طريقة (مم الحدود 3). جميع الحانات على نطاق وهي 5 ملم. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الرقم 5. الفاصل الزمني من اوريغامي الطاووس اليسار: زي تغطية لاصقة. الحق: نمط تغطية لاصقة الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الجدول 1. أربعة طبقة أداء الجهاز. متوسط ​​فتل الوقت ونجاح معدلات لمختلف الظروف تطبيق لاصقة. N = 20.

الجدول 2. لاصق التطبيقية المبالغ. سماكة متوسط ​​لاصقة (وزن جاف) تطبق على ساحة 9X9 سم في ظل ظروف الرش المختلفة. N = 10.

الكتاب ليس لديهم ما يكشف.