باستخدام لاصق الزخرفة لانشاء 3D ورقة أجهزة ميكروفلويديك

الهدف العام من هذه التقنية هو إنشاء أجهزة موائع دقيقة ثلاثية الأبعاد للورق مستو وغير مستوي يمكن فتحها أثناء البناء وبعد الاستخدام من خلال زخرفة لاصق الهباء الجوي. تفتح هذه الطريقة مساحة تصميم جديدة تماما للموائع الدقيقة الورقية ، عن طريق إزالة القيود التي كانت تمنع الباحثين سابقا من تصنيع شبكات القنوات العادية. تتمثل المزايا الأساسية لهذه التقنية في أنها تقلل بشكل كبير من كمية المادة اللاصقة المطبقة أثناء تصنيع أجهزة الموائع الدقيقة الورقية ، وأنها تمكن من بناء دوائر الموائع الدقيقة الورقية ثلاثية الأبعاد غير المستوية.

أولا، اطبع مصفوفة من كل طبقة للجهاز على ورق ترشيح باستخدام طابعة حبر صلب. ضع كل ورق ترشيح على لوح ساخن على حرارة 170 درجة مئوية لمدة دقيقتين ، لإذابة الحبر القائم على الشمع ، والسماح له بالتغلغل بالكامل في الورق ، وتشكيل حواجز كارهة للماء. بمجرد أن يبرد الورق ، ضع لون صبغة مختلف في كل فرع من فروع الطبقة الثالثة باستخدام ماصة دقيقة.

تكفي أربعة أجزاء ميكرولتر من خمسة أصباغ مللي مولار. الآن ، ابدأ البناء. أولا ، قم بتثبيت الطبقة السفلية بين الاستنسل ودعامة صلبة ، مثل قطعة من الألواح الزجاجية.

تأكد من أن الاستنسل مسطح على الورق لتقليل ظلال الرش. بعد ذلك ، اضبط بندول الإيقاع على 180 نبضة في الدقيقة ورش المادة اللاصقة من مسافة 24 سم تقريبا لأربع نبقات. حرك العلبة عبر الاستنسل بأربع حركات متساوية.

إذا تم تحريك العلبة ببطء شديد ، فسوف تتراكم المادة اللاصقة على الاستنسل نفسه ، مما يؤدي إلى انسداد الاستنسل. إذا تم تحريك العلبة بسرعة كبيرة ، فلن يتم تطبيق مادة لاصقة كافية. بعد ذلك ، قم بإزالة الاستنسل وضع الطبقة التالية من الجهاز فوق الطبقة التي تم رشها حديثا ، وقم بمحاذاة الحواف بعناية.

اضغط بقوة على الطبقات معا. ثم رش المادة اللاصقة مرة أخرى. استمر في هذه العملية حتى يتم التصاق جميع الطبقات بإحكام.

على المكدس المكون من أربع طبقات ، قم بلصق شريط من شريط التعبئة عبر الطبقة السفلية لمنع تسرب السوائل. بعد ذلك ، يمكن قطع الأجهزة الفردية من المكدس باتباع النمط المطبوع. مثل الإجراء السابق ، قم بطباعة الجهاز على ورق ترشيح باستخدام طابعة حبر صلب وقم بإذابة الحبر على لوح ساخن عند 170 درجة مئوية لمدة دقيقتين.

في هذا الإجراء ، قم أيضا بطباعة نمط التجعد بنفس الطريقة ، ولكن على ورق الطابعة العادي. بمجرد أن تبرد المطبوعات، قم بمحاذاة خطوط نمط التجعد مع حواف أنماط القناة. ثم قم بتثبيتها باستخدام شريط لاصق.

بعد ذلك ، تتبع نمط التجعد بقلم حاد. استخدم قوة كافية لتمييز ورقة الجهاز ولكن لا تمزق الورق. في حالة حدوث تمزق ، ابدأ من جديد.

تزيد تقنية التجعيد المسبق هذه من دقة ودقة الطي. الآن ، ابدأ في طي الجهاز باستخدام طيات الجبال والوادي وفقا لنمط التجعد. يساعد الطي قبل تطبيق المادة اللاصقة على تسريع تجميع الجهاز.

بمجرد طيها ، افتحها لكشف الأجزاء التي تتطلب مادة لاصقة. ثم ، باستخدام شفرة ، قم بقطع الأقنعة للحد من مكان تطبيق المادة اللاصقة. الآن ، قم بتثبيت الجهاز بشكل مسطح بين الاستنسل بالقناع ودعم صلب.

استخدم بندول الإيقاع لمهلة 1.3 ثانية وتطبيق المادة اللاصقة كما كان من قبل. إذا كانت الرطوبة المحيطة منخفضة ، فضع المادة اللاصقة في منطقة يتم التحكم فيها بالرطوبة حتى لا تجف المادة اللاصقة بسرعة كبيرة. بعد ذلك ، قم بإزالة الاستنسل والقناع واقلب الورقة.

ثم رش الجانب الخلفي من الورقة بنفس الطريقة. قم بإزالة الجهاز على الفور من الاستنسل وابدأ في طي الجهاز. بمجرد طي الجهاز بالكامل ، قم بالضغط المستمر على الجزء المحتوي على المادة اللاصقة حتى يجف.

لإجراء اختبار فتل على الأجهزة المكونة من أربع طبقات ، حدد 20 جهازا بشكل عشوائي. ضع الأجهزة في المكان المحمي من التيارات الهوائية لتقليل التبخر. ثم قم بإيداع 40 ميكرولترا من الماء عند مدخل كل جهاز.

سجل الوقت الذي يستغرقه كل جهاز حتى تمتلئ جميع منافذه بالكامل بالصبغة. بالنسبة لأجهزة الأوريغامي ، قارن بين اثنين من الطاووس الأوريغامي ، أحدهما مصنوع كما هو موضح سابقا ، والآخر مصنوع دون استخدام الاستنسل أثناء تطبيق المادة اللاصقة. ثم أدخل أحد طرفي سلك الورق الصغير في جسم الطاووس.

تحت الرطوبة النسبية الخاضعة للرقابة ، ضع فوق 90٪ كل ساق وسلك الورق لكل طاووس في وعاء مملوء بصبغة خمسة مللي مولار. تمت مقارنة متوسط أوقات الفتل ومعدلات النجاح للأجهزة المكونة من أربع طبقات التي تم إنشاؤها بكميات مختلفة من المواد اللاصقة المطبقة. أدت التغطية اللاصقة الموحدة إلى معدلات نجاح عالية نسبيا انخفضت مع زيادة كميات المواد اللاصقة.

كانت معدلات النجاح أيضا أعلى بكثير مع أوقات الفتل الأسرع عندما تم تطبيق المادة اللاصقة المزخرفة على كلا الجانبين ، من جانب واحد فقط. حدثت حالات الفشل بشكل متكرر عندما تم تطبيق المادة اللاصقة على جانب واحد فقط. تميز فشل الجهاز المكدس النموذجي بالمنافذ التي فشلت في ملء الصبغة بالكامل أو استغرقت أكثر من خمس دقائق لملئها.

في الأجهزة المطوية بالاوريغامي ، تميز فشل الجهاز بمنافذ فشلت في ملء أي كمية من الصبغة. كانت هذه المنافذ موجودة حصريا على طول حافتي الجهاز اللذين يحتويان على التجاعيد. من خلال مضاعفة حجم الحدود حول القنوات ، زادت معدلات النجاح لكل من تطبيقات المواد اللاصقة أحادية الوجهين ومزدوجة.

نتج عن كلتا الطريقتين لتطبيق المادة اللاصقة أجهزة نجحت في توجيه السائل بطول قنواتها وبدون خلط. ومع ذلك ، كان الجهاز ذو المادة اللاصقة المطبقة بشكل موحد أبطأ بشكل ملحوظ. أثناء محاولة هذا الإجراء ، من المهم التأكد من تطبيق لاصق متساو ومتسق.

لاحظ أنه يجب تطبيق لاصق الهباء الجوي فقط في المناطق جيدة التهوية. بعد مشاهدة هذا الفيديو ، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية تطبيق واستخدام المواد اللاصقة المزخرفة لبناء أجهزة ميكروفلويديك ورقية ثلاثية الأبعاد مستوية وغير مستوية. ستسمح هذه التقنية للباحثين باستكشاف استخدام الهياكل غير المستوية لتحقيق وظائف لم تكن موجودة سابقا في الأجهزة المستوية ، مثل التشغيل والاستشعار المتكاملين.