利用粘合剂图案化构建三维纸质微流控装置

该技术的总体目标是通过气溶胶粘合剂的图案化，制备可在构建过程中及使用后展开的平面和非平面三维纸质微流控装置。该方法通过消除以往限制研究人员仅能制造简单通道网络的设计约束，为纸质微流控技术开辟了全新的设计空间。该技术的主要优势在于，显著减少了纸质微流控装置制造过程中所使用的粘合剂量，并实现了非平面三维纸质微流控回路的构建。

首先，使用固体墨水打印机将设备各层的阵列打印到滤纸上。将每张滤纸置于170摄氏度的加热板上加热两分钟，使基于蜡的墨水融化并完全渗透入纸中，形成疏水屏障。待滤纸冷却后，使用微量移液器在第三层的各个分支中分别加入不同颜色的染料。

取五毫摩尔染料的四微升等分试样即可。现在开始组装。首先，将最底层夹在模板和硬质背衬（如一块平板玻璃）之间。

确保模板紧贴纸张，以尽量减少喷雾阴影。然后将节拍器设置为每分钟180拍，从约24厘米的距离处喷涂粘合剂，持续四拍。将喷罐在模板上均匀移动四次。

如果移动罐体过慢，粘合剂会积聚在丝网本身上，导致丝网堵塞。如果移动罐体过快，则粘合剂涂布量不足。接下来，取下丝网，并将装置的下一层放置在刚喷涂的涂层上，仔细对齐边缘。

将各层牢固地压合在一起，然后再次喷洒粘合剂。重复此操作，直至所有层紧密粘合。

在四层堆叠结构的底层贴上一条封箱胶带，以防止液体泄漏。然后按照打印好的图案将各个装置从堆叠中裁剪下来。与之前的步骤类似，使用固体墨水打印机将装置打印到滤纸上，并在170摄氏度的加热板上加热两分钟以熔化墨水。

进行此操作时，还需以相同方式将折痕图样打印在普通打印纸上。待打印件冷却后，将折痕图样的线条与通道图样的边缘对齐，然后用胶带固定。

接下来，使用钝头触控笔沿折痕图案进行描画。施加足够的力以在器件纸上留下标记，但不要撕破纸张。如果发生撕裂，请重新开始。

这种预折痕技术可提高折叠的准确性和精确度。现在，根据折痕图案，使用山折和谷折开始折叠装置。在施加粘合剂之前进行折叠有助于加快装置的组装速度。

折叠后，将其展开以露出需要涂覆粘合剂的区域。然后，使用刀片切割出掩膜，以限定粘合剂的涂覆范围。接着，将带有掩膜的模板与刚性背板一起将装置平整地夹紧。

使用节拍器计时1.3秒，然后按之前的方法涂布粘合剂。如果环境湿度较低，应在湿度可控的环境中涂布粘合剂，以防止粘合剂干燥过快。接着，取下模板和掩膜，将片材翻转过来。

然后，以相同方式喷涂纸张的背面。立即从模板上取下装置，并开始折叠该装置。当装置完全折叠后，持续按压含粘合剂的部分，直至其完全干燥。

对四层装置进行吸水测试时，随机选取20个装置。将装置放置在避免气流干扰的位置，以尽量减少蒸发。然后在每个装置的入口处加入40 µL水。

记录每个装置的所有出口完全被染料填满所需的时间。对于折纸装置，比较两只折纸孔雀，其中一只按照前述方法制作，另一只在涂胶时未使用模板。然后，将一小段纸导线的一端插入孔雀的主体中。

在相对湿度高于90%的受控条件下，将每条腿以及每只孔雀的纸引线放入盛有5毫摩尔染料的容器中。比较了采用不同用量粘合剂制备的四层装置的平均芯吸时间和成功率。均匀的粘合剂覆盖可实现相对较高的成功率，且随着粘合剂用量的增加，成功率下降。

当图案化粘合剂应用于两侧而非仅一侧时，毛细渗透时间更短，成功率也显著更高。仅在一侧施加粘合剂时，失败情况更为常见。典型的堆叠装置失效表现为出口未能完全被染料填充，或填充时间超过五分钟。

在折纸折叠装置中，装置失效表现为出口无法被任何量的染料填充。这些出口仅位于含有折痕的装置两侧边缘。通过将通道周围边框的尺寸加倍，单面和双面胶粘应用的成功率均有所提高。

两种粘合剂涂布方法均成功制备出能够将液体完全引导通过其通道且无混合现象的装置。然而，采用均匀涂布粘合剂的装置明显较慢。在进行该操作时，必须确保粘合剂的涂布均匀且一致。

请注意，气雾胶粘剂仅应在通风良好的区域中使用。观看本视频后，您应能够充分掌握如何应用和使用图案化胶粘剂来构建平面和非平面的三维纸基微流控装置。该技术将使研究人员能够探索利用非平面结构实现以往平面装置所不具备的功能，例如集成驱动与传感功能。