El uso de adhesivo Patrones para construir dispositivos de microfluidos de papel 3D

El objetivo general de esta técnica es crear dispositivos microfluídicos de papel tridimensionales planos y no planos que puedan desplegarse durante la construcción y después de su uso mediante el patrón de adhesivo en aerosol. Este método abre un nuevo espacio de diseño para la microfluídica del papel, al eliminar las limitaciones que anteriormente impedían a los investigadores fabricar a partir de redes de canales simples. Las principales ventajas de esta técnica son que reduce significativamente la cantidad de adhesivo aplicado durante la fabricación de dispositivos microfluídicos de papel y que permite la construcción de circuitos microfluídicos tridimensionales de papel no planos.

En primer lugar, imprima una matriz de cada capa del dispositivo en papel de filtro utilizando una impresora de tinta sólida. Coloque cada papel de filtro en una placa caliente a 170 grados centígrados durante dos minutos, para derretir la tinta a base de cera y permitir que penetre completamente en el papel, formando barreras hidrofóbicas. Una vez que el papel se haya enfriado, pon un color de tinte diferente en cada una de las ramas de la capa tres con una micropipeta.

Cuatro alícuotas de cinco milimolares serán suficientes. Ahora, comienza la construcción. Primero, sujeta la capa más inferior entre la plantilla y un respaldo rígido, como un pedazo de placa de vidrio.

Asegúrate de que la plantilla esté plana contra el papel para minimizar las sombras de rociado. A continuación, ajusta un metrónomo a 180 pulsaciones por minuto y rocía adhesivo a una distancia aproximada de 24 centímetros durante cuatro pulsaciones. Mueve la lata a través de la plantilla en cuatro movimientos uniformes.

Si la lata se mueve demasiado lentamente, el adhesivo se acumulará en la plantilla, obstruyendo la plantilla. Si la lata se mueve demasiado rápido, no se aplicará suficiente adhesivo. A continuación, retire la plantilla y coloque la siguiente capa del dispositivo sobre la capa recién rociada, alineándolas cuidadosamente en los bordes.

Presione firmemente las capas juntas. A continuación, vuelve a pulverizar el adhesivo. Continúe este proceso hasta que todas las capas estén bien adheridas.

En la pila de cuatro capas, pegue una tira de cinta de embalaje a través de la capa inferior para evitar que el líquido se escape. A continuación, los dispositivos individuales se pueden cortar de la pila siguiendo el patrón impreso. Al igual que en el procedimiento anterior, imprima el dispositivo en papel de filtro con una impresora de tinta sólida y derrita la tinta en una placa caliente a 170 grados centígrados durante dos minutos.

Para este procedimiento, imprima también el patrón de pliegue de la misma manera, pero en papel de impresora normal. Una vez que las impresiones se hayan enfriado, alinea las líneas del patrón de pliegue con los bordes de los patrones de canal. Luego, asegúrelos con cinta adhesiva.

A continuación, traza el patrón de pliegues con un lápiz óptico romo. Aplique suficiente fuerza para marcar la hoja del dispositivo, pero no rasgue el papel. Si se produce un desgarro, comience de nuevo.

Esta técnica de prehendido aumenta la exactitud y precisión del plegado. Ahora, comience a doblar el dispositivo usando pliegues de montaña y valle de acuerdo con el patrón de pliegues. El plegado antes de la aplicación del adhesivo ayuda a acelerar el ensamblaje del dispositivo.

Una vez doblado, despliégalo para exponer las partes que requieren adhesivo. Luego, con una cuchilla, corte las máscaras para limitar dónde se aplicará el adhesivo. Ahora, sujete el dispositivo de forma plana entre la plantilla con la máscara y un respaldo rígido.

Utilice un metrónomo para agotar el tiempo de espera de 1,3 segundos y aplique el adhesivo como antes. Si la humedad ambiental es baja, aplique el adhesivo en un área con humedad controlada para que el adhesivo no se seque demasiado rápido. A continuación, retira la plantilla y la mascarilla y dale la vuelta a la hoja.

Luego, rocíe el reverso del papel de la misma manera. Retire inmediatamente el dispositivo de la plantilla y comience a doblar el dispositivo. Una vez que el dispositivo esté completamente doblado, aplique una presión continua sobre la parte que contiene adhesivo hasta que se seque.

Para realizar una prueba de absorción en los dispositivos de cuatro capas, seleccione aleatoriamente 20 dispositivos. Coloque los dispositivos donde estén protegidos de las corrientes de aire para minimizar la evaporación. Luego, deposite 40 microlitros de agua en la entrada de cada dispositivo.

Registre el tiempo que tarda cada dispositivo en tener todas sus salidas completamente llenas de tinte. Para los dispositivos de origami, compare dos pavos reales de origami, uno hecho como se describió anteriormente y el otro hecho sin usar la plantilla mientras aplicaba el adhesivo. Luego, inserta un extremo de un pequeño cable de papel en el cuerpo del pavo real.

Bajo humedad relativa controlada, por encima del 90%, coloque cada pata y el plomo de papel de cada pavo real en un recipiente lleno de tinte de cinco milimolares. Se compararon los tiempos promedio de absorción y las tasas de éxito de los dispositivos de cuatro capas construidos con diferentes cantidades de adhesivo aplicado. La cobertura uniforme del adhesivo dio como resultado tasas de éxito relativamente altas que disminuyeron con el aumento de las cantidades de adhesivo.

Las tasas de éxito también fueron mucho más altas, con tiempos de absorción más rápidos cuando el adhesivo estampado se aplicó en ambos lados, que solo en un lado. Las fallas ocurrieron con mayor frecuencia cuando el adhesivo se aplicó solo en un lado. La falla típica de un dispositivo apilado se caracterizó por salidas que no se llenaron completamente con tinte o tardaron más de cinco minutos en llenarse.

En los dispositivos plegados de origami, la falla del dispositivo se caracterizó por salidas que no se llenaron con ninguna cantidad de tinte. Estas salidas estaban ubicadas exclusivamente a lo largo de los dos bordes del dispositivo que contenían los pliegues. Al duplicar el tamaño del borde alrededor de los canales, aumentaron las tasas de éxito para las aplicaciones de adhesivos de una y dos caras.

Ambos métodos de aplicación de adhesivos dieron como resultado dispositivos que dirigían con éxito el líquido a lo largo de sus canales y sin mezclarse. Sin embargo, el dispositivo con adhesivo aplicado uniformemente era notablemente más lento. Al intentar este procedimiento, es importante garantizar una aplicación uniforme y consistente del adhesivo.

Tenga en cuenta que el adhesivo en aerosol solo debe aplicarse en áreas bien ventiladas. Después de ver este video, debe tener una buena comprensión de cómo aplicar y usar adhesivos estampados para construir dispositivos microfluídicos de papel 3D planos y no planos. Esta técnica permitirá a los investigadores explorar el uso de estructuras no planas para lograr una funcionalidad que no se encuentra anteriormente en los dispositivos planos, como la actuación y la detección integradas.