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

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

Primero, imprima un arreglo de cada capa del dispositivo sobre papel filtro utilizando una impresora de tinta sólida. Coloque cada papel filtro sobre una placa calefactora a 170 grados Celsius durante dos minutos, para fundir la tinta a base de cera y permitir que penetre completamente en el papel, formando barreras hidrofóbicas. Una vez que el papel haya enfriado, coloque un color diferente de tinte en cada una de las ramas de la capa tres utilizando una micropipeta.

Aliquotas de cuatro microlitros de colorantes cinco milimolares serán suficientes. Ahora, comience la construcción. Primero, sujete la capa más baja entre la plantilla y un soporte rígido, como un trozo de vidrio plano.

Asegúrese de que la plantilla esté plana sobre el papel para minimizar las sombras del aerosol. Luego, configure un metrónomo a 180 pulsaciones por minuto y rocíe adhesivo desde aproximadamente 24 centímetros de distancia durante cuatro pulsos. Mueva el bote a lo largo de la plantilla en cuatro movimientos uniformes.

Si la lata se mueve demasiado lentamente, el adhesivo se acumulará en la propia plantilla, obstruyéndola. 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 por los bordes.

Presione firmemente las capas juntas. Luego, rocíe el adhesivo nuevamente. Continúe este proceso hasta que todas las capas estén firmemente adheridas.

Sobre la pila de cuatro capas, coloque una tira de cinta adhesiva en la capa inferior para evitar que el líquido se escape. Luego, se pueden cortar dispositivos individuales de la pila siguiendo el patrón impreso. Al igual que en el procedimiento anterior, imprima el dispositivo sobre papel de filtro utilizando una impresora de tinta sólida y derrita la tinta en una placa calefactora a 170 grados Celsius durante dos minutos.

Para este procedimiento, imprima también el patrón de doblez de la misma manera, pero en papel de impresora común. Una vez que las impresiones hayan enfriado, alinee las líneas del patrón de doblez con los bordes de los patrones de los canales. Luego, sujételos con cinta adhesiva.

A continuación, siga el patrón de dobleces con un estilete romo. Aplique suficiente fuerza para marcar la hoja del dispositivo, pero sin romper el papel. Si se produce un desgarro, comience de nuevo.

Esta técnica de pre-doblado aumenta la precisión y exactitud del plegado. Ahora, comience a doblar el dispositivo utilizando pliegues de montaña y de valle según el patrón de dobleces. Plegar antes de aplicar el adhesivo ayuda a acelerar el ensamblaje del dispositivo.

Una vez plegado, despliéguelo para exponer las partes que requieren adhesivo. Luego, con una cuchilla, corte las mascarillas para limitar las zonas donde se aplicará el adhesivo. Ahora, sujete firmemente el dispositivo en posición plana entre la plantilla con la mascarilla y un soporte rígido.

Utilice un metrónomo para medir 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 no se seque demasiado rápido. A continuación, retire la plantilla y la máscara y dé la vuelta a la hoja.

Luego, rocíe el lado posterior del papel de la misma manera. Inmediatamente retire el dispositivo de la plantilla y comience a plegar el dispositivo. Una vez que el dispositivo esté completamente plegado, aplique presión continua sobre la parte que contiene el adhesivo hasta que esté seco.

Para realizar una prueba de absorción capilar en los dispositivos de cuatro capas, seleccione aleatoriamente 20 dispositivos. Coloque los dispositivos en un lugar protegido 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 colorante. Para los dispositivos de origami, compare dos pavos reales de origami, uno elaborado como se describió anteriormente y el otro elaborado sin usar la plantilla al aplicar el adhesivo. Luego, inserte un extremo de una pequeña punta de papel en el cuerpo del pavo real.

Bajo humedad relativa controlada, superior al 90 %, coloque cada pata y la punta de papel de cada pavo real en un recipiente lleno con un colorante de cinco milimolares. Se compararon los tiempos promedio de absorción por capilaridad y las tasas de éxito para dispositivos de cuatro capas construidos con diferentes cantidades de adhesivo aplicado. Una cobertura uniforme de adhesivo dio como resultado tasas de éxito relativamente altas que disminuyeron con el aumento de la cantidad de adhesivo.

Las tasas de éxito también fueron mucho más altas con tiempos de absorción más rápidos cuando el adhesivo estructurado se aplicaba en ambos lados, en comparación con cuando solo se aplicaba en un lado. Los fallos ocurrieron con mayor frecuencia cuando el adhesivo se aplicaba únicamente en un lado. El fallo típico del dispositivo apilado se caracterizó por salidas que no se llenaron completamente con el colorante o que tardaron más de cinco minutos en llenarse.

En los dispositivos plegados mediante origami, el fallo del dispositivo se caracterizó por salidas que no se llenaron con ninguna cantidad de colorante. Estas salidas se ubicaron exclusivamente a lo largo de los dos bordes del dispositivo que contenían los pliegues. Al duplicar el tamaño del borde alrededor de los canales, las tasas de éxito tanto para aplicaciones de adhesivo simples como dobles aumentaron.

Ambos métodos de aplicación del adhesivo dieron como resultado dispositivos que canalizaron con éxito el líquido a lo largo de sus canales sin mezclarlo. Sin embargo, el dispositivo con adhesivo aplicado de manera uniforme fue notablemente más lento. Al realizar este procedimiento, es importante asegurar una aplicación de adhesivo uniforme y constante.

Téngase en cuenta que el adhesivo en aerosol solo debe aplicarse en áreas bien ventiladas. Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo aplicar y utilizar adhesivos con patrón para construir dispositivos microfluídicos en papel tridimensionales planos y no planos. Esta técnica permitirá a los investigadores explorar el uso de estructuras no planas para lograr funcionalidades que antes no se encontraban en dispositivos planos, como la actuación y detección integradas.