Utilisation de l'adhésif Patterning de construire papier dispositifs microfluidiques 3D

L’objectif global de cette technique est de créer des dispositifs microfluidiques en papier tridimensionnels planaires et non planaires qui peuvent être dépliés pendant la construction et après utilisation grâce au motif de l’adhésif en aérosol. Cette méthode ouvre un tout nouvel espace de conception pour la microfluidique du papier, en supprimant les contraintes qui empêchaient auparavant les chercheurs de fabriquer à partir de réseaux à canaux simples. Les principaux avantages de cette technique sont qu’elle réduit considérablement la quantité d’adhésif appliquée lors de la fabrication de dispositifs microfluidiques en papier et qu’elle permet la construction de circuits microfluidiques tridimensionnels sur papier non plans.

Tout d’abord, imprimez un tableau de chaque couche de l’appareil sur du papier filtre à l’aide d’une imprimante à encre solide. Placez chaque papier filtre sur une plaque chauffante à 170 degrés Celsius pendant deux minutes, pour faire fondre l’encre à base de cire, et laissez-la pénétrer complètement dans le papier, formant des barrières hydrophobes. Une fois le papier refroidi, mettez une couleur de colorant différente dans chacune des branches de la troisième couche à l’aide d’une micropipette.

Quatre aliquotes d’un microlitre de cinq colorants millimolaires suffiront. Maintenant, commencez la construction. Tout d’abord, fixez la couche la plus basse entre le pochoir et un support rigide, tel qu’un morceau de verre plat.

Assurez-vous que le pochoir est à plat contre le papier pour minimiser les ombres de pulvérisation. Ensuite, réglez un métronome sur 180 battements par minute et vaporisez de l’adhésif à une distance d’environ 24 centimètres pendant quatre temps. Déplacez la boîte sur le pochoir en quatre mouvements réguliers.

Si la boîte est déplacée trop lentement, l’adhésif s’accumulera sur le pochoir lui-même, obstruant le pochoir. Si la boîte est déplacée trop rapidement, il n’y aura pas assez d’adhésif appliqué. Ensuite, retirez le pochoir et positionnez la couche suivante de l’appareil sur la couche fraîchement pulvérisée, en les alignant soigneusement sur les bords.

Appuyez fermement sur les couches ensemble. Ensuite, vaporisez à nouveau l’adhésif. Continuez ce processus jusqu’à ce que toutes les couches soient bien collées.

Sur la pile à quatre couches, collez une bande de ruban adhésif sur la couche inférieure pour empêcher le liquide de s’échapper. Ensuite, des appareils individuels peuvent être découpés dans la pile en suivant le motif imprimé. Comme pour la procédure précédente, imprimez l’appareil sur du papier filtre à l’aide d’une imprimante à encre solide et faites fondre l’encre sur une plaque chauffante à 170 degrés Celsius pendant deux minutes.

Pour cette procédure, imprimez également le motif de pli de la même manière, mais sur du papier d’imprimante ordinaire. Une fois les impressions refroidies, alignez les lignes du motif de pli sur les bords des motifs de canal. Ensuite, fixez-les à l’aide de ruban adhésif.

Ensuite, tracez le motif du pli avec un stylet émoussé. Appliquez suffisamment de force pour marquer la feuille de l’appareil, mais ne déchirez pas le papier. Si une déchirure se produit, recommencez.

Cette technique de pré-rainage augmente l’exactitude et la précision du pliage. Maintenant, commencez à plier l’appareil en utilisant les plis de la montagne et de la vallée selon le motif du pli. Le pliage avant l’application de l’adhésif permet d’accélérer l’assemblage de l’appareil.

Une fois plié, dépliez-le pour exposer les parties qui nécessitent de l’adhésif. Ensuite, à l’aide d’une lame, découpez les masques pour limiter l’endroit où l’adhésif sera appliqué. Maintenant, fixez l’appareil à plat entre le pochoir avec le masque et un support rigide.

Utilisez un métronome pour expirer 1,3 seconde et appliquez l’adhésif comme précédemment. Si l’humidité ambiante est faible, appliquez l’adhésif dans un endroit à humidité contrôlée afin qu’il ne sèche pas trop rapidement. Ensuite, retirez le pochoir et le masque et retournez la feuille.

Ensuite, vaporisez le dos du papier de la même manière. Retirez immédiatement l’appareil du pochoir et commencez à plier l’appareil. Une fois l’appareil complètement plié, appliquez une pression continue sur la partie contenant de l’adhésif jusqu’à ce qu’elle soit sèche.

Pour effectuer un test d’évacuation de l’humidité sur les appareils à quatre couches, sélectionnez au hasard 20 appareils. Placez les appareils à l’abri des courants d’air afin de minimiser l’évaporation. Ensuite, déposez 40 microlitres d’eau à l’entrée de chaque appareil.

Notez le temps qu’il faut à chaque appareil pour que toutes ses sorties soient complètement remplies de colorant. Pour les dispositifs en origami, comparez deux paons en origami, l’un fabriqué comme décrit précédemment, et l’autre fabriqué sans utiliser le pochoir lors de l’application de l’adhésif. Ensuite, insérez une extrémité d’un petit plomb en papier dans le corps du paon.

Sous une humidité relative contrôlée, au-dessus de 90 %, placez chaque patte et le papier de chaque paon dans un récipient rempli de colorant à cinq millimolaires. Les temps moyens d’évacuation de l’humidité et les taux de réussite pour les dispositifs à quatre couches construits avec différentes quantités d’adhésif appliqué ont été comparés. Une couverture uniforme de l’adhésif a entraîné des taux de réussite relativement élevés qui ont diminué avec l’augmentation des quantités d’adhésif.

Les taux de réussite étaient également beaucoup plus élevés, avec des temps d’évacuation plus rapides lorsque l’adhésif à motifs était appliqué sur les deux côtés, plutôt que sur un seul côté. Les défaillances se produisaient plus fréquemment lorsque l’adhésif n’était appliqué que sur un seul côté. Les défaillances typiques des appareils empilés étaient caractérisées par des sorties qui ne se remplissaient pas complètement de colorant ou dont le remplissage prenait plus de cinq minutes.

Dans les appareils pliés en origami, la défaillance de l’appareil était caractérisée par des sorties qui ne se remplissaient pas avec une quelconque quantité de colorant. Ces sorties étaient exclusivement situées le long des deux bords de l’appareil qui contenaient les plis. En doublant la taille de la bordure autour des canaux, les taux de réussite des applications adhésives simple et double face ont augmenté.

Les deux méthodes d’application de l’adhésif ont permis d’obtenir des dispositifs qui ont réussi à acheminer le liquide sur toute la longueur de leurs canaux et sans mélange. Cependant, l’appareil avec un adhésif appliqué uniformément était nettement plus lent. Lors de cette procédure, il est important d’assurer une application uniforme et cohérente de l’adhésif.

Notez que l’adhésif en aérosol ne doit être appliqué que dans des zones bien ventilées. Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la façon d’appliquer et d’utiliser des adhésifs à motifs pour construire des dispositifs microfluidiques en papier 3D planaires et non planaires. Cette technique permettra aux chercheurs d’explorer l’utilisation de structures non planes pour obtenir des fonctionnalités qui n’existaient pas auparavant dans les dispositifs planaires, comme l’actionnement et la détection intégrés.