Method Article

מיקרו-הבלטה: תהליך נוח לייצור מיקרו-ערוצים על מיקרופלואידיקה מבוססת נייר ננוצלולוז

DOI:

10.3791/65965

⸱

October 6th, 2023

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1School of Advanced Technology, Xi’an Jiaotong - Liverpool University, 2Department of Electrical Engineering and Electronics, University of Liverpool, 3State Key Laboratory for Manufacturing Systems Engineering, Xi'an Jiaotong University, 4School of Intelligent Manufacturing and Smart Transportation, Suzhou City University

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

פרוטוקול זה מתאר תהליך פשוט המשתמש במיקרו-תבניות פלסטיק נוחות לפעולות מיקרו-הבלטה פשוטות לייצור מיקרו-ערוצים על נייר תאית ננו-פיברילציה, להשגת רוחב מינימלי של 200 מיקרומטר.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ננו-נייר, המופק מתאית ננו-פיברילציה, עורר עניין רב כחומר מבטיח ליישומים מיקרופלואידים. המשיכה שלו טמונה במגוון תכונות מצוינות, כולל משטח חלק במיוחד, שקיפות אופטית יוצאת דופן, מטריצת ננו-סיבים אחידה עם נקבוביות ננומטרית ותכונות כימיות הניתנות להתאמה אישית. למרות הצמיחה המהירה של מיקרופלואידיקה מבוססת ננו-נייר, הטכניקות הנוכחיות המשמשות ליצירת מיקרו-ערוצים על ננו-נייר, כגון הדפסה תלת-ממדית, ציפוי ריסוס או חיתוך והרכבה ידניים, שהן חיוניות ליישומים מעשיים, עדיין בעלות מגבלות מסוימות, בעיקר רגישות לזיהום. יתר על כן, שיטות אלה מוגבלות לייצור ערוצים בגודל מילימטרי. מחקר זה מציג תהליך פשוט המשתמש במיקרו-תבניות פלסטיק נוחות לפעולות מיקרו-הבלטה פשוטות כדי לייצר מיקרו-ערוצים על ננו-נייר, ולהשיג רוחב מינימלי של 200 מיקרומטר. המיקרו-ערוץ שפותח עולה בביצועיו על גישות קיימות, ומשיג שיפור של פי ארבעה, וניתן לייצר אותו תוך 45 דקות. יתר על כן, פרמטרי הייצור עברו אופטימיזציה, וטבלת עיון מהירה נוחה מסופקת עבור מפתחי יישומים. הודגמה הוכחת היתכנות עבור מערבל למינרי, מחולל טיפות והתקנים אנליטיים פונקציונליים מבוססי ננו-נייר (NanoPADs) המיועדים לחישת רודאמין B באמצעות ספקטרוסקופיית ראמאן משופרת בפני השטח. ראוי לציין כי ה- NanoPADs הציגו ביצועים יוצאי דופן עם מגבלות זיהוי משופרות. ניתן לייחס תוצאות יוצאות דופן אלה לתכונות האופטיות המעולות של ננו-נייר ולשיטת המיקרו-הבלטה המדויקת שפותחה לאחרונה, המאפשרת אינטגרציה וכוונון עדין של ה-NanoPADs.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

לאחרונה, נייר תאית ננו-פיברילציה (NFC) (ננו-נייר) התגלה כחומר מצע מבטיח ביותר עבור יישומים שונים כגון אלקטרוניקה גמישה, התקני אנרגיה וביו-רפואיים 1,2,3,4. ננו-נייר, המופק מצמחים טבעיים, הוא חסכוני, תואם ביולוגית ומתכלה, מה שהופך אותו לחלופה מושכת לנייר תאית מסורתי 5,6. תכונותיו יוצאות הדופן כוללות משטח חלק במיוחד עם חספוס פני שטח של פחות מ-25 ננומטר ומבנה מטריצת תאית צפופה, המאפשר יצירת ננו-מבנים בעלי מבנה גבוה7. קבוצות הידרוקסיל שופעות של ננו-נייר תורמות למבנ....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. תהליך מיקרו-הבלטה לתבניות מיקרו-ערוציות על ננו-נייר

  1. הכנת עובש
    הערה: עיין ב- Yuan et al.12 לקבלת פרטים על הכנת עובש.
    1. הכן סרט PTFE כפי שמצוין בטבלת החומרים.
    2. חתכו בלייזר את סרט ה-PTFE המוכן כדי ליצור תבנית מיקרו-ערוצית קמורה (איור 1A-I).
      הערה: הממדים של תבנית PTFE קובעים את ממדי המיקרו-ערוצים (איור 2E,F) בקשר פונקציות ליניארי מסדר ראשון.
  2. הכנת ננו-נייר
    1. יש לפזר 4.0 גרם של ג'ל NFC מחומצן (2,2,6,6-tetramethylpiperidin-1-yl)oxyl (TEMPO) (ראו טבלת חומרים<....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

שיטה ייחודית ליצירת תבניות מיקרו-ערוצים על גבי ננו-נייר פותחה תוך שימוש במיקרו-תבניות פלסטיק מעשיות באמצעות טכניקת מיקרו-הבלטה נוחה. יש לציין כי שיטה זו משיגה תבניות מיקרו-ערוציות בקנה מידה קטן כמו 200 מיקרומטר, המייצג שיפור של פי ארבעה בהשוואה לשיטות קיימות32,33,34. לאחר כוונון עדין של פרמטרי התבניות, ההנחיות שסופקו מציגות חזרתיות מצוינת בתהליך הייצור, המאופיין בסטיות תקן מינימליות. השונות הגבוהה ביותר שנצפתה ברוחב היא רק 2.5%,.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

המוקד העיקרי של מחקר זה הוא לפתח שיטה פשוטה לייצור מיקרו-ערוצים על ננו-נייר. טכניקת הבלטה יעילה פותחה תוך שימוש ב-PTFE כתבנית להתמודדות עם אתגר זה12. על ידי אופטימיזציה של הטמפרטורה ולחץ ההבלטה, נערכה סדרה של ניסויים כדי לבסס תהליך ייצור אמין עבור NanoPADs. בנוסף, הודגם שימוש בטבלת ייחוס מהיר להתאמת היישומים של NanoPADs בתחומים שונים. למרות ששיטה זו יעילה ויציבה, נתקלו בכמה אתגרים. בתחילה, מתכות שימשו כתבניות בשל חלקותן, אך התעוררו קשיים בהסרתן מג'ל ננו-נייר דביק. בסופו של דבר, PTFE נבחר בשל תכונו.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

למחברים אין מה לחשוף.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

המחברים מודים על התמיכה הכספית מהתוכניות של הקרן למדעי הטבע של ג'יאנגסו להשכלה גבוהה (22KJB460033), ותוכנית המדע והטכנולוגיה של ג'יאנגסו - חוקר צעיר (BK20200251). עבודה זו נתמכת חלקית גם על ידי מרכז המחקר של אוניברסיטת XJTLU AI, מרכז המחקר ההנדסי של מחוז ג'יאנגסו למדעי הנתונים והחישוב הקוגניטיבי ב- XJTLU ופלטפורמת החדשנות SIP AI (YZCXPT2022103). התמיכה של מעבדת המפתח הממלכתית להנדסת מערכות ייצור באמצעות הפרויקט הפתוח (SKLMS2023019) ומעבדת המפתח להנדסה ביונית, משרד החינוך, מוכרת גם היא.

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
AgNO3 Hushi (שנגחאי, סין)7761-88-8>99%
אתנולHushi (שנגחאי, סין)64-17-5>99%
HexadecaneMacklin (שנגחאי, סין)544-76-3>99%
LabSpec softwareHoriba (יפן)LabSpec5
מלמיןמקלין (שנגחאי, סין)108-78-1>99%
NaBH4Aladdin (שנחאי, סין)16940-66-2>99%
תוכנת מעבדת מקורOriginLab (ארה"ב)
פוליאתילן טרפתלט (PET) מאיירס תעשיות (אקרון, ארה"ב)
סרטי פוליטטרפלואורואתילןשנזן Huashenglong חומר פלסטי ושות', בע"מ (שנזן, סין)סרט טפלון
PVDF מסנן קרוםEMD Millipore Corporation (ארה"ב)VVLP04700גודל נקבוביות: 0.1 μ m
ספקטרומטר ראמאןHoriba (יפן)Xplo RA
Rhodamine BMacklin (שנחאי, סין)81-88-9>95%
מיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM)FEI (ארה"ב)Scios 2 HiVac
פרוסת סיליקוןHoriba (יפן)קוטר: 5 מ"מ
תמיסת NFC מחומצנת TEMPOאוניברסיטת טיאנג'ין למדע וטכנולוגיה1.0% משקל מוצק, רמת קרבוקסילט 2.0 ממול/גרם מוצק, קוטר ננו-סיבים ממוצע: 10 ננומטר

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Zhu, H., Fang, Z., Preston, C., Li, Y., Hu, L. Transparent paper: fabrications, properties, and device applications. Energy & Environmental Science. 7 (1), 269-287 (2013).
  2. Nogi, M., Iwamoto, S., Nakagaito, A. N., Yano, H. Optically transparent nanofiber paper. Advanced Ma....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Nanocellulose PaperMicroembossing ProcessMicrofluidic DevicesMicrochannel FabricationNanopaper MicrofluidicsSurface Enhanced RamanMicrochannel PatterningPTFE MoldLaminar MixerDroplet Generator

Related Articles