באמצעות דפוסים דבקים כדי לבנות התקני 3D נייר Microfluidic

המטרה הכוללת של טכניקה זו היא ליצור התקנים מיקרופלואידיים תלת מימדיים נייר מישוריים ולא מישוריים המסוגלים להיפרש במהלך הבנייה ולאחר השימוש באמצעות דפוס של דבק אירוסול. שיטה זו פותחת מרחב עיצוב חדש לגמרי למיקרופלואידיקה מנייר, על ידי הסרת אילוצים שמנעו בעבר מחוקרים לייצר רשתות ערוצים רגילות. היתרונות העיקריים של טכניקה זו הם בכך שהיא מפחיתה משמעותית את כמות הדבק המיושמת במהלך ייצור מכשירים מיקרופלואידיים מנייר, ושהיא מאפשרת בניית מעגלים מיקרופלואידיים תלת מימדיים מנייר לא מישוריים.

ראשית, הדפס מערך של כל שכבה עבור המכשיר על נייר סינון באמצעות מדפסת דיו מוצק. הניחו כל נייר סינון על פלטה חמה בטמפרטורה של 170 מעלות צלזיוס למשך שתי דקות, כדי להמיס את הדיו על בסיס שעווה, ולאפשר לו לחדור במלואו לתוך הנייר וליצור מחסומים הידרופוביים. לאחר שהנייר התקרר, שים צבע שונה בכל אחד מענפי שכבה שלוש באמצעות מיקרופיפטה.

ארבעה מיקרוליטר של חמישה צבעים מילי-מולאריים יספיקו. עכשיו, התחילו בבנייה. ראשית, מהדקים את השכבה התחתונה ביותר בין השבלונה לגב נוקשה, כגון חתיכת זכוכית צלחת.

ודא שהשבלונה שטוחה כנגד הנייר כדי למזער צללי ריסוס. לאחר מכן, הגדר מטרונום ל -180 פעימות לדקה ורסס דבק ממרחק של כ -24 סנטימטרים למשך ארבע פעימות. העבר את הפחית על פני השבלונה בארבע תנועות שוות.

אם הפחית מועברת לאט מדי, הדבק יצטבר על השבלונה עצמה ויסתום את השבלונה. אם הפחית מועברת מהר מדי, לא יוחל מספיק דבק. לאחר מכן, הסר את השבלונה ומקם את השכבה הבאה של המכשיר מעל השכבה הטרייה שרוססה טרייה, ויישר אותם בזהירות בקצוות.

לחץ בחוזקה את השכבות זו לזו. לאחר מכן, רססו את הדבק שוב. המשך בתהליך זה עד שכל השכבות נדבקות היטב.

על הערימה בת ארבע השכבות, הדביקו רצועת סרט אריזה על פני השכבה התחתונה כדי למנוע דליפת נוזלים החוצה. לאחר מכן, ניתן לחתוך מכשירים בודדים מהערימה לפי התבנית המודפסת. כמו בהליך הקודם, הדפיסו את המכשיר על נייר סינון באמצעות מדפסת דיו מוצק והמיסו את הדיו על פלטה חמה בחום של 170 מעלות צלזיוס למשך שתי דקות.

עבור הליך זה, הדפס גם את תבנית הקמטים באותו אופן, אך על נייר מדפסת רגיל. לאחר שההדפסות התקררו, יישר את קווי דוגמת המילוי של הקמטים לקצוות דוגמאות המילוי של הערוץ. לאחר מכן, אבטח אותם באמצעות סרט.

לאחר מכן, עקוב אחר דפוס הקמט עם חרט קהה. הפעל מספיק כוח כדי לסמן את גיליון המכשיר אך אל תקרע את הנייר. אם מתרחש קרע, התחל מחדש.

טכניקה זו של קיפול מקדים מגבירה את הדיוק והדיוק של הקיפול. כעת, התחל לקפל את המכשיר באמצעות קפלי הרים ועמק בהתאם לתבנית הקמטים. קיפול לפני מריחת הדבק מסייע להאיץ את הרכבת המכשיר.

לאחר הקיפול, פתחו אותו כדי לחשוף את החלקים הדורשים דבק. לאחר מכן, בעזרת להב, גזרו מסכות כדי להגביל את המקום שבו יונח הדבק. כעת, מהדקים את המכשיר בצורה שטוחה בין השבלונה עם המסכה לגב נוקשה.

השתמש במטרונום כדי לפסק זמן של 1.3 שניות ולמרוח את הדבק כמו קודם. אם הלחות הסביבתית נמוכה, מרחו את הדבק באזור מבוקר לחות כדי שהדבק לא יתייבש מהר מדי. לאחר מכן, הסר את השבלונה והמסכה והפוך את הסדין.

לאחר מכן, רססו את הצד האחורי של הנייר באותו אופן. הסר מיד את המכשיר מהשבלונה והתחל לקפל את המכשיר. לאחר קיפול מלא של המכשיר, הפעל לחץ רציף על החלק המכיל דבק עד לייבושו.

כדי לבצע בדיקת פתילה במכשירים בעלי ארבע שכבות, בחר באופן אקראי 20 מכשירים. מקם את המכשירים במקום בו הם מוגנים מפני זרמי אוויר כדי למזער את האידוי. לאחר מכן, הפקידו 40 מיקרוליטר מים בכניסה של כל מכשיר.

רשום את הזמן שלוקח לכל מכשיר למלא לחלוטין את כל השקעים שלו בצבע. עבור מכשירי אוריגמי, השווה שני טווסים אוריגמי, האחד עשוי כפי שתואר קודם לכן, והשני נעשה ללא שימוש בשבלונה בזמן מריחת הדבק. לאחר מכן, הכניסו קצה אחד של חוט נייר קטן לגוף הטווס.

בלחות יחסית מבוקרת, מעל 90% הניחו כל רגל ואת כבל הנייר של כל טווס לתוך מיכל מלא בצבע של חמישה מילי-מולריות. הושוו זמני הפתילה הממוצעים ושיעורי ההצלחה עבור מכשירים ארבע שכבתיים שנבנו עם כמויות שונות של דבק מיושם. כיסוי דבק אחיד הביא לשיעורי הצלחה גבוהים יחסית שירדו עם הגדלת כמויות הדבק.

שיעורי ההצלחה היו גם גבוהים בהרבה עם זמני פתילה מהירים יותר כאשר הדבק המעוצב הונח על שני הצדדים, מאשר רק צד אחד. כשלים התרחשו בתדירות גבוהה יותר כאשר דבק הוחל רק על צד אחד. כשל אופייני במכשיר מוערם התאפיין בשקעים שלא הצליחו להתמלא לחלוטין בצבע או שלקח יותר מחמש דקות למלא.

במכשירים מקופלים אוריגמי, כשל במכשיר התאפיין בשקעים שלא הצליחו להתמלא בכמות צבע כלשהי. שקעים אלה היו ממוקמים אך ורק לאורך שני הקצוות של המכשיר שהכילו את הקמטים. על ידי הכפלת גודל הגבול סביב התעלות, שיעורי ההצלחה של יישומי דבק חד-צדדיים ודו-צדדיים גדלו.

שתי שיטות יישום הדבק הביאו למכשירים שניתבו בהצלחה נוזלים לאורך התעלות שלהם וללא ערבוב. עם זאת, המכשיר עם דבק אחיד היה איטי יותר באופן ניכר. בעת ניסיון הליך זה, חשוב להקפיד על מריחת דבק אחידה ועקבית.

שימו לב שיש למרוח דבק אירוסול רק באזורים מאווררים היטב. לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להבין היטב כיצד ליישם ולהשתמש בדבקים מעוצבים לבניית התקנים מיקרופלואידיים מנייר תלת מימד מישורי ולא מישוריים. טכניקה זו תאפשר לחוקרים לחקור את השימוש במבנים לא מישוריים כדי להשיג פונקציונליות שלא נמצאה בעבר במכשירים מישוריים, כגון הפעלה וחישה משולבים.