Questo protocollo descrive un processo semplice che utilizza comodi microstampi in plastica per semplici operazioni di microgoffratura per fabbricare microcanali su carta di cellulosa nanofibrillata, raggiungendo una larghezza minima di 200 μm.
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Articolo metodologico
Microgoffratura: un processo conveniente per la fabbricazione di microcanali su microfluidica a base di carta nanocellulosica
In questo articolo
Sommario
Abstract
La nanocarta, derivata dalla cellulosa nanofibrillata, ha suscitato un notevole interesse come materiale promettente per applicazioni microfluidiche. Il suo fascino risiede in una gamma di qualità eccellenti, tra cui una superficie eccezionalmente liscia, un'eccezionale trasparenza ottica, una matrice uniforme di nanofibre con porosità su scala nanometrica e proprietà chimiche personalizzabili. Nonostante la rapida crescita della microfluidica basata su nanocarta, le attuali tecniche utilizzate per creare microcanali su nanocarta, come la stampa 3D, il rivestimento a spruzzo o il taglio e l'assemblaggio manuale, che sono cruciali per le applicazioni pratiche, possiedono ancora alcune limitazioni, in particolare la suscettibilità alla contaminazione. Inoltre, questi metodi sono limitati alla produzione di canali di dimensioni millimetriche. Questo studio introduce un processo semplice che utilizza comodi micro-stampi in plastica per semplici operazioni di microgoffratura per fabbricare microcanali su nanocarta, raggiungendo una larghezza minima di 200 μm. Il microcanale sviluppato supera gli approcci esistenti, ottenendo un miglioramento di quattro volte, e può essere fabbricato in 45 minuti. Inoltre, i parametri di fabbricazione sono stati ottimizzati e viene fornita una comoda tabella di riferimento rapido per gli sviluppatori di applicazioni. È stato dimostrato il proof-of-concept per un miscelatore laminare, un generatore di gocce e dispositivi analitici funzionali basati su nanocarta (NanoPAD) progettati per il rilevamento della rodamina B utilizzando la spettroscopia Raman potenziata dalla superficie. In particolare, i NanoPAD hanno mostrato prestazioni eccezionali con limiti di rilevamento migliorati. Questi risultati eccezionali possono essere attribuiti alle proprietà ottiche superiori della nanocarta e all'accurato metodo di microgoffratura recentemente sviluppato, che consente l'integrazione e la messa a punto dei NanoPAD.
Introduzione
Recentemente, la carta di cellulosa nanofibrillata (NFC) (nanocarta) è emersa come un materiale di substrato molto promettente per varie applicazioni come l'elettronica flessibile, i dispositivi energetici e i biomedici 1,2,3,4. Derivata da piante naturali, la nanocarta è economica, biocompatibile e biodegradabile, il che la rende un'alternativa interessante alla tradizionale carta di cellulosa 5,6. Le sue eccezionali proprietà includono una superficie ultra-liscia con una rugosità s....
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Protocollo
1. Processo di microgoffratura per la modellazione di microcanali su nanocarta
- Preparazione dello stampo
NOTA: Fare riferimento a Yuan et al.12 per i dettagli sulla preparazione dello stampo.- Preparare una pellicola in PTFE come indicato nella tabella dei materiali.
- Tagliare al laser la pellicola di PTFE preparata per realizzare uno stampo a microcanali convesso (Figura 1A-I).
NOTA: Le dimensioni dello stampo in PTFE determinano le dimensioni del microcanale (Figura 2E,F) in una relazi....
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Risultati
È stato ideato un metodo unico per creare modelli a microcanali su nanocarta utilizzando i pratici micro-stampi in plastica attraverso la comoda tecnica della microgoffratura. In particolare, questo metodo realizza la modellazione dei microcanali su una scala di soli 200 μm, il che rappresenta un miglioramento di quattro volte rispetto ai metodi esistenti32,33,34. Dopo aver messo a punto i parametri di patterning, le linee guida.......
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Discussione
L'obiettivo principale di questo studio è quello di sviluppare un metodo semplice per la fabbricazione di microcanali su nanocarta. Per affrontare questa sfida è stata ideata un'efficiente tecnica di goffratura utilizzando il PTFE come stampo12. Ottimizzando la temperatura e la pressione di goffratura, sono stati condotti una serie di esperimenti per stabilire un processo di fabbricazione affidabile per i NanoPAD. Inoltre, è stato dimostrato l'uso di una tabella di riferimento rapido per regolare .......
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Dichiarazioni
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Ringraziamenti
Gli autori riconoscono il sostegno finanziario dei programmi della Natural Science Foundation of the Jiangsu Higher Education (22KJB460033) e del Jiangsu Science and Technology Programme - Young Scholar (BK20200251). Questo lavoro è parzialmente supportato anche dal Centro di ricerca dell'Università di intelligenza artificiale XJTLU, dal Centro di ricerca ingegneristica della provincia di Jiangsu di Data Science e Cognitive Computation presso XJTLU e dalla piattaforma di innovazione SIP AI (YZCXPT2022103). Si riconosce inoltre il supporto del Laboratorio Chiave Statale per l'Ingegneria dei Sistemi di Produzione attraverso il progetto aperto (SKLMS2023019) e del Labora....
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| AgNO3 | Hushi (Shanghai, Cina) | 7761-88-8 | >99% |
| Etanolo | Hushi (Shanghai, Cina) | 64-17-5 | >99% |
| Esadecano | Macklin (Shanghai, Cina) | 544-76-3 | >99% |
| Software LabSpec | Horiba (Giappone) | LabSpec5 | |
| Melamina | Macklin (Shanghai, Cina) | 108-78-1 | >99% |
| NaBH4 | Aladdin (Shanghai, Cina) | 16940-66-2 | >99% |
| Software di laboratorio Origin | OriginLab (USA) | ||
| Myers Industries (Akron, USA) | |||
| Film in politetrafluoroetilene | Shenzhen Huashenglong plastic material Co., Ltd. (Shenzhen, Cina) | con film in teflon | |
| EMD Millipore Corporation (USA) | VVLP04700 | dimensione dei pori: 0,1 &; m | |
| Spettrometro Raman | Horiba (Giappone) | Xplo RA | |
| Rhodamine B | Macklin (Shanghai, Cina) | 81-88-9 | >95% |
| Microscopia elettronica a scansione (SEM) | FEI (USA) | Scios 2 HiVac | |
| Wafer di silicio | Horiba (Giappone) | diametro: 5 mm | |
| TEMPO-ossidato NFC liquame | Università di Scienza e Tecnologia | di Tianjin | 1,0% in peso di solido, livello di carbossilato 2,0 mmol/g solido, diametro medio della nanofibra: 10 nm |
Riferimenti
- 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).
- Nogi, M., Iwamoto, S., Nakagaito, A. N., Yano, H. Optically transparent nanofiber paper. Advanced Ma....
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Ristampe e permessi
