3Dペーパーマイクロ流体デバイスを構築するために接着剤パターニングを使用して、

この技術の全体的な目標は、エアロゾル接着剤のパターニングを通じて建設中および使用後に展開できる平面および非平面の3次元紙マイクロ流体デバイスを作成することです。この方法は、これまで研究者がプレーンなチャネルネットワークから製造することを妨げていた制約を取り除くことにより、紙のマイクロ流体工学のまったく新しい設計空間を開きます。この技術の主な利点は、紙製マイクロ流体デバイスの製造中に塗布される接着剤の量を大幅に減らすことと、非平面の3次元紙製マイクロ流体回路の構築を可能にすることです。

まず、デバイスの各レイヤーの配列を、ベタインクプリンターを使用してフィルターペーパーに印刷します。各濾紙を170°Cのホットプレートに2分間置いてワックスベースのインクを溶かし、紙に完全浸透させて疎水性のバリアを形成します。紙が冷めたら、マイクロピペットを使用して、レイヤー3の各ブランチに異なる色の染料を入れます。

5ミリモル染料の4マイクロリットルアリコートで十分です。さあ、工事を始めましょう。まず、ステンシルと板ガラスなどの硬い裏地の間に最下層を固定します。

スプレーの影を最小限に抑えるために、ステンシルが紙に対して平らになっていることを確認してください。次に、メトロノームを毎分180拍に設定し、約24センチメートル離れたところから接着剤を4拍ずつスプレーします。缶をステンシルを横切って4つの均等な動きで動かします。

缶の移動が遅すぎると、接着剤がステンシル自体に蓄積し、ステンシルが詰まります。缶の移動が速すぎると、接着剤が十分に塗布されません。次に、ステンシルを取り外し、デバイスの次の層をスプレーしたばかりの層の上に置き、端で慎重に位置合わせします。

レイヤーをしっかりと押し付けます。その後、再度接着剤をスプレーします。すべての層がしっかりと接着されるまで、このプロセスを続けます。

4層のスタックに、液体が漏れるのを防ぐために、最下層全体にパッキングテープのストリップを貼り付けます。その後、印刷されたパターンに従って、個々のデバイスをスタックから切り取ることができます。前の手順と同様に、固形インクプリンターを使用してデバイスを濾紙に印刷し、摂氏170度のホットプレートでインクを2分間溶かします。

この手順では、折り目パターンも同じ方法で印刷しますが、通常のプリンター用紙に印刷します。プリントが冷めたら、折り目パターンの線をチャネルパターンの端に合わせます。次に、テープで固定します。

次に、鈍いスタイラスで折り目パターンをなぞります。デバイスのシートに印を付けるのに十分な力を加えますが、用紙を破らないでください。裂け目が発生した場合は、最初からやり直してください。

この事前折り目技術により、折り畳みの精度と精度が向上します。次に、折り目パターンに従って山と谷の折り目を使用してデバイスを折り始めます。接着剤を塗布する前に折りたたむと、デバイスの組み立てが迅速になります。

折りたたんだら広げると、接着剤が必要な部分が露出します。次に、ブレードでマスクを切り取り、接着剤が塗布される場所を制限します。次に、マスクと硬い裏地を備えたステンシルの間にデバイスを平らにクランプします。

メトロノームを使用して1.3秒のタイムアウトを取り、前と同じように接着剤を塗布します。周囲の湿度が低い場合は、接着剤が急速に乾かないように、湿度が管理された場所に接着剤を塗布します。次に、ステンシルとマスクを取り除き、シートを裏返します。

その後、紙の裏面にも同様にスプレーします。すぐにデバイスをステンシルから取り外し、デバイスの折り畳みを開始します。デバイスが完全に折りたたまれたら、接着剤を含む部分に乾燥するまで継続的に圧力をかけます。

4 層デバイスでウィッキング テストを実行するには、20 個のデバイスをランダムに選択します。蒸発を最小限に抑えるために、デバイスを気流からシールドされた場所に配置します。次に、各デバイスの入口に40マイクロリットルの水を堆積させます。

各デバイスのすべての出口が染料で完全に満たされるまでにかかる時間を記録します。折り紙のデバイスについては、前述のように作られたものと、接着剤を塗布しながらステンシルを使用せずに作られたものの2つの折り紙孔雀を比較します。次に、小さな紙のリード線の一端を孔雀の本体に挿入します。

相対湿度が制御された状態で、90%以上で、各脚と各孔雀の紙の鉛を5ミリモル染料で満たされた容器に入れます。異なる量の接着剤を塗布して構築された4層デバイスの平均ウィッキング時間と成功率を比較しました。均一な接着剤の被覆により、比較的高い成功率が得られましたが、接着剤の量が増えるにつれて成功率は低下しました。

また、パターン化された接着剤を片面だけでなく両面に塗布した場合の吸湿発散時間が速く、成功率もはるかに高かった。接着剤が片面だけに塗布されている場合、故障はより頻繁に発生しました。典型的なスタックデバイスの故障は、アウトレットが染料で完全に充填されなかったり、充填に5分以上かかったりすることを特徴としていました。

折り紙折り畳み装置では、装置の故障は、どの量の染料でも充填できない出口によって特徴付けられました。これらのコンセントは、折り目を含むデバイスの2つのエッジに沿ってのみ配置されていました。チャネルの周りの境界線のサイズを2倍にすることで、片面接着剤と両面接着剤の両方の成功率が向上しました。

どちらの接着剤塗布方法も、液体をチャネルの長さにうまくルーティングし、混合せずにデバイスを実現しました。しかし、接着剤が均一に塗布された装置は、著しく遅かった。この手順を試みる際には、均一で一貫した接着剤の塗布を確保することが重要です。

エアゾール接着剤は、換気の良い場所にのみ塗布する必要があることに注意してください。このビデオを見れば、パターン化された接着剤を塗布して使用し、平面および非平面の3Dペーパーマイクロ流体デバイスを構築する方法を十分に理解できるはずです。この技術により、研究者は、統合されたアクチュエーションやセンシングなど、これまでの平面デバイスには見られなかった機能を実現するために、非平面構造の使用を探求することができます。