Method Article

3D 종이 미세 유체 장치를 구축하기 위해 접착제 패터닝을 사용하여

DOI:

10.3791/53805

⸱

April 1st, 2016

 , 
1Department of Mechanical Engineering, University of California, Riverside, 2Department of Bioengineering, University of California, Riverside, 3Stem Cell Center, University of California, Riverside

In This Article

Summary

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

우리는 3D 종이 마이크로 유체 소자를 구성하는 패터닝 된 에어로졸 접착제의 사용을 입증한다. 접착제 신청서이 방법은 단일 사용 장치 활성화 층간 반영구 결합은 비파괴 사용 후 접이식 복잡한 비평면 구조를 용이하게하기 위해 분해된다.

Abstract

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

우리는 평면 및 비평면 3D 종이 미세유체 장치를 모두 구성하기 위해 패턴화된 에어로졸 접착제를 사용하는 방법을 보여줍니다. 금속 스텐실을 통해 에어로졸 접착제를 분사하면 종이 미세유체 장치 조립에 사용되는 전체 접착제의 양을 크게 줄일 수 있습니다. 우리는 간단한 4층 평면 종이 미세유체 장치에 최적의 접착제 도포 기술과 장치 구성 스타일이 원하는 성능 특성에 크게 좌우된다는 것을 보여줍니다. 장치의 전체 면적을 적당히 늘리면 위킹 시간을 크게 줄이고 장치 성공률을 높이는 동시에 장치를 함께 유지하는 데 필요한 접착제의 양을 줄일 수 있습니다. 이러한 접착제 적용은 또한 접착제가 종이 층 사이에 영구적인 결합 대신 반영구적인 결합을 형성하도록 하여 일회용 장치를 사용 후 비파괴적으로 분해할 수 있도록 합니다. 비평면 3D 종이접기 장치는 또한 접는 동안 반영구적 결합의 이점을 얻을 수 있는데, 이는 관련이 없는 면이 우연히 서로 붙을 가능성을 줄이기 때문입니다. 평면 장치와 마찬가지로 비평면 구조는 균일하게 적용된 접착제에 비해 패턴이 있는 접착제를 적용하면 땀 흡수 시간이 줄어듭니다.

Introduction

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

최근, 종이 마이크로 유체에는 (POC) 진단 장치 관리의 저렴한 점을 제공하는 가능성에 대한 상당한 인기를 얻고있다. 1-3 POC 장치를 결과 할 수있는 형식으로 랩 기반 검사와 유사한 기능을 제공하는 상대적으로 빠르게 얻을. 종이로 만든 POC 장치는 자원 제한 설정에서 사용하기에 이상적, 저렴한 비용, 경량, 고가의 마이크로 유체 칩과 소형 실험실로 사용하기 쉬운 대안이다. 가장 일반적인 종이 마이크로 유체 장치가 일차원 측방 유동 장치이지만, 마이크로 유체 장치를 유지 평면 3 차원 (3D) 용지가 2D 장치 (5)에 의해 요구되는 것보다 훨씬 작은 풋 프린트를 가지고, 다중화 진단 장치 (4)를 제공하도록 약속 이에 따라 작은 샘플 볼륨을 사용합니다.

우선, 평면 3D 종이 마이크로 유체 소자는 개별적으로 조립 된 층별 WI제 레이저 컷 양면 테이프와 번갈아 종이 층을 패터닝. 테이프 층으로 잘라 조심스럽게 정렬 구멍 층간 유체 수송을 위해 셀룰로오스 분말을 충전 하였다. 다른 방법의 네 숫자는이어서, 각 소자의 6-9 개선 여러 측면을 개발 하였다. 특히, 접착제를 피하는하여 장치 외부 클램프에 의해 함께 유지 층 접기 기술로 절첩 될 수있다. (8)이 잠재적으로 작은 샘플을 허용하는 진단 시험에서 잠재적 접착 간섭을 제거하고, 장치가 사용 후 펼쳐질 수 있도록 내부적으로 결과를 표시하여 볼륨. 대안 적으로, 각 종이 층 사이에인가 에어로졸 접착제를 사용하여, 장치의 시트는 시간 소모적 패터닝 테이프의 배향을하지 않고, 동시에 조립 될 수있다. (9)

그러나, 스텐실을 통해 에어로졸 접착제를 도포하여, 그것의 이점을 얻을 수있다이러한 기술의 모두. 스텐실을 통해 접착제를 분무함으로써 상기 접착제의 일부만 층간 유체 전달의 잠재적 간섭을 최소화하는 장치에 적용된다. 또한주의 공판 선택으로, 접착제의 패턴은 여전히​​ 유체 층 사이 심지 할 수 있도록 충분한 층간 접촉을 제공하면서 장치를 허용 반영구적 접착 결과가, 사용 후에 전개되는 것을 적용 할 수있다.

마지막으로, 스텐실을 통해 에어로졸 접착제를 적용하는 것은 빈번하게 폴딩 및 시공시 전개 필요할 수 인접한면에 적용된 접착제의 양을 최소화하여 비평 3D 종이 마이크로 유체 소자의 구성을 용이. (10) 또한, 패터닝 된 접착제를 사용하는 것으로 장치있게 더 편리한 저장을 위해 사용 후 전개. 비평 3D 종이 마이크로 유체 장치는 달리 평면 차원 배포 장치에서 불가능하다 작업에 사용될 것으로 예상되는예.도 1은 평면이고 비평 3D 장치 모두를 구성하는 데 사용되는 일반적인 처리 흐름을 도시한다.

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Protocol

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

1. 평면 4 층 장치 (적층) 건설

  1. 고체 잉크를 사용하는 프린터 여과지의 각 부분 상으로 장치 (9)의 각 층의 전단 어레이. 11,12 찾는 2 분 동안 170 ℃에서 핫 플레이트상에서 각 여과지. 이는 왁스 계 잉크를 녹여 완전히 소수성 장벽을 형성하고, 용지의 두께를 관통하는 것을 허용 할 것이다.
    주 : 사용 된 정확한 디자인을 추가 파일로 사용할 수 있습니다.
  2. 핫 플레이트에서 필터 종이를 제거하고 실온까지 냉각 할 수 있습니다.
  3. 보증금 4 μl의 5 mM의 염료 (적색 : Allura 레드, 옐로우 : 타트 라진, 파란색 : erioglaucine 나트륨 염, 녹색 : 10 : 타트 라진의 1 믹스 : erioglaucine 나트륨 염) 층 (3)의 각 지점에서 (지점 당 하나의 색) (제 완성 된 장치의 위에서 층) 마이크로 피펫.
  4. 가장 아​​래 층으로 시작합니다. 바인더 클립을 이용하여 스텐실 및 플레이트 유리 조각 등의 딱딱한 배면 사이 여과지 클램프의, 또는 다른 유사한 임시 방법. 스텐실 용지에 대한 평평한 지 확인합니다. 이 용지에 스텐실로 캐스팅하는 스프레이 그림자를 최소화 할 수 있습니다.
  5. 이 시간 동안. 약 1.33 초 (180 BPM에서 네 카운트) 약 24cm에서 스프레이와 9,10 접착제 (재료 및 장비의 목록 참조) 적용을 중간 속도로 스텐실에서 접착제의 깡통을 이동합니다. 스텐실에서 여행의 너무 느린 그것을 막힘 스텐실 자체에 축적 접착제의 원인이됩니다. 여행의 너무 빠른 종이에 충분한 접착제를 입금 할 수 없게됩니다. 이 기간 동안 네 개의 패스 (업 - 다운 - 업 - 다운) 스프레이 그림자 방지에 충분하다.
  6. 스텐실을 제거하고 장치의 다음 층을 배치 용지의 가장자리를 정렬, 갓 용사 층 꼭대기 (번호 층은 보조 파일로 사용할 수 있습니다). 단단히 함께 두 개의 층을 누릅니다.
  7. 스텐실을 교체하고 장치의 각 층의 분사 과정을 반복합니다. 상기 이동 단말기를 제거하부층에 걸쳐 테이프 포장 장치 및 장소 CK. 이 장치에서 유체 누설을 방지 할 수 있습니다. 시트로부터 절단 개별 장치는 인쇄 영역의 가장자리에 따라 사용 가위.

2. 평면 4 층 장치 (종이 접기 접이식 레이어) 건설

  1. 고체 잉크를 사용하는 프린터 여과지 상에 상기 장치의 모든 층을 포함하는 인쇄 시트. 2 분 동안 170 ° C에서 열판에 종이 필터를 놓습니다. 핫 플레이트에서 필터 종이를 제거하고 실온까지 냉각 할 수 있습니다.
    주 : 사용 된 정확한 디자인을 추가 파일로 사용할 수 있습니다.
  2. 보증금 4 μl의 5 mM의 염료 (적색 : Allura 레드, 옐로우 : 타트 라진, 파란색 : erioglaucine 나트륨 염, 녹색 : 10 : 타트 라진의 1 믹스 : erioglaucine 나트륨 염) 층 (3)의 각 지점에서 (지점 당 하나의 색) (제 마이크로 피펫을 통해 완성 된 장치의 상단)에서 층.
  3. 이러한 판 유리의 조각으로 스텐실과 뻣뻣한 백업 사이 장치의 시트 클램프, binderclips, 또는 다른 유사한 일시적인 방법을 사용하여. 스텐실 용지에 대한 평평한 지 확인합니다.
  4. 약 1.33 초 (180 BPM에서 네 카운트) 약 24cm에서 스프레이 접착제 (재료 및 장비의 목록 참조) 적용합니다. 이 기간 동안 네 개의 패스 (업 - 다운 - 업 - 다운) 스프레이 그림자 방지에 충분하다.
  5. 스텐실을 제거하고 시트를 뒤집습니다. 스텐실를 교체하고 용지의 측면을 다시 스프레이. 인쇄 된 영역의 가장자리를 따라 장치의 시트를 제거하고도 1에 도시 된 바와 같이, 아코디언 주름 폴딩 시작한다. 가위를 이용하여 시트에서의 각 장치를 잘라. 아래 층에서 테이프를 포장 놓습니다.

3. 비평 (종이 접기) 장치 건설

  1. 고체 잉크 프린터 2 분 동안 170 ℃에서 핫 플레이트 상에 여과지를 배치하여 필터를 용지에 인쇄 장치 (도 2A). 열판으로부터 장치를 제거하고 실온으로 냉각 할 수있다.
    노트:사용되는 정확한 디자인은 추가 파일로 사용할 수 있습니다.
  2. 인쇄 주름 고체 잉크 프린터를 사용하여 인쇄 용지 상에 패턴 (도 2C) 및 필터 종이의 크기로 잘랐다. 패턴이 용지의 양면에서 볼 수 원인, 왁스를 녹여, 2 분 동안 170 ° C에서 열판에 주름 패턴을 놓습니다. 핫 플레이트에서 주름 패턴을 제거하고 실온까지 냉각 할 수 있습니다.
  3. 상기 채널 패턴을 포함하는 용지의 가장자리에 주름 패턴의 가장자리를 정렬 바인더 클립 또는 다른 유사한 방법을 이용하여 임시 용지의 두 부분을 첨부.
  4. 표시 장치 시트에 표시 충분한 힘을 적용, 무딘 펜으로 주름 패턴을 추적,하지만 열심히 주름 패턴 용지가 입술있다. 즉이 발생하면, 장치가 손상 될 위험. Precreasing 용지 훨씬 더 쉽게 접어 원인과 접이식 더 큰 정확도와 정밀도 수 있습니다.
  5. 산과 계곡으로 장치를 접기 시작주름 패턴에 따라 주름. 접착제가 도포 된 후, 전체 장치는 접착제 도포 매우 유용하므로 전에 최대한 장치 접는 매우 빠르게 조립해야한다.
  6. 장치가 절첩되면 접착제가 필요한 장치의 부분을 노출시키는 장치를 전개. 여기서 디바이스 접착제 한도 잘라 마스크 (도 2d)은 면도날을 사용하여 적용될 수있다.
  7. 이러한 판 유리의 조각으로 스텐실 및 마스크와 뻣뻣한 백업 사이의 장치를 클램프. 스텐실 장치에 대한 평평한 지 확인합니다. 약 1.33 초 (180 BPM에서 네 카운트) 약 24cm에서 스프레이 접착제 (목록 용 재료 및 장비를 참조) 적용합니다. 이 기간 동안 네 개의 패스 (업 - 다운 - 업 - 다운) 스프레이 그림자 방지에 충분하다. 스텐실을 제거하고 시트를 뒤집습니다. 스텐실을 교체하고 마스크와 용지의 측면을 다시 스프레이.
  8. 즉시 스텐실에서 장치를 제거하고 접이식 시작장치. 장치가 완전히 접혀되면 접착제가 건조 될 때까지 부분을 포함하는 접착제에 압력을 적용한다.
    참고 : 접착제의 건조 시간은 주변 습도에 매우 민감하기 때문에 습도 조절 실에 접이식 습기가 적은 장소에 장치를 배에 더 많은 시간을 할 수 있습니다.

4. 위킹 (심지 용) 테스트 4 층 장치에 대한

  1. 무작위로 이전에 위의 프로토콜에 따라 조립 (20) 장치를 선택합니다. 위치에있는 장소 장치는 증발을 최소화하기 위해 어떤 바람이나 바람으로부터 보호. 각 장치의 입구에서 물 40 μL 금고. 그것의 출구 모두 완전히 염료 충전을 위해 각 장치에 걸리는 시간을 기록한다.

5. 종이 접기 위킹 (심지 용) 비교

  1. 두 접기 공작 구축 - 하나 이상의 프로토콜 (제 3), 및 접착제의인가에 스텐실을 사용하지 않고 다른 방법.
  2. 작은 쪽의 한쪽 끝을 삽입각 공작의 몸에 조리개 리드 (5cm 길이로 폭 약 5 mm)이다.
  3. 증발을 최소화하기 위해 높은 상대 습도 (> 90 %)로 유지 챔버 모두 공작을 놓습니다. 5 mM의 염료 (: Allura 빨강, 노랑 : 타트 라진, 파란색 : erioglaucine 나트륨 염 빨간색)으로 채워진 용기에 각 공작의 각 다리 리드를 놓습니다. 디지털 카메라와 함께 프로세스 위킹 레코드.

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Results

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4 층 소자 테스트는 제한 증착 유체 볼륨의 과도한 증발을 일으킬 수있는 바람 또는 바람 그들을 차폐, 밀봉 챔버에서 수행 하였다. 증발에 의한 속도 심지의 차이가 최소가 될 것으로 예상하고 있으므로 4 층 소자의 위킹의 대부분은 상기 장치의 중간층이다. 또한, 최소한의 측면 심지는 심지 시대의 변화로 인해 수직, 층간 유체 전송에 가능성이 있음을 시사 입구 및 개별 출구 사이에만 13mm와있다. 적용된 접착제의 상이한 양으로 구성된 4 층 소자 용 심지 회 성공률 평균을 표 1에 나타내었다.

적층 장치에서 균일 한 접착 범위는 우리가 접착제의 양을 증가로 감소 상대적으로 높은 성공률 결과. 무늬 접착제 COVERAGE는 접착제를 한쪽에만인가했을 때 매우 낮은 성공률 초래하지만, 패터닝 된 접착제가 양면에 도포하고 더 높은 성공률...

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Discussion

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

상기 프로토콜은 평면이고 비평 3D 종이 마이크로 유체 소자를 구성하는 에어로졸 접착제를인가하기위한 스텐실 같은 다공 금속 시트를 사용한다. 평면 디바이스에서, 이것은 접착제가 장치를 파괴하지 않고, 건조 후에 디바이스가 완전히 펼쳐질 수 있도록하는 장점을 갖는다. 일부 설계 이동식 접착제로 함께 유지 개의 반쪽 unpeeling 의해 부분 파괴 분해를 허용하지만 다른 접착제 기반 구조 기법이 거의 불가능하다. 14 Adhesiveless 구조는 장치 사용 후에 전개 될 수 있지만, 사용자 클램프 또는 하우징을 필요 않는다 각 장치에 대한. (8)

주로 측면 심지와 장치에서, 접착제는 상당히 느린 위킹을 할 수 있습니다. 접착제를 패터닝함으로써, 심지 영역에 적용된 접착제의 양이 현저하게 위킹 잠재적 간섭 제한을 감소시킬 수있다. 주로 수직 심지가있는 장치또한 비록 훨씬 적은 정도로 접착제에 의한 유사 느린 위킹을 나타낸다. 완전히 차단...

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Disclosures

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

저자는 공개 아무것도 없어.

Acknowledgements

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

이 작품은 캘리포니아 리버 사이드 대학의 공학 번스 대학에서 기금에 의해 지원됩니다. BK는 기계 설계의 폐 - 원자바오 영 수상 기념에서 장학금을 받았다.

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
사진기: NikonD5100
단단하 잉크 인쇄 기계, Xerox, ColorQube 8880
HotplateTorrey, PinesHS60
습도 약실전기-기술 체계5503-E
, 살포 접착제3M62497749309최고 77 (16.75 온스, 깡통),
여과지, Whatman급료 4
천공 강판MetalsDepotPS16116
TartrazineSigma-AldritchT0388
Allura RedSigma-Aldritch458848
Erioglaucine disodium saltSigma-Aldritch861146
, , , , , , ,

References

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