Microembossing: een handig proces voor het vervaardigen van microkanalen op microfluïdica op basis van nanocellulosepapier

Summary

Dit protocol beschrijft een eenvoudig proces waarbij gebruik wordt gemaakt van handige plastic micromallen voor eenvoudige micro-embossingbewerkingen om microkanalen te fabriceren op nanogefibrilleerd cellulosepapier, waarbij een minimale breedte van 200 μm wordt bereikt.

Abstract

Nanopapier, afgeleid van nanogefibrilleerde cellulose, heeft veel belangstelling gewekt als veelbelovend materiaal voor microfluïdische toepassingen. De aantrekkingskracht ligt in een reeks uitstekende eigenschappen, waaronder een uitzonderlijk glad oppervlak, uitstekende optische transparantie, een uniforme nanovezelmatrix met porositeit op nanoschaal en aanpasbare chemische eigenschappen. Ondanks de snelle groei van microfluïdica op basis van nanopapier, hebben de huidige technieken die worden gebruikt om microkanalen op nanopapier te creëren, zoals 3D-printen, spuitcoating of handmatig snijden en assembleren, die cruciaal zijn voor praktische toepassingen, nog steeds bepaalde beperkingen, met name de gevoeligheid voor verontreiniging. Bovendien zijn deze methoden beperkt tot de productie van millimetergrote kanalen. Deze studie introduceert een eenvoudig proces dat gebruik maakt van handige plastic micromallen voor eenvoudige micro-embossing-bewerkingen om microkanalen op nanopapier te fabriceren, waarbij een minimale breedte van 200 μm wordt bereikt. Het ontwikkelde microkanaal presteert beter dan bestaande benaderingen, bereikt een viervoudige verbetering en kan binnen 45 minuten worden gefabriceerd. Bovendien zijn de fabricageparameters geoptimaliseerd en is er een handige snelreferentietabel beschikbaar voor applicatieontwikkelaars. Het proof-of-concept voor een laminaire mixer, druppelgenerator, en functionele nanopaper-gebaseerde analytische apparaten (NanoPADs) ontworpen voor Rhodamine B-detectie met behulp van oppervlakte-verbeterde Raman-spectroscopie werd gedemonstreerd. Met name de NanoPAD's vertoonden uitzonderlijke prestaties met verbeterde detectielimieten. Deze uitstekende resultaten kunnen worden toegeschreven aan de superieure optische eigenschappen van nanopapier en de recent ontwikkelde nauwkeurige micro-reliëfmethode, die de integratie en fijnafstemming van de NanoPADs mogelijk maakt.

Introduction

Onlangs is nanofibrilleercellulose (NFC) papier (nanopaper) naar voren gekomen als een veelbelovend substraatmateriaal voor verschillende toepassingen, zoals flexibele elektronica, energieapparaten en biomedische middelen 1,2,3,4. Nanopapier is afgeleid van natuurlijke planten en is kosteneffectief, biocompatibel en biologisch afbreekbaar, waardoor het een aantrekkelijk alternatief is voor traditioneel cellulosepapier ^5,6. De uitzonderlijke eigenschappen zijn onder meer een ultraglad....

Protocol

1. Microembossingproces voor microkanaalpatronen op nanopapier

1. Voorbereiding van de matrijs
   OPMERKING: Raadpleeg Yuan et ^al.12 voor details over de voorbereiding van de matrijs.
   1. Bereid een PTFE-film voor zoals aangegeven in de Tabel met materialen.
   2. Lasersnijd de voorbereide PTFE-film om een convexe microkanaalmal te maken (Figuur 1A-I).
      NOTITIE: De afmetingen van de PTFE-mal bepalen de afmetingen van het microkanaal (Figuur 2E,F) in een lineaire eerste-orde functierelatie.
   <....

Results

Er is een unieke methode bedacht voor het maken van microkanaalpatronen op nanopapier met behulp van de praktische plastic micromallen door middel van de handige micro-embossing-techniek. Deze methode zorgt met name voor microkanaalpatronen op een schaal van slechts 200 μm, wat een viervoudige verbetering betekent in vergelijking met bestaande methoden^32,33,34. Na het verfijnen van de patroonparameters, vertonen de verstrekte ri.......

Discussion

De primaire focus van dit onderzoek is het ontwikkelen van een eenvoudige methode voor het fabriceren van microkanalen op nanopapier. Er werd een efficiënte embossingtechniek bedacht met PTFE als mal om deze uitdaging aan te gaan¹². Door de temperatuur en de reliëfdruk te optimaliseren, werd een reeks experimenten uitgevoerd om een betrouwbaar fabricageproces voor NanoPAD's tot stand te brengen. Daarnaast werd het gebruik van een quick-reference tabel gedemonstreerd om de toepassingen van NanoPAD'.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
AgNO3	Hushi (Shanghai, China)	7761-88-8	>99%
Ethanol	Hushi (Shanghai, China)	64-17-5	>99%
Hexadecane	Macklin (Shanghai, China)	544-76-3	>99%
LabSpec software	Horiba (Japan)	LabSpec5
Melamine	Macklin (Shanghai, China)	108-78-1	>99%
NaBH4	Aladdin (Shanghai, China)	16940-66-2	>99%
Origin lab software	OriginLab (USA)
Polyethylene terephthalate (PET)	Myers Industries (Akron, USA)
Polytetrafluoroethylene films	Shenzhen Huashenglong plastic material Co., Ltd. (Shenzhen, China)		Teflon film
PVDF filter membrane	EMD Millipore Corporation (USA)	VVLP04700	pore size: 0.1 μm
Raman spectrometer	Horiba (Japan)	Xplo RA
Rhodamine B	Macklin (Shanghai, China)	81-88-9	>95%
Scanning electron microscopy (SEM)	FEI(USA)	Scios 2 HiVac
Silicon wafer	Horiba (Japan)		diameter: 5 mm
TEMPO-oxidized NFC slurry	Tianjin University of Science and Technology		1.0 wt% solid, carboxylate level 2.0 mmol/g solid, average nanofiber diameter: 10 nm