Met behulp van Adhesive gestructureerd om Construct 3D Paper microfluïdische apparaten

Het algemene doel van deze techniek is om vlakke en niet-vlakke driedimensionale papieren microfluïdische apparaten te creëren die tijdens de constructie en na gebruik kunnen worden ontvouwd door het patroon van aerosolkleefstof. Deze methode opent een geheel nieuw ontwerpgebied voor papiermicrofluïdica, door beperkingen te verwijderen die onderzoekers eerder weerhielden om uit vlakke kanaalnetwerken te fabriceren. De belangrijkste voordelen van deze techniek zijn dat het de hoeveelheid kleefstof die tijdens de fabricage van papieren microfluïdische apparaten wordt aangebracht, aanzienlijk vermindert, en dat het de constructie van niet-vlakke driedimensionale papieren microfluïdische circuits mogelijk maakt.

Print eerst een reeks van elke laag voor het apparaat op filterpapier met behulp van een solide inktprinter. Plaats elk filterpapier gedurende twee minuten op een hotplate op 170 graden Celsius om de wasgebaseerde inkt te smelten en laat deze volledig in het papier doordringen, waardoor hydrofobe barrières worden gevormd. Zodra het papier is afgekoeld, brengt u met een micropipet een andere kleur kleurstof aan in elk van de takken van laag drie.

Vier microliter aliquoten van vijf millimolar kleurstoffen zijn voldoende. Begin nu met de constructie. Klem de onderste laag eerst tussen de stencil en een stijf onderleg, zoals een stuk plaatglas.

Zorg ervoor dat de stencil vlak tegen het papier ligt om schaduweffecten door spuiten te minimaliseren. Zet vervolgens een metronoom op 180 slagen per minuut en spuit lijm vanaf ongeveer 24 centimeter afstand gedurende vier slagen. Beweeg de spuitbus in vier gelijkmatige bewegingen over de stencil.

Als de spuitbus te langzaam wordt bewogen, zal de lijm zich op de stencil zelf ophopen en de stencil verstoppen. Als de spuitbus te snel wordt bewogen, wordt er niet genoeg lijm aangebracht. Verwijder vervolgens de stencil en plaats de volgende laag van het apparaat over de vers gespoten laag, waarbij u ze voorzichtig langs de randen uitlijnt.

Druk de lagen stevig op elkaar. Spuit vervolgens de lijm opnieuw. Herhaal dit proces totdat alle lagen stevig aan elkaar zijn bevestigd.

Plak op de vierlaagse stapel een strook pakband over de onderste laag om vloeistoflek te voorkomen. Vervolgens kunnen individuele apparaten uit de stapel worden gesneden volgens het gedrukte patroon. Bedruk ook het apparaat op filterpapier met behulp van een solide inktprinter en smelt de inkt op een hotplate gedurende twee minuten op 170 graden Celsius.

Voor deze procedure drukt u het vouwpatroon op dezelfde manier af, maar op normaal printerpapier. Zodra de afdrukken zijn afgekoeld, lijnt u de lijnen van het vouwpatroon uit met de randen van de kanaalpatroon. Bevestig ze vervolgens met tape.

Volg vervolgens het vouwpatroon met een stompe stylus. Oefen voldoende kracht uit om het apparaatblad te markeren, maar scheur het papier niet. Als er een scheur optreedt, begint u opnieuw.

Deze vooraf gevouwen techniek verhoogt de nauwkeurigheid en precisie van het vouwen. Begin nu met het vouwen van het apparaat met behulp van berg- en dalvouw volgens het vouwpatroon. Vooraf vouwen voor het aanbrengen van de lijm helpt het apparaat sneller te assembleren.

Na het vouwen, vouwt u het uit om de delen te onthullen die lijm vereisen. Snijd vervolgens met een mes maskers uit om te beperken waar de lijm wordt aangebracht. Klem het apparaat vervolgens plat tussen de stencil met het masker en een stijf onderleg.

Gebruik een metronoom om 1,3 seconden te meten en breng de lijm aan zoals eerder. Als de omgevingsvochtigheid laag is, brengt u de lijm aan in een gebied met gecontroleerde luchtvochtigheid, zodat de lijm niet te snel droogt. Verwijder vervolgens de stencil en het masker en draai het vel om.

Spuiten vervolgens de achterkant van het papier op dezelfde manier. Verwijder onmiddellijk het apparaat van de stencil en begin met het vouwen van het apparaat. Zodra het apparaat volledig is gevouwen, oefen u continue druk uit op het gedeelte met lijm totdat het is gedroogd.

Om een wekingstest uit te voeren op de vierlaagse apparaten, selecteert u willekeurig 20 apparaten. Plaats de apparaten zo dat ze worden beschermd tegen luchtstromen om verdamping te minimaliseren. Deponeer vervolgens 40 microliter water bij de ingang van elk apparaat.

Noteer de tijd die het kost voordat alle uitlaten van elk apparaat volledig zijn gevuld met kleurstof. Vergelijk voor de origami-apparaten twee origami-pauwen, een gemaakt zoals eerder beschreven, en de andere gemaakt zonder gebruik van de stencil bij het aanbrengen van de lijm. Plaats vervolgens een uiteinde van een kleine papieren lood in het lichaam van de pauw.

Bij een gecontroleerde relatieve luchtvochtigheid, boven de 90% plaatst u elk been en de papieren lood van elke pauw in een container gevuld met vijf millimolar kleurstof. Gemiddelde wekingstijden en succespercentages voor vierlaagse apparaten geconstrueerd met verschillende hoeveelheden aangebrachte lijm werden vergeleken. Uniforme kleefbedekking resulteerde in relatief hoge succespercentages die afnamen met toenemende hoeveelheden lijm.

Succespercentages waren ook veel hoger met snellere wekingstijden wanneer de gepatroneerde lijm op beide zijden werd aangebracht, dan op slechts één zijde. Mislukkingen traden vaker op wanneer lijm slechts op één zijde werd aangebracht. Typische mislukking van gestapelde apparaten werd gekenmerkt door uitlaten die niet volledig met kleurstof werden gevuld of die langer dan vijf minuten nodig hadden om te vullen.

Bij gevouwen origami-apparaten werd apparaatmislukking gekenmerkt door uitlaten die niet met enige hoeveelheid kleurstof werden gevuld. Deze uitlaten bevonden zich uitsluitend langs de twee randen van het apparaat die de vouwen bevatten. Door de grootte van de rand rond de kanalen te verdubbelen, stegen de succespercentages voor zowel enkele als dubbelzijdige kleefstoftoepassingen.</