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

Het uiteindente doel van deze techniek is het creëren van planaire en niet-planaire driedimensionale papieren microfluïdische apparaten die tijdens de constructie en na gebruik kunnen worden uitgevouwen door middel van het patroonvormen van aerosollijm. Deze methode opent een geheel nieuwe ontwerpruimte voor papieren microfluïdica door beperkingen weg te nemen die onderzoekers voorheen belemmerden bij het fabriceren van eenvoudige kanaalnetwerken. De belangrijkste voordelen van deze techniek zijn dat het de hoeveelheid lijm die tijdens de fabricage van papieren microfluïdische apparaten wordt aangebracht aanzienlijk vermindert en dat het de constructie van niet-planaire driedimensionale papieren microfluïdische circuits mogelijk maakt.

Print eerst een array van elke laag voor het apparaat op filterpapier met behulp van een vaste-inktprinter. Plaats elk filterpapier gedurende twee minuten op een warmteplaat bij 170 graden Celsius om de inkt op waxbasis te smelten en deze volledig in het papier te laten dringen, waardoor hydrofobe barrières worden gevormd. Zodra het papier is afgekoeld, wordt met een micropipet in elk van de vertakkingen van laag drie een andere kleur kleurstof aangebracht.

Aliquots van 4 µL van 5 mM kleurstoffen zullen volstaan. Begin nu met de constructie. Klem eerst de onderste laag tussen de sjabloon en een stijve ondergrond, zoals een stuk platenglas.

Zorg ervoor dat de sjabloon plat op het papier ligt om sproeischaduwen te minimaliseren. Stel vervolgens een metronoom in op 180 slagen per minuut en spuit de lijm vanuit een afstand van ongeveer 24 centimeter gedurende vier slagen. Beweeg de spuitbus over de sjabloon in vier gelijkmatige bewegingen.

Als het spuitbusje te langzaam wordt bewogen, zal de lijm zich ophopen op de stencil zelf, waardoor deze verstopt raakt. Als het spuitbusje te snel wordt bewogen, wordt er onvoldoende lijm aangebracht. Verwijder vervolgens de stencil en plaats de volgende laag van het apparaat over de vers gespoten laag, waarbij u deze zorgvuldig aan de randen uitlijnt.

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

Plak op de vierlaagse stapel een strip verpakkingsband over de onderste laag om te voorkomen dat vloeistof weglekt. Vervolgens kunnen individuele apparaten uit de stapel worden gesneden volgens het geprinte patroon. Net als bij de vorige procedure wordt het apparaat op filterpapier geprint met een solid-inktprinter en wordt de inkt op een warmteplaat bij 170 °C gedurende twee minuten gesmolten.

Print voor deze procedure het vouwpatroon op dezelfde manier, maar op gewoon printpapier. Zodra de prints zijn afgekoeld, lijnt u de lijnen van het vouwpatroon uit met de randen van de kanaalpatronen. Zet ze vervolgens vast met plakband.

Volg vervolgens het vouwpatroon met een stompe stylus. Oefen voldoende kracht uit om het blad van het apparaat te markeren, maar scheur het papier niet. Als er een scheur ontstaat, begin dan opnieuw.

Deze techniek voor het vooraf aanbrengen van vouwlijnen verhoogt de nauwkeurigheid en precisie van het vouwen. Begin nu met het vouwen van het apparaat met berg- en dalvouwen volgens het vouwpatroon. Het vouwen vóór het aanbrengen van de lijm helpt om de assemblage van het apparaat te versnellen.

Vouw het object na het vouwen weer open om de delen bloot te leggen waar lijm nodig is. Snijd vervolgens met een mes maskers uit om te beperken waar de lijm wordt aangebracht. Klem het apparaat nu plat tussen de sjabloon met het masker en een stijve ondergrond.

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

Sproei vervolgens de achterkant van het papier op dezelfde manier. Verwijder het apparaat onmiddellijk uit de sjabloon en begin met het vouwen van het apparaat. Zodra het apparaat volledig is gevouwen, oefent u continue druk uit op het gedeelte dat het adhesief bevat totdat dit is opgedroogd.

Om een capillairtransporttest uit te voeren op de vierlaagse apparaten, selecteer willekeurig 20 apparaten. Plaats de apparaten op een plek waar ze beschermd zijn tegen luchtstromen om verdamping te minimaliseren. Breng vervolgens 40 µL water aan bij de inlaat van elk apparaat.

Noteer de tijd die elk apparaat nodig heeft voordat alle uitgangen volledig met kleurstof zijn gevuld. Vergelijk voor de origami-apparaten twee origami-pauwen: één die is gemaakt zoals eerder beschreven, en een andere die is gemaakt zonder het sjabloon te gebruiken tijdens het aanbrengen van de lijm. Voeg vervolgens één uiteinde van een klein papieren leidraadje in het lichaam van de pauw in.

Onder gecontroleerde relatieve vochtigheid, boven 90%, wordt elk pootje en de papieren leiding van elke pauw in een houder geplaatst die gevuld is met vijf millimolair kleurstof. De gemiddelde capillaire transporttijden en succespercentages voor vierlaagse apparaten, geconstrueerd met verschillende hoeveelheden aangebrachte kleefstof, werden vergeleken. Een uniforme dekking van de kleefstof resulteerde in relatief hoge succespercentages, die afnamen bij toenemende hoeveelheden kleefstof.

Slaagingspercentages waren ook veel hoger bij kortere vloeistofabsorptietijden wanneer de gepatronde lijm op beide zijden was aangebracht, dan wanneer dit slechts op één zijde het geval was. Mislukkingen kwamen vaker voor wanneer lijm slechts aan één zijde was aangebracht. Een typisch defect aan het gestapelde apparaat werd gekenmerkt door uitlaten die niet volledig met kleurstof vulden of die langer dan vijf minuten nodig hadden om te vullen.

Bij origami-gevouwen apparaten werd apparaatfalen gekenmerkt door uitlaatopeningen die niet met enige hoeveelheid kleurstof werden gevuld. Deze uitlaatopeningen 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, namen de succespercentages voor zowel enkelzijdige als dubbelzijdige lijmapplicaties toe.

Beide methoden van lijmapplicatie resulteerden in apparaten die vloeistof succesvol over de gehele lengte van hun kanalen konden geleiden zonder menging. Echter, het apparaat met gelijkmatig aangebrachte lijm was merkbaar trager. Tijdens het uitvoeren van deze procedure is het belangrijk om een egale en consistente applicatie van de lijm te garanderen.

Let op dat aerosollijm alleen in goed geventileerde ruimtes moet worden aangebracht. Na het bekijken van deze video zou u een goed begrip moeten hebben van het aanbrengen en gebruiken van gepatroneerde lijmen voor de constructie van planaire en niet-planaire 3D papieren microfluïdische apparaten. Deze techniek stelt onderzoekers in staat om het gebruik van niet-planaire structuren te verkennen om functionaliteiten te bereiken die voorheen niet in planaire apparaten voorkwamen, zoals geïntegreerde actuatie en sensering.