Method Article

Mikrotłoczenie: wygodny proces wytwarzania mikrokanalików na mikrofluidyce na bazie papieru nanocelulozowego

DOI:

10.3791/65965

⸱

October 6th, 2023

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1School of Advanced Technology, Xi’an Jiaotong - Liverpool University, 2Department of Electrical Engineering and Electronics, University of Liverpool, 3State Key Laboratory for Manufacturing Systems Engineering, Xi'an Jiaotong University, 4School of Intelligent Manufacturing and Smart Transportation, Suzhou City University

In This Article

Summary

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

Ten protokół opisuje prosty proces, który wykorzystuje wygodne plastikowe mikro-formy do prostych operacji mikrotłoczenia w celu wytworzenia mikrokanałów na nanofibrylowanym papierze celulozowym, osiągając minimalną szerokość 200 μm.

Abstract

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

Nanopapier, pochodzący z nanofibrylowanej celulozy, wzbudził duże zainteresowanie jako obiecujący materiał do zastosowań mikroprzepływowych. Jego atrakcyjność polega na szeregu doskonałych właściwości, w tym wyjątkowo gładkiej powierzchni, wyjątkowej przezroczystości optycznej, jednolitej matrycy z nanowłókien o porowatości w skali nano oraz konfigurowalnych właściwościach chemicznych. Pomimo szybkiego rozwoju mikrofluidyki opartej na nanopapierze, obecne techniki stosowane do tworzenia mikrokanalików na nanopapierze, takie jak druk 3D, powlekanie natryskowe lub ręczne cięcie i montaż, które są kluczowe dla praktycznych zastosowań, nadal mają pewne ograniczenia, w szczególności podatność na zanieczyszczenia. Ponadto metody te są ograniczone do produkcji kanałów o rozmiarach milimetrowych. Badanie to przedstawia prosty proces, który wykorzystuje wygodne plastikowe mikroformy do prostych operacji mikrowytłaczania w celu wytworzenia mikrokanałów na nanopapierze, osiągając minimalną szerokość 200 μm. Opracowany mikrokanał przewyższa istniejące podejścia, osiągając czterokrotną poprawę i może być wyprodukowany w ciągu 45 minut. Ponadto zoptymalizowano parametry produkcyjne, a dla twórców aplikacji udostępniono wygodną tabelę skróconych odniesień. Zademonstrowano dowód słuszności koncepcji mieszalnika laminarnego, generatora kropel i funkcjonalnych urządzeń analitycznych opartych na nanopapierze (NanoPADs) zaprojektowanych do wykrywania rodaminy B przy użyciu spektroskopii Ramana wzmocnionej powierzchniowo. Warto zauważyć, że NanoPADy wykazały się wyjątkową wydajnością przy ulepszonych granicach wykrywalności. Te znakomite wyniki można przypisać doskonałym właściwościom optycznym nanopapieru i niedawno opracowanej dokładnej metodzie mikrotłoczenia, która umożliwia integrację i precyzyjne dostrojenie NanoPADs.

Introduction

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

Ostatnio, nanofibrylowany papier celulozowy (NFC) (nanopapier) okazał się bardzo obiecującym materiałem podłoża do różnych zastosowań, takich jak elastyczna elektronika, urządzenia energetyczne i biomedycyna1,2,3,4. Pochodzący z naturalnych roślin nanopapier jest opłacalny, biokompatybilny i biodegradowalny, co czyni go atrakcyjną alternatywą dla tradycyjnego papieru celulozowego5,6. Jego wyjątkowe właściwości obejmują ultragładką powierzchnię o chropowatości powierzchni poniżej 25 n....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

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

1. Proces mikrotłoczenia do wzorowania mikrokanałów na nanopapierze

  1. Przygotowanie formy
    UWAGA: Zapoznaj się z Yuan et al.12, aby uzyskać szczegółowe informacje na temat przygotowania formy.
    1. Przygotuj folię PTFE zgodnie ze wskazaniami w tabeli materiałów.
    2. Wytnij laserowo przygotowaną folię PTFE, aby uzyskać wypukłą formę mikrokanałową (Rysunek 1A-I).
      UWAGA: Wymiary formy PTFE określają wymiary mikrokanału ( Rysunek 2E,F) w liniowej relacji funkcji pierwszego rzędu.
    ....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

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

Unikalna metoda tworzenia wzorów mikrokanałowych na nanopapierze została opracowana przy użyciu praktycznych plastikowych mikro-form dzięki wygodnej technice mikrotłoczenia. Warto zauważyć, że metoda ta umożliwia tworzenie wzorców mikrokanałowych w skali tak małej jak 200 μm, co stanowi czterokrotną poprawę w porównaniu z istniejącymi metodami32,33,34. Po dopracowaniu parametrów wzoru, dostarczone wytyczne wykazują doskonałą pow.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

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

Głównym celem tego badania jest opracowanie prostej metody wytwarzania mikrokanalików na nanopapierze. Aby sprostać temu wyzwaniu, opracowano wydajną technikę wytłaczania przy użyciu PTFE jako formy12. Optymalizując temperaturę i ciśnienie wytłaczania, przeprowadzono szereg eksperymentów w celu ustalenia niezawodnego procesu wytwarzania NanoPADs. Ponadto zademonstrowano wykorzystanie skróconej tabeli referencyjnej w celu dostosowania zastosowań NanoPAD w różnych dziedzinach. Chociaż ta metoda jest.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

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

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Acknowledgements

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

Autorzy dziękują za wsparcie finansowe ze strony programów Fundacji Nauk Przyrodniczych Szkolnictwa Wyższego Jiangsu (22KJB460033) oraz Jiangsu Science and Technology Programme - Young Scholar (BK20200251). Prace te są również częściowo wspierane przez Centrum Badawcze Uniwersytetu AI XJTLU, Centrum Badań Inżynieryjnych Prowincji Jiangsu w zakresie nauki o danych i obliczeń kognitywnych w XJTLU oraz platformę innowacji SIP AI (YZCXPT2022103). Docenia się również wsparcie ze strony Państwowego Laboratorium Kluczowego ds. Inżynierii Systemów Produkcyjnych w ramach otwartego projektu (SKLMS2023019) oraz Kluczowego Laboratorium Inżynierii Bionicznej Ministerstwa Edukacji.....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
AgNO3 Hushi (Szanghaj, Chiny)7761-88-8>99%
EtanolHushi (Szanghaj, Chiny)64-17-5>99%
HexadecaneMacklin (Szanghaj, Chiny)544-76-3>99%
Oprogramowanie LabSpecHoriba (Japonia)LabSpec5
MelamineMacklin (Szanghaj, Chiny)108-78-1>99%
NaBH4Aladdin (Szanghaj, Chiny)16940-66-2>99%
Oprogramowanie laboratoryjne OriginOriginLab (USA)
Politereftalan etylenu (PET) Myers Industries (Akron, USA)
Folie politetrafluoroetylenoweShenzhen Huashenglong plastic material Co., Ltd. (Shenzhen, Chiny)Membrana
filtracyjna PVDFEMD Millipore Corporation (USA)VVLP04700Wielkość porów: 0,1 μ m
Spektrometr RamanaHoriba (Japonia)Xplo RA
Rhodamine BMacklin (Szanghaj, Chiny)81-88-9>95%
Skaningowa mikroskopia elektronowa (SEM)FEI (USA)Scios 2 HiVac
Wafel krzemowyHoriba (Japonia)Średnica: 5 mm
Zawiesina NFC utleniona TEMPOUniwersytet Nauki i Technologiiw Tianjin1,0% wag. w stanie stałym, poziom karboksylanu 2,0 mmol/g w stanie stałym, średnia średnica nanowłókien: 10 nm
z folii teflonowej

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Zhu, H., Fang, Z., Preston, C., Li, Y., Hu, L. Transparent paper: fabrications, properties, and device applications. Energy & Environmental Science. 7 (1), 269-287 (2013).
  2. Nogi, M., Iwamoto, S., Nakagaito, A. N., Yano, H. Optically transparent nanofiber paper. Advanced Ma....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Nanocellulose PaperMicroembossing ProcessMicrofluidic DevicesMicrochannel FabricationNanopaper MicrofluidicsSurface Enhanced RamanMicrochannel PatterningPTFE MoldLaminar MixerDroplet Generator

Related Articles