Name: Wykorzystanie wzoru kleju do budowy urządzeń mikroprzepływowych z papieru 3D (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-04-01T14:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 53 s
Description: Poznaj technikę budowy trójwymiarowych mikroprzepływowych urządzeń papierowych przy użyciu wzoru kleju w aerozolu. Ta metoda umożliwia tworzenie struktur płaskich i niepłaskich oraz ich nietransformacyjne rozłożenie po użyciu.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Ta praca jest wspierana przez fundusz z Bourns College of Engineering Uniwersytetu Kalifornijskiego w Riverside. BK otrzymał stypendium od Lung-Wen Tsai Memorial Award w dziedzinie projektowania mechanicznego.

1. Planarne urządzenie 4-warstwowe (warstwy ułożone) Konstrukcja
<ol>
	<li>Wydrukuj tablice każdej warstwy urządzenia9 na każdym kawałku bibuły filtracyjnej za pomocą drukarki na stały atrament. 11,12 Umieścić bibułę filtracyjną na płycie grzejnej w temperaturze 170 °C na 2 minuty. Spowoduje to stopienie tuszu na bazie wosku i pozwoli mu w pełni wniknąć w grubość papieru, tworząc bariery hydrofobowe. 
	UWAGA: Dokładne użyte projekty są dostępne jako pliki uzupełniające.</li>
	<li>Wyjmij bibułę filtracyjną z płyty grzejnej i pozwól jej ostygnąć do temperatury pokojowej.</li>
	<li>Umieść 4 μl barwnika o masie 5 mM (czerwony: czerwień Allura; żółty: tartrazyna; niebieski: sól disodowa erioglaucyny; zielony: mieszanina tartrazyny: sól disodowa erioglucyny w stosunku 10:1) w każdej gałęzi (jeden kolor na gałąź) warstwy 3 (trzecia warstwa od góry ukończonego urządzenia) za pomocą mikropipety.</li>
	<li>Zacznij od najniższej warstwy. Zaciśnij bibułę filtracyjną między szablonem a sztywnym podłożem, takim jak kawałek szkła płaskiego, za pomocą spinaczy do segregatorów lub innej podobnej metody tymczasowej. Upewnij się, że szablon przylega płasko do papieru. Zminimalizuje to wszelkie cienie w sprayu rzucane przez szablon na papier.</li>
	<li>Klej (patrz lista materiałów i sprzętu) należy nanosić w ciągu około 1,33 sekundy (cztery razy przy 180 uderzeniach na minutę) z odległości około 24 cm.9,10 W tym czasie przesuwaj puszkę z klejem po szablonie w średnim tempie. Zbyt wolne przesuwanie się po szablonie spowoduje gromadzenie się kleju na samym szablonie, zatykając go. Zbyt szybki przesuw nie spowoduje osadzenia wystarczającej ilości kleju na papierze. Cztery przejścia w tym czasie (góra-dół-góra-dół) wystarczą, aby zapobiec powstawaniu cieni w sprayu.</li>
	<li>Usuń szablon i umieść kolejną warstwę urządzenia (ponumerowane warstwy są dostępne jako pliki dodatkowe) na świeżo spryskanej warstwie, wyrównując krawędzie papieru. Mocno dociśnij obie warstwy do siebie.</li>
	<li>Wymień szablon i powtórz proces natryskiwania dla każdej warstwy urządzenia. Usuń stos urządzeń i umieść taśmę pakową na dolnej warstwie. Zapobiega to wyciekom płynów z urządzenia. Wytnij poszczególne urządzenia z arkusza za pomocą nożyczek, podążając za krawędzią drukowanego obszaru.</li>
</ol>
2. Planarne 4-warstwowe urządzenie (składane warstwy origami) Budowa
<ol>
	<li>Wydrukuj arkusze zawierające wszystkie warstwy urządzenia na bibule filtracyjnej za pomocą drukarki na stały atrament. Umieścić bibułę filtracyjną na płycie grzejnej w temperaturze 170 °C na 2 minuty. Wyjmij bibułę filtracyjną z płyty grzejnej i pozwól jej ostygnąć do RT. 
	UWAGA: Dokładne użyte projekty są dostępne jako pliki uzupełniające.</li>
	<li>Umieścić 4 μl barwnika o stężeniu 5 mM (czerwony: czerwień Allura; żółty: tartrazyna; niebieski: sól disodowa erioglaucyny; zielony: mieszanina tarrazyny: sól disodowa erioglaucyny w stosunku 10:1) w każdej gałęzi (jeden kolor na gałąź) warstwy 3 (trzecia warstwa od góry ukończonego urządzenia) za pomocą mikropipety.</li>
	<li>Zaciśnij arkusz urządzeń między szablonem a sztywnym podłożem, takim jak kawałek szkła płaskiego, za pomocą spinaczy do segregatorów lub innej podobnej metody tymczasowej. Upewnij się, że szablon przylega płasko do papieru.</li>
	<li>Klej (patrz lista materiałów i sprzętu) należy nanosić w ciągu około 1,33 sekundy (cztery razy przy 180 uderzeniach na minutę) z odległości około 24 cm. Cztery przejścia w tym czasie (góra-dół-góra-dół) wystarczą, aby zapobiec powstawaniu cieni w sprayu.</li>
	<li>Usuń szablon i odwróć arkusz. Wymień szablon i spryskaj tylną stronę papieru. Zdejmij arkusz urządzeń i zacznij składać w plisę harmonijkową, jak pokazano na rysunku 1. Wytnij każde urządzenie z arkusza za pomocą nożyczek, podążając za krawędzią drukowanego obszaru. Umieść taśmę pakową w poprzek dolnej warstwy.</li>
</ol>
3. Budowa urządzenia nieplanarnego (origami)
<ol>
	<li>Wydrukuj urządzenie (Rysunek 2A) na bibule filtracyjnej za pomocą drukarki na stały atrament i umieść bibułę filtracyjną na płycie grzejnej w temperaturze 170 °C na 2 minuty. Wyjmij urządzenie z płyty grzejnej i pozwól mu ostygnąć do RT. 
	UWAGA: Dokładne użyte projekty są dostępne jako pliki uzupełniające.</li>
	<li>Wydrukuj wzór zagnieceń (Rysunek 2C) na papierze drukarki za pomocą drukarki na stały atrament i przytnij do rozmiaru bibuły filtracyjnej. Umieść wzór zagnieceń na płycie grzejnej w temperaturze 170 °C na 2 minuty, aby stopić wosk, dzięki czemu wzór będzie widoczny z obu stron papieru. Usuń zagniecenia z płyty grzejnej i pozwól jej ostygnąć do RT.</li>
	<li>Dopasuj krawędzie wzoru zagnieceń do krawędzi papieru zawierającego wzory kanałów i przymocuj dwa kawałki papieru za pomocą spinaczy do segregatora lub innej podobnej metody tymczasowej.</li>
	<li>Obrysuj wzór zagnieceń rysikiem, przykładając wystarczającą siłę, aby na arkuszu urządzenia pojawiły się ślady, ale nie tak mocno, aby papier z wzorem zagnieceń rozerwał się. W takim przypadku urządzenie może ulec uszkodzeniu. Wstępne bigowanie powoduje, że papier składa się znacznie łatwiej i pozwala na większą dokładność i precyzję składania.</li>
	<li>Rozpocznij składanie urządzenia od fałd górskich i dolinowych zgodnie ze wzorem zagnieceń. Po nałożeniu kleju całe urządzenie należy bardzo szybko zmontować, dlatego bardzo pomocne jest złożenie urządzenia tak bardzo, jak to możliwe przed nałożeniem kleju.</li>
	<li>Po złożeniu urządzenia rozłóż je, aby odsłonić części urządzenia, które wymagają kleju. Wytnij maski (Rysunek 2D), które ograniczają miejsce, w którym na urządzeniu można nałożyć klej, za pomocą żyletki.</li>
	<li>Zaciśnij urządzenie między szablonem a maską a sztywnym podłożem, takim jak kawałek szkła płaskiego. Upewnij się, że szablon przylega płasko do urządzenia. Klej (patrz lista materiałów i sprzętu) należy nakładać sprayem w ciągu około 1,33 sekundy (cztery razy przy 180 uderzeniach na minutę) z odległości około 24 cm. Cztery przejścia w tym czasie (góra-dół-góra-dół) wystarczą, aby zapobiec powstawaniu cieni w sprayu. Usuń szablon i odwróć arkusz. Wymień szablon i maskę, a następnie spryskaj tylną stronę papieru.</li>
	<li>Natychmiast wyjmij urządzenie z szablonu i rozpocznij składanie urządzenia. Po całkowitym złożeniu urządzenia należy docisnąć część zawierającą klej, aż klej wyschnie. 
	UWAGA: Czas schnięcia kleju jest bardzo wrażliwy na wilgotność otoczenia, dlatego w miejscach o niskiej wilgotności złożenie w komorze o kontrolowanej wilgotności daje więcej czasu na złożenie urządzenia.</li>
</ol>
4. Test odprowadzania wilgoci dla urządzeń 4-warstwowych
<ol>
	<li>Losowo wybierz 20 urządzeń, wcześniej zmontowanych zgodnie z powyższymi protokołami. Umieść urządzenia w miejscu osłoniętym od wiatru lub bryzy, aby zminimalizować parowanie. Umieść 40 μl wody na wlocie każdego urządzenia. Zapisz czas potrzebny każdemu urządzeniu na całkowite wypełnienie wszystkich wylotów barwnikiem.</li>
</ol>
5. Porównanie odprowadzania wilgoci z origami
<ol>
	<li>Skonstruuj dwa pawie origami - jeden zgodnie z powyższym protokołem (sekcja 3), a drugi bez użycia szablonu podczas nakładania kleju.</li>
	<li>Włóż jeden koniec małego papierowego wkładu (około 5 mm szerokości i 5 cm długości) do ciała każdego pawia.</li>
	<li>Umieść oba pawie w komorze o wysokiej wilgotności względnej (>90%), aby zminimalizować parowanie. Umieść każdą nogę i smycz każdego pawia w pojemniku wypełnionym 5 mM barwnika (czerwony: czerwień Allura, żółty: tartrazyna, niebieski: sól disodowa erioglaucyny). Nagraj proces odprowadzania wilgoci za pomocą aparatu cyfrowego.</li>
</ol>

<ol><li>Li, X., Ballerini, D. R., Shen, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+perspective+on+paper-based+microfluidics%3A+Current+status+and+future+trends%5BTitle%5D)+AND+%22Biomicrofluidics%22%5BJournal%5D)">A perspective on paper-based microfluidics: Current status and future trends.</a> Biomicrofluidics. 6, 11301-11313 (2012).</li>
<li>Yetisen, A. K., Akram, M. S., Lowe, C. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Paper-based+microfluidic+point-of-care+diagnostic+devices%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Paper-based microfluidic point-of-care diagnostic devices.</a> Lab Chip. 13, 2210-2251 (2013).</li>
<li>Cate, D. M., Adkins, J. A., Mettakoonpitak, J., Henry, C. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recent+developments+in+paper-based+microfluidic+devices%5BTitle%5D)+AND+%22Anal+Chem%22%5BJournal%5D)">Recent developments in paper-based microfluidic devices.</a> Anal Chem. 87, 19-41 (2015).</li>
<li>Martinez, A. W., Phillips, S. T., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-dimensional+microfluidic+devices+fabricated+in+layered+paper+and+tape%5BTitle%5D)+AND+%22Proc+Natl+Acad+Sci+U+S+A%22%5BJournal%5D)">Three-dimensional microfluidic devices fabricated in layered paper and tape.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 105, 19606-19611 (2008).</li>
<li>Fu, E., Ramsey, S. A., Kauffman, P., Lutz, B., Yager, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transport+in+two-dimensional+paper+networks%5BTitle%5D)+AND+%22Microfluid+Nanofluidics%22%5BJournal%5D)">Transport in two-dimensional paper networks.</a> Microfluid Nanofluidics. 10, 29-35 (2011).</li>
<li>Govindarajan, A. V., Ramachandran, S., Vigil, G. D., Yager, P., Bohringer, K. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+low+cost+point-of-care+viscous+sample+preparation+device+for+molecular+diagnosis+in+the+developing+world%3B+an+example+of+microfluidic+origami%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">A low cost point-of-care viscous sample preparation device for molecular diagnosis in the developing world; an example of microfluidic origami.</a> Lab Chip. 12, 174-181 (2012).</li>
<li>Schilling, K. M., Jauregui, D., Martinez, A. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Paper+and+toner+three-dimensional+fluidic+devices%3A+programming+fluid+flow+to+improve+point-of-care+diagnostics%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Paper and toner three-dimensional fluidic devices: programming fluid flow to improve point-of-care diagnostics.</a> Lab Chip. 13, 628-631 (2013).</li>
<li>Liu, H., Crooks, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-dimensional+paper+microfluidic+devices+assembled+using+the+principles+of+origami%5BTitle%5D)+AND+%22J+Am+Chem+Soc%22%5BJournal%5D)">Three-dimensional paper microfluidic devices assembled using the principles of origami.</a> J Am Chem Soc. 133, 17564-17566 (2011).</li>
<li>Lewis, G. G., DiTucci, M. J., Baker, M. S., Phillips, S. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High+throughput+method+for+prototyping+three-dimensional%2C+paper-based+microfluidic+devices%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">High throughput method for prototyping three-dimensional, paper-based microfluidic devices.</a> Lab Chip. 12, 2630-2633 (2012).</li>
<li>Kalish, B., Tsutsui, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Patterned+adhesive+enables+construction+of+nonplanar+three-dimensional+paper+microfluidic+circuits%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Patterned adhesive enables construction of nonplanar three-dimensional paper microfluidic circuits.</a> Lab Chip. 14, 4354-4361 (2014).</li>
<li>Carrilho, E., Martinez, A. W., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Understanding+wax+printing%3A+a+simple+micropatterning+process+for+paper-based+microfluidics%5BTitle%5D)+AND+%22Anal+Chem%22%5BJournal%5D)">Understanding wax printing: a simple micropatterning process for paper-based microfluidics.</a> Anal Chem. 81, 7091-7095 (2009).</li>
<li>Lu, Y., Shi, W., Jiang, L., Qin, J., Lin, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rapid+prototyping+of+paper-based+microfluidics+with+wax+for+low-cost%2C+portable+bioassay%5BTitle%5D)+AND+%22Electrophoresis%22%5BJournal%5D)">Rapid prototyping of paper-based microfluidics with wax for low-cost, portable bioassay.</a> Electrophoresis. 30, 1497-1500 (2009).</li>
<li>Maekawa, J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aMaekawa%2C+J+%22Genuine+Japanese+origami%22">Genuine Japanese origami</a>. , Dover Publications, Inc.. Dover edition (2012).</li>
<li>Schonhorn, J. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+device+architecture+for+three-dimensional%2C+patterned+paper+immunoassays%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">A device architecture for three-dimensional, patterned paper immunoassays.</a> Lab Chip. 14, 4653-4658 (2014).</li>
<li>Guan, J. J., He, H. Y., Hansford, D. J., Lee, L. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Self-folding+of+three-dimensional+hydrogel+microstructures%5BTitle%5D)+AND+%22J+Phys+Chem+B%22%5BJournal%5D)">Self-folding of three-dimensional hydrogel microstructures.</a> J Phys Chem B. 109, 23134-23137 (2005).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Powyższe protokoły wykorzystują perforowane blachy jako szablony do nakładania klejów aerozolowych do budowy płaskich i nieplanarnych urządzeń mikroprzepływowych z papieru 3D. W urządzeniach planarnych ma to tę zaletę, że umożliwia całkowite rozłożenie urządzeń po wyschnięciu kleju bez niszczenia urządzenia. W innych technikach konstrukcyjnych opartych na kleju jest to prawie niemożliwe, chociaż niektóre konstrukcje pozwalają na częściowy destrukcyjny demontaż poprzez odklejenie dwóch połówek połączonych usuwalnym klejem...

W ostatnich latach, papierowa mikrofluidyka zyskała znaczną popularność ze względu na swój potencjał do dostarczania tanich urządzeń diagnostycznych w miejscu opieki nad pacjentem (POC). 1-3 urządzenia POC oferują funkcjonalność podobną do testów laboratoryjnych w formacie pozwalającym na stosunkowo szybkie uzyskanie wyników. Urządzenia POC wykonane z papieru są tanią, lekką i łatwą w użyciu alternatywą dla drogich chipów mikroprzepływowych i zminiaturyzowanych laboratoriów, dzięki czemu idealnie nadają się do użytku w warunkach ograniczonych zasobów. Najpopularniejszymi papierowymi urządzeniami mikroprzepływowymi są jednowymiarowe urządzenia z przepływem bocznym, ale planarne trójwymiarowe (3D) papierowe urządzenia mikroprzepływowe dają nadzieję na zapewnienie multipleksowanych urządzeń diagnostycznych4, które zajmują znacznie mniejszą powierzchnię niż wymagałoby tego urządzenie 2D5 i odpowiednio wykorzystują mniejszą objętość próbki.
Początkowo, płaskie urządzenia mikroprzepływowe z papieru 3D były montowane pojedynczo, warstwa po warstwie z wzorzystymi warstwami papieru na przemian z laserowo wycinaną dwustronną taśmą. Starannie wyrównane otwory wycięte w warstwie taśmy zostały wypełnione proszkiem celulozy, aby zapewnić transport płynu między warstwami. 4 Następnie opracowano szereg alternatywnych metod6-9, z których każda ulepszała inne aspekty urządzeń. W szczególności, dzięki rezygnacji z klejów, urządzenia mogą być składane za pomocą technik origami z warstwami utrzymywanymi razem przez zewnętrzny zacisk. 8 Eliminuje to wszelkie potencjalne zakłócenia związane z klejem w teście diagnostycznym i umożliwia rozłożenie urządzenia po użyciu, co potencjalnie pozwala na uzyskanie jeszcze mniejszych objętości próbek dzięki wewnętrznemu wyświetlaniu wyników. Alternatywnie, dzięki zastosowaniu kleju w aerozolu nakładanego między każdą warstwę papieru, arkusze urządzeń mogą być składane jednocześnie, bez czasochłonnego tworzenia wzorów i wyrównywania taśmy. 9
Jednakże, poprzez nałożenie kleju aerozolowego za pomocą szablonu, można uzyskać korzyści z obu tych technik. Rozpylając klej przez szablon, tylko część kleju jest nakładana na urządzenie, co minimalizuje potencjalne zakłócenia w przenoszeniu płynów międzywarstwowych. Dodatkowo, przy starannym doborze szablonu, można nałożyć wzór kleju, który powoduje półtrwałe wiązanie kleju, umożliwiając rozłożenie urządzeń po użyciu, zapewniając jednocześnie wystarczający kontakt międzywarstwowy, aby umożliwić przenikanie płynu między warstwami.
Na koniec, nakładanie klejów w aerozolu za pomocą szablonu ułatwia budowę niepłaskich urządzeń mikroprzepływowych z papieru 3D, minimalizując ilość kleju nakładanego na sąsiednie powierzchnie, które mogą wymagać częstego składania i rozkładania podczas budowy. 10 Dodatkowo zastosowanie wzorzystego kleju umożliwia rozłożenie urządzenia po użyciu w celu wygodniejszego przechowywania. Oczekuje się, że nieplanarne urządzenia mikroprzepływowe z papieru 3D będą używane do zadań, które w innym przypadku byłyby niemożliwe w płaskim urządzeniu 3D. Rysunek 1 przedstawia ogólny przebieg procesu wykorzystywanego do konstruowania zarówno płaskich, jak i nieplanarnych urządzeń 3D.

<table><tbody><tr><td>Aparat</td><td>fotograficzny Nikon</td><td>D5100</td><td></td></tr><tr><td>Drukarka na stały atrament</td><td>Xerox</td><td>ColorQube 8880</td><td></td></tr><tr><td>Płyta grzejna</td><td>Torrey Pines</td><td>HS60</td><td></td></tr><tr><td>Komora wilgotnościowa</td><td>Electro-Tech Systems</td><td>5503-E</td><td></td></tr><tr><td>Klej w sprayu</td><td>3M</td><td>62497749309</td><td>Super 77 (puszka 16,75 uncji)</td></tr><tr><td>Bibuła filtracyjna</td><td>Whatman</td><td>Grade 4</td><td></td></tr><tr><td>Blacha stalowa perforowana</td><td>MetaleDepot</td><td>PS16116</td><td></td></tr><tr><td>Tartrazine</td><td>Sigma-Aldritch</td><td>T0388</td><td></td></tr><tr><td>Allura Red</td><td>Sigma-Aldritch</td><td>458848</td><td></td></tr><tr><td>Erioglaucine sól disodowa</td><td>Sigma-Aldritch 861146</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

wykorzystanie wzoru kleju do budowy urządzeń mikroprzepływowych z papieru 3d

Using Adhesive Patterning to Construct 3D Paper Microfluidic Devices

Pokazujemy użycie wzorzystych klejów aerozolowych do budowy zarówno płaskich, jak i nieplanarnych urządzeń mikroprzepływowych z papieru 3D. Rozpylając klej w aerozolu przez metalowy szablon, można znacznie zmniejszyć całkowitą ilość kleju używanego do montażu papierowych urządzeń mikroprzepływowych. Pokazujemy na prostym, 4-warstwowym, płaskim papierowym urządzeniu mikroprzepływowym, że optymalna technika nakładania kleju i styl konstrukcji urządzenia zależą w dużej mierze od pożądanych parametrów działania. Dzięki umiarkowanemu zwiększeniu całkowitej powierzchni urządzenia możliwe jest radykalne skrócenie czasu odprowadzania wilgoci i zwiększenie wskaźników sukcesu urządzenia, jednocześnie zmniejszając ilość kleju wymaganego do utrzymania urządzenia razem. Takie nakładanie kleju powoduje również, że klej tworzy półtrwałe wiązania zamiast trwałych połączeń między warstwami papieru, co umożliwia nieniszczący demontaż urządzeń jednorazowego użytku po użyciu. Niepłaskie urządzenia origami 3D również korzystają z półtrwałych połączeń podczas składania, ponieważ zmniejsza to prawdopodobieństwo, że niepowiązane ze sobą twarze mogą przypadkowo się skleić. Podobnie jak urządzenia płaskie, struktury niepłaskie odnotowują skrócony czas odprowadzania wilgoci dzięki wzorzystemu nakładaniu kleju w porównaniu z klejem nakładanym równomiernie.

Testy urządzenia 4-warstwowego przeprowadzono w szczelnej komorze, aby chronić je przed wiatrem lub podmuchami, które mogłyby spowodować nadmierne parowanie ograniczonej objętości naniesionego płynu. Większość procesów kapilarnych w urządzeniach 4-warstwowych zachodzi w warstwach środkowych, dlatego przewidywano, że różnice w prędkościach transportu kapilarnego wynikające z parowania będą minimalne. Ponadto występuje minimalny transport boczny, a odległość między wlotem a poszczególnymi w...

Pokazujemy użycie wzorzystych klejów aerozolowych do budowy 3D papierowych urządzeń mikroprzepływowych. Ta metoda nakładania kleju tworzy półtrwałe wiązania między warstwami, umożliwiając nieniszczący demontaż urządzeń jednorazowego użytku po użyciu i ułatwiając składanie złożonych struktur niepłaskich.

Wykorzystanie wzoru kleju do budowy urządzeń mikroprzepływowych z papieru 3D

We demonstrate the use of patterned aerosol adhesives to construct both planar and nonplanar 3D paper microfluidic devices. By spraying an aerosol ...

Ogólnym celem tej techniki jest tworzenie płaskich i niepłaskich trójwymiarowych papierowych urządzeń mikrofluidycznych, które mogą być rozkładane podczas konstrukcji oraz po użyciu, dzięki nanoszeniu wzorów z kleju w aerozolu. Metoda ta otwiera zupełnie nową przestrzeń projektową dla mikrofluidyki papierowej, usuwając ograniczenia, które wcześniej uniemożliwiały badaczom wytwarzanie struktur wykraczających poza zwykłe sieci kanałów. Głównymi zaletami tej techniki są znaczące zmniejszenie ilości kleju stosowanego podczas produkcji papierowych urządzeń mikrofluidycznych oraz możliwość konstrukcji niepłaskich trójwymiarowych obwodów mikrofluidycznych z papieru.Najpierw należy wydrukować na papierze filtracyjnym macierz każdej warstwy urządzenia za pomocą drukarki z tuszem stałym. Każdy papier filtracyjny należy umieścić na płycie grzewczej w temperaturze 170 °C przez dwie minuty, aby stopić tusz na bazie wosku i pozwolić mu w pełni wniknąć w papier, tworząc bariery hydrofobowe. Po ostygnięciu papieru, do każdego z odgałęzień trzeciej warstwy należy nanieść barwnik o innym kolorze za pomocą mikropipety.Wystarczy przygotować alikwoty 4 µL barwników o stężeniu 5 mM. Teraz należy przystąpić do konstrukcji. Najpierw przymocuj najniższą warstwę pomiędzy szablonem a sztywną podkładką, np. kawałkiem szkła płytowego.Należy upewnić się, że szablon przylega płasko do papieru, aby zminimalizować powstawanie cieni podczas rozpylania. Następnie należy ustawić metronom na 180 uderzeń na minutę i rozpylać klej z odległości około 24 cm przez cztery uderzenia. Puszkę należy przesuwać nad szablonem w czterech równomiernych ruchach.Jeśli puszka będzie przesuwana zbyt wolno, klej będzie gromadzić się na samym szablonie, co doprowadzi do jego zapchania. Jeśli puszka będzie przesuwana zbyt szybko, zostanie naniesione zbyt mało kleju. Następnie należy zdjąć szablon i umieścić kolejną warstwę urządzenia nad świeżo spryskaną warstwą, starannie wyrównując je na krawędziach.Mocno dociśnij do siebie warstwy. Następnie ponownie rozpyl klej. Powtarzaj ten proces, aż wszystkie warstwy zostaną ściśle ze sobą połączone.Na czterowarstwowym stosie naklej pasek taśmy pakowej w poprzek dolnej warstwy, aby zapobiec wyciekowi cieczy. Następnie z całego stosu można wyciąć poszczególne urządzenia zgodnie z wydrukowanym wzorem. Podobnie jak w poprzedniej procedurze, wydrukuj urządzenie na papierze filtracyjnym za pomocą drukarki z tuszem stałym, a następnie stop tusz na płycie grzewczej w temperaturze 170 °C przez dwie minuty.W przypadku tej procedury należy również wydrukować wzór zgięć w ten sam sposób, lecz na zwykłym papierze drukarskim. Po ostygnięciu wydruków należy dopasować linie wzoru zgięć do krawędzi wzorów kanałów. Następnie należy je przymocować za pomocą taśmy.Następnie odrysuj wzór zagięć za pomocą tępego rylca. Przyłóż siłę wystarczającą do zaznaczenia arkusza urządzenia, ale nie przerwij papieru. W przypadku powstania rozdarcia należy rozpocząć procedurę od nowa.Ta technika wstępnego zaginania zwiększa dokładność i precyzję składania. Teraz należy rozpocząć składanie urządzenia, wykonując zgięcia w formie „gór” i „dolin” zgodnie ze wzorem zgięć. Składanie przed nałożeniem kleju pomaga przyspieszyć montaż urządzenia.Po złożeniu rozłóż element, aby odsłonić części wymagające nałożenia kleju. Następnie za pomocą ostrza wytnij maski, które ograniczą obszary aplikacji kleju. Teraz dociśnij urządzenie płasko między szablonem z maską a sztywną podkładką.Użyj metronomu, aby odmierzyć 1,3 sekundy i nałóż klej w taki sam sposób jak wcześniej. Jeśli wilgotność otoczenia jest niska, nałóż klej w obszarze o kontrolowanej wilgotności, aby zapobiec jego zbyt szybkiemu wyschnięciu. Następnie usuń szablon oraz maskę i odwróć arkusz.Następnie w ten sam sposób spryskać tylną stronę papieru. Natychmiast zdjąć urządzenie z szablonu i przystąpić do jego składania. Po całkowitym złożeniu urządzenia należy wywierać ciągły nacisk na część zawierającą klej, aż do czasu jego wyschnięcia.Aby przeprowadzić test kapilarności (wicking test) na urządzeniach czterowarstwowych, należy losowo wybrać 20 urządzeń. Umieścić urządzenia w miejscu osłoniętym przed ruchami powietrza, aby zminimalizować parowanie. Następnie nanieść 40 µL wody na wlot każdego urządzenia.Zapisz czas, po którym wszystkie wyloty w każdym urządzeniu zostaną całkowicie wypełnione barwnikiem. W przypadku urządzeń origami porównaj dwa pawie origami: jednego wykonanego zgodnie z wcześniejszym opisem oraz drugiego wykonanego bez użycia szablonu podczas nakładania kleju. Następnie wprowadź jeden koniec małego papierowego prowadnika do korpusu pawia.Przy kontrolowanej wilgotności względnej powyżej 90% umieszczono każdą nóżkę oraz papierowy prowadnik każdego „pawia” w pojemniku wypełnionym barwnikiem o stężeniu 5 mM. Porównano średnie czasy podsiąkania i wskaźniki sukcesu dla urządzeń czterowarstwowych wykonanych z różnymi ilościami naniesionego kleju. Jednolite pokrycie klejem skutkowało stosunkowo wysokimi wskaźnikami sukcesu, które malały wraz ze zwiększaniem ilości kleju.Wskaźniki sukcesu były znacznie wyższe przy krótszym czasie podsiąkania, gdy klej w formie wzoru naniesiono na obie strony, a nie tylko na jedną. Awarie występowały częściej, gdy klej został naniesiony tylko na jedną stronę. Typowa awaria urządzenia warstwowego charakteryzowała się wylotami, które nie wypełniły się całkowicie barwnikiem lub których wypełnienie trwało dłużej niż pięć minut.W przypadku urządzeń składanych metodą origami awarię urządzenia charakteryzowano obecnością wylotów, które nie wypełniły się żadną ilością barwnika. Wyloty te znajdowały się wyłącznie wzdłuż dwóch krawędzi urządzenia zawierających zagięcia. Poprzez dwukrotne zwiększenie szerokości obramowania wokół kanałów zwiększono wskaźniki powodzenia zarówno dla jednostronnego, jak i dwustronnego nakładania kleju.Obie metody nakładania kleju pozwoliły na stworzenie urządzeń, w których ciecz pomyślnie przepływała przez całą długość kanałów bez mieszania się. Jednak urządzenie z równomiernie nałożonym klejem działało zauważalnie wolniej. Podczas wykonywania tej procedury ważne jest zapewnienie równomiernego i spójnego nakładania kleju.Należy pamiętać, że klej w aerozolu należy stosować wyłącznie w dobrze wentylowanych pomieszczeniach. Po obejrzeniu tego filmu powinni Państwo posiadać dobrą wiedzę na temat tego, jak nakładać i wykorzystywać kleje wzorowane do konstruowania płaskich i niepłaskich trójwymiarowych papierowych urządzeń mikrofluidycznych. Technika ta pozwoli badaczom na zbadanie zastosowania struktur niepłaskich w celu uzyskania funkcjonalności, których wcześniej nie spotykano w urządzeniach płaskich, takich jak zintegrowane układy sterowania i czujniki.

using-adhesive-patterning-to-construct-3d-paper-microfluidic-devices

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bioinżynieria

Opisujemy protokół wytwarzania urządzeń mikrofluidycznych, które umożliwiają wychwytywanie i hodowlę komórek. W tym podejściu wykorzystuje się ustrukturyzowane mikrostruktury, takie jak rowki wewnątrz kanałów mikrofluidycznych, aby stworzyć obszary o niskim naprężeniu ścinającym, w których komórki mogą zostać unieruchomione.

Urządzenie mikrofluidyczne z wzorami rowków do badania zachowania komórek

Urządzenia mikrofluidyczne mogą być wykorzystywane do wizualizacji złożonych procesów naturalnych w czasie rzeczywistym i w odpowiednich skalach fizycznych. Opracowaliśmy proste urządzenie mikrofluidyczne, które naśladuje kluczowe cechy naturalnych ośrodków porowatych, służące do badania wzrostu i transportu bakterii w podłożu gruntowym.

Okno na mikroświat: Proste systemy mikrofluidyczne do badania transportu drobnoustrojów w ośrodkach porowatych

Opisano metodę montażu adhezyjnych i rozpuszczalnych gradientów w komorze mikroskopowej do badań migracji żywych komórek. Zaprojektowane środowisko łączy powierzchnie przeciwporostowe i ścieżki adhezyjne z gradientami roztworu, a tym samym pozwala określić względne znaczenie wskazówek naprowadzających.

Tworzenie adhezyjnych i rozpuszczalnych gradientów do obrazowania migracji komórek za pomocą mikroskopii fluorescencyjnej

Prezentujemy metodę mikroprzepływowego osadzania wzorzystej genipiny i fibronektyny na podłożach PDMS, pozwalając na przedłużoną żywotność tkanek gęstych od komórek mięśni gładkich naczyń krwionośnych. Ta metoda wytwarzania tkanek jest połączona z poprzednią technologią cienkich warstw naczyń mięśniowych w celu pomiaru kurczliwości naczyń w czasie istotnym dla choroby.

Technika mikroprzepływowego osadzania genipiny do rozszerzonej hodowli cienkich warstw mięśniowych naczyń krwionośnych

Ten manuskrypt przedstawia metodę formowania wtryskowego do inżynierii mikronaczyń, które podsumowują fizjologiczne właściwości śródbłonka. Proces oparty na mikroprzepływach tworzy opatentowane sieci naczyniowe 3D z dostosowanymi warunkami, takimi jak przepływ, skład komórkowy, geometria i gradienty biochemiczne. Opisano proces wytwarzania i przykłady potencjalnych zastosowań.

Mikrowzorowanie i montaż trójwymiarowych mikonaczyń

Szczegółowo opisujemy metodę wytwarzania trójwymiarowych urządzeń mikroprzepływowych opartych na papierze do wykorzystania w rozwoju testów immunologicznych. Nasze podejście do montażu urządzeń to rodzaj wielowarstwowej, addytywnej produkcji. Demonstrujemy test immunologiczny typu sandwich, aby zapewnić reprezentatywne wyniki dla tego typu urządzeń opartych na papierze.

Wytwarzanie trójwymiarowych urządzeń mikroprzepływowych na bazie papieru do testów immunologicznych

Ten raport opisuje prostą, łatwą do wykonania technikę, wykorzystującą próżnię niskociśnieniową, do wypełniania kanałów mikroprzepływowych komórkami i substratami do badań biologicznych.

Wszechstronna metoda modelowania białek i komórek

Tutaj prezentujemy protokół do projektowania i produkcji niestandardowych urządzeń mikroprzepływowych przy minimalnym nakładzie finansowym i czasowym. Celem jest ułatwienie przyjęcia technologii mikroprzepływowych w biomedycznych laboratoriach badawczych i placówkach edukacyjnych.

Szybka produkcja niestandardowych urządzeń mikroprzepływowych do zastosowań badawczych i edukacyjnych

Ten projekt pozwala małym laboratoriom na opracowanie łatwej w użyciu platformy do produkcji precyzyjnych wielowarstwowych urządzeń mikroprzepływowych. Platforma składa się z wydrukowanego w trzech wymiarach adaptera do ustawiania maski mikroskopowej, za pomocą którego uzyskano wielowarstwowe urządzenia mikroprzepływowe z błędami wyrównania &lt;10 μm.

Projekt i opracowanie trójwymiarowo drukowanego adaptera do wyrównywania maski mikroskopowej do wytwarzania wielowarstwowych urządzeń mikroprzepływowych

Prezentujemy technologię, która wykorzystuje wspomagany kapilarność montaż w platformie mikroprzepływowej do modelowania mikroobiektów zawieszonych w cieczy, takich jak bakterie i koloidy, w określone tablice na podłożu z polidimetylosiloksanu.

Modelowanie mikroorganizmów i mikrocząstek poprzez sekwencyjny montaż wspomagany kapilarnością

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.

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

Poznaj technikę budowy trójwymiarowych mikroprzepływowych urządzeń papierowych przy użyciu wzoru kleju w aerozolu. Ta metoda umożliwia tworzenie struktur płaskich i niepłaskich oraz ich nietransformacyjne rozłożenie po użyciu.

Wykorzystanie wzoru kleju do budowy urządzeń mikroprzepływowych z papieru 3D

Przeglądaj więcej filmów