Method Article

Usando Adhesive Padronização Construir 3D de papel microfluídicos

DOI:

10.3791/53805

⸱

April 1st, 2016

 , 
1Department of Mechanical Engineering, University of California, Riverside, 2Department of Bioengineering, University of California, Riverside, 3Stem Cell Center, University of California, Riverside

In This Article

Summary

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

Nós demonstramos o uso de adesivos de aerossol padronizadas para a construção de dispositivos microfluídicos de papel 3D. Este método de formas de aplicação de cola ligações semi-permanentes entre camadas, permitindo que dispositivos de uso único para ser desmontada após o uso e para aliviar as estruturas não planas dobrar complexos não-destrutiva.

Abstract

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

Demonstramos o uso de adesivos aerossóis padronizados para construir dispositivos microfluídicos de papel 3D planares e não planares. Ao pulverizar um adesivo aerossol através de um estêncil de metal, a quantidade total de adesivo usada na montagem de dispositivos microfluídicos de papel pode ser significativamente reduzida. Mostramos em um dispositivo microfluídico de papel planar simples de 4 camadas que a técnica ideal de aplicação de adesivo e o estilo de construção do dispositivo dependem muito das características de desempenho desejadas. Ao aumentar moderadamente a área geral de um dispositivo, é possível diminuir drasticamente o tempo de absorção e aumentar as taxas de sucesso do dispositivo, além de reduzir a quantidade de adesivo necessária para manter o dispositivo unido. Essa aplicação de adesivo também faz com que o adesivo forme ligações semipermanentes em vez de ligações permanentes entre as camadas de papel, permitindo que dispositivos de uso único sejam desmontados de forma não destrutiva após o uso. Dispositivos de origami 3D não planares também se beneficiam das ligações semipermanentes durante a dobra, pois reduzem a probabilidade de que rostos não relacionados possam acidentalmente ficar juntos. Como os dispositivos planares, as estruturas não planares têm tempos de absorção reduzidos com aplicação de adesivo padronizado versus adesivo aplicado uniformemente.

Introduction

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Nos últimos anos, o papel microfluídica ganhou popularidade considerável para o seu potencial para fornecer o ponto baixo-custo dos cuidados (POC) dispositivos de diagnóstico. 1-3 dispositivos POC oferecem funcionalidades semelhantes às dos testes baseados em laboratório em um formato que permite que os resultados sejam obtida de forma relativamente rápida. dispositivos POC feitos de papel são de baixo custo, leve e alternativas fáceis de usar para chips microfluídicos caros e laboratórios miniaturizados, tornando-os ideais para uso em ambientes de recursos limitados. Os dispositivos microfluídicos de papel mais comuns são dispositivos de fluxo lateral unidimensionais, mas planar tridimensional (3D) de papel dispositivos microfluídicos mantenha a promessa de fornecer dispositivos de diagnóstico multiplexados 4 que ocupam um espaço muito menor do que seria necessário por um dispositivo 2D 5 e correspondentemente usar um volume de amostra menor.

Inicialmente, dispositivos microfluídicos de papel 3D planar foram montados individualmente, camada por camada, with modelado camadas de papel alternando com fita dupla face de corte a laser. Furos cuidadosamente alinhados cortados na camada de fita foram preenchidos com o pó de celulose para garantir o transporte do fluido inter-camada. 4 Uma série de métodos alternativos foram desenvolvidos posteriormente, cada um 6-9 melhorar diferentes aspectos dos dispositivos. Em particular, ao evitar adesivos, dispositivos podem ser dobradas por meio de técnicas de origami com camadas unidas por um grampo exterior. 8 Isso elimina qualquer interferência adesiva potencial em um teste de diagnóstico e permite que o dispositivo ser desdobrado pós-utilização, potencialmente permitindo que a amostra ainda menor volumes, exibindo resultados internamente. Em alternativa, usando um adesivo de aerossol aplicada entre cada camada de papel, folhas de dispositivos podem ser montados simultaneamente, sem demorado padronização e alinhamento de fita. 9

No entanto, através da aplicação de um adesivo de aerossol através de um stencil, é possível obter o benefício deAmbas estas técnicas. Ao pulverizar o adesivo através de um stencil, apenas uma fracção do adesivo é aplicado ao dispositivo, minimizando qualquer possível interferência com a transferência de fluido intercalar. Além disso, com a selecção cuidadosa do estêncil, um padrão de adesivo pode ser aplicada que resulta em ligação adesiva semi-permanente, permitindo que os dispositivos para ser desdobrada após a utilização, enquanto continua a fornecer contacto intercamada suficiente para permitir que o fluido entre as camadas de pavio.

Finalmente, a aplicação de adesivos em aerossol através de um stencil facilita a construção de dispositivos de microfluidos não planares de papel 3D, por minimização da quantidade de adesivo aplicado às faces adjacentes que podem exigir dobragem frequente e desenrolar durante a construção. 10 Além disso, a utilização de adesivo modelado permite dispositivo seja desdobrado após o uso para armazenamento mais conveniente. dispositivos microfluídicos papel não planar 3D são esperados para ser usado para tarefas que de outra forma seria impossível em um devic planar 3De. A Figura 1 ilustra o fluxo de processo geral utilizado para a construção de ambos os dispositivos planares e não planares 3D.

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Protocol

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1. Planar 4 camadas de dispositivos (camadas empilhadas) Construção

  1. Matrizes de impressão de cada camada do dispositivo 9 em cada pedaço de papel de filtro usando uma impressora de tinta sólida. 11,12 Coloque cada papel de filtro numa placa de aquecimento a 170 ° C por 2 min. Isto irá derreter a tinta à base de cera e permitir que ele penetre totalmente a espessura do papel, formando barreiras hidrofóbicos.
    NOTA: Os desenhos exatos usados ​​estão disponíveis como arquivos suplementares.
  2. Remova o papel de filtro do fogão e deixe-o arrefecer à RT.
  3. Depósito 4 ul de corante 5 mM (vermelho: Allura Vermelho; amarelo: tartrazina; azul: sal dissódico erioglaucine; verde: 10: 1 mistura de tartrazina: erioglaucine sal dissódico) em cada ramo (uma cor por ramo) de camada 3 (terceiro camada a partir da parte superior do dispositivo completo) utilizando uma micropipeta.
  4. Comece com a mais-bottom camada. Prenda o papel de filtro entre o estêncil e um suporte rígido, como um pedaço de vidro placa, usando grampo da pastaS ou outro método semelhante temporária. Certifique-se de que o estêncil é plana contra o papel. Isso irá minimizar qualquer sombra de pulverização expressos pelo estêncil para o papel.
  5. Aplique o adesivo (ver lista de materiais e equipamentos), com uma cerca de 1,33 seg (um quatro-contagem a 180 bpm) pulverize a cerca de 24 cm. 9,10 Durante este tempo, mova a lata de cola em todo o estêncil a um ritmo médio. Muito lento da viagem através do stencil fará adesiva para acumular no próprio estêncil, entupindo-lo. Demasiado rápida da viagem vai deixar de depositar adesiva suficiente no papel. Quatro passagens durante este tempo (de cima para baixo-cima-baixo) são suficientes para evitar sombras de pulverização.
  6. Remover estêncil e colocar a camada seguinte do dispositivo (numeradas camadas estão disponíveis como arquivos complementares) no topo da camada pulverizada de fresco, alinhando as bordas do papel. Pressione firmemente as duas camadas em conjunto.
  7. Substituir estêncil e repetir o processo de pulverização para cada camada do dispositivo. Remover o STAck de dispositivos e local de embalagem de fita através da camada inferior. Isto impede qualquer fuga de fluido a partir do dispositivo. Cortar dispositivos individuais a partir da folha com uma tesoura, a seguir a borda da região impressa.

2. Planar 4 camadas de dispositivos (Layers Origami dobrados) Construção

  1. folhas de impressão contendo todas as camadas do dispositivo no papel de filtro usando uma impressora de tinta sólida. Coloque papel de filtro numa placa de aquecimento a 170 ° C durante 2 min. Remova o papel de filtro do fogão e deixe-o arrefecer à RT.
    NOTA: Os desenhos exatos usados ​​estão disponíveis como arquivos suplementares.
  2. Depósito 4 ul de corante 5 mM (vermelho: Allura Vermelho; amarelo: tartrazina; azul: sal dissódico erioglaucine; verde: 10: 1 mistura de tartrazina: erioglaucine sal dissódico) em cada ramo (uma cor por ramo) de camada 3 (terceiro camada a partir da parte superior do dispositivo completo) através de micropipeta.
  3. Fixar a folha de dispositivos entre o estêncil e um suporte rígido, como um pedaço de vidro placa, Usando binderclips, ou outro método semelhante temporária. Certifique-se de que o estêncil é plana contra o papel.
  4. Aplique o adesivo (ver lista de materiais e equipamentos), com uma cerca de 1,33 seg (um quatro-contagem a 180 bpm) pulverize a cerca de 24 cm. Quatro passagens durante este tempo (de cima para baixo-cima-baixo) são suficientes para evitar sombras de pulverização.
  5. Remover stencil e virar a folha. Substitua stencil e spray de volta lado do papel. Remover a folha de dispositivos de dobragem e iniciar uma prega em acordeão, tal como representado na Figura 1. Cortar cada dispositivo para fora da folha usando uma tesoura, a seguir a borda da região impressa. Coloque fita adesiva em toda a camada inferior.

3. não planar (Origami) Construção de Dispositivos

  1. Dispositivo de impressão (Figura 2A) sobre papel de filtro, utilizando uma impressora de tinta sólida e colocar o papel de filtro sobre uma chapa quente a 170 ° C durante 2 min. Remover dispositivo do fogão e deixe-o arrefecer à RT.
    NOTA:Os desenhos exatos usados ​​estão disponíveis como arquivos suplementares.
  2. Imprimir padrão (Figura 2C) para o papel de impressão utilizando uma impressora de tinta sólida e cortado para o tamanho do papel de filtro vinco. Coloque padrão de vincos numa placa de aquecimento a 170 ° C durante 2 minutos, para fundir a cera, fazendo com que o padrão a ser visível a partir de ambos os lados do papel. Remover padrão de dobras do fogão e deixe-o arrefecer à RT.
  3. Alinhar as bordas do padrão de vincos para as bordas do papel contendo os padrões de canal e de fixar os dois pedaços de papel usando grampos da pasta, ou outro método semelhante temporária.
  4. Trace o padrão de dobras com uma caneta sem corte, aplicação de força suficiente para que marcas aparecem na folha de dispositivo, mas não tão difícil que o papel padrão de dobras rasga. Se isso ocorrer, o dispositivo corre o risco de ser danificada. Precreasing faz com que o papel de dobrar muito mais facilmente e permite uma maior precisão e rigor na dobragem.
  5. Comece dobrando o dispositivo com montanha e valedobras de acordo com o padrão de dobras. Uma vez que o adesivo foi aplicado, todo o dispositivo deve ser montado muito rapidamente, de modo que dobrando o dispositivo, tanto quanto possível, antes da aplicação do adesivo é muito útil.
  6. Uma vez que o dispositivo é dobrado, se desenrolar o dispositivo para expor as porções do dispositivo que requerem adesiva. Recorte máscaras (Figura 2D) que limitam onde no dispositivo adesivo pode ser aplicado, utilizando uma lâmina de barbear.
  7. Prender o dispositivo entre o stencil e máscara e um suporte rígido, como um pedaço de vidro placa. Certifique-se de que o estêncil é plana contra o dispositivo. Aplique o adesivo (ver materiais e equipamentos de lista) com uma cerca de 1,33 seg (um quatro-contagem a 180 bpm) pulverize a cerca de 24 cm. Quatro passagens durante este tempo (de cima para baixo-cima-baixo) são suficientes para evitar sombras de pulverização. Remover stencil e virar a folha. Substitua stencil e máscara e spray de volta lado do papel.
  8. Remover imediatamente dispositivo a partir de stencil e começar a dobrar odispositivo. Uma vez que o dispositivo está completamente dobrada, aplicar pressão à porção de adesivo contendo até o adesivo ter secado.
    NOTA: O tempo de secagem do adesivo é muito sensível à humidade ambiente, de modo que em locais com baixa humidade, dobrando em uma câmara de humidade controlada permite mais tempo para dobrar o dispositivo.

4. Wicking ensaio para dispositivos de 4 camadas

  1. Aleatoriamente seleccionar 20 previamente montados dispositivos, de acordo com os protocolos acima. dispositivos de lugar em um local protegido de qualquer vento ou brisa para minimizar a evaporação. Depósito de 40 ul de água na entrada de cada dispositivo. Registar o tempo que leva para que cada dispositivo de ter todos os seus pontos de completamente cheia com o corante.

5. Origami Wicking Comparação

  1. Construir dois pavões origami - ona de acordo com o protocolo acima (secção 3), e o outro sem a utilização de uma emulsão durante a aplicação do adesivo.
  2. Insira uma extremidade de um pequeno paper de chumbo (cerca de 5 mm de largura e 5 cm de comprimento) no corpo de cada pavão.
  3. Coloque as duas pavões numa câmara mantida a uma humidade relativa elevada (> 90%) para se minimizar a evaporação. Coloque cada perna e liderança de cada pavão em um recipiente cheio de corante 5 mM (vermelho: vermelho allura, amarelo: tartrazina, azul: sal dissódico erioglaucine). Gravar processo de capilaridade com uma câmera digital.

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Results

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Os testes do dispositivo 4 de camada foram realizadas numa câmara selada, protegendo-os a partir de qualquer vento ou brisas que pode provocar a excessiva evaporação do volume de fluido depositado limitado. A maioria dos dispositivos de capilaridade nas quatro camadas é nas camadas do meio do dispositivo, de modo que as diferenças de velocidades de absorção, devido à evaporação foram deverá ser mínimo. Além disso, há o mínimo de capilaridade lateral, com apenas 13 mm entre a entrada e a ...

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Discussion

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Os protocolos acima usam folhas de metal perfuradas como stencils para a aplicação de adesivos em aerossol para a construção planar e dispositivos microfluídicos de papel 3D não planas. Em dispositivos planares, isto tem a vantagem de permitir que os dispositivos para ser completamente desdobrado depois de o adesivo ter secado sem destruir o dispositivo. Em outras técnicas de construção adesivos à base, este é quase impossível, embora, alguns modelos permitem a desmontagem destrutiva parcial por unpeeling duas metades u...

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Disclosures

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Os autores não têm nada a revelar.

Acknowledgements

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Este trabalho é apoiado por um fundo de Bourns Faculdade de Engenharia da Universidade da Califórnia, Riverside. BK recebeu uma bolsa de estudos do Lung-Wen Prêmio Tsai Memorial em Desenho Mecânico.

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
CâmeraNikonD5100
Impressora de tinta sólidaXeroxColorQube 8880
Placa de aquecimentoTorrey PinesHS60
Câmara de umidadeElectro-Tech Systems5503-E
Adesivo em spray3M62497749309Super 77 (lata de 16,75 oz)
Papel de filtroWhatmanGrau 4
Chapa de aço perfuradaMetalsDepotPS16116
TartrazinaSigma-AldritchT0388
Allura RedSigma-Aldritch458848
Sal dissódico de erioglaucinaSigma-Aldritch861146

References

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