Usando Adhesive Padronização Construir 3D de papel microfluídicos

O objetivo geral desta técnica é criar dispositivos microfluídicos de papel tridimensionais planares e não planares que possam ser desdobrados durante a construção e após o uso por meio da padronização de adesivo aerossol. Este método abre um novo espaço de design para a microfluídica de papel, removendo restrições que anteriormente impediam os pesquisadores de fabricar a partir de redes de canais simples. As principais vantagens dessa técnica são que ela reduz significativamente a quantidade de adesivo aplicada durante a fabricação de dispositivos microfluídicos de papel e permite a construção de circuitos microfluídicos tridimensionais de papel não planares.

Primeiro, imprima uma matriz de cada camada do dispositivo em papel de filtro usando uma impressora de tinta sólida. Coloque cada papel de filtro em uma placa quente a 170 graus Celsius por dois minutos, para derreter a tinta à base de cera e permitir que ela penetre totalmente no papel, formando barreiras hidrofóbicas. Depois que o papel esfriar, coloque uma cor de corante diferente em cada um dos ramos da camada três usando uma micropipeta.

Quatro alíquotas de microlitros de cinco corantes milimolares serão suficientes. Agora, comece a construção. Primeiro, prenda a camada inferior entre o estêncil e um suporte rígido, como um pedaço de vidro.

Certifique-se de que o estêncil esteja plano contra o papel para minimizar as sombras de spray. Em seguida, defina um metrônomo para 180 batimentos por minuto e borrife adesivo a aproximadamente 24 centímetros de distância por quatro batidas. Mova a lata pelo estêncil em quatro movimentos iguais.

Se a lata for movida muito lentamente, o adesivo se acumulará no próprio estêncil, entupindo o estêncil. Se a lata for movida muito rapidamente, não será aplicado adesivo suficiente. Em seguida, remova o estêncil e posicione a próxima camada do dispositivo sobre a camada recém-pulverizada, alinhando-as cuidadosamente nas bordas.

Pressione firmemente as camadas juntas. Em seguida, borrife o adesivo novamente. Continue este processo até que todas as camadas estejam bem aderidas.

Na pilha de quatro camadas, cole uma tira de fita adesiva na camada inferior para evitar que o fluido vaze. Em seguida, dispositivos individuais podem ser cortados da pilha seguindo o padrão impresso. Como no procedimento anterior, imprima o dispositivo em papel de filtro usando uma impressora de tinta sólida e derreta a tinta em uma chapa quente a 170 graus Celsius por dois minutos.

Para este procedimento, imprima também o padrão de vinco da mesma maneira, mas em papel de impressora comum. Depois que as impressões esfriarem, alinhe as linhas do padrão de vinco com as bordas dos padrões de canal. Em seguida, prenda-os com fita adesiva.

Em seguida, trace o padrão de vinco com uma caneta romba. Aplique força suficiente para marcar a folha do dispositivo, mas não rasgue o papel. Se ocorrer uma ruptura, comece de novo.

Esta técnica de pré-vinco aumenta a exatidão e precisão da dobra. Agora, comece a dobrar o dispositivo usando dobras de montanha e vale de acordo com o padrão de vinco. Dobrar antes da aplicação do adesivo ajuda a acelerar a montagem do dispositivo.

Depois de dobrado, desdobre-o para expor as partes que requerem adesivo. Em seguida, com uma lâmina, corte as máscaras para limitar onde o adesivo será aplicado. Agora, prenda o dispositivo firmemente entre o estêncil com a máscara e um suporte rígido.

Use um metrônomo para expirar 1,3 segundos e aplique o adesivo como antes. Se a umidade ambiente for baixa, aplique o adesivo em uma área com umidade controlada para que não seque muito rapidamente. Em seguida, remova o estêncil e a máscara e vire a folha.

Em seguida, borrife o verso do papel da mesma maneira. Remova imediatamente o dispositivo do estêncil e comece a dobrá-lo. Quando o dispositivo estiver completamente dobrado, aplique pressão contínua na parte que contém adesivo até que esteja seca.

Para realizar um teste de absorção nos dispositivos de quatro camadas, selecione aleatoriamente 20 dispositivos. Coloque os dispositivos onde estejam protegidos das correntes de ar para minimizar a evaporação. Em seguida, deposite 40 microlitros de água na entrada de cada dispositivo.

Registre o tempo que leva para cada dispositivo ter todas as suas tomadas completamente preenchidas com corante. Para os dispositivos de origami, compare dois pavões de origami, um feito conforme descrito anteriormente e outro feito sem usar o estêncil durante a aplicação do adesivo. Em seguida, insira uma extremidade de um pequeno grafite de papel no corpo do pavão.

Sob umidade relativa controlada, acima de 90%, coloque cada perna e o papel de chumbo de cada pavão em um recipiente cheio de corante cinco milimolares. Os tempos médios de absorção e as taxas de sucesso para dispositivos de quatro camadas construídos com diferentes quantidades de adesivo aplicado foram comparados. A cobertura adesiva uniforme resultou em taxas de sucesso relativamente altas que diminuíram com o aumento das quantidades de adesivo.

As taxas de sucesso também foram muito maiores com tempos de absorção mais rápidos quando o adesivo padronizado foi aplicado em ambos os lados, do que apenas em um lado. As falhas ocorreram com mais frequência quando o adesivo foi aplicado apenas em um lado. A falha típica do dispositivo empilhado foi caracterizada por tomadas que não foram completamente preenchidas com corante ou levaram mais de cinco minutos para encher.

Em dispositivos dobrados de origami, a falha do dispositivo foi caracterizada por tomadas que não conseguiram se encher com qualquer quantidade de corante. Essas saídas estavam localizadas exclusivamente ao longo das duas bordas do dispositivo que continham os vincos. Ao dobrar o tamanho da borda ao redor dos canais, as taxas de sucesso para aplicações adesivas de um e dois lados aumentaram.

Ambos os métodos de aplicação de adesivo resultaram em dispositivos que direcionaram com sucesso o líquido ao longo de seus canais e sem mistura. No entanto, o dispositivo com adesivo aplicado uniformemente era visivelmente mais lento. Ao tentar este procedimento, é importante garantir uma aplicação adesiva uniforme e consistente.

Observe que o adesivo em aerossol só deve ser aplicado em áreas bem ventiladas. Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como aplicar e usar adesivos padronizados para construir dispositivos microfluídicos de papel 3D planares e não planares. Essa técnica permitirá que os pesquisadores explorem o uso de estruturas não planares para obter funcionalidades não encontradas anteriormente em dispositivos planares, como atuação e detecção integradas.