Usando Adhesive Padronização Construir 3D de papel microfluídicos

O objetivo geral desta técnica é criar dispositivos microfluídicos em papel tridimensionais planares e não planares que possam ser desdobrados durante a construção e após o uso, por meio da aplicação de adesivo em aerossol. Este método abre um novo espaço de design para a microfluídica em papel, removendo restrições que anteriormente impediam os pesquisadores de fabricar estruturas além de simples redes de canais. As principais vantagens desta técnica são a redução significativa da quantidade de adesivo aplicada durante a fabricação de dispositivos microfluídicos em papel e a possibilidade de construir circuitos microfluídicos em papel tridimensionais não planares.

Primeiro, imprima um arranjo de cada camada do dispositivo em papel filtro utilizando uma impressora a cera. Coloque cada papel filtro em uma placa aquecedora a 170 graus Celsius por dois minutos, para derreter a tinta à base de cera e permitir que ela penetre completamente no papel, formando barreiras hidrofóbicas. Após o resfriamento do papel, adicione uma cor diferente de corante em cada ramificação da camada três utilizando uma micropipeta.

Aliquotas de quatro microlitros de corantes a cinco milimolares serão suficientes. Agora, inicie a montagem. Primeiro, prenda a camada mais inferior entre o estêncil e um suporte rígido, como um pedaço de vidro de placa.

Certifique-se de que o estêncil esteja plano sobre o papel para minimizar sombras do spray. Em seguida, ajuste um metrônomo para 180 batidas por minuto e aplique adesivo em spray de aproximadamente 24 centímetros de distância durante quatro batidas. Mova a lata sobre o estêncil em quatro movimentos uniformes.

Se a lata for movida muito lentamente, o adesivo irá se acumular sobre o estêncil, entupindo-o. Se a lata for movida muito rapidamente, quantidade insuficiente de adesivo será aplicada. Em seguida, remova o estêncil e posicione a próxima camada do dispositivo sobre a camada recém-sprayada, alinhando-as cuidadosamente pelas bordas.

Pressione firmemente as camadas juntas. Em seguida, aplique o adesivo novamente com o spray. Continue esse processo até que todas as camadas estejam firmemente aderidas.

Na pilha de quatro camadas, fixe uma tira de fita adesiva embalagem através da camada inferior para impedir 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 filtro usando uma impressora a cera sólida e derreta a tinta em uma placa aquecida a 170 graus Celsius por dois minutos.

Para este procedimento, imprima também o padrão de dobras da mesma maneira, mas em papel comum para impressora. Após os impressos terem esfriado, alinhe as linhas do padrão de dobras às bordas dos padrões de canal. Em seguida, fixe-os usando fita adesiva.

Em seguida, trace o padrão de dobras com um estilete rombo. Aplique força suficiente para marcar a folha do dispositivo, mas não rasgue o papel. Se ocorrer um rasgo, recomece.

Essa técnica de pré-dobra aumenta a precisão e a exatidão do dobramento. Agora, comece a dobrar o dispositivo utilizando dobras em montanha e dobras em vale, conforme o padrão de vincos. Dobrar antes da aplicação do adesivo ajuda a acelerar a montagem do dispositivo.

Uma vez dobrado, desdobre-o para expor as partes que precisam de adesivo. Em seguida, com uma lâmina, recorte máscaras para limitar as áreas onde o adesivo será aplicado. Agora, prenda o dispositivo planamente entre o estêncil com a máscara e um suporte rígido.

Use um metrônomo para marcar 1,3 segundo e aplique o adesivo como antes. Se a umidade ambiente for baixa, aplique o adesivo em um ambiente com umidade controlada para que o adesivo não seque muito rapidamente. Em seguida, remova o molde e a máscara e vire a folha do avesso.

Em seguida, pulverize o lado traseiro do papel da mesma maneira. Remova imediatamente o dispositivo do molde e comece a dobrar o dispositivo. Uma vez que o dispositivo esteja completamente dobrado, aplique pressão contínua na parte que contém o adesivo até que esteque seco.

Para realizar um teste de absorção por capilaridade em dispositivos de quatro camadas, selecione aleatoriamente 20 dispositivos. Coloque os dispositivos em um local protegido de correntes de ar para minimizar a evaporação. Em seguida, deposite 40 microlitros de água na entrada de cada dispositivo.

Registre o tempo necessário para que cada dispositivo tenha todas as suas saídas completamente preenchidas com corante. Para os dispositivos de origami, compare dois pavões de origami, um feito conforme descrito anteriormente e outro feito sem o uso do molde durante a aplicação do adesivo. Em seguida, insira uma extremidade de uma pequena ponte de papel no corpo do pavão.

Em umidade relativa controlada, acima de 90%, coloque cada perna e o eletrodo de papel de cada pavão em um recipiente contendo corante a cinco milimolar. 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 uniforme de adesivo resultou em taxas de sucesso relativamente altas, que diminuíram com o aumento da quantidade de adesivo.

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

Em dispositivos dobrados por origami, a falha do dispositivo foi caracterizada por saídas que não preenchiam com qualquer quantidade de corante. Essas saídas estavam localizadas exclusivamente ao longo das duas bordas do dispositivo que continham as dobras. Ao dobrar o tamanho da borda ao redor dos canais, as taxas de sucesso para aplicações adesivas simples e dupla aumentaram.

Os dois métodos de aplicação de adesivo resultaram em dispositivos que direcionaram com sucesso o líquido ao longo de todo o comprimento de seus canais, sem mistura. No entanto, o dispositivo com adesivo aplicado uniformemente foi significativamente mais lento. Ao realizar este procedimento, é importante garantir uma aplicação de adesivo uniforme e consistente.

Observe que o adesivo em aerossol deve ser aplicado apenas em áreas bem ventiladas. Após assistir a este vídeo, você deverá ter uma boa compreensão de como aplicar e usar adesivos padronizados para construir dispositivos microfluídicos em papel tridimensionais planares e não planares. Esta técnica permitirá aos pesquisadores explorar o uso de estruturas não planares para alcançar funcionalidades anteriormente inexistentes em dispositivos planares, como atuação e detecção integradas.