С помощью клея паттернирования Построить 3D бумаги микрожидком устройств

Общая цель этого метода заключается в создании плоских и неплоских трехмерных бумажных микрофлюидных устройств, которые могут быть развернуты во время строительства и после использования с помощью аэрозольного клея. Этот метод открывает совершенно новое пространство для проектирования бумажной микрофлюидики, устраняя ограничения, которые ранее не позволяли исследователям производить изделия из простых канальных сетей. Основные преимущества этого метода заключаются в том, что он значительно уменьшает количество клея, наносимого при изготовлении бумажных микрофлюидных устройств, и что он позволяет создавать неплоские трехмерные бумажные микрофлюидные схемы.

Сначала распечатайте массив каждого слоя устройства на фильтровальной бумаге с помощью принтера с твердыми чернилами. Поместите каждую фильтровальную бумагу на горячую плиту при температуре 170 градусов Цельсия на две минуты, чтобы расплавить чернила на основе воска, и дайте им полностью проникнуть в бумагу, образуя гидрофобные барьеры. Как только бумага остынет, нанесите краситель разного цвета на каждую из ветвей третьего слоя с помощью микропипетки.

Четырех микролитров аликвот пяти миллимолярных красителей будет достаточно. Теперь приступаем к строительству. Сначала зажмите самый нижний слой между трафаретом и жесткой подложкой, например, куском листового стекла.

Убедитесь, что трафарет прилегает ровно к бумаге, чтобы свести к минимуму брызги теней. Затем установите метроном на 180 ударов в минуту и распылите клей с расстояния примерно 24 сантиметра в течение четырех ударов. Перемещайте баллончик по трафарету четырьмя ровными движениями.

Если баллончик перемещать слишком медленно, клей будет скапливаться на самом трафарете, забивая трафарет. Если баллончик перемещать слишком быстро, то будет нанесено недостаточно клея. Далее снимите трафарет и расположите следующий слой устройства поверх свеженапыленного слоя, тщательно выровняв их по краям.

Плотно прижмите слои друг к другу. Затем снова распылите клей. Продолжайте этот процесс до тех пор, пока все слои не будут плотно склеены.

На четырехслойную стопку наклейте полосу упаковочной ленты через нижний слой, чтобы предотвратить утечку жидкости. Затем отдельные устройства могут быть вырезаны из стопки по напечатанному шаблону. Как и в предыдущей процедуре, распечатайте устройство на фильтровальной бумаге с помощью принтера с твердыми чернилами и расплавьте чернила на горячей пластине при температуре 170 градусов Цельсия в течение двух минут.

Для этой процедуры также распечатайте рисунок сгиба таким же образом, но на обычной бумаге для принтера. Когда отпечатки остынут, выровняйте линии рисунка сгиба по краям узоров каналов. Затем закрепите их с помощью скотча.

Далее обведите узор сгиба тупым стилусом. Приложите достаточное усилие, чтобы отметить лист устройства, но не порвите бумагу. Если произошел разрыв, начните сначала.

Эта техника предварительного биговки повышает точность и аккуратность фальцовки. Теперь начните складывать устройство с помощью горных и долинных складок в соответствии с рисунком сгиба. Складывание перед нанесением клея помогает ускорить сборку устройства.

Сложив его, разверните его, чтобы обнажить участки, требующие клея. Затем с помощью лезвия вырежьте маски, чтобы ограничить место нанесения клея. Теперь зажмите устройство плоско между трафаретом с маской и жесткой подложкой.

С помощью метронома отведите время в 1,3 секунды и нанесите клей, как и раньше. Если влажность окружающей среды низкая, наносите клей в месте с контролируемой влажностью, чтобы клей не высыхал слишком быстро. Далее снимаем трафарет и маску и переворачиваем лист.

Затем распылите на обратную сторону бумаги таким же образом. Сразу же снимите устройство с трафарета и начните складывать устройство. После того как устройство будет полностью сложено, надавите на клейкую часть до тех пор, пока она не высохнет.

Чтобы провести испытание на впитывание на четырехслойных устройствах, случайным образом выберите 20 устройств. Размещайте устройства там, где они защищены от потоков воздуха, чтобы свести к минимуму испарение. Затем внесите по 40 микролитров воды на входе в каждое устройство.

Запишите время, необходимое для того, чтобы все выходы каждого устройства были полностью заполнены красителем. Для устройств оригами сравните двух оригами павлинов, один из которых сделан так, как описано выше, а другой сделан без использования трафарета во время нанесения клея. Затем вставьте один конец небольшого бумажного грифеля в тело павлина.

При контролируемой относительной влажности выше 90% поместите каждую ножку и бумажный грифель каждого павлина в контейнер, наполненный пятимиллимолярным красителем. Сравнивались среднее время впитывания и успешность четырехслойных устройств, изготовленных с различным количеством нанесенного клея. Равномерное адгезивное покрытие приводило к относительно высоким показателям успеха, которые снижались с увеличением количества клея.

Показатели успеха также были намного выше с более быстрым временем впитывания, когда клей с рисунком наносился на обе стороны, а не только на одну. Отказы возникали чаще, когда клей наносился только на одну сторону. Типичный отказ многослойного устройства характеризовался тем, что выпускные отверстия не полностью заполнялись красителем или заполнялись дольше пяти минут.

В оригами, сложенных устройствах, выход устройства из строя характеризовался тем, что розетки не заполнялись каким-либо количеством красителя. Эти отверстия располагались исключительно вдоль двух краев устройства, содержащего складки. За счет удвоения размера бордюра вокруг каналов увеличились шансы на успех как одностороннего, так и двустороннего нанесения клея.

Оба метода нанесения клея привели к созданию устройств, которые успешно направляли жидкость по длине своих каналов и без перемешивания. Однако устройство с равномерно нанесенным клеем было заметно медленнее. При попытке выполнить эту процедуру важно обеспечить равномерное и равномерное нанесение клея.

Обратите внимание, что аэрозольный клей следует наносить только в хорошо проветриваемых помещениях. После просмотра этого видео у вас должно быть хорошее понимание того, как наносить и использовать узорчатые клеи для создания плоских и неплоских 3D-устройств для микрофлюидных бумаг. Этот метод позволит исследователям изучить использование непланарных структур для достижения функциональности, ранее не встречавшейся в планарных устройствах, таких как интегрированное управление и зондирование.