Summary
Denne protokol beskriver en ligetil proces, der bruger praktiske plastmikroforme til enkle mikroprægningsoperationer til fremstilling af mikrokanaler på nanofibrilleret cellulosepapir og opnår en minimumsbredde på 200 μm.
Abstract
Nanopapir, der stammer fra nanofibrilleret cellulose, har skabt betydelig interesse som et lovende materiale til mikrofluidiske applikationer. Dens appel ligger i en række fremragende kvaliteter, herunder en usædvanlig glat overflade, fremragende optisk gennemsigtighed, en ensartet nanofibermatrix med nanoskalaporøsitet og tilpassede kemiske egenskaber. På trods af den hurtige vækst i nanopapirbaseret mikrofluidik har de nuværende teknikker, der anvendes til at skabe mikrokanaler på nanopapir, såsom 3D-printning, spraybelægning eller manuel skæring og samling, som er afgørende for praktiske anvendelser, stadig visse begrænsninger, navnlig modtagelighed for kontaminering. Desuden er disse metoder begrænset til produktion af kanaler i millimeterstørrelse. Denne undersøgelse introducerer en ligetil proces, der bruger praktiske plastmikroforme til enkle mikroprægningsoperationer til fremstilling af mikrokanaler på nanopapir og opnår en minimumsbredde på 200 μm. Den udviklede mikrokanal overgår eksisterende tilgange, opnår en firedobbelt forbedring og kan fremstilles inden for 45 minutter. Desuden er fabrikationsparametre blevet optimeret, og der leveres en praktisk hurtigreferencetabel til applikationsudviklere. Proof-of-concept for en laminær mixer, dråbegenerator og funktionelle nanopapirbaserede analytiske enheder (NanoPAD'er) designet til Rhodamin B-sensing ved hjælp af overfladeforstærket Raman-spektroskopi blev demonstreret. Især udviste NanoPAD'erne enestående ydeevne med forbedrede detektionsgrænser. Disse fremragende resultater kan tilskrives nanopapirets overlegne optiske egenskaber og den nyligt udviklede nøjagtige mikroprægningsmetode, der muliggør integration og finjustering af NanoPAD'erne.
Introduction
For nylig er nanofibrilleret cellulosepapir (NFC) (nanopapir) opstået som et meget lovende substratmateriale til forskellige applikationer såsom fleksibel elektronik, energienheder og biomedicin 1,2,3,4. Afledt af naturlige planter er nanopapir omkostningseffektivt, biokompatibelt og biologisk nedbrydeligt, hvilket gør det til et tiltalende alternativ til traditionelt cellulosepapir 5,6. Dens enestående egenskaber omfatter en ultraglat overflade med en overfladeruhed på mindre end 25 nm og en tæt cellulosematrixstruktur, der giver mulighed for at skabe højt strukturerede nanostrukturer7. Rigelige hydroxylgrupper af nanopapir bidrager til dets kompakte og tæt pakkede nanocellulosestruktur8. Nanopaper udviser fremragende optisk gennemsigtighed og minimal optisk tåge, hvilket gør det velegnet til optiske sensorer. Derudover muliggør dens iboende hydrofilicitet pumpefrit flow, selv med sin tykke struktur, hvilket giver autonom væskebevægelse 9,10. Nanocellulose har forskellige anvendelser inden for biologiske sensorer, ledende elektroniske enheder, cellekulturplatforme, superkondensatorer, batterier og mere, hvilket viser dets alsidighed og potentiale11,12. Især nanocellulose er lovende for papirbaserede analytiske mikrofluidiske enheder (μPAD'er), hvilket giver unikke fordele i forhold til konventionelt kromatografipapir.
I det sidste årti har μPAD'er opnået betydelig opmærksomhed på grund af deres overkommelige priser, biokompatibilitet, pumpefri drift og lette produktion13,14. Disse enheder har vist sig som effektive diagnostiske værktøjer til behandlingssteder, især i ressourcebegrænsede indstillinger15,16,17. Et betydeligt fremskridt på dette område var udviklingen af vokstryk, pioneret af George Whitesides18 og Bingcheng Lin gruppe19, hvilket muliggjorde oprettelsen af funktionelle μPAD'er ved at inkorporere mikrokanaler på kromatografipapir. Derefter udviklede μPAD'er sig hurtigt, og forskellige biosensingteknikker, herunder elektrokemiske metoder 20, kemiluminescens21 og enzymbundet immunosorbentassay (ELISA)22,23,24, blev med succes implementeret til påvisning af forskellige biomarkører såsom proteiner 25,26, DNA'er 27,28, RNA'er 29,30 og Exosomer31. På trods af disse resultater står μPAD'er stadig over for udfordringer, herunder langsomme strømningshastigheder og fordampning af opløsningsmidler.
Flere metoder er blevet foreslået til oprettelse af mikrokanaler på nanopapir32,33,34. En tilgang involverer 3D-udskrivning af offeringredienser i materialet, men det kræver en hydrofob belægning, der begrænser pumpefri drift33. En anden teknik involverer manuel stabling af kanallag mellem nanopapirark ved hjælp af lim, hvilket er arbejdskrævende32. Alternativt kan spraybelægning af nanocellulosefibre på præmønstrede forme skabe mikrokanaler, men det involverer tidskrævende og dyrt formforberedelse34. Disse metoder er især begrænset til mikrokanaler i millimeterskala, hvilket kompromitterer fordelene ved mikrofluidiske enheder med hensyn til reagensvolumenforbrug og integration. Udvikling af en simpel nanopaper-mikrokanalmønsterproces med opløsning på mikrometerskala er fortsat en udfordring.
Denne undersøgelse præsenterer en unik nanopaper mikrokanal mønster metode baseret på praktisk mikroprægning. Tilgangen giver flere fordele i forhold til eksisterende metoder, da den ikke kræver dyrt eller specialiseret udstyr, er enkel, omkostningseffektiv og meget nøjagtig. En konveks mikrokanalform fremstilles ved laserskæring af en polytetrafluorethylen (PTFE) film, kendt for sin kemiske inaktivitet og nonstick-egenskaber. Denne form bruges derefter til at præge mikrokanaler på en nanopaper gelmembran. Et andet lag nanopapergel påføres ovenpå for at skabe lukkede hule kanaler. Ved hjælp af denne mønsterteknik udvikles grundlæggende mikrofluidiske enheder på nanopapir, herunder en laminær mixer og dråbegenerator. Derudover demonstreres fremstillingen af overfladeforstærket Ramanmikroskopi (SERS) NanoPAD'er. In-situ skabelse af et sølv nanopartikelbaseret SERS-substrat opnås ved at indføre to kemiske reagenser (AgNO3 og NaBH4) i kanalerne, hvilket resulterer i en bemærkelsesværdig ydeevne med lave detektionsgrænser (LOD'er).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Mikroprægningsproces til mikrokanalmønster på nanopapir
- Forberedelse af skimmelsvamp
BEMÆRK: Se Yuan et al.12 for detaljer om skimmelforberedelse.- Forbered en PTFE-film som angivet i materialetabellen.
- Laserskær den forberedte PTFE-film for at fremstille en konveks mikrokanalform (figur 1A-I).
BEMÆRK: PTFE-formens dimensioner bestemmer mikrokanaldimensionerne (figur 2E, F) i et lineært førsteordens funktionsforhold.
- Fremstilling af nanopapir
- 4,0 g (2,2,6,6-tetramethylpiperidin-1-yl)oxyl (TEMPO)-oxideret NFC-gel (se materialetabel) opløses i destilleret vand (slutkoncentration på 0,1 vægt%).
- Suspensionen omrøres kraftigt ved 120,8 x g i 30 minutter ved stuetemperatur, indtil der ikke er nogen celluloseflokk synlig.
- Vakuumfiltrer den klare suspension for at opnå en nanopapirgel (figur 1A-II).
BEMÆRK: I dette eksempel er diameteren af den opnåede nanopapergel 4 cm. NanoPAD'er kan skræddersys til forskellige applikationer ved at vælge sugefiltreringsenheder med forskellige radier, hvilket muliggør design af NanoPAD'er i forskellige skalaer.
- Prægning af nanopaper gel
- Placer PTFE-formen på overfladen af nanopapirgelen.
- Præg nanopapirgelen (figur 1A-III) ved hjælp af PTFE-formen ved den varme presse i 10 minutter hver gang under optimeret tryk og temperatur (figur 2A-D).
BEMÆRK: Højere prægetryk (250 kPa til 1000 kPa) forbedrer fabrikationsnøjagtigheden, men bør ikke overstige 1000 kPa for at forhindre beskadigelse af cellulosestrukturen. Højere prægningstemperaturer (25-100 °C) forbedrer mikrokanalens nøjagtighed ved at fremme dehydrering og afkulning, men temperaturen bør ikke overstige 75 °C for at undgå gelrynker og reduceret lystransmission7. I dette eksempel var optimerede prægningsparametre 750 kPa og 75 °C.
- Frigivelse af skimmelsvamp
- Fjern et ekstra lag filternanopapirgel fra filtermembranen (figur 1A-IV).
- Limning
- Fastgør det skrællede lag oven på det prægede lag af nanopapirgel, og stak de to lag for at skabe en hul mikrokanalstruktur (figur 1A-V).
BEMÆRK: Den stærkere hydrogenbinding i 'gellignende' nanopapir sammenlignet med fibersuspension og tørret nanopapir forbedrer sammenfiltring og vedhæftning af nanocellulosefibre. Derfor kan to lag 'gellignende' nanopapir binde tæt gennem selvdiffusion uden ekstern kraft.
- Fastgør det skrællede lag oven på det prægede lag af nanopapirgel, og stak de to lag for at skabe en hul mikrokanalstruktur (figur 1A-V).
- Tørring
- De to lag nanopapirgel anbringes i en tørreovn ved 75 °C i ca. 30 minutter (figur 1A-VI).
2. Konstruktion af grundlæggende mikrofluidiske enheder
- Konstruktion af laminar-mixer
- Forbered NanoPAD'erne med lige og buede kanaler (figur 3A) efter trin 1.
BEMÆRK: I dette eksempel er kanalernes dimensioner 1 mm bredde og 50 μm dybde. - Tilføj røde og blå dråber i indløbszonerne samtidigt, så strømmen automatisk kan strømme gennem den hule kanal.
BEMÆRK: Den vellykkede uafhængige strømning af de røde og blå opløsninger i en lige kanal og deres blanding i slutningen af den buede kanal kan tilskrives det lave Reynolds-antal lag i mikrofluidiske enheder og den radiale strømning induceret af forskydningsspænding35.
- Forbered NanoPAD'erne med lige og buede kanaler (figur 3A) efter trin 1.
- Konstruktion af dråbegenerator
- Forbered NanoPAD'erne med to indløb med en T-forbindelseskanal (figur 3D) i henhold til trin 1.
- Der indføres vand og hexadecan (olie), to ublandbare væsker, i T-forbindelseskanalens to-indløbszoner for at generere dråber (figur 3E).
BEMÆRK: I dette eksempel er dimensionerne på T-samlekanalen 1 mm bredde, 25 mm længde og 50 μm dybde. - Fastgør hastigheden for Q 1 ved 6 μL / min og hastigheden for Q2 ved n × Q 1 (n =1-6). Brug to sprøjtepumper og indstil dem ved ovenstående hastighed til at injicere vand og olie. Denne funktionsmåde styres af den ene enkle skaleringsligning (angivet nedenfor).
BEMÆRK: I dette eksempel blev olie og farvet vand hældt i kanal36.
Hvor α = 1, β = 1, L er længden, W er dråbens bredde, ogQ1 ogQ2 er strømningshastighederne for vand og hexadecan, henholdsvis37,38.
3. In-situ AgNP-vækst
- NanoPADs forberedelse
- Forbered NanoPAD'er med to indløb med en konvergerende detektionszone (figur 4A) i henhold til trin 1.
- Successiv ionlagadsorptions- og reaktionsproces
- Forbered en 20 mM AgNO3 opløsning og en 20 mM NaBH4 opløsning (se Tabel over materialer).
- Dråbe 5 μL af 20 mM AgNO3-opløsningen ned i flowkanalens venstre indløbszone.
- AgNO3-opløsningen henstår i reaktionszonen i 30 sekunder.
BEMÆRK: Gentag trin 3.2.2. og 3.2.3. fem gange for at sikre en ensartet fordeling af AgNP'er uden agglomeration, hvilket kunne forklare den højere båndintensitet. - Dråbe 5 μL destilleret vand ned i strømningskanalens venstre indløbszone til skylning.
BEMÆRK: Gentag trin 3.2.4. tre gange for at sikre, at overdrevne, ikke-adsorberede Ag ioner fjernes ved vask. - Der tilsættes 5 μL af 20 mM NaBH4-opløsningen til flowkanalens højre indløbszone.
BEMÆRK: Gentag trin 3.2.5. indtil AgNP'erne genereres jævnt i reaktionszonen. De kemiske reaktioner involveret i trin 3 er repræsenteret af følgende formel39:
I dette eksempel blev tætte, ensartede, velstrukturerede AgNP-arrays dannet på NanoPAD'erne (figur 4B). Den gennemsnitlige diameter af AgNP'erne var 55 nm (figur 4C).
4. SERS-måling
- Raman spektroskopi system forberedelse
- Tænd laseren, og start den medfølgende software til Raman-spektrometeret (se materialetabellen).
- Anvend et 50x mål til fokusering og indsamling af Raman-signaler og en 532 nm laser til excitation.
- Indstil spektralopløsningen til 2 cm-1 for nøjagtig måling. Indstil Raman-spektrummåleområde fra 400 cm-1 til 600 cm-1.
- Kalibrer Raman-spektrometeret ved hjælp af en siliciumskive12.
BEMÆRK: Udfør trin 4.1. til trin 4.2.
- Rhodamin B (RhB) måling
- 4,7 mg RhB (se materialetabel) opløses i 10 ml ethanol for at fremstille en 1 mM RhB-opløsning.
- Der fremstilles en række RhB-opløsninger med koncentrationer fra 10 μM til 0,1 pM ved fortynding af 1 mM RhB-opløsningen i ethanolen.
- Tilsæt 5 μL af RhB-opløsningen på indløbszonen i NanoPADs-kanalen, og lad den tørre.
BEMÆRK: Gentag trin 4.2.3. for RhB-opløsninger med forskellige koncentrationer angivet i trin 4.2.2. - Indstil excitationstiden til 10 s, gitteret til 2 cm-1 og antallet af cyklusser til 1. Indstil Raman-spektrummåleområde fra 500 cm-1 til 1800 cm-1.
- Juster den grove fokusskrue og finfokusskruen individuelt for at opnå korrekt fokus, og klik derefter på stop for at gemme positionen.
- Klik på start for at starte målingen.
- Gentag målingerne syv gange og gem de indsamlede data.
- Sluk for laseren.
- Analyse af data
- Importer de gemte data til dataanalysesoftwaren (se materialetabel).
- Beregn det gennemsnitlige spektrum ud fra de gemte data.
- Vælg linjeudkastet for at plotte Raman-spektre.
- Brug Peak-analysatorværktøjet til at indstille spektrenes basislinje.
- Anvend signalprocessen - Glat funktion for at udjævne spektrene for endelige resultater.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
En unik metode til at skabe mikrokanalmønstre på nanopapir er blevet udtænkt ved hjælp af de praktiske plastmikroforme gennem den praktiske mikroprægningsteknik. Især opnår denne metode mikrokanalmønster i en skala så lille som 200 μm, hvilket repræsenterer en firedobling sammenlignet med eksisterende metoder32,33,34. Efter finjustering af mønsterparametrene udviser de medfølgende retningslinjer fremragende repeterbarhed i fremstillingsprocessen, kendetegnet ved minimale standardafvigelser. Den højeste observerede variation i bredden er kun 2,5%, mens den for dybde er 9%. Derudover er figur 2E, F inkluderet for at tjene som vejledning til applikationsudvikling.
For at demonstrere de praktiske anvendelser af de udviklede SERS-NanoPAD'er blev Rhodamin B (RhB), et almindeligt miljøforurenende stof og organisk kemikalie med lav toksicitet, valgt som et eksempel. RhB-molekyler blev direkte blandet med ethanol. I dette eksempel blev 5 μL af analysandopløsningen fyldt i indløbszonen for NanoPAD'er, og Raman-signalet i reaktionszonen blev derefter målt. Raman-spektrene af RhB-prøver i forskellige koncentrationer i ethanol (fra 0,1 pM til 10 μM) er vist i figur 5A, med ren ethanol anvendt som blindprøvekontrol. Klare RhB-bånd observeres i de målte spektre, herunder C-O-C-strækning (1280 cm-1), xanthenring-puckering-tilstand (1200 cm-1), C-N-strækning (1384 cm-1), C-C-strækning (1350 cm-1), C-H-strækning (1520 cm-1) og aromatisk C-C-strækning (1646 cm-1)40,41. På grund af følsomheden af 1646 cm-1 topintensiteten over for RhB-koncentration med minimal baggrundsstøj blev den valgt som læseparameter42. Beregningen af detektionsgrænsen (LOD) involverede bestemmelse af RhB-koncentrationen svarende til intensiteten af blindprøvekontrollen plus tre gange standardafvigelsen for Raman-intensiteten af blindprøvekontrollen. Denne beregning gav en LOD på 0,019 pM. Figur 5B viser kalibreringskurven for RhB-detektion.
Figur 1: Skematisk gengivelse af mikroprægningsprocessen til mønster af mikrokanaler på nanopapir. (A) Mikroprægningsprocessen består af seks trin: formpræparater, nanopapirfiltrering, prægning, frigivelse af form, limning og endelig tørring. (B) Tværsnitsbillede af mikroprægningsprocessen. Figuren er gengivet med tilladelse fra Yuan et al. Ophavsret 2023 American Chemical Society12. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 2: Optimering af mikrokanalprægning. Fabrikationsnøjagtigheden af bredder og dybder påvirkes af henholdsvis (A,B) prægetryk og (C,D) tørretemperatur. Designkrav til (E) kanalbredder og (F) dybder i mikrofluidiske enheder af nanopapir (n = 5). (Den målrettede: bredden og dybden af mikrokanal forventet; den opnåede: bredden og dybden af mikrokanaler fremstillet; den designede: bredden og dybden af PTFE-forme). Figuren er gengivet med tilladelse fra Yuan et al. Ophavsret 2023 American Chemical Society12. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 3: Grundlæggende om fluidisk opførsel i nanopapirmikrokanalen . (A) Fotografier af nanopapirets mikrofluidiske mixer og laminar flow-enhed. Skalastænger = 5 mm. (B) Flow-transporterende i forskellige afstande langs den hule kanal. Skalabjælke = 2 mm. (C) Kapillær ydeevne langs den hule kanal (n = 5). D) Skematisk illustration af dråberne inde i T-forbindelseskanalen og den prægede anordning med indsugningsrørene. (E) Dråbegenerator, der arbejder ved forskellige frekvenser. Skalastænger = 5 mm. (F) Lineær afhængighed af strømningshastighederne for Q1 / Q2 og L / W (n = 5). Figuren er gengivet med tilladelse fra Yuan et al. Ophavsret 2023 American Chemical Society12. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 4: Følsom SERS-sensing af små molekyler på NanoPADs . (A) Skematisk over AgNP-vækst på detektionszonen for NanoPAD'erne. (B) Fotografi af NanoPAD'er efter AgNPs vækst og skematisk af den SERS-baserede molekyledetektion. Skalabjælke = 1 cm. (C) SEM-billede af de in-situ dyrkede AgNP'er på NanoPAD'er viser et tæt og organiseret AgNPs-array. Skalastang = 500 nm; indsats = 100 nm. Figuren er gengivet med tilladelse fra Yuan et al. Ophavsret 2023 American Chemical Society12. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 5: SERS-baseret detektion af RhB. (A) Ramanspektre af RhB i koncentrationer på 0,1 pM til 10 μM. (B) Kalibrering af RhB ved 1646 cm-1 (n = 5). Figuren er gengivet med tilladelse fra Yuan et al. Ophavsret 2023 American Chemical Society12. Klik her for at se en større version af denne figur.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Det primære fokus for denne undersøgelse er at udvikle en enkel metode til fremstilling af mikrokanaler på nanopapir. En effektiv prægningsteknik blev udtænkt ved hjælp af PTFE som form til at løse denne udfordring12. Ved at optimere temperaturen og prægetrykket blev der udført en række eksperimenter for at etablere en pålidelig fremstillingsproces for NanoPAD'er. Derudover blev der demonstreret brugen af en hurtigreferencetabel til at justere anvendelsen af NanoPAD'er på forskellige områder. Selvom denne metode er effektiv og stabil, stødte man på nogle udfordringer. Indledningsvis blev metaller brugt som forme på grund af deres glathed, men der opstod vanskeligheder med at fjerne dem fra den klæbende nanopapergel. I sidste ende blev PTFE valgt på grund af sine nonstick-egenskaber og brugervenlighed i prægningsprocessen. En anden udfordring, der blev behandlet, var fremstillingen af hule kanaler. De stærke hydrogenbindinger i 'gellignende' nanopapir8 tillod selvdiffusion og vedhæftning af to lag, hvilket resulterede i kompakt binding uden eksterne kræfter.
Selvom den udviklede metode er ligetil, tidsbesparende og minimerer forurening ved fremstilling af pumpefrie mikrokanaler på nanopapir, er der stadig begrænsninger. Laserskæringens præcision begrænser bredden af PTFE-forme til 200 μm, hvilket begrænser mikrokanalernes opnåelige præcision til 200 μm. For at overvinde denne begrænsning er implementering af en nanoprinter til 3D-printforme planlagt i fremtidige bestræbelser og udnytter dens kapacitet til at opnå en præcision på 50 μm. Et andet område, der kræver yderligere forbedringer, er fremstillingen af 3D-mikrokanaler. Mens 3D-mikrokanaler 33,34 har fundet omfattende anvendelse i biomedicinsk, kemisk og elektrisk detektion ved hjælp af materialer som PDMS og almindelige papirbaserede enheder, er fremstillingen af3D-mikrokanaler på nanopapir stadig et voksende felt. Løsningen af denne udfordring vil bidrage væsentligt til udviklingen af NanoPAD'er.
Denne undersøgelse fokuserede på at bruge molekyler som Raman-reportere til SERS-detektion. SERS-teknologi42 tilbyder adskillige fordele, herunder minimal reagensbrug, høj selektivitet, enkel prøveforberedelse og fremragende stabilitet, hvilket gør det til en afgørende metode til biokemisk detektion. De designede NanoPAD'er har potentielle anvendelser i SERS-immunoassays. Desuden er der stigende interesse for selektive og skræddersyede SERS-plasmoner. Udforskning af metoder til generering af disse plasmoner på NanoPAD'er til selektiv SERS-detektion repræsenterer en spændende vej til fremtidig udvikling inden for nanopapir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne har intet at afsløre.
Acknowledgments
Forfatterne anerkender den økonomiske støtte fra programmerne fra Natural Science Foundation of the Jiangsu Higher Education (22KJB460033) og Jiangsu Science and Technology Programme - Young Scholar (BK20200251). Dette arbejde støttes også delvist af XJTLU AI University Research Centre, Jiangsu Province Engineering Research Centre of Data Science and Cognitive Computation på XJTLU og SIP AI innovation platform (YZCXPT2022103). Støtten fra State Key Laboratory for Manufacturing Systems Engineering via det åbne projekt (SKLMS2023019) og Key Laboratory of Bionic Engineering, Undervisningsministeriet, anerkendes også.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| AgNO3 | Hushi (Shanghai, China) | 7761-88-8 | >99% |
| Ethanol | Hushi (Shanghai, China) | 64-17-5 | >99% |
| Hexadecane | Macklin (Shanghai, China) | 544-76-3 | >99% |
| LabSpec software | Horiba (Japan) | LabSpec5 | |
| Melamine | Macklin (Shanghai, China) | 108-78-1 | >99% |
| NaBH4 | Aladdin (Shanghai, China) | 16940-66-2 | >99% |
| Origin lab software | OriginLab (USA) | ||
| Polyethylene terephthalate (PET) | Myers Industries (Akron, USA) | ||
| Polytetrafluoroethylene films | Shenzhen Huashenglong plastic material Co., Ltd. (Shenzhen, China) | Teflon film | |
| PVDF filter membrane | EMD Millipore Corporation (USA) | VVLP04700 | pore size: 0.1 μm |
| Raman spectrometer | Horiba (Japan) | Xplo RA | |
| Rhodamine B | Macklin (Shanghai, China) | 81-88-9 | >95% |
| Scanning electron microscopy (SEM) | FEI(USA) | Scios 2 HiVac | |
| Silicon wafer | Horiba (Japan) | diameter: 5 mm | |
| TEMPO-oxidized NFC slurry | Tianjin University of Science and Technology | 1.0 wt% solid, carboxylate level 2.0 mmol/g solid, average nanofiber diameter: 10 nm |
References
- Zhu, H., Fang, Z., Preston, C., Li, Y., Hu, L. Transparent paper: fabrications, properties, and device applications. Energy & Environmental Science. 7 (1), 269-287 (2013).
- Nogi, M., Iwamoto, S., Nakagaito, A. N., Yano, H.
- Li, X., et al. Three-dimensional sulfated bacterial cellulose/gelatin composite scaffolds for culturing hepatocytes. Cyborg and Bionic Systems. 4, 0021 (2023).
- Barhoum, A., Samyn, P., Öhlund, T., Dufresne, A. Review of recent research on flexible multifunctional nanopapers. Nanoscale. 9 (40), 15181-15205 (2017).
- Dufresne, A. Nanocellulose: a new ageless bionanomaterial. Materials Today. 16 (6), 220-227 (2013).
- Martin-Martinez, F. J. Designing nanocellulose materials from the molecular scale. Proceedings of the National Academy of Sciences. 115 (28), 7174-7175 (2018).
- Sehaqui, H., Liu, A., Zhou, Q., Berglund, L. A. Fast preparation procedure for large, flat cellulose and cellulose/inorganic nanopaper structures. Biomacromolecules. 11 (9), 2195-2198 (2010).
- Fang, Z., et al. Novel nanostructured paper with ultrahigh transparency and ultrahigh haze for solar cells. Nano Letters. 14 (2), 765-773 (2014).
- Zheng, G., et al. Nanostructured paper for flexible energy and electronic devices. MRS Bulletin. 38 (4), 320-325 (2013).
- Chen, L., Ying, B., Song, P., Liu, X. A nanocellulose-paper-based sers multiwell plate with high sensitivity and high signal homogeneity. Advanced Materials Interfaces. 6 (24), 1901346 (2019).
- Koga, H., et al. Transparent, conductive, and printable composites consisting of tempo-oxidized nanocellulose and carbon nanotube. Biomacromolecules. 14 (4), 1160-1165 (2013).
- Yuan, W., et al. Facile microembossing process for microchannel fabrication for nanocellulose-paper-based microfluidics. ACS Applied Materials & Interfaces. 15 (5), 6420-6430 (2023).
- Rolland, J. P., Mourey, D. A. Paper as a novel material platform for devices. MRS Bulletin. 38 (4), 299-305 (2013).
- Martinez, A. W., Phillips, S. T., Butte, M. J., Whitesides, G. M. Patterned paper as a platform for inexpensive, low-volume, portable bioassays. Angewandte Chemie International Edition. 46 (8), 1318-1320 (2007).
- Chin, C. D., Linder, V., Sia, S. K. Lab-on-a-chip devices for global health: past studies and future opportunities. Lab on a Chip. 7 (1), 41-57 (2006).
- Chin, C. D., et al. Microfluidics-based diagnostics of infectious diseases in the developing world. Nature Medicine. 17 (8), 1015-1019 (2011).
- Martinez, A. W., Phillips, S. T., Whitesides, G. M., Carrilho, E. Diagnostics for the developing world: microfluidic paper-based analytical devices. Analytical Chemistry. 82 (1), 3-10 (2010).
- Carrilho, E., Martinez, A. W., Whitesides, G. M. Understanding wax printing: a simple micropatterning process for paper-based microfluidics. Analytical Chemistry. 81 (16), 7091-7095 (2009).
- Lu, Y., Shi, W., Qin, J., Lin, B. Fabrication and characterization of paper-based microfluidics prepared in nitrocellulose membrane by wax printing. Analytical Chemistry. 82 (1), 329-335 (2010).
- Li, X., Zhao, C., Liu, X. A paper-based microfluidic biosensor integrating zinc oxide nanowires for electrochemical glucose detection. Microsystems & Nanoengineering. 1 (1), 1-7 (2015).
- Nie, Z., et al. Electrochemical sensing in paper-based microfluidic devices. Lab on a Chip. 10 (4), 477-483 (2010).
- Cai, T., et al. A paper-based microfluidic analytical device with a highly integrated on-chip valve for autonomous ELISA. 2022 IEEE 35th International Conference on Micro Electro Mechanical Systems Conference (MEMS). , 271-274 (2022).
- Murdock, R. C., et al. Optimization of a paper-based ELISA for a human performance biomarker). Analytical Chemistry. 85 (23), 11634-11642 (2013).
- Cheng, C. M., et al.
- Holstein, C. A., et al. Immobilizing affinity proteins to nitrocellulose: a toolbox for paper-based assay developers. Analytical and Bioanalytical Chemistry. 408 (5), 1335-1346 (2016).
- Tenda, K., et al. Paper-based antibody detection devices using bioluminescent bret-switching sensor proteins. Angewandte Chemie International Edition. 57 (47), 15369-15373 (2018).
- Gong, M. M., Nosrati, R., San Gabriel, M. C., Zini, A., Sinton, D. Direct DNA Analysis with paper-based ion concentration polarization. Journal of the American Chemical Society. 137 (43), 13913-13919 (2015).
- Gan, W., et al. A filter paper-based microdevice for low-cost, rapid, and automated DNA extraction and amplification from diverse sample types. Lab on a Chip. 14 (19), 3719-3728 (2014).
- Liu, Y., et al. Fluorescent paper-based analytical devices for ultra-sensitive dual-type RNA detections and accurate gastric cancer screening. Biosensors and Bioelectronics. 197, 113781 (2022).
- Yuan, H., et al. Microfluidic-assisted Caenorhabditis elegans sorting: current status and future prospects. Cyborg and Bionic Systems. 4, 0011 (2023).
- Kim, H., et al. Origami-paper-based device for microvesicle/exosome preconcentration and isolation. Lab on a Chip. 19 (23), 3917-3921 (2019).
- Ying, B., et al. NanoPADs and nanoFACEs: an optically transparent nanopaper-based device for biomedical applications. Lab on a Chip. 20 (18), 3322-3333 (2020).
- Shin, S., Hyun, J. Matrix-assisted three-dimensional printing of cellulose nanofibers for paper microfluidics. ACS Applied Materials & Interfaces. 9 (31), 26438-26446 (2017).
- Browne, C., Garnier, G., Batchelor, W. Moulding of micropatterned nanocellulose films and their application in fluid handling. Journal of Colloid and Interface Science. 587, 162-172 (2021).
- Paul, R., et al. Shear stress related blood damage in laminar couette flow. Artificial Organs. 27 (6), 517-529 (2003).
- Thuo, M. M., et al. Fabrication of low-cost paper-based microfluidic devices by embossing or cut-and-stack methods. Chemistry of Materials. 26 (14), 4230-4237 (2014).
- Garstecki, P., Fuerstman, M. J., Stone, H. A., Whitesides, G. M. Formation of droplets and bubbles in a microfluidic T-junction-scaling and mechanism of break-up. Lab on a Chip. 6 (3), 437-446 (2006).
- Nisisako, T., Torii, T., Higuchi, T. Droplet formation in a microchannel network. Lab on a Chip. 2 (1), 24-26 (2002).
- Wang, Y., Zhang, X., Wen, G., Liang, A., Jiang, Z. Facile synthesis of a highly SERS active nanosilver sol using microwaves and its application in the detection of E. coli using Victoria blue B as a molecular probe. Analytical Methods. 8 (24), 4881-4887 (2016).
- Pham, T. T. H., Dien, N. D., Vu, X. H. Facile synthesis of silver/gold alloy nanoparticles for ultra-sensitive rhodamine B detection. RSC Advances. 11 (35), 21475-21488 (2021).
- Li, D., Li, D. W., Li, Y., Fossey, J. S., Long, Y. T. Cyclic electroplating and stripping of silver on Au@SiO2 core/shell nanoparticles for sensitive and recyclable substrate of surface-enhanced Raman scattering. Journal of Materials Chemistry. 20 (18), 3688-3693 (2010).
- Sun, C. H., Wang, M. L., Feng, Q., Liu, W., Xu, C. X. Surface-enhanced Raman scattering (SERS) study on Rhodamine B adsorbed on different substrates. Russian Journal of Physical Chemistry A. 89 (2), 291-296 (2015).
