Summary
Этот протокол описывает простой процесс, в котором используются удобные пластиковые микроформы для простых операций микротиснения для изготовления микроканалов на нанофибриллированной целлюлозной бумаге с минимальной шириной 200 мкм.
Abstract
Нанобумага, полученная из нанофибриллированной целлюлозы, вызвала значительный интерес в качестве перспективного материала для микрофлюидных применений. Его привлекательность заключается в ряде превосходных качеств, включая исключительно гладкую поверхность, выдающуюся оптическую прозрачность, однородную матрицу из нановолокна с наноразмерной пористостью и настраиваемые химические свойства. Несмотря на быстрый рост микрофлюидики на основе нанобумаги, современные методы, используемые для создания микроканалов на нанобумаге, такие как 3D-печать, нанесение покрытий распылением или ручная резка и сборка, которые имеют решающее значение для практического применения, по-прежнему имеют определенные ограничения, в частности, восприимчивость к загрязнению. Кроме того, эти методы ограничены производством каналов миллиметрового размера. В этом исследовании представлен простой процесс, в котором используются удобные пластиковые микроформы для простых операций микротиснения для изготовления микроканалов на нанобумаге, достигая минимальной ширины 200 мкм. Разработанный микроканал превосходит существующие подходы, достигая четырехкратного улучшения, и может быть изготовлен в течение 45 минут. Кроме того, были оптимизированы параметры изготовления, а для разработчиков приложений предусмотрена удобная справочная таблица. Было продемонстрировано доказательство концепции ламинарного смесителя, генератора капель и функциональных аналитических устройств на основе нанобумаги (NanoPAD), предназначенных для зондирования родамина B с использованием спектроскопии комбинационного рассеяния света с поверхностным усилением. Примечательно, что нанопланшеты продемонстрировали исключительную производительность с улучшенными пределами обнаружения. Эти выдающиеся результаты можно объяснить превосходными оптическими свойствами нанобумаги и недавно разработанным точным методом микротиснения, позволяющим интегрировать и тонко настраивать нанопланшеты.
Introduction
В последнее время бумага (нанобумага) из нанофибриллированной целлюлозы (NFC) стала очень перспективным материалом-подложкой для различных применений, таких как гибкая электроника, энергетические устройства и биомедицина 1,2,3,4. Нанобумага, полученная из натуральных растений, является экономичной, биосовместимой и биоразлагаемой, что делает ее привлекательной альтернативой традиционной целлюлозной бумаге 5,6. К его исключительным свойствам относятся сверхгладкая поверхность с шероховатостью поверхности менее 25 нм и плотная целлюлозная матричная структура, позволяющая создавать высокоструктурированные наноструктуры7. Большое количество гидроксильных групп нанобумаги способствует ее компактной и плотно упакованной наноцеллюлозной структуре8. Нанобумага обладает превосходной оптической прозрачностью и минимальной оптической дымкой, что делает ее хорошо подходящей для оптических датчиков. Кроме того, присущая ему гидрофильность обеспечивает поток без насоса, даже несмотря на его толстую структуру, обеспечивая автономное движение жидкости 9,10. Наноцеллюлоза имеет разнообразное применение в биологических сенсорах, проводящих электронных устройствах, платформах для клеточных культур, суперконденсаторах, батареях и многом другом, демонстрируя свою универсальность и потенциал11,12. В частности, наноцеллюлоза перспективна для бумажных аналитических микрофлюидных устройств (μPAD), предлагая уникальные преимущества по сравнению с обычной хроматографической бумагой.
В последнее десятилетие μPAD привлекли значительное внимание благодаря своей доступности, биосовместимости, работе без насоса и простоте производства13,14. Эти устройства стали эффективными диагностическими инструментами в местах оказания медицинской помощи, особенно в условиях ограниченных ресурсов15,16,17. Значительным шагом вперед в этой области стало развитие восковой печати, впервые предложенной Джорджем Уайтсайдсом18 и группой БинчэнЛинь 19, что позволило создавать функциональные μPA путем включения микроканалов на хроматографическую бумагу. Впоследствии μPAD быстро эволюционировали, и для обнаружения различных биомаркеров, таких как белки 25,26, ДНК 27,28, РНК 29,30 и иммуноферментный анализ (ИФА)22,23,24, были успешно внедрены различные биосенсорные методы, включая электрохимические методы 20, хемилюминесценцию 21 и иммуноферментный анализ (ИФА)22,23,24 экзосомы31. Несмотря на эти достижения, μPAD по-прежнему сталкиваются с проблемами, включая низкую скорость потока и испарение растворителя.
Предложено несколько методов создания микроканалов на нанобумаге32,33,34. Один из подходов включает в себя 3D-печать жертвенных ингредиентов в материале, но для этого требуется гидрофобное покрытие, которое ограничивает работу без насоса33. Другой метод предполагает ручную укладку слоев каналов между листами нанобумаги с помощью клея, что является трудоемким32. В качестве альтернативы, нанесение наноцеллюлозных волокон методом распыления на предварительно подготовленные формы может создать микроканалы, но это требует трудоемкой и дорогостоящей подготовки пресс-формы34. Примечательно, что эти методы ограничены микроканалами миллиметрового масштаба, что ставит под угрозу преимущества микрофлюидных устройств с точки зрения объемного расхода реагентов и интеграции. Разработка простого процесса создания микроканальных рисунков из нанобумаги с разрешением микрометра остается сложной задачей.
В данной работе представлен уникальный метод микроканального рисунка на основе нанобумаги, основанный на практическом микротиснении. Этот подход имеет ряд преимуществ по сравнению с существующими методами, так как не требует дорогостоящего или специализированного оборудования, прост, экономичен и высокоточен. Выпуклая микроканальная форма изготавливается путем лазерной резки пленки из политетрафторэтилена (ПТФЭ), известной своей химической инертностью и антипригарными свойствами. Затем эта форма используется для тиснения микроканалов на гелевой мембране из нанобумаги. Сверху наносится второй слой геля нанобумаги для создания закрытых полых каналов. Используя эту технику паттернирования, разрабатываются фундаментальные микрофлюидные устройства на нанобумаге, в том числе ламинарный смеситель и генератор капель. Кроме того, демонстрируется изготовление нанопланшетов NanoPAD для комбинационной микроскопии (SERS) с поверхностным усилением. Создание на месте подложки SERS на основе наночастиц серебра достигается путем введения в каналы двух химических реагентов (AgNO3 и NaBH4), что приводит к выдающимся характеристикам при низких пределах обнаружения (LOD).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Процесс микротиснения для микроканального рисунка на нанобумаге
- Подготовка пресс-формы
ПРИМЕЧАНИЕ: Обратитесь к Yuan et al.12 для получения подробной информации о подготовке пресс-формы.- Подготовьте пленку из фторопласта, как указано в таблице материалов.
- Подготовленную пленку из ПТФЭ разрежьте лазером, чтобы получить выпуклую микроканальную форму (рис. 1A-I).
ПРИМЕЧАНИЕ: Размеры пресс-формы из ПТФЭ определяют размеры микроканала (рис. 2E, F) в линейном соотношении функций первого порядка.
- Подготовка нанобумаги
- Диспергировать 4,0 г (2,2,6,6-тетраметилпиперидин-1-ил)оксил (TEMPO)-окисленного геля NFC (см. таблицу материалов) в дистиллированной воде (конечная концентрация 0,1 мас.%).
- Интенсивно перемешивайте суспензию при концентрации 120,8 x g в течение 30 мин при комнатной температуре до тех пор, пока не перестанут быть видны хлопья целлюлозы.
- Вакуум-фильтр прозрачной суспензии с получением нанобумажного геля (рис. 1А-II).
ПРИМЕЧАНИЕ: В данном примере диаметр полученного геля из нанобумаги составляет 4 см. NanoPAD можно адаптировать для различных применений, выбирая всасывающие фильтрующие устройства с различными радиусами, что позволяет проектировать NanoPAD в различных масштабах.
- Тиснение гелем из нанобумаги
- Поместите форму из ПТФЭ на поверхность геля нанобумаги.
- Напечатайте гель из нанобумаги (Рисунок 1A-III) с помощью пресс-формы из ПТФЭ с помощью горячего пресса в течение 10 минут каждый раз при оптимальном давлении и температуре (Рисунок 2A-D).
ПРИМЕЧАНИЕ: Более высокое давление тиснения (от 250 кПа до 1000 кПа) повышает точность изготовления, но не должно превышать 1000 кПа, чтобы предотвратить повреждение структуры целлюлозы. Более высокие температуры тиснения (25-100 °C) повышают точность микроканалов, способствуя обезвоживанию и обезуглероживанию, но температура не должна превышать 75 °C, чтобы избежать образования гелевых морщин и снижения светопропускания7. В этом примере оптимизированные параметры тиснения составляли 750 кПа и 75 °C.
- Высвобождение пресс-формы
- Снимите дополнительный слой фильтрующего нанобумажного геля с фильтрующей мембраны (рис. 1A-IV).
- Склеивание
- Прикрепите отслоившийся слой поверх тисненого слоя геля из нанобумаги, сложив два слоя так, чтобы полая микроканальная структура (рис. 1A-V).
ПРИМЕЧАНИЕ: Более сильная водородная связь в «гелеобразной» нанобумаге по сравнению с волокнистой суспензией и сухой нанобумагой усиливает запутанность и адгезию наноцеллюлозных волокон. Следовательно, два слоя «гелеобразной» нанобумаги могут плотно сцепляться за счет самодиффузии без внешней силы.
- Прикрепите отслоившийся слой поверх тисненого слоя геля из нанобумаги, сложив два слоя так, чтобы полая микроканальная структура (рис. 1A-V).
- Сушка
- Поместите два слоя геля из нанобумаги в сушильную печь при температуре 75 °C примерно на 30 минут (Рисунок 1A-VI).
2. Создание фундаментальных микрофлюидных устройств
- Конструкция ламинарного смесителя
- Подготовьте планшеты NanoPAD с прямыми и изогнутыми каналами (рис. 3A) после шага 1.
ПРИМЕЧАНИЕ: В этом примере размеры каналов составляют 1 мм в ширину и 50 мкм в глубину. - Добавьте красную и синюю капли одновременно во впускные зоны, обеспечивая автоматический поток через полый канал.
ПРИМЕЧАНИЕ: Успешное независимое течение красного и синего растворов в прямом канале и их перемешивание в конце изогнутого канала может быть связано с низким числом Рейнольдса слоев в микрофлюидных устройствах и радиальным течением, вызванным напряжением сдвига35.
- Подготовьте планшеты NanoPAD с прямыми и изогнутыми каналами (рис. 3A) после шага 1.
- Конструкция генератора капель
- Подготовьте NanoPAD с двумя входами и каналом Т-образного перехода (рис. 3D) в соответствии с шагом 1.
- Введите воду и гексадекан (масло), две несмешивающиеся жидкости, в двухвпускные зоны канала Т-образного перехода для образования капель (Рисунок 3E).
ПРИМЕЧАНИЕ: В этом примере размеры канала Т-образного перехода составляют 1 мм в ширину, 25 мм в длину и 50 мкм в глубину. - Зафиксируйте скорость Q1 при 6 мкл/мин, а скоростьQ2 при n ×Q1 (n = 1-6). Используйте два шприцевых насоса и установите их на указанную выше скорость для впрыска воды и масла. Это поведение управляется одним простым уравнением масштабирования (см. ниже).
ПРИМЕЧАНИЕ: В этом примере масло и окрашенная вода были налиты в канал36.
Где α = 1, β = 1, L — длина, W — ширина капли, аQ1 иQ2 — расход воды и гексадекана соответственно37,38.
3. Рост AgNP in situ
- Подготовка нанопланшетов
- Подготовьте NanoPAD с двумя входами и сходящейся зоной обнаружения (рис. 4A) в соответствии с шагом 1.
- Последовательный процесс адсорбции и реакции в ионном слое
- Приготовьте 20 мМ раствор AgNO3 и 20 мМ раствор NaBH4 (см. Таблицу материалов).
- Капните 5 мкл 20 мМ раствора AgNO3 в левую входную зону проточного канала.
- Дайте раствору AgNO3 оставаться в реакционной зоне в течение 30 с.
ПРИМЕЧАНИЕ: Повторите шаги 3.2.2. и 3.2.3. в пять раз, чтобы обеспечить равномерное распределение AgNPs без агломерации, что могло бы объяснить более высокую полосную интенсивность. - Капните 5 мкл дистиллированной воды в левую входную зону проточного канала для промывки.
ПРИМЕЧАНИЕ: Повторите шаг 3.2.4. три раза, чтобы обеспечить удаление избыточных, неадсорбированных ионов Ag путем промывки. - Добавьте 5 мкл 20 мМ раствора NaBH4 в правую входную зону проточного канала.
ПРИМЕЧАНИЕ: Повторите шаг 3.2.5. до тех пор, пока AgNPs не будут равномерно образовываться в реакционной зоне. Химические реакции, протекающие на стадии 3, представлены следующей формулой39:
В этом примере на нанопланшетах были сформированы плотные, однородные, хорошо структурированные массивы AgNP (рис. 4B). Средний диаметр AgNPs составил 55 нм (рис. 4C).
4. Измерение SERS
- Подготовка системы рамановской спектроскопии
- Включите лазер и запустите сопутствующее программное обеспечение для рамановского спектрометра (см. Таблицу материалов).
- Используйте 50-кратный объектив для фокусировки и сбора сигналов комбинационного рассеяния света и лазер с длиной волны 532 нм для возбуждения.
- Установите спектральное разрешение на 2 см-1 для точного измерения. Установите диапазон измерения спектра комбинационного рассеяния от 400 см-1 до 600 см−1.
- Откалибруйте рамановский спектрометр с помощью кремниевой пластины12.
ПРИМЕЧАНИЕ: Выполните шаг 4.1. для шага 4.2.
- Измерение родамина B (RhB)
- Растворите 4,7 мг RhB (см. таблицу материалов) в 10 мл этилового спирта для приготовления 1 мМ раствора RhB.
- Приготовьте серию растворов RhB с концентрациями от 10 мкМ до 0,1 пМ, разбавив 1 мМ раствор RhB в этаноле.
- Добавьте 5 мкл раствора RhB на входную зону канала NanoPADs и дайте ему высохнуть.
ПРИМЕЧАНИЕ: Повторите шаг 4.2.3. для растворов RhB различных концентраций, указанных на стадии 4.2.2. - Установите время возбуждения на 10 с, решетку на 2 см−1 и количество циклов на 1. Установите диапазон измерения спектра комбинационного рассеяния света от 500 см-1 до 1800 см−1.
- Отрегулируйте винт грубой фокусировки и винт точной фокусировки по отдельности, чтобы добиться правильной фокусировки, затем нажмите « Стоп », чтобы сохранить положение.
- Нажмите кнопку «Начать », чтобы начать измерение.
- Повторите измерения семь раз и сохраните собранные данные.
- Выключите лазер.
- Анализ данных
- Импортируйте сохраненные данные в программное обеспечение для анализа данных (см. Таблицу материалов).
- Вычислите среднее значение спектра по сохраненным данным.
- Выберите опцию линейного уклона , чтобы построить график спектров комбинационного рассеяния.
- Используйте инструмент Пиковый анализатор для задания базовой линии спектров.
- Примените функцию Signal process - Smooth , чтобы сгладить спектры для получения окончательных результатов.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Был разработан уникальный метод создания микроканальных узоров на нанобумаге с использованием практичных пластиковых микроформ с помощью удобной техники микротиснения. Примечательно, что этот метод позволяет создавать микроканальные узоры в масштабе до 200 мкм, что представляет собой четырехкратное улучшение по сравнению с существующими методами32,33,34. После точной настройки параметров шаблона предоставленные рекомендации демонстрируют отличную воспроизводимость в процессе изготовления, характеризующуюся минимальными стандартными отклонениями. Наибольший наблюдаемый разброс по ширине составляет всего 2,5%, в то время как для глубины он составляет 9%. Кроме того, рисунок 2E,F был включен в качестве руководства для разработки приложений.
Для демонстрации практического применения разработанных SERS-NanoPAD в качестве примера был выбран родамин B (RhB), распространенный загрязнитель окружающей среды и малотоксичное органическое химическое вещество. Молекулы RhB непосредственно смешивали с этанолом. В этом примере 5 мкл раствора аналита заливали во входную зону наноPAD, а затем измеряли сигнал комбинационного рассеяния света в реакционной зоне. Спектры комбинационного рассеяния света образцов RhB при различных концентрациях в этаноле (в диапазоне от 0,1 пМ до 10 мкМ) показаны на рисунке 5А, при этом чистый этанол использовался в качестве холостого контроля. В измеренных спектрах наблюдаются четкие полосы RhB, в том числе растяжение C-O-C (1280 см-1), режим сморщивания ксантеновых колец (1200 см-1), растяжение C-N (1384 см-1), растяжение C-C (1350 см-1), растяжение C-H (1520 см-1) и ароматическое растяжение C-C (1646 см-1)40,41. Из-за чувствительности пиковой интенсивности 1646 см-1 к концентрации RhB при минимальном фоновом шуме в качестве параметра показаний42 был выбран он. Расчет предела обнаружения (LOD) включал определение концентрации RhB, соответствующей интенсивности холостого контроля плюс трехкратное стандартное отклонение интенсивности комбинационного рассеяния света холостого контроля. Этот расчет дал LOD 0,019 пМ. На рисунке 5B показана калибровочная кривая для определения RhB.
Рисунок 1: Схематическое изображение процесса микротиснения для нанесения рисунка микроканалов на нанобумагу. (A) Процесс микротиснения состоит из шести этапов: подготовка пресс-формы, фильтрация нанобумаги, тиснение, высвобождение пресс-формы, склеивание и окончательная сушка. (B) Поперечный разрез процесса микротиснения. Рисунок воспроизводится с разрешения Yuan et al. Авторское право 2023 Американское химическое общество12. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 2: Оптимизация микроканального тиснения. На точность изготовления ширины и глубины влияют давление тиснения (A,B) и температура сушки (C,D) соответственно. Требования к проектированию ширины канала (E) и глубины (F) в нанобумажных микрофлюидных устройствах (n = 5). (Целевое значение: ожидаемая ширина и глубина микроканалов; полученное: ширина и глубина изготавливаемых микроканалов; проектируемое: ширина и глубина пресс-форм из ПТФЭ). Рисунок воспроизводится с разрешения Yuan et al. Авторское право 2023 Американское химическое общество12. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 3: Основы поведения жидкости в нанобумажном микроканале . (A) Фотографии микрофлюидного смесителя из нанобумаги и устройства ламинарного потока. Масштабные линейки = 5 мм. (B) Отвод воды на разных расстояниях вдоль полого канала. Масштабная линейка = 2 мм. (C) Капиллярные характеристики вдоль полого канала (n=5). (D) Схематическое изображение капель внутри канала Т-образного перехода и рельефного устройства с впускными трубками. (E) Генератор капель, работающий на разных частотах. Масштабные линейки = 5 мм. (F) Линейная зависимость от расходаQ1/Q2 и L/W (n = 5). Рисунок воспроизводится с разрешения Yuan et al. Авторское право 2023 Американское химическое общество12. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 4: Чувствительное SERS-зондирование малых молекул на NanoPAD. (A) Схема роста AgNP в зоне детектирования нанопланшетов. (B) Фотография нанопланшетов после роста AgNP и схема детектирования молекул на основе SERS. Масштабная линейка = 1 см. (C) СЭМ-изображение выращенных на месте AgNP на NanoPAD показывает плотный и организованный массив AgNPs. Масштабная линейка = 500 нм; Врезка = 100 нм. Рисунок воспроизводится с разрешения Yuan et al. Авторское право 2023 Американское химическое общество12. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 5: Детектирование RhB с помощью SERS . (A) Спектры комбинационного рассеяния RhB в концентрациях от 0,1 пМ до 10 мкМ. (B) Калибровка RhB при 1646 см-1 (n=5). Рисунок воспроизводится с разрешения Yuan et al. Авторское право 2023 Американское химическое общество12. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Основное внимание в данном исследовании уделяется разработке простого метода изготовления микроканалов на нанобумаге. Для решения этой задачи была разработана эффективная технология тиснения с использованием ПТФЭ в качестве пресс-формы12. Оптимизировав температуру и давление тиснения, мы провели серию экспериментов, чтобы создать надежный процесс изготовления нанопланшетов. Кроме того, было продемонстрировано использование краткой справочной таблицы для корректировки применения нанопланшетов в различных областях. Несмотря на то, что этот метод эффективен и стабилен, он столкнулся с некоторыми проблемами. Изначально в качестве пресс-форм использовались металлы из-за их гладкости, но возникли трудности при извлечении их из клеевого нанобумажного геля. В конечном счете, PTFE был выбран из-за его антипригарных свойств и простоты эксплуатации в процессе тиснения. Еще одной проблемой было изготовление полых каналов. Прочные водородные связи в «гелеобразной» нанобумаге8 обеспечивают самодиффузию и адгезию двух слоев, что приводит к компактному склеиванию без внешних сил.
Несмотря на то, что разработанный метод прост, экономит время и минимизирует загрязнение при изготовлении безнасосных микроканалов на нанобумаге, все же существуют ограничения. Точность лазерной резки ограничивает ширину пресс-форм из ПТФЭ до 200 мкм, что ограничивает достижимую точность микроканалов до 200 мкм. Чтобы преодолеть это ограничение, в будущем планируется внедрение нанопринтера для 3D-печати пресс-форм, используя его возможности для достижения точности 50 мкм. Еще одной областью, требующей дальнейшего совершенствования, является изготовление 3D-микроканалов. В то время как3D-микроканалы 33,34 нашли широкое применение в биомедицинском, химическом и электрическом обнаружении с использованием таких материалов, как PDMS и обычные бумажные устройства, производство 3D-микроканалов на нанобумаге все еще является развивающейся областью. Решение этой проблемы внесет значительный вклад в развитие нанопланшетов.
Это исследование было сосредоточено на использовании молекул в качестве рамановских репортеров для обнаружения SERS. Технология SERS42 обладает многочисленными преимуществами, включая минимальное использование реагентов, высокую селективность, простоту пробоподготовки и превосходную стабильность, что делает ее важнейшим методом биохимического обнаружения. Разработанные NanoPAD имеют потенциальное применение в иммуноанализах SERS. Кроме того, растет интерес к селективным и адаптированным плазмонам SERS. Изучение методов генерации этих плазмонов на нанопланшетах для селективного обнаружения SERS представляет собой захватывающее направление для будущих разработок в области нанобумаги.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Авторам нечего раскрывать.
Acknowledgments
Авторы выражают признательность за финансовую поддержку со стороны программ Фонда естественных наук Высшего образования провинции Цзянсу (22KJB460033) и Программы по науке и технологиям провинции Цзянсу «Молодой ученый» (BK20200251). Эта работа также частично поддерживается Университетским исследовательским центром искусственного интеллекта XJTLU, Инженерно-исследовательским центром науки о данных и когнитивных вычислений провинции Цзянсу при XJTLU и инновационной платформой SIP AI (YZCXPT2022103). Также выражается признательность за поддержку со стороны Государственной ключевой лаборатории инженерии производственных систем в рамках открытого проекта (SKLMS2023019) и Ключевой лаборатории бионической инженерии при Министерстве образования.
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).
