Summary
Wir demonstrieren die Verwendung von gemusterten Aerosol Klebstoffe 3D Papier mikrofluidischen Vorrichtungen bauen. Diese Methode der Klebstoffapplikationsformen semipermanenten Verbindungen zwischen Schichten, Einwegvorrichtungen ermöglicht nach dem Gebrauch zerstörungsfrei demontiert und Faltung komplexer nichtplanare Strukturen zu erleichtern.
Introduction
In den letzten Jahren hat sich Papier Mikrofluidik beträchtliche Popularität für seine potenziellen sammelte Low-Cost - Point of Care (POC) Diagnosegeräte zur Verfügung zu stellen. 1-3 POC - Geräte - Funktionalität bieten , die denen von Lab-basierten Tests in einem Format , das Ergebnisse erlaubt sein relativ schnell erhalten. POC-Geräte aus Papier sind kostengünstig, leicht und einfach zu bedienende Alternative zu teuren Mikrofluidik-Chips und miniaturisierten Labore sind sie ideal für die Herstellung von in begrenzten Ressource-Einstellungen. Die am häufigsten verwendeten Papier Mikrofluidik - Vorrichtungen sind eindimensionale Lateral - Flow - Geräte, aber planare dreidimensionale (3D) Papier mikrofluidischen Geräte halten versprechen 4 Multiplex - Diagnose - Geräte zur Verfügung zu stellen , die einen deutlich geringeren Platzbedarf aufnehmen , als dies durch eine 2D - Gerät erforderlich 5 und entsprechend ein kleineres Probenvolumen.
Zunächst wurden planare 3D-Papier mikrofluidischen Vorrichtungen individuell zusammengestellt, Schicht-für-Schicht with gemusterten Papierschichten mit lasergeschnittenen doppelseitigen Klebeband abwechseln. Sorgfältig ausgerichtet in der Bandschicht geschnitten wurden Löcher mit Cellulosepulver gefüllten Zwischenschichtfluidtransport zu gewährleisten. 4 eine Anzahl von alternativen Verfahren wurden anschließend entwickelt, 6-9 jeweils die Verbesserung der verschiedenen Aspekte der Geräte. Insbesondere durch Klebstoffe eschewing könnten Geräte über origami Techniken mit Schichten miteinander durch eine äußere Klammer gehalten gefaltet werden. 8. Dies beseitigt eine mögliche Klebstoff Interferenz in einem diagnostischen Test und ermöglicht es dem Gerät ungefalteten post-Anwendung sein, die möglicherweise so dass auch kleinere Proben Volumina von intern Ergebnissen. Alternativ kann durch eine Aerosol Klebstoff zwischen den einzelnen Papierschicht aufgebracht Verwendung Blätter von Vorrichtungen zusammengesetzt gleichzeitig, ohne zeitraubende Strukturierung und Ausrichtung des Bandes werden könnte. 9
Jedoch durch ein Aerosolklebstoff durch eine Schablone angewendet wird, ist es möglich, den Vorteil zu gewinnen,beide dieser Techniken. Durch Aufsprühen des Klebstoffs durch eine Schablone, nur ein Bruchteil des Klebstoffs auf das Gerät angewendet, jede mögliche Störung Zwischenfluidübertragung zu minimieren. Zusätzlich mit einer sorgfältigen Auswahl Schablone kann ein Muster von Kleber aufgebracht werden, dass die Ergebnisse in semi-permanente Klebeverbindung, so dass Geräte nach Gebrauch aufgefaltet zu werden, während noch eine ausreichende Zwischenschichtkontakt Bereitstellen Fluid zu ermöglichen, zwischen den Schichten zu Docht.
Schließlich erleichtert die Anwendung Aerosol Klebstoffe durch eine Schablone , die den Aufbau nichtplanare 3D Papier mikrofluidischen Vorrichtungen, indem die Menge des Klebstoffs zu minimieren , um benachbarte Flächen aufgebracht , die häufige Faltung erfordern und Entfalten während des Baus. 10 Zusätzlich ermöglicht die Verwendung von gemusterten Klebevorrichtung sein für bequemere Lagerung nach Gebrauch entfaltet. Nichtplanare 3D Papier mikrofluidischen Geräte werden voraussichtlich für Aufgaben verwendet werden, die sonst in einem planaren 3D devic unmöglich wäre,e. 1 zeigt den allgemeinen Ablauf Verfahren verwendet , um sowohl planare und nicht planare 3D - Geräte zu konstruieren.
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Protocol
1. Planar 4-Schicht-Gerät (gestapelter Schichten) Bau
- Print - Arrays von jeder Schicht der Vorrichtung 9 auf jedes Stück Filterpapier einen festen Tintendrucker. 11,12 Platzieren Sie jede Filterpapier auf einer Heizplatte bei 170 ° C für 2 min. Dadurch wird die wachsbasierte Tinte schmelzen und völliges Erstarrenlassen die Dicke des Papiers zu durchdringen und bilden hydrophobe Barrieren.
Hinweis: Die genauen Designs verwendet sind als Zusatzdateien. - Entfernen Filterpapier von Heizplatte und lassen Sie es auf RT abkühlen.
- Kaution 4 ul 5 mM Farbstoff (rot: Allura Rot, gelb: Tartrazin, blau: Erioglaucin Dinatriumsalz, grün: 10: 1-Mischung von Tartrazin: Erioglaucin Dinatriumsalz) in jedem Zweig (eine Farbe pro Zweig) der Schicht 3 (dritte Schicht von der Oberseite des fertiggestellten Vorrichtung) mit einer Mikropipette.
- Beginnen Sie mit der untersten Schicht. Spannen Sie das Filterpapier zwischen der Schablone und einem steifen Träger, wie ein Stück von Flachglas, Binder-Clip mits, oder eine andere ähnliche temporäre Methode. Stellen Sie sicher, dass die Schablone flach auf dem Papier ist. Dadurch werden alle Sprühschatten durch die Schablone auf das Papier geworfen zu minimieren.
- Verwenden Sie den Kleber (siehe Liste der Materialien und Geräte) mit einer etwa 1,33 sec (ein Vier-Zählung bei 180 bpm) Spray von etwa 24 cm. 9,10 Während dieser Zeit bewegen , um die Dose Klebstoff über die Schablone auf einem mittleren Tempo. Zu langsam über die Schablone der Reise verursacht Klebstoff auf der Schablone selbst zu sammeln, sie zu verstopfen. Zu schnellen Reise fehl ausreichend Klebstoff auf das Papier aufzubringen. Vier Durchgänge während dieser Zeit (up-down-up-down) ausreichend Sprühschatten zu verhindern.
- Entfernen Sie Schablone und legen Sie die nächste Schicht der Vorrichtung (nummerierte Schichten sind als Zusatzdateien) oben auf dem frisch Schicht gesprüht, um die Kanten des Papiers ausrichten. Drücken Sie mit den beiden Schichten zusammen.
- Ersetzen Schablone und wiederholen des Sprühvorgangs für jede Schicht der Vorrichtung. Entfernen Sie die stack von Geräten und Platz in der unteren Schicht Klebeband. Dies verhindert eine Fluidleckage aus dem Gerät. Geschnitten, um einzelne Geräte aus dem Blatt mit einer Schere, nach der Kante des bedruckten Bereich.
2. Planar 4-Schicht-Gerät (Origami gefalteten Lagen) Bau
- Druckbogen, die alle Schichten der Vorrichtung auf ein Filterpapier ein Festtintendrucker. Legen Sie Filterpapier auf einer Heizplatte bei 170 ° C für 2 min. Entfernen Filterpapier von Heizplatte und lassen Sie es auf RT abkühlen.
Hinweis: Die genauen Designs verwendet sind als Zusatzdateien. - Kaution 4 ul 5 mM Farbstoff (rot: Allura Rot, gelb: Tartrazin, blau: Erioglaucin Dinatriumsalz, grün: 10: 1-Mischung von Tartrazin: Erioglaucin Dinatriumsalz) in jedem Zweig (eine Farbe pro Zweig) der Schicht 3 (dritte Schicht von der Oberseite des fertiggestellten Vorrichtung) über Mikropipette.
- Spannen Sie den Bogen von Geräten zwischen der Schablone und einem steifen Träger, wie ein Stück von Flachglas, Mit binderclips oder eine andere ähnliche temporäre Methode. Stellen Sie sicher, dass die Schablone flach auf dem Papier ist.
- Verwenden Sie den Kleber (siehe Liste der Materialien und Geräte) mit einer etwa 1,33 sec (ein Vier-Zählung bei 180 bpm) von etwa 24 cm sprühen. Vier Durchgänge während dieser Zeit (up-down-up-down) ausreichend Sprühschatten zu verhindern.
- Entfernen Sie Schablone und drehen Sie das Blatt über. Ersetzen Sie Schablone und sprühen Seite des Papiers zurück. Entfernen Sie das Blatt von Geräten und beginnen in einem Akkordeon Falte falten, wie in Abbildung 1 dargestellt. Schneiden Sie jedes Gerät aus Blech Schere nach dem Rand der gedruckten Region. Legen Sie Klebeband über der unteren Schicht zu packen.
3. Nichtplanare (Origami) Geräteaufbau
- Druckvorrichtung (2A) auf Filterpapier ein Festtintendrucker mit und legen Sie das Filterpapier auf einer heißen Platte bei 170 ° C für 2 min. Gerät entfernen von Heizplatte und lassen Sie es auf RT abkühlen.
HINWEIS:Die genauen Designs verwendet werden, sind als Zusatzdateien. - Drucken Knittermuster (2C) auf Druckerpapier ein Festtintendrucker verwenden und auf die Größe des Filterpapiers geschnitten. Platzieren Faltmuster auf einer Heizplatte bei 170 ° C für 2 min, um das Wachs zu schmelzen, wodurch das Muster von beiden Seiten des Papiers sichtbar zu sein. Entfernen Knittermuster von Heizplatte und lassen Sie es auf RT abkühlen.
- Richten Sie die Kanten des Knittermuster an die Ränder des Papiers mit den Kanalmuster und bringen Sie die beiden Stücke von Papier mit Binder Clips oder eine andere ähnliche temporäre Methode.
- Verfolgen Sie die Knittermuster mit einem stumpfen Stift, die Anwendung genug Kraft, die Markierungen auf dem Gerät Blatt erscheinen, aber nicht so hart, dass die Falte Musterpapier Rips. Wenn das geschieht, droht das Gerät beschädigt wird. Vorbiegen bewirkt, daß das Papier viel leichter zu falten und ermöglicht eine höhere Genauigkeit und Präzision in Falten.
- Beginnen Sie das Gerät mit Berg und Tal FaltenFalten nach dem Knittermuster. Sobald der Klebstoff aufgetragen worden ist, muss das gesamte Gerät sehr schnell montiert werden, so dass das Gerät so weit wie möglich Falten vor Klebstoffauftrag sehr hilfreich ist.
- Sobald die Vorrichtung gefaltet wird, entfalten die Vorrichtung die Teile der Vorrichtung, die Klebstoff erfordern zu belichten. Ausgeschnittenen Masken (2D) , die in dem auf dem Gerät Klebstoff begrenzen kann angewendet werden, unter Verwendung einer Rasierklinge.
- Klemmen Sie das Gerät zwischen der Schablone und Maske und einem steifen Träger, wie ein Stück von Flachglas. Stellen Sie sicher, dass die Schablone flach auf dem Gerät. Verwenden Sie den Kleber (siehe Liste Materialien und Geräte) mit einer etwa 1,33 sec (ein Vier-Zählung bei 180 bpm) von etwa 24 cm sprühen. Vier Durchgänge während dieser Zeit (up-down-up-down) ausreichend Sprühschatten zu verhindern. Entfernen Sie Schablone und drehen Sie das Blatt über. Ersetzen Sie Schablone und Maske und sprühen Seite des Papiers zurück.
- Sofort Gerät aus Schablone entfernen und beginnen die FaltenGerät. Sobald die Vorrichtung vollständig gefaltet ist, Druck auf den Klebstoff enthaltenden Abschnitt, bis der Klebstoff getrocknet ist.
HINWEIS: Die Trocknungszeit des Klebstoffes ist sehr empfindlich gegenüber Umgebungsfeuchtigkeit, so in einer Umgebung mit niedriger Feuchtigkeit, in einer feuchtigkeitsgesteuerten Kammer Falten erlaubt mehr Zeit, um die Vorrichtung zu falten.
4. Wicking-Test für 4-Schicht-Geräte
- Randomly 20 Geräte auswählen, die zuvor zu den oben genannten Protokolle zusammengesetzt nach. Platz-Geräte an einem Ort, von jedem Wind oder Brise abgeschirmt Verdunstung zu minimieren. Ablagerung 40 ul Wasser am Einlaß jedes Gerät. Notieren Sie sich die Zeit, die für jedes Gerät nimmt alle seine Filialen vollständig mit Farbstoff gefüllt zu haben.
5. Origami Wicking-Vergleich
- Konstrukt zwei origami peacocks - eines nach dem obigen Protokoll (Abschnitt 3) und die andere ohne die Verwendung einer Schablone während der Klebstoffauftrag.
- Stecken Sie das eine Ende eines kleinen paper Blei (ca. 5 mm breit und 5 cm lang) in den Körper jedes Pfau.
- Zeigen beide peacocks in eine Kammer mit hoher Luftfeuchtigkeit (> 90%) gehalten, die Verdampfung zu minimieren. Legen Sie jedes Bein und führen jedes Pfau in einen Behälter gefüllt mit 5 mM Farbstoff (rot: Allura Rot, gelb: Tartrazin, blau: Erioglaucin Dinatriumsalz). Nehmen Sie mit einer Digitalkamera Wicking Prozess.
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Representative Results
Die 4-Schicht-Gerätetests wurden in einer abgedichteten Kammer durchgeführt, so dass sie von jedem Wind oder Brise Abschirmung, die eine übermäßige Verdunstung des begrenzten abgeschiedenen Flüssigkeitsvolumen verursachen könnten. Die Mehrheit der wicking in der 4-Schicht-Geräte ist in den mittleren Schichten der Vorrichtung, damit Unterschiede in der Geschwindigkeit aufgrund der Verdampfung wicking wurden minimal erwartet. Zusätzlich gibt es eine minimale seitliche wicking mit nur 13 mm zwischen dem Einlass und jedem einzelnen Auslass, was darauf hindeutet, dass Variationen in wicking Zeiten wahrscheinlich durch vertikale, Zwischenfluidtransfer. Durchschnittliche Wicking Zeiten und Erfolgsraten für 4-Schicht - Geräte mit unterschiedlichen Mengen an aufgebrachten Klebstoff aufgebaut sind in Tabelle 1 dargestellt.
In gestapelten Geräten führte einheitliche Klebstoffabdeckung in relativ hohen Erfolgsraten, die verringert, da wir die Klebstoffmenge erhöht. Gemusterte Klebstoff Coverage führte zu sehr niedrigen Erfolgsraten bei der Klebstoff nur auf einer Seite aufgetragen wurde, hatte aber viel höhere Erfolgsraten und schnellere Wicking Zeiten, in denen die strukturierte Klebstoff auf beide Seiten aufgebracht wurde. Typische Erfolge sind in 3A dargestellt. Es gibt mehrere mögliche Erklärungen für diese beobachteten Verhalten, eine beliebige Kombination davon angewendet werden kann. Der aufgetragene Klebstoff physikalisch sein kann, blockiert, entweder teilweise oder vollständig, die Poren an der Oberfläche des Papiers, in einem kleineren effektiven Kontaktfläche zwischen Papierschichten resultieren. Auch der Klebstoff selbst kann als ein anderes poröses Substrat, so schwerere Beschichtungen von Klebstoff Ergebnis in einer dickeren Klebstoffschicht wirken, dass Flüssigkeit Docht durchlaufen muss, was zu längeren Zeiten Wicking. Strukturieren der Klebstoff auf der anderen Seite erzeugt Klebe 'Punkte', die nur die Kontaktflächen teilweise verschließen, so dass mehr Fluid aus Papierschicht zu Papierschicht direkt Docht, die Zeiten verringert wicking. Allerdings reduc dies sehrtion in Klebstoffabdeckung nimmt auch die Festigkeit der Klebeverbindung zwischen Papierschichten, in verringerten Erfolgsraten führt, wenn Fasern Anschwellen und Entfalten Knicke verursachen Schichten ausreichend zu trennen, dass sie in Kontakt sind, nicht mehr. Durch die Verdoppelung der Größe des Rahmens um die Kanäle (Erhöhung der gesamten Bauteilfläche um ~ 30%), die Erfolgsraten für Ein- und doppelseitige Klebeanwendungen erhöht. Ein Vergleich zwischen den beiden Größen ist in Abbildung 4. Typische gestapelt Gerätefehler gezeigt durch Auslässe gekennzeichnet war , die vollständig mit Farbstoff füllen fehlgeschlagen, oder dauerte länger als 5 Minuten zu füllen. Dies ist in 3B dargestellt.
In Origami gefaltet Geräte, einheitliche Klebstoff Abdeckung führte zu niedrigen Erfolgsraten bei Totalausfall führt, wenn die äquivalente Menge an Klebstoff in den gestapelten, uniform, einseitig klebende Geräte anwenden. Gemusterte KlebstoffabdeckungAlter führte zu viel geringere Erfolgsraten; jedoch wurde dieser Rückgang durch den Einsatz etwas größeren Geräte gegenüber, die 3 mm Grenzen hatte. Typische Origami Gerätefehler wurde durch Stellen gekennzeichnet, die mit jeder Menge an Farbstoff zu füllen ist fehlgeschlagen. Diese Geschäfte wurden ausschließlich entlang der beiden Seiten des Geräts, die die Falten enthalten. Dies ist in 3C dargestellt.
Die Massen der Klebstoff unter verschiedenen Spritzverfahren aufgetragen werden in Tabelle 2 dargestellt. Die oben beschriebene Sprühdauer von 1,33 sec (eine vier Zählung bei 180 bpm) Einlagen 0,26 mg / cm 2 (Trockenmasse) aus Klebstoff , wenn gleichmäßig über das Blatt gesprüht von Geräten, während nur Ablagerung 0,02 mg / cm 2 (Trockenmasse) , wenn durch eine Schablone gesprüht , die 23% geöffnet war.
In nicht-planaren 3D-Strukturen führte einheitliche Klebstoffabdeckung in schwieriger Falten, als benachbarte Flächen vorzeitig zusammengeklebt. Die Schichten innerhalb der Struktur nicht entfaltet werden können, wenn der Klebstoff getrocknet und versucht, in zerrissenem Papier so geführt zu tun. Gemusterte Klebstoff Abdeckung gemacht Falten viel einfacher, da jede zufällige Haftung leicht rückgängig gemacht wurde. Sobald der Klebstoff getrocknet wird, können die Schichten ohne Rippen oder Reißen des Papiers auseinander gezogen werden. Beide Methoden der Klebstoffauftrag in Folge Geräte, die erfolgreich Flüssigkeit die Länge ihrer Kanäle geleitet und ohne sich zu vermischen; jedoch war die Vorrichtung mit gleichmäßig aufgetragene Klebstoff merklich langsamer. Zeitraffer dieser wicking ist in 5 gezeigt. Wicking wurde in einer Feuchtigkeitskammer bei> 90% relative Luftfeuchtigkeit mit abnehmender relativer Feuchte gehalten Verdampfung durchgeführt, wie Verdampfung zunimmt , zu minimieren. Aufgrund der langen vorhanden Kanäle in dieser Ausführung bis zu 165 mm lang, Verdunstung können die Wicking Zeit deutlich erhöhen, auch mit einer unendlichen Flüssigkeitsreservoir.
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Abbildung 1. Geräte Fabrication Process Flow. (A) Gestapelte Bauelementherstellung. (B) Origami Bauelementherstellung. Bitte hier klicken , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
Abbildung 2. Peacock Muster. (A) Kanalmuster, wo schwarze hydrophobe Bereiche anzeigt. (B) Die Pfeile zeigen den Weg jeder Farbstoff genommen. Kreise zeigen die Kontaktstelle zwischen den Schichten und die gestrichelten Linien, die die vertikalen Dochtwirkungspfade anzeigen. Die Länge jedes Kanals von seinem jeweiligen Einlass zum Rand des Schwanzes in Millimetern angegeben. Kanalbreiten gemittelt zwischen 2 und3 mm im Heckbereich. (C) Crease Pattern (modifiziert nach 13). Rote Linien entsprechen Berg Falten in der Endstruktur; schwarze Linien entsprechen Tal Falten; blaue Linien entsprechen Falten, die in der endgültigen Struktur nicht gefaltet, sondern in vorläufigen Faltschritte unterstützen. (D) Masken platziert zwischen dem Origami - Gerät und dem Metallschablone während Klebstoffauftrag, wo die weißen Teile entfernt werden. Bitte hier klicken , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
Abbildung 3. Typische Erfolge und Misserfolge (A) Typische Erfolg -. Alle Ausgänge komplett mit Farbstoff gefüllt. (B) Typische gestapelt Ausfall - Verkaufsstellen , die versagt hatte keine offensichtliche pattern in ihrer Verteilung. (C) Typische Origami Ausfall - alle Ausgänge , die entlang der am weitesten links oder am weitesten rechts stehende Säule befanden sich zu füllen gescheitert, am nächsten an den Falten. Alle Maßstabsbalken sind 5 mm. Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
Abbildung 4. Gerätegröße Vergleich. (A) Kleinere Gerät (1,6 mm Grenze). (B) Größere Gerät (3 mm Rand). Alle Maßstabsbalken sind 5 mm. Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
Abbildung 5. Zeitraffer von Origami Pfau . Links: einheitliche Klebstoff Abdeckung. Rechts:. Gemusterte Klebstoffabdeckung Bitte hier klicken , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
| Geräte Stil | Klebstofftyp (Dauer / Rand / Seiten) | Durchschnittliche ± SD (sec) | Erfolgsrate |
| Origami | Uniform (1,33 sec / 1,6 mm / Doppel) | 44 ± 14 | 45% |
| Uniform (0,67 sec / 1,6 mm / Doppel) | 0 ± 0 | 0% | |
| Gemusterte (1,33 sec / 1,6 mm / Doppel) | 41 ± 13 | 15% | |
| Gemusterte (1,33 sec / 3 mm / Doppel) | 64 ± 50 | 40% | |
| Gestapelte | Uniform (1,33 sec / 1,6 mm / Single) | 152 ± 66 | 80% |
| Uniform (1,33 sec / 1,6 mm / Doppel) | 119 ± 68 | 60% | |
| Gemusterte (1,33 sec / 1,6 mm / Single) | 164 ± 75 | 25% | |
| Gemusterte (1,33 sec / 1,6 mm / Doppel) | 81 ± 25 | 80% | |
| Gemusterte (1,33 sec / 3 mm / Single) | 116 ± 63 | 85% | |
| Gemusterte (1,33 sec / 3 mm / Doppel) | 80 ± 55 | 100% |
Tabelle 1. Vier Layer Device Performance. Durchschnittliche Wicking Zeit und Erfolgsraten für verschiedene Klebstoffauftragsbedingungen. N = 20.
| Adhesive Coverage | Spray Dauer (sec) | Durchschnittliche Masse ± SD (mg / cm²) |
| Uniform | 1,33 | 0,26 ± 0,05 |
| Uniform | 0,67 | 0.14 ± 0.03 |
| Gemustert | 1,33 | 0,02 ± 0,01 |
| Keiner | 0 | -0,01 ± 0 |
Tabelle 2. Angewandte Adhesive Beträge. Durchschnittliche Klebstoffdicke (Trockenmasse) aufgetragen , um eine 9x9 cm Platz unter verschiedenen Sprühbedingungen über. N = 10.
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Discussion
Die oben genannten Protokolle verwenden, Lochbleche als Schablonen zum Aufbringen von Aerosol Klebstoffe planare und nicht planare 3D-Papier mikrofluidischen Vorrichtungen bauen. In planaren Geräte, hat dies den Vorteil, dass Geräte vollständig entfaltet werden, nachdem der Klebstoff ohne Zerstörung der Vorrichtung getrocknet ist. In anderen Klebstoffkonstruktionstechniken basieren, ist dies nahezu unmöglich, obwohl einige Entwürfe für die teilweise zerstörende Demontage ermöglichen , indem zwei Hälften unpeeling mit einem entfernbaren Klebstoff zusammengehalten. 14 klebstoff Konstruktion erlaubt Geräte nach Gebrauch aufgefaltet zu werden, sondern erfordert individuelle Klemmen oder Gehäusen für jedes Gerät. 8
Bei Geräten mit dem in erster Linie Queraufsaugungsgeschwindigkeit, Klebstoffe können erheblich verlangsamen Feuchtigkeitstransport. Durch die Strukturierung der Klebstoff, kann die Menge an Klebstoff auf die Feuchtigkeitsregulierung Regionen angewendet werden deutlich reduziert, um mögliche Feuchtigkeitstransport Störbegrenzung. Geräte mit überwiegend vertikale Feuchtigkeitstransportauch zeigen ähnlich langsame Dochtwirkung durch Klebstoff verursacht, wenn auch in einem viel geringeren Ausmaß. Entwurf einer Schablone, die vollständig blockiert alle Regionen Wicking, Klebstoffauftrag an hydrophoben Bereiche Begrenzung nur kann mögliche Feuchtigkeitstransport Störungen zu beseitigen, kann aber auch erhebliche Ausrichtung Zeit über den eigentlichen Bauprozess hinzuzufügen.
In nichtplanare Vorrichtungen erleichtert die gemusterte Klebstoff dramatisch Falzen, als die Menge an Klebstoff, der auf das Papier aufgebracht wird, verringert wird, wodurch Falten wesentlich einfacher als bei einer gleichmässig Klebstoffschicht aufgebracht. Papier vollständig in Klebstoff bedeckt ist weit schwieriger zu falten, wenn ein zufälliger Kontakt zwischen den verschiedenen Bereichen des Papiers verursacht Haftung, die vor dem Fortfahren rückgängig gemacht werden muss.
Bei planaren 3D mehrschichtige Vorrichtungen, die eine große Feuchtigkeitstransport Bereich relativ zu dem hydrophoben Bereich haben, Origami mit einem Aerosol Klebstoff gepaart Faltung ist wahrscheinlich nicht die optimale Konstruktion technique aufgrund der Unfähigkeit der Klebstoff benetzten Papierschichten zusammen zu halten, während die Neigung der Falten zu überwinden zu entfalten. Geräte mit Designs, die ausreichend hydrophobe Grenzen umfassen wird die Erfolgsrate der Origami gefalteten Geräte erhöhen. helfen, dieses Problem zu lösen, eine stärkere Bindung festen Kleber kann auch verhindern, dass Wasser das Papier-Verklebung von zu schwächen.
Gestapelte Schicht Geräte insgesamt besser ab, da sie Falten fehlt, die das Gerät zu entfalten neigen. Ferner reduziert die Verwendung einer Schablone während Klebstoffauftrag die Gesamtmenge an Klebstoff aufgebracht, drastisch die Zeit für Flüssigkeit zwischen den Schichten Docht erforderlich ist, verringert.
nichtplanare 3D Papier Mikrofluidiksystemen Bei der Gestaltung gibt es eine Reihe von Fragen zu berücksichtigen. Es ist wichtig, das Knittermuster des gefalteten Vorrichtung, um das Layout der Kanäle, wie Platzierung Kanäle entlang einer Falte zu vergleichen wird die Falte offen auf Wasser imbibi zwingention durch Cellulosefasern zu Schwellungen. Je nach Auslegung der spezifischen Vorrichtung, obwohl dies nicht oder nicht erwünschtes Verhalten werden. Vorrichtung Lagerung bei Umgebungsbedingungen ist nicht günstig Vorrichtung Lebensfähigkeit, 10 somit langfristige Lagerung unter trockener Luft empfohlen, die Verklebung zwischen den Schichten aus Schwächung zu verhindern.
Wie zuvor von Lewis bemerkt et al., 9 die Verwendung von Aerosol - Klebstoffe liefern ein effizientes Mittel , um schnell große Mengen von mikrofluidischen Vorrichtungen 3D Papier herzustellen. Durch Strukturieren solcher Klebstoffe können neue Geräte mehr schnell entwickelt die die Vorteile in der Lage, nach dem Gebrauch ausgeklappt werden.
Ferner ermöglicht die Strukturierung der Konstruktion und Entwicklung von nicht-planaren 3D-Papier Mikrofluidiksystemen. Derartige Vorrichtungen werden erwartet in planar Papier Mikrofluidik, wie integrierten Betätigungs- und Erfassungs gefunden zu können Funktionalität bereitzustellen zuvor nicht. Beispielsweise kann die Betätigung sein,erreicht durch eine zweischichtige aus einem Wasser reaktive Polymerfilm 15 und einem gemusterten Papiersubstrat zu schaffen. Bei einer Vorrichtung aus einem solchen bilayer aufgebaut würde Betätigungs erzeugt werden, wenn Wasser Dochte entlang der Kanäle des Geräts und interagiert mit dem Film. Sobald der Film trocknet, würde die Vorrichtung in ihre Ausgangskonfiguration zurückkehren, bereit Verlassen wieder verwendet zu werden.
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Disclosures
Die Autoren haben nichts zu offenbaren.
Acknowledgments
Diese Arbeit wird durch einen Fonds von Bourns College of Engineering der University of California, Riverside unterstützt. BK erhielt ein Stipendium der Lung-Wen Tsai Memorial Award in Mechanical Design.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Camera | Nikon | D5100 | |
| Solid-ink printer | Xerox | ColorQube 8880 | |
| Hotplate | Torrey Pines | HS60 | |
| Humidity chamber | Electro-Tech Systems | 5503-E | |
| Spray adhesive | 3M | 62497749309 | Super 77 (16.75 oz can) |
| Filter paper | Whatman | Grade 4 | |
| Perforated steel sheet | MetalsDepot | PS16116 | |
| Tartrazine | Sigma-Aldritch | T0388 | |
| Allura Red | Sigma-Aldritch | 458848 | |
| Erioglaucine disodium salt | Sigma-Aldritch | 861146 |
References
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