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Bioengineering

3 डी कागज microfluidic उपकरणों का निर्माण करने के लिए चिपकने वाला patterning के उपयोग करना

Published: April 1, 2016 doi: 10.3791/53805
Automatic Translation
1, 1,2,3
1Department of Mechanical Engineering, University of California, Riverside, 2Department of Bioengineering, University of California, Riverside, 3Stem Cell Center, University of California, Riverside

Summary

हम 3 डी कागज microfluidic उपकरणों के निर्माण के लिए नमूनों एयरोसोल चिपकने के उपयोग के प्रदर्शन। चिपकने वाला आवेदन फार्म का यह तरीका परतों के बीच अर्द्ध स्थायी बांड, एकल उपयोग उपकरणों को सक्षम गैर विध्वंस उपयोग के बाद और तह जटिल संरचनाओं nonplanar कम करने के लिए disassembled किया जा करने के लिए।

Introduction

हाल के वर्षों में, कागज microfluidics (पीओसी) नैदानिक ​​उपकरणों इसकी क्षमता की देखभाल के लिए कम लागत बिंदु प्रदान करने के लिए काफी लोकप्रियता मिली है 1-3 पीओसी उपकरणों के लिए एक प्रारूप है कि परिणाम होने की अनुमति देता में प्रयोगशाला आधारित परीक्षणों के उन लोगों के लिए इसी तरह की कार्यक्षमता प्रदान करते हैं। अपेक्षाकृत जल्दी से प्राप्त की। पीओसी कागज से बने उपकरणों, कम लागत, हल्के, और महंगी microfluidic चिप्स और छोटी प्रयोगशालाओं के लिए आसान करने के लिए उपयोग विकल्प हैं उन्हें संसाधन सीमित सेटिंग्स में उपयोग के लिए आदर्श बना रही है। सबसे आम कागज microfluidic उपकरणों एक आयामी पार्श्व प्रवाह उपकरणों रहे हैं, लेकिन तलीय तीन आयामी (3 डी) कागज microfluidic उपकरणों पकड़ मल्टिप्लेक्स नैदानिक ​​उपकरणों 4 है कि एक 2 डी डिवाइस 5 से आवश्यक होगा की तुलना में एक बहुत छोटे पदचिह्न तक ले प्रदान करने के लिए वादा करता है और तदनुसार एक छोटे नमूने की मात्रा का उपयोग करें।

प्रारंभ में, तलीय 3 डी कागज microfluidic उपकरणों, व्यक्तिगत रूप से इकट्ठे हुए थे परत दर परत वाईवें कागज परतों लेजर कट डबल पक्षीय टेप के साथ बारी नमूनों। टेप परत में कटौती ध्यान से गठबंधन छेद सेल्यूलोज पाउडर के साथ भरा अंतर-परत तरल पदार्थ परिवहन सुनिश्चित करने के लिए किया गया। 4 वैकल्पिक तरीकों की एक संख्या में बाद में विकसित किए गए, उपकरणों की 6-9 प्रत्येक में सुधार के विभिन्न पहलुओं। विशेष रूप से, चिपकने eschewing द्वारा, उपकरणों के एक बाहरी दबाना द्वारा एक साथ आयोजित की परतों के साथ origami तकनीकों के माध्यम से तह किया जा सकता है। 8 यह एक नैदानिक ​​परीक्षण में किसी भी संभावित चिपकने वाला हस्तक्षेप समाप्त और डिवाइस सामने आया होना करने के लिए पद के लिए उपयोग की अनुमति देता है, संभवतः भी छोटे नमूने की इजाजत दी आंतरिक रूप से परिणाम प्रदर्शित करके संस्करणों। वैकल्पिक रूप से, एक एयरोसोल चिपकने वाला प्रत्येक पेपर परत के बीच लागू उपयोग करके, उपकरणों की चादरों एक साथ समय लेने वाली patterning और टेप के संरेखण के बिना इकट्ठा किया जा सकता है। 9

हालांकि, एक स्टैंसिल के माध्यम से एक एयरोसोल चिपकने वाला लागू करने से, यह संभव के लाभ हासिल करने के लिए हैइन तकनीकों के दोनों। एक स्टैंसिल के माध्यम से चिपकने वाला छिड़काव करके, केवल चिपकने का एक अंश डिवाइस के लिए लागू किया जाता है, interlayer तरल हस्तांतरण के साथ किसी भी संभावित हस्तक्षेप कम से कम। इसके अतिरिक्त, सावधान स्टैंसिल चयन के साथ, चिपकने की एक पद्धति लागू किया जा सकता है कि अर्द्ध स्थायी चिपकने वाला संबंध में परिणाम, उपकरणों की अनुमति है, जबकि अभी भी पर्याप्त interlayer संपर्क उपलब्ध कराने के तरल पदार्थ परतों के बीच बाती को अनुमति देने के लिए, उपयोग के बाद सामने आया जाए।

इसके अतिरिक्त अंत में, एक स्टैंसिल के माध्यम से एयरोसोल चिपकने आवेदन करने nonplanar 3 डी कागज microfluidic उपकरणों के निर्माण, आसन्न चेहरे कि लगातार तह और निर्माण के दौरान खुलासा आवश्यकता हो सकती है के लिए आवेदन किया चिपकने की राशि कम करके आसान बनाता है। 10, नमूनों चिपकने का उपयोग किया जा करने के लिए डिवाइस सक्षम बनाता है और अधिक सुविधाजनक भंडारण के लिए इस्तेमाल करने के बाद सामने आया। Nonplanar 3 डी कागज microfluidic उपकरणों कार्य है कि अन्यथा एक तलीय 3 डी devic में असंभव हो जाएगा के लिए इस्तेमाल होने की उम्मीद कर रहे हैंई। चित्रा 1 दोनों तलीय और nonplanar 3 डी उपकरणों का निर्माण करने के लिए इस्तेमाल सामान्य प्रक्रिया प्रवाह को दर्शाया गया है।

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Protocol

1. Planar 4-परत डिवाइस (खड़ी परतें) निर्माण

  1. एक ठोस स्याही प्रिंटर का उपयोग कर फिल्टर कागज के एक टुकड़े पर डिवाइस 9 के प्रत्येक परत के प्रिंट सरणियों। 11,12 प्लेस 2 मिनट के लिए 170 डिग्री सेल्सियस पर एक hotplate पर प्रत्येक फिल्टर पेपर। इस मोम आधारित स्याही पिघल और यह पूरी तरह से कागज की मोटाई घुसना, हाइड्रोफोबिक बाधाओं के गठन की अनुमति देगा।
    नोट: सटीक इस्तेमाल किया डिजाइन के पूरक फ़ाइलों के रूप में उपलब्ध हैं।
  2. hotplate से फिल्टर पेपर निकालें और यह आरटी को शांत करने के लिए अनुमति देते हैं।
  3. जमा 4 5 मिमी डाई की μl (लाल: Allura लाल, पीले: tartrazine, नीले: erioglaucine Disodium नमक, हरी: 10: tartrazine के 1 मिक्स: erioglaucine Disodium नमक) 3 परत की प्रत्येक शाखा में (शाखा प्रति एक रंग) (तीसरी पूरा डिवाइस के ऊपर से परत) एक micropipette का उपयोग।
  4. सबसे नीचे की परत के साथ शुरू करते हैं। स्टैंसिल और इस तरह की थाली कांच का एक टुकड़ा के रूप में एक कड़ी समर्थन के बीच फिल्टर पेपर दबाना, बांधने की मशीन क्लिप का उपयोगएस, या किसी अन्य समान अस्थायी विधि। सुनिश्चित करें कि स्टैंसिल कागज के खिलाफ फ्लैट है। यह किसी भी स्प्रे कागज पर स्टैंसिल द्वारा डाली छाया कम कर देंगे।
  5. एक लगभग 1.33 सेकंड (180 बीपीएम में एक चार गिनती) के बारे में 24 सेमी से स्प्रे के साथ चिपकने वाला (सामग्री और उपकरणों की सूची देखें) लागू करें। 9,10 इस समय के दौरान, एक मध्यम गति से स्टैंसिल भर में चिपकने के लिए कर सकते हैं चाल। स्टैंसिल भर में यात्रा करने के लिए भी धीमी गति से स्टैंसिल ही है, यह clogging पर जमा करने के लिए चिपकने वाला कारण होगा। यात्रा के भी तेजी से कागज पर पर्याप्त चिपकने जमा करने के लिए असफल हो जायेगी। इस समय के दौरान चार गुजरता (ऊपर-नीचे-ऊपर-नीचे) स्प्रे छाया को रोकने में पर्याप्त हैं।
  6. स्टैंसिल निकालें और डिवाइस के अगले परत जगह हौसले छिड़काव परत के ऊपर (गिने परतों पूरक फ़ाइलों के रूप में उपलब्ध हैं), कागज के किनारों aligning। मजबूती से दो परतों को एक साथ दबाएँ।
  7. स्टैंसिल बदलें और डिवाइस के प्रत्येक परत के लिए छिड़काव प्रक्रिया को दोहराएँ। एसटीए हटायेउपकरणों और जगह नीचे की परत भर में टेप पैकिंग के सी.के.। इस युक्ति से कोई भी तरल पदार्थ के रिसाव को रोकता है। चादर से कट व्यक्तिगत उपकरणों कैंची का उपयोग, मुद्रित क्षेत्र के किनारे के बाद।

2. Planar 4-परत डिवाइस (Origami तह परतें) निर्माण

  1. प्रिंट एक ठोस स्याही प्रिंटर का उपयोग कर फिल्टर पेपर पर डिवाइस के सभी परतों से युक्त चादरें। 2 मिनट के लिए 170 डिग्री सेल्सियस पर एक hotplate पर फिल्टर पेपर रखें। hotplate से फिल्टर पेपर निकालें और यह आरटी को शांत करने के लिए अनुमति देते हैं।
    नोट: सटीक इस्तेमाल किया डिजाइन के पूरक फ़ाइलों के रूप में उपलब्ध हैं।
  2. जमा 4 5 मिमी डाई की μl (लाल: Allura लाल, पीले: tartrazine, नीले: erioglaucine Disodium नमक, हरी: 10: tartrazine के 1 मिक्स: erioglaucine Disodium नमक) 3 परत की प्रत्येक शाखा में (शाखा प्रति एक रंग) (तीसरी micropipette के माध्यम से पूरा डिवाइस के शीर्ष) से ​​परत।
  3. इस तरह की थाली कांच के एक टुकड़े के रूप में स्टैंसिल और एक कड़ा समर्थन के बीच उपकरणों की चादर दबाना, Binderclips, या किसी अन्य समान अस्थायी विधि का उपयोग। सुनिश्चित करें कि स्टैंसिल कागज के खिलाफ फ्लैट है।
  4. एक लगभग 1.33 सेकंड (180 बीपीएम में एक चार गिनती) के बारे में 24 सेमी से स्प्रे के साथ चिपकने वाला (सामग्री और उपकरणों की सूची देखें) लागू करें। इस समय के दौरान चार गुजरता (ऊपर-नीचे-ऊपर-नीचे) स्प्रे छाया को रोकने में पर्याप्त हैं।
  5. स्टैंसिल निकालें और चादर पर बारी। स्टैंसिल बदलें और कागज के पक्ष वापस स्प्रे। उपकरणों की चादर निकालें और, एक accordion pleat में तह के रूप में चित्रा 1 में दिखाया गया है शुरू करते हैं। प्रत्येक डिवाइस कैंची का उपयोग चादर से बाहर कट, मुद्रित क्षेत्र के किनारे के बाद। नीचे की परत भर में पैकिंग टेप रखें।

3. nonplanar (Origami) डिवाइस निर्माण

  1. मुद्रण डिवाइस (2A चित्रा) फिल्टर पेपर पर एक ठोस स्याही प्रिंटर और 2 मिनट के लिए 170 डिग्री सेल्सियस पर एक गर्म थाली पर फिल्टर पेपर जगह का उपयोग। hotplate से डिवाइस निकालें और यह आरटी को शांत करने के लिए अनुमति देते हैं।
    ध्यान दें:सटीक इस्तेमाल किया डिजाइन के पूरक फ़ाइलों के रूप में उपलब्ध हैं।
  2. प्रिंट क्रीज पैटर्न (चित्रा -2) प्रिंटर कागज एक ठोस स्याही प्रिंटर का उपयोग पर और फिल्टर पेपर के आकार में कटौती। 2 मिनट के लिए 170 डिग्री सेल्सियस पर एक hotplate पर क्रीज पैटर्न प्लेस, मोम पिघला करने के लिए, जिससे पैटर्न कागज के दोनों ओर से दिखाई दे सकता है। hotplate से क्रीज पैटर्न निकालें और यह आरटी को शांत करने के लिए अनुमति देते हैं।
  3. कागज चैनल पैटर्न से युक्त के किनारों को क्रीज पैटर्न के किनारों संरेखित करें और बांधने की मशीन क्लिप, या किसी अन्य समान अस्थायी विधि का उपयोग कागज के दो टुकड़े देते हैं।
  4. एक कुंद स्टाइलस के साथ क्रीज पैटर्न का पता लगाने के लिए पर्याप्त शक्ति है कि निशान डिवाइस शीट पर दिखाई लागू करने के लिए, लेकिन नहीं तो मुश्किल है कि क्रीज पैटर्न कागज rips। यदि ऐसा होता है, इस उपकरण क्षतिग्रस्त किया जा रहा जोखिम। Precreasing कागज और अधिक आसानी से गुना करने के लिए कारण बनता है और अधिक से अधिक सटीकता और तह में परिशुद्धता के लिए अनुमति देता है।
  5. पहाड़ और घाटी के साथ डिवाइस तह शुरूक्रीज पैटर्न के अनुसार सिलवटों। एक बार चिपकने वाला लागू किया गया है, पूरे डिवाइस बहुत जल्दी इकट्ठा किया जाना चाहिए, ताकि जितना संभव डिवाइस तह से पहले चिपकने वाला आवेदन बहुत उपयोगी है।
  6. एक बार जब डिवाइस जोड़ रहा है, डिवाइस डिवाइस है कि चिपकने वाला आवश्यकता के कुछ भागों को बेनकाब करने के लिए प्रकट करना। मास्क (चित्रा 2 डी) कि जहां डिवाइस चिपकने पर सीमा से बाहर कट एक रेजर ब्लेड का उपयोग कर लागू किया जा सकता है।
  7. इस तरह की थाली कांच के एक टुकड़े के रूप में स्टैंसिल और मुखौटा और एक कड़ा समर्थन के बीच डिवाइस दबाना। सुनिश्चित करें कि स्टैंसिल डिवाइस के खिलाफ फ्लैट है। एक लगभग 1.33 सेकंड (180 बीपीएम में एक चार गिनती) के बारे में 24 सेमी से स्प्रे के साथ चिपकने वाला (देखें सूची सामग्री और उपकरण) को लागू करें। इस समय के दौरान चार गुजरता (ऊपर-नीचे-ऊपर-नीचे) स्प्रे छाया को रोकने में पर्याप्त हैं। स्टैंसिल निकालें और चादर पर बारी। स्टैंसिल बदलें और मुखौटा और कागज की ओर वापस स्प्रे।
  8. इसके तत्काल बाद स्टैंसिल से डिवाइस को हटाने और तह शुरूडिवाइस। एक बार जब डिवाइस पूरी तरह से जोड़ रहा है, भाग युक्त जब तक चिपकने वाला सूख गया है चिपकने के लिए दबाव लागू होते हैं।
    नोट: चिपकने के सूखने समय परिवेश नमी के लिए बहुत संवेदनशील है, इसलिए कम नमी के साथ स्थानों, एक आर्द्रता नियंत्रित कक्ष में तह में डिवाइस गुना करने के लिए और अधिक समय की अनुमति देता है।

4-परत उपकरणों के लिए 4. Wicking टेस्ट

  1. बेतरतीब ढंग से 20 उपकरणों, पहले ऊपर प्रोटोकॉल के अनुसार इकट्ठे का चयन करें। एक स्थान में रखें उपकरणों के किसी भी हवा या हवाएं से परिरक्षित वाष्पीकरण कम से कम। प्रत्येक डिवाइस के प्रवेश पर जमा पानी 40 μl। समय यह प्रत्येक डिवाइस के लिए लेता है इसकी आउटलेट के सभी पूरी तरह से रंग से भरा करने के लिए रिकॉर्ड।

5. Origami Wicking तुलना

  1. ऊपर प्रोटोकॉल (धारा 3), और चिपकने वाला आवेदन के दौरान एक स्टैंसिल के उपयोग के बिना अन्य के अनुसार एक - दो origami मोर का निर्माण।
  2. एक छोटी सी पी के एक छोर डालेंकोल नेतृत्व प्रत्येक मोर के शरीर में (लगभग 5 5 सेमी लंबे समय से विस्तृत मिमी)।
  3. एक कक्ष में एक उच्च सापेक्ष आर्द्रता (> 90%) में रखा वाष्पीकरण कम करने के लिए दोनों मोर रखें। एक पैर और प्रत्येक मोर के नेतृत्व के साथ 5 मिमी डाई (: Allura लाल, पीले: tartrazine, ब्लू: erioglaucine Disodium नमक लाल) भरा एक कंटेनर में रखें। रिकार्ड एक डिजिटल कैमरे के साथ इस प्रक्रिया बाती।

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Representative Results

4-परत डिवाइस परीक्षण एक सीलबंद कक्ष में प्रदर्शन किया गया है, उन्हें किसी भी हवा या हवाएं कि सीमित जमा तरल पदार्थ की मात्रा का अत्यधिक वाष्पीकरण कारण हो सकता से परिरक्षण। इसलिए वाष्पीकरण के कारण गति बाती में मतभेद कम हो जाने की उम्मीद कर रहे थे 4-परत उपकरणों में बाती का बहुमत है, डिवाइस के बीच परतों में है। इसके अतिरिक्त, वहाँ सुझाव है कि बाती बार में बदलाव खड़ी, interlayer तरल हस्तांतरण के कारण होने की संभावना है इनलेट और किसी भी व्यक्ति के आउटलेट के बीच केवल 13 मिमी के साथ कम से कम पार्श्व बाती है,। औसत बाती बार और सफलता दर 4-परत उपकरणों लागू चिपकने के विभिन्न मात्रा के साथ निर्माण के लिए 1 तालिका में दिखाए जाते हैं।

खड़ी उपकरणों में, वर्दी चिपकने वाला कवरेज अपेक्षाकृत उच्च सफलता दर है कि के रूप में हम चिपकने की मात्रा में वृद्धि हुई कमी आई है में हुई। नमूनों चिपकने वाला coveraजीई बहुत कम सफलता दर में हुई जब चिपकने वाला केवल एक ही पक्ष के लिए लागू किया गया था, लेकिन बहुत अधिक सफलता दर और तेजी wicking बार जब नमूनों चिपकने वाला दोनों पक्षों के लिए लागू किया गया था। ठेठ सफलताओं चित्रा 3 ए में चित्रित कर रहे हैं। इस मनाया व्यवहार के लिए कई संभावित व्याख्या कर रहे हैं, जिनमें से किसी भी संयोजन लागू हो सकता है। लागू किया चिपकने वाला शारीरिक रूप से अवरुद्ध हो सकता है, या तो आंशिक रूप से या पूरी तरह से, कागज की सतह पर pores, कागज परतों के बीच एक छोटे प्रभावी संपर्क क्षेत्र में जिसके परिणामस्वरूप। इसके अलावा, चिपकने वाला अपने आप में एक मोटा चिपकने वाली परत में एक और झरझरा सब्सट्रेट के रूप में कार्य कर सकते हैं, चिपकने वाला परिणाम के इतने भारी कोटिंग्स कि तरल पदार्थ है, के माध्यम से बाती चाहिए अब समय बाती के लिए अग्रणी। चिपकने वाला patterning, दूसरे हाथ पर, चिपकने वाला 'डॉट्स' है कि केवल आंशिक रूप से संपर्क क्षेत्रों रोक देना, अधिक तरल पदार्थ सीधे कागज परत है, जो बार बाती कम हो जाती है कागज परत से बाती करने की इजाजत दी बनाता है। बहरहाल, यह बहुत reducचिपकने वाला कवरेज में tion भी कागज परतों के बीच चिपकने वाला बंधन की ताकत कम हो जाती है, कम सफलता दर में जिसके परिणामस्वरूप जब फाइबर सूजन और खुलासा क्रीज परतों पर्याप्त है कि वे संपर्क में नहीं रह रहे हैं अलग करने के लिए कारण। (बढ़ती ~ 30% समग्र उपकरण क्षेत्र) चैनलों के चारों ओर सीमा के आकार को दोगुना करके, दोनों एकल और दोहरी तरफा चिपकने वाला अनुप्रयोगों के लिए सफलता की दर में वृद्धि हुई। दो आकार के बीच एक तुलना चित्रा 4 में दिखाया गया है। ठेठ खड़ी डिवाइस विफलता के आउटलेट है कि पूरी तरह से रंग के साथ भरने के लिए विफल रहा है, या भरने के लिए की तुलना में अब 5 मिनट ले लिया की विशेषता थी। यह चित्रा 3 बी में दिखाया गया है।

origami मुड़ा उपकरणों में, वर्दी चिपकने वाला कवरेज पूर्ण विफलता जब खड़ी, वर्दी, एक तरफा चिपकने वाला उपकरणों में मौजूद चिपकने के बराबर राशि लगाने जिसके परिणामस्वरूप के साथ कम सफलता दर में हुई। नमूनों चिपकने वाला कवरउम्र बहुत कम सफलता दरों में हुई; हालांकि, इस कमी थोड़ा बड़ा है कि उपकरणों के 3 मिमी सीमाओं था का उपयोग करके ऑफसेट किया गया था। ठेठ origami डिवाइस विफलता के आउटलेट है कि डाई के किसी भी राशि के साथ भरने के लिए विफल रहा है की विशेषता थी। इन दुकानों के लिए विशेष रूप से युक्ति है कि क्रीज निहित के दो पक्षों के साथ स्थित थे। यह चित्रा -3 सी में दिखाया गया है।

अलग अलग तरीकों स्प्रे के तहत लागू चिपकने की जनता चिपकने की जमा राशि 0.26 मिलीग्राम / 2 सेमी (सूखा मास) (180 बीपीएम में एक चार गिनती) तालिका 2 में दिखाया जाता है। 1.33 सेकंड के ऊपर वर्णित स्प्रे अवधि जब चादर भर में समान रूप से छिड़काव किया उपकरणों की है, जबकि केवल 0.02 मिलीग्राम / 2 सेमी (सूखा मास) जमा करने के लिए जब एक स्टैंसिल है कि 23% खुला था के माध्यम से छिड़काव किया।

nonplanar 3 डी संरचनाओं में, वर्दी चिपकने वाला कवरेज और अधिक मुश्किल तह में हुई, आसन्न चेहरे के रूप में समय से पहले ही एक साथ अटक गया। एक बार चिपकने वाला सूखे संरचना के अंदर परतों सामने आया नहीं किया जा सका, और कटा हुआ कागज में तो परिणामस्वरूप ऐसा करने के लिए प्रयास करता है। नमूनों चिपकने वाला कवरेज बहुत आसान तह बना है, जैसा किसी भी आकस्मिक आसंजन आसानी से नष्ट कर दिया था। एक बार चिपकने वाला सूखे, परतों के किसी भी तेजस्वी या कागज फाड़ के बिना अलग खींच लिया जा सकता है। चिपकने वाला आवेदन के दोनों तरीकों उपकरणों में हुई है कि सफलतापूर्वक तरल उनके चैनलों की और मिश्रण के बिना लंबाई कराई; हालांकि, समान रूप से लागू चिपकने के साथ डिवाइस काफ़ी धीमी थी। इस बाती की एक समय चूक चित्र में दिखाया गया है 5। Wicking एक आर्द्रता नियंत्रित कक्ष में प्रदर्शन किया गया था सापेक्ष आर्द्रता में कमी के साथ वाष्पीकरण बढ़ जाती है,> 90% सापेक्ष आर्द्रता में रखा वाष्पीकरण कम से कम। इस डिजाइन में मौजूद लंबे चैनलों के कारण, अप करने के लिए 165 मिमी लंबा, वाष्पीकरण काफी बाती समय भी एक अनंत द्रव जलाशय के साथ बढ़ा सकते हैं।

सामग्री "के लिए: रखने together.within-पेज =" 1 "> आकृति 1
चित्रा 1. उपकरण निर्माण प्रक्रिया प्रवाह। (ए) उपकरण निर्माण खड़ी है। (बी) Origami उपकरण निर्माण। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्र 2
चित्रा 2. मयूर पैटर्न। (ए) चैनल पैटर्न, जहां काली हाइड्रोफोबिक क्षेत्रों इंगित करता है। (बी) के तीर पथ प्रत्येक डाई द्वारा उठाए गए संकेत मिलता है। सर्किलों का संकेत परतों और बिंदीदार लाइनों के बीच संपर्क की बात खड़ी बाती रास्तों से संकेत मिलता है। पूंछ के किनारे करने के लिए अपने संबंधित प्रवेश से प्रत्येक चैनल की लंबाई मिलीमीटर में संकेत दिया है। चैनल चौड़ाई 2 और बीच औसतपूंछ क्षेत्र में 3 मिमी। (सी) क्रीज पैटर्न (13 से संशोधित)। लाल लाइनों अंतिम संरचना में पहाड़ परतों के अनुरूप; काले लाइनों घाटी परतों के अनुरूप; नीले रंग की लाइनों क्रीज कि अंतिम संरचना में मुड़ा नहीं कर रहे हैं के अनुरूप है, लेकिन प्रारंभिक तह चरणों में सहायता। (डी) origami डिवाइस और चिपकने वाला आवेदन, जहां सफेद भागों को हटा रहे हैं दौरान धातु स्टैंसिल के बीच रखा मास्क। यहां यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए क्लिक करें।

चित्र तीन
चित्रा 3. ठेठ सफलताओं और असफलताओं (ए) विशिष्ट सफलता -। सभी दुकानों पूरी तरह से रंग से भर दिया। (बी) के ठेठ खड़ी की विफलता - आउटलेट है कि विफल कोई स्पष्ट Patt थाउनके वितरण में ERN। (सी) विशिष्ट origami विफलता - सभी दुकानों को भरने के लिए, बाएं सबसे या अधिकार सबसे स्तंभ के किनारे स्थित थे क्रीज के सबसे करीब विफल रहा है। सभी पैमाने सलाखों 5 मिमी हैं। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 4
चित्रा 4. डिवाइस आकार तुलना। (ए) छोटे डिवाइस (1.6 मिमी सीमा)। (बी) बड़ा डिवाइस (3 मिमी सीमा)। सभी पैमाने सलाखों 5 मिमी हैं। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 5
चित्रा 5। । Origami मयूर वाम के समय चूक: वर्दी चिपकने वाला कवरेज। अधिकार:। नमूनों चिपकने वाला कवरेज यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

डिवाइस अंदाज चिपकने वाला प्रकार (अवधि / सीमा / पक्षों) औसत ± एसडी (एसईसी) सफलता दर
origami वर्दी (1.33 सेकंड / 1.6 मिमी / डबल) 44 ± 14 45%
वर्दी (0.67 सेकंड / 1.6 मिमी / डबल) 0 0 ± 0%
नमूनों (1.33 सेकंड / 1.6 मिमी / डबल) 41 ± 13 15%
नमूनों (1.33 सेकंड / 3 मिमी / डबल) 64 ± 50 40%
स्टैक्ड वर्दी (1.33 सेकंड / 1.6 मिमी / एकल) 152 ± 66 80%
वर्दी (1.33 सेकंड / 1.6 मिमी / डबल) 119 ± 68 60%
नमूनों (1.33 सेकंड / 1.6 मिमी / एकल) 164 ± 75 25%
नमूनों (1.33 सेकंड / 1.6 मिमी / डबल) 81 ± 25 80%
नमूनों (1.33 सेकंड / 3 मिमी / एकल) 116 ± 63 85%
नमूनों (1.33 सेकंड / 3 मिमी / डबल) 80 ± 55 100%

तालिका 1. चार परत डिवाइस प्रदर्शन। एथलेटिक विभिन्न चिपकने वाला आवेदन की स्थिति के लिए समय और सफलता दर बाती। एन = 20।

चिपकने वाला कवरेज स्प्रे अवधि (एसईसी) ± एसडी औसत द्रव्यमान (मिलीग्राम / सेमी ²)
वर्दी 1.33 0.26 ± 0.05
वर्दी 0.67 0.14 ± 0.03
नमूनों 1.33 0.02 ± 0.01
कोई नहीं 0 -0.01 ± 0

तालिका 2 एप्लाइड चिपकने वाला राशियाँ। एथलेटिक चिपकने वाला मोटाई (सूखा मास) अलग स्प्रे परिस्थितियों में एक 9x9 सेमी वर्ग पर लागू किया। एन = 10।

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Discussion

ऊपर प्रोटोकॉल तलीय और nonplanar 3 डी कागज microfluidic उपकरणों के निर्माण के लिए चिपकने वाले एयरोसोल लागू करने के लिए स्टेंसिल के रूप में छिद्रित धातु शीट का उपयोग करें। तलीय उपकरणों में, यह पूरी तरह से उपकरणों सामने आया बाद चिपकने वाला डिवाइस नष्ट करने के बिना सूख गया है होने के लिए अनुमति का लाभ दिया है। अन्य चिपकने वाला आधारित निर्माण तकनीक में, यह लगभग असंभव है, हालांकि, कुछ डिजाइन एक हटाने योग्य चिपकने के साथ मिलकर आयोजित दो हिस्सों unpeeling द्वारा आंशिक विनाशकारी disassembly के लिए अनुमति देते हैं। 14 Adhesiveless निर्माण की अनुमति देता है उपकरणों के उपयोग के बाद सामने आया है, लेकिन कस्टम अकड़न या housings की आवश्यकता है प्रत्येक डिवाइस के लिए। 8

मुख्य रूप से पार्श्व बाती के साथ उपकरणों में, चिपकने काफी धीमी गति से बाती कर सकते हैं। चिपकने वाला patterning करके, बाती क्षेत्रों के लिए लागू चिपकने की राशि काफी कम किया जा सकता है, किसी भी संभावित बाती हस्तक्षेप सीमित। मुख्य रूप से खड़ी बाती के साथ उपकरणइसके अलावा, चिपकने की वजह से इसी तरह धीमी गति से बाती दिखा रहे हैं एक बहुत हद तक कम करने के लिए हालांकि। एक स्टैंसिल है कि पूरी तरह से ब्लॉक बाहर सभी क्षेत्रों बाती, हाइड्रोफोबिक क्षेत्रों के लिए चिपकने वाला आवेदन सीमित ही है, किसी भी संभावित बाती हस्तक्षेप को समाप्त कर सकते हैं, लेकिन यह भी निर्माण की प्रक्रिया के लिए काफी समय संरेखण जोड़ सकते हैं की डिजाइन।

nonplanar उपकरणों में, नमूनों चिपकने वाला नाटकीय रूप से चिपकने की मात्रा है कि कागज के लिए लागू किया जाता है के रूप में, तह में कमी आई है, एक समान रूप से लागू चिपकने वाला परत के साथ की तुलना में काफी आसान तह बना आसान बनाता है। पेपर पूरी तरह से चिपकने में कवर गुना करने के लिए जब कागज के विभिन्न क्षेत्रों के बीच किसी भी आकस्मिक संपर्क आसंजन है कि आगे बढ़ने से पहले नष्ट कर दिया जाना चाहिए का कारण बनता है कहीं अधिक मुश्किल है।

तलीय 3 डी बहुपरत उपकरणों है कि हाइड्रोफोबिक क्षेत्र के लिए एक बड़ी बाती क्षेत्र रिश्तेदार के लिए, origami एक एयरोसोल चिपकने के साथ बनती तह संभावना नहीं इष्टतम निर्माण तकनीक हैचिपकने के गीला कागज परतों को एक साथ पकड़ जबकि क्रीज की प्रवृत्ति को प्रकाशित करना काबू पाने में असमर्थता के कारण nique। डिजाइन के साथ उपकरणों है कि पर्याप्त हाइड्रोफोबिक सीमाओं शामिल origami-मुड़ा उपकरणों की सफलता की दर में वृद्धि होगी। एक मजबूत बांड शक्ति चिपकने का उपयोग भी इस मुद्दे को हल करने के लिए, कागज चिपकने वाला बंधन कमजोर से पानी को रोकने में मदद कर सकता है।

स्टैक्ड परत उपकरणों कुल मिलाकर, बेहतर प्रदर्शन के रूप में वे क्रीज, जो डिवाइस प्रकट करने के लिए करते हैं की कमी है। इसके अलावा, चिपकने वाला आवेदन के दौरान एक स्टैंसिल के उपयोग के चिपकने की कुल राशि से लागू किया, नाटकीय रूप से समय द्रव परतों के बीच बाती के लिए आवश्यक समय को कम कर देता है।

nonplanar 3 डी कागज microfluidic उपकरणों को डिजाइन करने में, वहाँ मुद्दों पर विचार करने के लिए कई हैं। यह चैनलों के लेआउट के लिए मुड़ा डिवाइस के क्रीज पैटर्न तुलना करने के लिए एक साथ क्रीज चैनलों रखने क्रीज पानी imbibi पर खुला मजबूर करेंगे के रूप में महत्वपूर्ण हैमोर्चे, सेल्यूलोज फाइबर सूजन की वजह से। विशिष्ट डिवाइस है, हालांकि, इस या वांछित नहीं किया जा सकता व्यवहार के डिजाइन पर निर्भर करता है। परिवेश की स्थिति में उपकरण का भंडारण कमजोर से परतों के बीच चिपकने वाला बंधन को रोकने के लिए सिफारिश की है डिवाइस व्यवहार्यता, 10 इस प्रकार शुष्क हवा के तहत लंबी अवधि के भंडारण के लिए अनुकूल नहीं है।

पहले लुईस ने कहा है एट अल।, 9 एयरोसोल चिपकने का उपयोग एक कारगर साधन तेजी से 3 डी कागज microfluidic उपकरणों की बड़ी मात्रा में उत्पादन करने के लिए प्रदान करते हैं। ऐसे चिपकने patterning करके, नए उपकरणों और अधिक तेजी से विकसित हो सकता है इस्तेमाल के बाद सामने आया जा करने में सक्षम होने का लाभ लेने के लिए है।

इसके अलावा, patterning निर्माण और nonplanar 3 डी कागज microfluidic उपकरणों के विकास के लिए सक्षम बनाता है। इस तरह के उपकरणों पहले से इस तरह एकीकृत प्रवर्तन और संवेदन के रूप में तलीय कागज microfluidics, में नहीं मिला कार्यक्षमता प्रदान करने में सक्षम होने की उम्मीद कर रहे हैं। उदाहरण के लिए, हो सकता है प्रवर्तनएक पानी प्रतिक्रियाशील बहुलक फिल्म 15 और एक नमूनों कागज सब्सट्रेट से एक bilayer बनाने के द्वारा हासिल की। एक डिवाइस इस तरह के एक bilayer से निर्माण में, प्रवर्तन उत्पन्न हो जाएगा डिवाइस के चैनलों के साथ जब पानी wicks और फिल्म के साथ सूचना का आदान प्रदान। एक बार जब फिल्म सूख जाता है, डिवाइस, अपनी प्रारंभिक विन्यास पर लौटने के लिए तैयार यह फिर से इस्तेमाल किया जा करने के लिए छोड़ रहा होगा।

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Disclosures

लेखकों के पास खुलासे के लिए कुछ भी नहीं है।

Acknowledgments

इस काम कैलिफोर्निया, रिवरसाइड विश्वविद्यालय के इंजीनियरिंग Bourns कॉलेज से एक कोष द्वारा समर्थित है। बीके मैकेनिकल डिजाइन में फेफड़े-वेन साई मेमोरियल पुरस्कार से एक छात्रवृत्ति प्राप्त किया।

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

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References

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जैव अभियांत्रिकी अंक 110 पेपर microfluidics nonplanar origami एयरोसोल चिपकने वाला तीन आयामी स्टैंसिल patterning
3 डी कागज microfluidic उपकरणों का निर्माण करने के लिए चिपकने वाला patterning के उपयोग करना
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Kalish, B., Tsutsui, H. Using… More

Kalish, B., Tsutsui, H. Using Adhesive Patterning to Construct 3D Paper Microfluidic Devices. J. Vis. Exp. (110), e53805, doi:10.3791/53805 (2016).

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