Method Article

3D Kağıt mikroakışkan Cihazlar Construct Yapışkan Desenlendirme kullanma

DOI:

10.3791/53805

⸱

April 1st, 2016

 , 
1Department of Mechanical Engineering, University of California, Riverside, 2Department of Bioengineering, University of California, Riverside, 3Stem Cell Center, University of California, Riverside

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Biz 3D kağıt mikroakışkan cihazlar oluşturmak için desenli aerosol yapıştırıcıların kullanımını göstermektedir. yapıştırıcı başvuru formlarının Bu yöntem tek kullanımlık cihazları sağlayan katmanlar arasında yarı kalıcı bağlar, olmayan yıkıcı kullanımdan sonra ve katlanır karmaşık düzlemsel olmayan yapılar kolaylaştırmak için demonte olması.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Hem düzlemsel hem de düzlemsel olmayan 3D kağıt mikroakışkan cihazlar oluşturmak için desenli aerosol yapıştırıcıların kullanımını gösteriyoruz. Metal bir şablondan bir aerosol yapıştırıcı püskürtülerek, kağıt mikroakışkan cihazların montajında kullanılan toplam yapıştırıcı miktarı önemli ölçüde azaltılabilir. Basit bir 4 katmanlı düzlemsel kağıt mikroakışkan cihaz üzerinde, optimum yapıştırıcı uygulama tekniğinin ve cihaz yapım stilinin büyük ölçüde istenen performans özelliklerine bağlı olduğunu gösteriyoruz. Bir cihazın genel alanını orta derecede artırarak, fitilleme süresini önemli ölçüde azaltmak ve cihaz başarı oranlarını artırmak, aynı zamanda cihazı bir arada tutmak için gereken yapıştırıcı miktarını azaltmak mümkündür. Bu tür bir yapıştırıcı uygulaması aynı zamanda yapıştırıcının kağıt katmanları arasında kalıcı bağlar yerine yarı kalıcı bağlar oluşturmasına neden olarak, tek kullanımlık cihazların kullanımdan sonra tahribatsız bir şekilde demonte edilmesini sağlar. Düzlemsel olmayan 3D origami cihazları, ilgisiz yüzlerin yanlışlıkla birbirine yapışma olasılığını azalttığı için katlama sırasında yarı kalıcı bağlardan da yararlanır. Düzlemsel cihazlar gibi, düzlemsel olmayan yapılar da desenli yapıştırıcı uygulamasıyla tek tip uygulanan yapıştırıcıya kıyasla daha kısa fitilleme süreleri görür.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Son yıllarda, kağıt Mikroakiskan (POC) tanı cihazları bakım düşük maliyetli noktası sağlamak için potansiyeli için önemli bir popülerlik kazandı. 1-3 POC cihazlar sonuçları olmasını sağlayan bir biçimde laboratuvar bazlı testlerin benzer işlevler sunan nispeten hızlı bir şekilde elde edildi. kağıttan yapılmış POC cihazlar kaynak sınırlı ortamlarda kullanım için ideal hale düşük maliyetli, hafif ve pahalı mikroakışkan cips ve minyatürize laboratuvarlar kolay kullanımlı alternatiflerdir. En yaygın kağıt mikroakışkan cihazlar tek boyutlu yanal akış cihazlar vardır, ama mikroakışkan cihazlar tutun düzlemsel üç boyutlu (3D) kağıt 2B cihazının 5 tarafından gerekli olandan çok daha küçük bir ayak izi almak multiplekslenmiş teşhis cihazları 4 sağlamak için söz veriyorum ve buna küçük bir örnek hacmi kullanın.

Başlangıçta, düzlemsel 3D kağıt mikroakışkan cihazlar tek tek monte edilmiş tabaka-by-katman wiinci lazer kesim çift taraflı bant ile dönüşümlü kağıt tabakaları desenli. Bant katman kesilmiş dikkatle hizalanmış delikler Ara tabaka sıvı geçişini sağlamak için selüloz tozu ile doldurulmuştur. Alternatif yöntem 4 bir sayı, daha sonra, cihazlar 6-9, her iyileştirilmesi farklı yönlerini geliştirilmiştir. Özel olarak, yapıştırıcı kaçınarak, cihazlar harici kelepçe ile bir arada tutulan katmanlar Origami teknikleri ile katlanabilir. 8 Bu potansiyel olarak daha küçük örnek sağlayan bir teşhis testinde olası yapışkan müdahaleyi ortadan kaldıran ve cihazın kullanım sonrası katlanmamış olmasını sağlar içten sonuçları görüntüleyerek hacimleri. Seçenek olarak ise, her kağıt tabakası arasına uygulanan bir sprey yapıştırıcı kullanılarak, cihaz yaprak zaman alıcı desenlendirilmesi bandın hizalama olmaksızın eş zamanlı olarak monte edilebilir. 9

Bununla birlikte, bir şablonun içinden bir aerosol yapışkan uygulanarak, yararı elde etmek mümkündürBu tekniklerin her ikisi de. bir şablonun içinden yapışkanın püskürtülmesi ile, yapıştırıcı madde sadece küçük bir kısmı ara tabaka, sıvı aktarımı ile herhangi bir potansiyel etkisi en aza indirgenir, cihaz uygulanır. Buna ek olarak, dikkatli bir şablona seçimi ile, bir yapışkan deseni de sıvı tabakaları arasında fitil izin vermek için yeterli bir tabaka temas sağlarken cihazları sağlayan yarı kalıcı bir yapışıklık sağlanmış olur, kullanımdan sonra katlanmamış olması için bu uygulanabilir.

Son olarak, bir şablonun içinden aerosol yapışkanların uygulanması sık katlama ve inşaat sırasında açılımı gerektirebilir bitişik yüzlerine uygulanan yapışkan miktarının en aza düşürülmesi ile düzlemsel olmayan 3D kağıt mikroakışkan cihazlar yapımı, kolaylaştırır. 10 ek olarak, desenli bir yapıştırıcı kullanımı da cihazın daha uygun depolama için kullanıldıktan sonra gelişeceğini. Düzlemsel olmayan 3D kağıt mikroakışkan cihazları, aksi takdirde bir düzlemsel 3D deva imkansız olurdu görevler için kullanılacak bekleniyore. Şekil 1 düzlemsel ve düzlemsel olmayan 3D cihazları hem inşa etmek için kullanılan genel süreç akışını göstermektedir.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Düzlemsel 4 katmanlı Cihazı (yığılmış Katmanlar) İnşaat

  1. Bir katı mürekkep yazıcı kullanarak filtre kağıdının her parça üzerine cihazın 9 her katmanın baskı dizileri. 11,12 Place 2 dakika süreyle 170 ° C'de bir ocak, her filtre kağıdı. Bu mum bazlı mürekkep eritmek ve tamamen hidrofobik engelleri oluşturan, kağıt kalınlığını nüfuz sağlayacak.
    NOT: Kullanılan kesin tasarımlar ek dosyalar olarak mevcuttur.
  2. ocak filtre kağıdı çıkarın ve oda sıcaklığına soğumaya bırakın.
  3. Depozito 4 ul 5 mM boya (kırmızı: Allura Kırmızı, sarı: tartrazin; mavi: erioglaucine disodyum tuzu, yeşil: 10: Tartrazinin 1 karışımı: erioglaucine disodyum tuzu) katmanın 3 her dalında (Şube başına tek renk) (üçüncü tamamlanmış cihazın üst katman), mikropipet kullanılarak.
  4. En alttaki tabaka ile başlayın. Bağlayıcı klibi kullanarak, şablon ve bu plaka cam parçası gibi sert destek arasındaki filtre kağıdını Kelepçes veya benzer başka bir geçici bir yöntem. şablon kağıda karşı düz olduğundan emin olun. Bu kağıda şablon tarafından döküm herhangi sprey gölgeleri en aza indirecektir.
  5. Bu süre zarfında. Yaklaşık 1.33 sn (180 bpm dört sayısı) yaklaşık 24 cm sprey ile 9,10 yapıştırıcıyı (malzeme ve ekipman listesine bakınız) uygulayın orta tempoda şablonun karşısında yapıştırıcı kutu taşıyın. şablonun genelinde seyahat Çok yavaş bunu tıkanma şablona kendisi üzerinde birikmesine yapıştırıcı neden olur. seyahat çok hızlı kağıt üzerinde yeterli yapıştırıcı yatırmak için başarısız olur. Bu süre içinde dört geçer (yukarı-aşağı-yukarı-aşağı) sprey gölgeler önlemede yeterlidir.
  6. şablonu kaldırın ve cihazın bir sonraki katmanı yerleştirin kağıdın kenarlarına hizalayarak, taze püskürtülür katmanın üstünde (numaralı katmanlar ek dosyalar olarak mevcuttur). Sıkıca birlikte iki kat basın.
  7. şablon yerine ve cihazın her bir katman için püskürtme işlemini tekrarlayın. sta kaldıralt tabaka üzerinde ambalaj bandı cihazları ve yer ck. Bu cihazdan herhangi bir sıvı sızmasını önler. sacdan kesilmiş bireysel cihazların basılı bölgenin kenarında izleyen, makas kullanılarak.

2. Düzlemsel 4 katmanlı Cihazı (Origami Katlanmış Katmanlar) İnşaat

  1. Bir katı mürekkep yazıcı kullanarak filtre kağıdı üzerine cihazın tüm katmanları içeren baskı levhalar. 2 dakika boyunca 170 ° C'de bir sıcak plaka üzerinde filtre kağıdı yerleştirin. ocak filtre kağıdı çıkarın ve oda sıcaklığına soğumaya bırakın.
    NOT: Kullanılan kesin tasarımlar ek dosyalar olarak mevcuttur.
  2. Depozito 4 ul 5 mM boya (kırmızı: Allura Kırmızı, sarı: tartrazin; mavi: erioglaucine disodyum tuzu, yeşil: 10: Tartrazinin 1 karışımı: erioglaucine disodyum tuzu) katmanın 3 her dalında (Şube başına tek renk) (üçüncü mikropipet yoluyla tamamlanan cihazın üst) için katmanı.
  3. Bu tür plaka cam parçası olarak şablonun ve sert bir destek arasındaki cihazların sayfasını Kelepçe, Binderclips veya benzer başka bir geçici bir yöntem kullanılmıştır. şablon kağıda karşı düz olduğundan emin olun.
  4. yaklaşık 1.33 sn (180 bpm dört sayısı) yaklaşık 24 cm sprey ile yapıştırıcı (malzeme ve ekipman listesine bakınız) uygulayın. Bu süre içinde dört geçer (yukarı-aşağı-yukarı-aşağı) sprey gölgeler önlemede yeterlidir.
  5. şablonu kaldırın ve levha ters çevirin. şablonu değiştirin ve kağıt tarafı geri püskürtülür. Basılı bölgenin kenarında izleyen, cihazların sayfasını çıkarın ve Şekil 1'de gösterildiği gibi, bir akordeon pli katlanır başlar. Makas kullanılarak tabakadan her bir aygıtı kesin. alt tabaka üzerinde ambalaj bandı yerleştirin.

3. düzlemsel olmayan (Origami) Cihaz İnşaat

  1. Bir katı mürekkep yazıcı ve 2 dakika süreyle 170 ° C'de sıcak bir plaka üzerinde filtre kağıdı yerleştirin kullanarak filtre kağıdı üzerine baskı cihazı (Şekil 2A). ocak cihazı çıkarın ve oda sıcaklığına soğumaya bırakın.
    NOT:kullanılan tam tasarımlar ek dosyalar olarak mevcuttur.
  2. Baskı kırışık bir katı mürekkep yazıcı kullanarak yazıcı kağıt üzerine desen (Şekil 2C) ve filtre kağıdının boyutuna kesilir. Desen kağıdın her iki tarafına gelen görünür olmasını neden balmumu eritmek için, 2 dakika süreyle 170 ° C'de bir ocak kırışık desen yerleştirin. ocak gelen kırışık desen çıkarın ve oda sıcaklığına kadar soğumasını bekleyin.
  3. Kanal desenleri içeren kağıdın kenarlarına kırışıklık desen kenarlarını hizalayın ve bağlayıcı klipleri, ya da benzer başka bir geçici yöntemi kullanarak kağıt iki parça takın.
  4. işaretleri cihaz kağıda yazdırılmasını yeterli kuvvet uygulayarak, künt kalemle kırışık desen Trace, ama çok zor kırışık desen kağıt akıntılar olduğunu. Böyle bir durumda, cihaz zarar görmesini riski. Precreasing kağıt çok daha kolay katlanması için neden olur ve katlama daha fazla doğruluk ve hassasiyet için izin verir.
  5. dağ ve vadi cihazı katlanır başlayınkırışık desenine göre katlanır. Yapışkan uygulandıktan sonra, tüm cihazın yapışkan uygulama çok yararlıdır önce bu kadar mümkün olduğu kadar aygıtı, katlama çok hızlı bir şekilde monte edilmelidir.
  6. düzenek katlandıktan sonra, yapıştırıcı gerektiren cihaz bölümlerini açığa çıkarmak için cihaz açın. Nerede cihaz yapışkan sınırlamak kesip maskeleri (Şekil 2B) bir jilet kullanarak, tatbik edilebilir.
  7. Bu tür plaka cam parçası olarak şablonun ve maske ve sert bir destek arasındaki cihazı kelepçe. şablon cihaza karşı düz olduğundan emin olun. yaklaşık 1.33 sn (180 bpm dört sayısı) yaklaşık 24 cm sprey ile yapıştırıcı (liste malzeme ve ekipman bakınız) uygulayın. Bu süre içinde dört geçer (yukarı-aşağı-yukarı-aşağı) sprey gölgeler önlemede yeterlidir. şablonu kaldırın ve levha ters çevirin. şablonu değiştirin ve maske ve kağıdın arka tarafını sprey.
  8. Hemen şablon aygıtı çıkarın ve katlanır başlamakcihazı. Cihaz tamamen katlanır sonra, yapışkan kuruyana kadar kısmını içeren yapışkan basınç uygulanır.
    NOT: yapıştırıcının kuruma süresi, ortam neme karşı çok hassas, bu yüzden bir nem kontrollü odasında katlama düşük nemli ortamlarda, cihazı katlamak için daha fazla zaman sağlar.

4. Nüfuz Testi 4 katmanlı Cihazlar için

  1. Rastgele önce yukarıda protokollere göre monte 20 cihazları seçin. bir yere koyun cihazlar buharlaşmasını en aza indirmek için herhangi bir rüzgar ya da esintiler korumalı. Her cihazın girişinde su ul Depozito 40. onun çıkışları hepsi tamamen boya ile doldurulmuş olması her bir cihaz için gereken süreyi kaydedin.

5. Origami Nüfuz Karşılaştırma

  1. İki Origami tavus kuşu Construct - bir kişi, yukarıdaki protokol (bölüm 3) ve yapışkan uygulama esnasında şablonun kullanılmadan diğerine göre yöntem.
  2. Küçük bir p bir ucunuHer tavus vücuda aper kurşun (5 cm uzunluğunda tarafından geniş yaklaşık 5 mm).
  3. buharlaşmasını en aza indirmek için, yüksek bir bağıl nem oranı (>% 90) tutulan bir odada iki tavus yerleştirin. 5 mM boya (: Allura Kırmızı, sarı: Tartrazinin, mavi: erioglaucine disodyum tuzu kırmızı) ile dolu bir kap içine her tavus kuşu her bacak ve kurşun yerleştirin. Bir dijital kamera ile süreci esneklik Tutanak.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

4-katman cihazın testleri sınırlı biriken sıvı hacminin aşın buharlaşmasını neden olabilecek herhangi bir rüzgar ya da esintiler onları koruyucu, kapalı bir oda içinde gerçekleştirilmiştir. buharlaşmaya bağlı hız emme farklılıklar az olması beklenen bu yüzden 4 kat cihazlarda fitilleme çoğunluğu, cihazın orta tabaka bulunmaktadır. Buna ek olarak, çok az yan fitilleme emme süreleri arasında farklılık, dikey, ara kat, sıvı aktarımı için muhtemel olduğunu düşündürmektedir giriş ve tek bir ç...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Yukarıdaki protokoller düzlemsel ve düzlemsel olmayan 3D kağıt mikroakışkan cihazlar oluşturmak için aerosol yapıştırıcı uygulamak için şablonlar olarak delikli metal levhalar kullanmak. Düzlemsel cihazlarda bu yapışkan cihazı bozmadan kuruduktan sonra cihazların tamamen açılmış olmasını sağlayan bir avantaja sahiptir. Bazı tasarımlar çıkarılabilir yapıştırıcı ile birlikte düzenlenen iki yarısı unpeeling kısmi yıkıcı sökme izin rağmen diğer yapışkan bazlı inşaat teknikleri, bu, neredeyse imkansızdır. 14 Adhes...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Yazarlar ifşa hiçbir şey yok.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu çalışma Riverside, Kaliforniya Üniversitesi Mühendislik Bourns College bir fon tarafından desteklenmektedir. BK Mekanik Tasarım Akciğer-Wen Tsai Memorial Ödülü burs aldı.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Fotoğraf makinesiNikonD5100
Katı mürekkepli yazıcıXeroxColorQube 8880
Ocak gözüTorrey PinesHS60
Nem odasıElectro-Tech Systems5503-E
Sprey yapıştırıcı3M62497749309Super 77 (16,75 oz kutu)
Filtre kağıdıWhatmanGrade 4
Delikli çelik sacMetallerDepoPS16116
TartrazinSigma-AldritchT0388
Allura KırmızıSigma-Aldritch458848
Erioglaucine disodyum tuzuSigma-Aldritch 861146

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Li, X., Ballerini, D. R., Shen, W. A perspective on paper-based microfluidics: Current status and future trends. Biomicrofluidics. 6, 11301-11313 (2012).
  2. Yetisen, A. K., Akram, M. S., Lowe, C. R. Paper-based microfluidic point-of-care diagnostic devices. Lab Chip. 13, 2210-2251 (2013).
  3. Cate, D. M., Adkins, J. A., Mettakoonpitak, J., Henry, C. S. Recent developments in paper-based microfluidic devices. Anal Chem. 87, 19-41 (2015).
  4. Martinez, A. W., Phillips, S. T., Whitesides, G. M. Three-dimensional microfluidic devices fabricated in layered paper and tape. Proc Natl Acad Sci U S A. 105, 19606-19611 (2008).
  5. Fu, E., Ramsey, S. A., Kauffman, P., Lutz, B., Yager, P. Transport in two-dimensional paper networks. Microfluid Nanofluidics. 10, 29-35 (2011).
  6. Govindarajan, A. V., Ramachandran, S., Vigil, G. D., Yager, P., Bohringer, K. F. A low cost point-of-care viscous sample preparation device for molecular diagnosis in the developing world; an example of microfluidic origami. Lab Chip. 12, 174-181 (2012).
  7. Schilling, K. M., Jauregui, D., Martinez, A. W. Paper and toner three-dimensional fluidic devices: programming fluid flow to improve point-of-care diagnostics. Lab Chip. 13, 628-631 (2013).
  8. Liu, H., Crooks, R. M. Three-dimensional paper microfluidic devices assembled using the principles of origami. J Am Chem Soc. 133, 17564-17566 (2011).
  9. Lewis, G. G., DiTucci, M. J., Baker, M. S., Phillips, S. T. High throughput method for prototyping three-dimensional, paper-based microfluidic devices. Lab Chip. 12, 2630-2633 (2012).
  10. Kalish, B., Tsutsui, H. Patterned adhesive enables construction of nonplanar three-dimensional paper microfluidic circuits. Lab Chip. 14, 4354-4361 (2014).
  11. Carrilho, E., Martinez, A. W., Whitesides, G. M. Understanding wax printing: a simple micropatterning process for paper-based microfluidics. Anal Chem. 81, 7091-7095 (2009).
  12. Lu, Y., Shi, W., Jiang, L., Qin, J., Lin, B. Rapid prototyping of paper-based microfluidics with wax for low-cost, portable bioassay. Electrophoresis. 30, 1497-1500 (2009).
  13. Maekawa, J. Genuine Japanese origami. , Dover Publications, Inc.. Dover edition (2012).
  14. Schonhorn, J. E., et al. A device architecture for three-dimensional, patterned paper immunoassays. Lab Chip. 14, 4653-4658 (2014).
  15. Guan, J. J., He, H. Y., Hansford, D. J., Lee, L. J. Self-folding of three-dimensional hydrogel microstructures. J Phys Chem B. 109, 23134-23137 (2005).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Paper Microfluidic DevicesAdhesive PatterningAerosol AdhesivePlanar DevicesNonplanar DevicesWicking TimeDevice AssemblyFluid RoutingCrease PatternSemi Permanent Bonds

Related Articles