3D 종이 미세 유체 장치를 구축하기 위해 접착제 패터닝을 사용하여
Summary
우리는 3D 종이 마이크로 유체 소자를 구성하는 패터닝 된 에어로졸 접착제의 사용을 입증한다. 접착제 신청서이 방법은 단일 사용 장치 활성화 층간 반영구 결합은 비파괴 사용 후 접이식 복잡한 비평면 구조를 용이하게하기 위해 분해된다.
Abstract
We demonstrate the use of patterned aerosol adhesives to construct both planar and nonplanar 3D paper microfluidic devices. By spraying an aerosol adhesive through a metal stencil, the overall amount of adhesive used in assembling paper microfluidic devices can be significantly reduced. We show on a simple 4-layer planar paper microfluidic device that the optimal adhesive application technique and device construction style depends heavily on desired performance characteristics. By moderately increasing the overall area of a device, it is possible to dramatically decrease the wicking time and increase device success rates while also reducing the amount of adhesive required to keep the device together. Such adhesive application also causes the adhesive to form semi-permanent bonds instead of permanent bonds between paper layers, enabling single-use devices to be non-destructively disassembled after use. Nonplanar 3D origami devices also benefit from the semi-permanent bonds during folding, as it reduces the likelihood that unrelated faces may accidently stick together. Like planar devices, nonplanar structures see reduced wicking times with patterned adhesive application vs uniformly applied adhesive.
Introduction
최근, 종이 마이크로 유체에는 (POC) 진단 장치 관리의 저렴한 점을 제공하는 가능성에 대한 상당한 인기를 얻고있다. 1-3 POC 장치를 결과 할 수있는 형식으로 랩 기반 검사와 유사한 기능을 제공하는 상대적으로 빠르게 얻을. 종이로 만든 POC 장치는 자원 제한 설정에서 사용하기에 이상적, 저렴한 비용, 경량, 고가의 마이크로 유체 칩과 소형 실험실로 사용하기 쉬운 대안이다. 가장 일반적인 종이 마이크로 유체 장치가 일차원 측방 유동 장치이지만, 마이크로 유체 장치를 유지 평면 3 차원 (3D) 용지가 2D 장치 (5)에 의해 요구되는 것보다 훨씬 작은 풋 프린트를 가지고, 다중화 진단 장치 (4)를 제공하도록 약속 이에 따라 작은 샘플 볼륨을 사용합니다.
우선, 평면 3D 종이 마이크로 유체 소자는 개별적으로 조립 된 층별 WI제 레이저 컷 양면 테이프와 번갈아 종이 층을 패터닝. 테이프 층으로 잘라 조심스럽게 정렬 구멍 층간 유체 수송을 위해 셀룰로오스 분말을 충전 하였다. 다른 방법의 네 숫자는이어서, 각 소자의 6-9 개선 여러 측면을 개발 하였다. 특히, 접착제를 피하는하여 장치 외부 클램프에 의해 함께 유지 층 접기 기술로 절첩 될 수있다. (8)이 잠재적으로 작은 샘플을 허용하는 진단 시험에서 잠재적 접착 간섭을 제거하고, 장치가 사용 후 펼쳐질 수 있도록 내부적으로 결과를 표시하여 볼륨. 대안 적으로, 각 종이 층 사이에인가 에어로졸 접착제를 사용하여, 장치의 시트는 시간 소모적 패터닝 테이프의 배향을하지 않고, 동시에 조립 될 수있다. (9)
그러나, 스텐실을 통해 에어로졸 접착제를 도포하여, 그것의 이점을 얻을 수있다이러한 기술의 모두. 스텐실을 통해 접착제를 분무함으로써 상기 접착제의 일부만 층간 유체 전달의 잠재적 간섭을 최소화하는 장치에 적용된다. 또한주의 공판 선택으로, 접착제의 패턴은 여전히 유체 층 사이 심지 할 수 있도록 충분한 층간 접촉을 제공하면서 장치를 허용 반영구적 접착 결과가, 사용 후에 전개되는 것을 적용 할 수있다.
마지막으로, 스텐실을 통해 에어로졸 접착제를 적용하는 것은 빈번하게 폴딩 및 시공시 전개 필요할 수 인접한면에 적용된 접착제의 양을 최소화하여 비평 3D 종이 마이크로 유체 소자의 구성을 용이. (10) 또한, 패터닝 된 접착제를 사용하는 것으로 장치있게 더 편리한 저장을 위해 사용 후 전개. 비평 3D 종이 마이크로 유체 장치는 달리 평면 차원 배포 장치에서 불가능하다 작업에 사용될 것으로 예상되는예.도 1은 평면이고 비평 3D 장치 모두를 구성하는 데 사용되는 일반적인 처리 흐름을 도시한다.
Protocol
Representative Results
Discussion
상기 프로토콜은 평면이고 비평 3D 종이 마이크로 유체 소자를 구성하는 에어로졸 접착제를인가하기위한 스텐실 같은 다공 금속 시트를 사용한다. 평면 디바이스에서, 이것은 접착제가 장치를 파괴하지 않고, 건조 후에 디바이스가 완전히 펼쳐질 수 있도록하는 장점을 갖는다. 일부 설계 이동식 접착제로 함께 유지 개의 반쪽 unpeeling 의해 부분 파괴 분해를 허용하지만 다른 접착제 기반 구조 기?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 작품은 캘리포니아 리버 사이드 대학의 공학 번스 대학에서 기금에 의해 지원됩니다. BK는 기계 설계의 폐 – 원자바오 영 수상 기념에서 장학금을 받았다.
Materials
| 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
- Li, X., Ballerini, D. R., Shen, W. A perspective on paper-based microfluidics: Current status and future trends. Biomicrofluidics. 6, 11301-11313 (2012).
- Yetisen, A. K., Akram, M. S., Lowe, C. R. Paper-based microfluidic point-of-care diagnostic devices. Lab Chip. 13, 2210-2251 (2013).
- Cate, D. M., Adkins, J. A., Mettakoonpitak, J., Henry, C. S. Recent developments in paper-based microfluidic devices. Anal Chem. 87, 19-41 (2015).
- 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).
- Fu, E., Ramsey, S. A., Kauffman, P., Lutz, B., Yager, P. Transport in two-dimensional paper networks. Microfluid Nanofluidics. 10, 29-35 (2011).
- 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).
- 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).
- Liu, H., Crooks, R. M. Three-dimensional paper microfluidic devices assembled using the principles of origami. J Am Chem Soc. 133, 17564-17566 (2011).
- 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).
- Kalish, B., Tsutsui, H. Patterned adhesive enables construction of nonplanar three-dimensional paper microfluidic circuits. Lab Chip. 14, 4354-4361 (2014).
- 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).
- 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).
- Maekawa, J. . Genuine Japanese origami. , (2012).
- Schonhorn, J. E., et al. A device architecture for three-dimensional, patterned paper immunoassays. Lab Chip. 14, 4653-4658 (2014).
- 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).
