باستخدام لاصق الزخرفة لانشاء 3D ورقة أجهزة ميكروفلويديك
Summary
ونحن لشرح استخدام مواد لاصقة الهباء الجوي منقوشة لبناء أجهزة ميكروفلويديك ورقة 3D. هذا الأسلوب من أشكال تطبيق لاصقة السندات شبه دائمة بين الطبقات، مما يمكن الأجهزة تستخدم مرة واحدة لتكون مفككة بعد الاستخدام وتخفيف الهياكل nonplanar معقدة للطي غير المدمر.
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
في السنوات الأخيرة، وحصل على ورقة على microfluidics شعبية كبيرة لقدرته على توفير نقطة منخفضة التكلفة الرعاية (POC) أجهزة التشخيص. أجهزة POC 1-3 توفر وظائف مماثلة لتلك الاختبارات القائمة على مختبر في شكل يسمح أن تكون النتائج الحصول بسرعة نسبيا. أجهزة POC مصنوعة من الورق هي منخفضة التكلفة، وخفيفة الوزن، وبدائل سهلة الاستخدام لرقائق ميكروفلويديك مكلفة ومختبرات المنمنمة، مما يجعلها مثالية للاستخدام في المناطق ذات الموارد المحدودة. الأجهزة ميكروفلويديك الورق الأكثر شيوعا هي الأجهزة تدفق الجانبية ذات بعد واحد، ولكن مستو ثلاثية الأبعاد (3D) ورقة أجهزة ميكروفلويديك تبشر لتوفير الأجهزة التشخيصية المضاعفة 4 أن تناول بصمة أصغر بكثير مما هو مطلوب من قبل جهاز 2D 5 و في المقابل استخدام حجم العينة أصغر.
في البداية، تم تجميع الأجهزة ميكروفلويديك مستو ورقة 3D بشكل فردي، طبقة تلو طبقة وايعشر نمط طبقات الورق بالتناوب مع الشريط على الوجهين قطع الليزر. امتلأت الثقوب الانحياز قطع بعناية في طبقة الشريط مع مسحوق السليلوز لضمان المشتركة بين طبقة نقل السوائل. وقد وضعت 4 وهناك عدد من الطرق البديلة في وقت لاحق، 6-9 كل تحسين جوانب مختلفة من الأجهزة. على وجه الخصوص، بتجنب المواد اللاصقة، ويمكن أن تكون مطوية الأجهزة عبر تقنيات اوريغامي مع الطبقات التي عقدت معا من قبل المشبك الخارجي. 8 وهذا يلغي أي تدخل لاصقة المحتملين في اختبار تشخيصي ويسمح للجهاز أن يكون تكشفت بعد استخدامها، وإمكانية السماح لعينة أصغر أحجام التداول عن طريق عرض النتائج داخليا. بدلا من ذلك، باستخدام لاصق الهباء الجوي المطبق بين كل طبقة ورقة، ورقة من الأجهزة يمكن تجميعها في وقت واحد، دون الزخرفة ومحاذاة الشريط تستغرق وقتا طويلا. 9
ومع ذلك، من خلال تطبيق لاصقة الهباء الجوي من خلال الاستنسل، فمن الممكن الحصول على منفعة منكل من هذه التقنيات. عن طريق الرش لاصقة من خلال الاستنسل، يتم تطبيق سوى جزء من لاصق على الجهاز، والتقليل من أي تشويش محتمل لنقل البينية السائل. بالإضافة إلى ذلك، مع اختيار الاستنسل متأنية، وهو نمط من مادة لاصقة يمكن تطبيقها يؤدي في الرابطة لاصقة شبه دائم، مما يسمح للأجهزة أن تكشفت بعد الاستخدام، في حين لا يزال توفير ما يكفي البينية اتصال للسماح السائل إلى الفتيل بين الطبقات.
وأخيرا، وتطبيق المواد اللاصقة الهباء الجوي من خلال الاستنسل تخفف بناء الأجهزة ميكروفلويديك ورقة 3D nonplanar، عن طريق تقليل كمية من مادة لاصقة تطبيقها على وجوه المجاورة التي قد تتطلب للطي المتكرر وتتكشف خلال بناء 10 وبالإضافة إلى ذلك، واستخدام لاصق منقوشة يتيح الجهاز ليكون تكشفت بعد استخدامها لتخزين أكثر ملاءمة. ومن المتوقع أن يتم استخدامها في مهام التي من شأنها أن يكون الأمر خلاف ذلك مستحيل في ديفيتش مستو 3D أجهزة رقة ميكروفلويديك Nonplanar 3Dه. ويصور الشكل 1 تدفق عملية عام يستخدم لبناء كل من مستو والأجهزة 3D nonplanar.
Protocol
Representative Results
Discussion
البروتوكولات المذكورة أعلاه تستخدم صفائح معدنية مثقبة كما الإستنسل لتطبيق المواد اللاصقة الهباء الجوي لبناء مستو والأجهزة رقة ميكروفلويديك 3D nonplanar. في أجهزة مستو، وهذا له ميزة السماح للأجهزة لتكون تكشفت تماما بعد تجفيفها لاصقة دون تدمير الجهاز. في تقنيات البناء ال?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
ويؤيد هذا العمل من قبل صندوق من كلية BOURNS الهندسة من جامعة كاليفورنيا في ريفرسايد. تلقى BK على منحة دراسية من الجائزة التذكارية تساي الرئة ون في التصميم الميكانيكي.
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 |
Referências
- 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).
