Usando Adhesive Padronização Construir 3D de papel microfluídicos
Summary
Nós demonstramos o uso de adesivos de aerossol padronizadas para a construção de dispositivos microfluídicos de papel 3D. Este método de formas de aplicação de cola ligações semi-permanentes entre camadas, permitindo que dispositivos de uso único para ser desmontada após o uso e para aliviar as estruturas não planas dobrar complexos não-destrutiva.
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
Nos últimos anos, o papel microfluídica ganhou popularidade considerável para o seu potencial para fornecer o ponto baixo-custo dos cuidados (POC) dispositivos de diagnóstico. 1-3 dispositivos POC oferecem funcionalidades semelhantes às dos testes baseados em laboratório em um formato que permite que os resultados sejam obtida de forma relativamente rápida. dispositivos POC feitos de papel são de baixo custo, leve e alternativas fáceis de usar para chips microfluídicos caros e laboratórios miniaturizados, tornando-os ideais para uso em ambientes de recursos limitados. Os dispositivos microfluídicos de papel mais comuns são dispositivos de fluxo lateral unidimensionais, mas planar tridimensional (3D) de papel dispositivos microfluídicos mantenha a promessa de fornecer dispositivos de diagnóstico multiplexados 4 que ocupam um espaço muito menor do que seria necessário por um dispositivo 2D 5 e correspondentemente usar um volume de amostra menor.
Inicialmente, dispositivos microfluídicos de papel 3D planar foram montados individualmente, camada por camada, with modelado camadas de papel alternando com fita dupla face de corte a laser. Furos cuidadosamente alinhados cortados na camada de fita foram preenchidos com o pó de celulose para garantir o transporte do fluido inter-camada. 4 Uma série de métodos alternativos foram desenvolvidos posteriormente, cada um 6-9 melhorar diferentes aspectos dos dispositivos. Em particular, ao evitar adesivos, dispositivos podem ser dobradas por meio de técnicas de origami com camadas unidas por um grampo exterior. 8 Isso elimina qualquer interferência adesiva potencial em um teste de diagnóstico e permite que o dispositivo ser desdobrado pós-utilização, potencialmente permitindo que a amostra ainda menor volumes, exibindo resultados internamente. Em alternativa, usando um adesivo de aerossol aplicada entre cada camada de papel, folhas de dispositivos podem ser montados simultaneamente, sem demorado padronização e alinhamento de fita. 9
No entanto, através da aplicação de um adesivo de aerossol através de um stencil, é possível obter o benefício deAmbas estas técnicas. Ao pulverizar o adesivo através de um stencil, apenas uma fracção do adesivo é aplicado ao dispositivo, minimizando qualquer possível interferência com a transferência de fluido intercalar. Além disso, com a selecção cuidadosa do estêncil, um padrão de adesivo pode ser aplicada que resulta em ligação adesiva semi-permanente, permitindo que os dispositivos para ser desdobrada após a utilização, enquanto continua a fornecer contacto intercamada suficiente para permitir que o fluido entre as camadas de pavio.
Finalmente, a aplicação de adesivos em aerossol através de um stencil facilita a construção de dispositivos de microfluidos não planares de papel 3D, por minimização da quantidade de adesivo aplicado às faces adjacentes que podem exigir dobragem frequente e desenrolar durante a construção. 10 Além disso, a utilização de adesivo modelado permite dispositivo seja desdobrado após o uso para armazenamento mais conveniente. dispositivos microfluídicos papel não planar 3D são esperados para ser usado para tarefas que de outra forma seria impossível em um devic planar 3De. A Figura 1 ilustra o fluxo de processo geral utilizado para a construção de ambos os dispositivos planares e não planares 3D.
Protocol
Representative Results
Discussion
Os protocolos acima usam folhas de metal perfuradas como stencils para a aplicação de adesivos em aerossol para a construção planar e dispositivos microfluídicos de papel 3D não planas. Em dispositivos planares, isto tem a vantagem de permitir que os dispositivos para ser completamente desdobrado depois de o adesivo ter secado sem destruir o dispositivo. Em outras técnicas de construção adesivos à base, este é quase impossível, embora, alguns modelos permitem a desmontagem destrutiva parcial por unpeeling du…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabalho é apoiado por um fundo de Bourns Faculdade de Engenharia da Universidade da Califórnia, Riverside. BK recebeu uma bolsa de estudos do Lung-Wen Prêmio Tsai Memorial em Desenho Mecânico.
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).
