Utilizzando adesivo Patterning per costruire dispositivi microfluidici di carta 3D
Summary
Dimostriamo l'uso di adesivi aerosol fantasia per costruire dispositivi microfluidici carta 3D. Questo metodo di moduli di domanda adesivi obbligazioni semi-permanenti tra gli strati, consentendo dispositivi monouso di essere non distruttiva smontato dopo l'uso e per facilitare le strutture non planari pieghevole complesse.
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
Negli ultimi anni, la carta microfluidica ha raccolto una notevole popolarità per il suo potenziale per fornire point a basso costo delle cure (POC) dispositivi diagnostici. 1-3 dispositivi POC offrono funzionalità simili a quelle dei test di laboratorio, con sede in un formato che permette risulta essere ottenuto in tempi relativamente brevi. dispositivi POC in carta sono a basso costo, leggero e alternative facili da usare per costosi chip di microfluidica e laboratori miniaturizzati, che li rende ideali per l'utilizzo in ambienti con risorse limitate. I dispositivi microfluidici carta più comuni sono dispositivi di flusso laterali monodimensionali, ma planare tridimensionale (3D) di carta dispositivi microfluidici tengono promettono di fornire dispositivi diagnostici multiplex 4 che occupano un ingombro molto più piccolo di quello richiesto da un dispositivo 2D 5 e corrispondentemente utilizzare un volume campione più piccolo.
Inizialmente, carta 3D planare dispositivi microfluidici stati assemblati, layer-by-layer wiesimo modellato strati di carta si alternano con il laser-cut nastro biadesivo. Fori allineati accuratamente tagliato nello strato di nastro erano pieni di polvere di cellulosa per garantire inter-strato di trasporto di liquidi. 4 Un certo numero di metodi alternativi sono stati ulteriormente sviluppati, 6-9 ciascuno migliorando diversi aspetti dei dispositivi. In particolare, evitando adesivi, i dispositivi potrebbero essere piegati tramite tecniche origami con strati tenuti insieme da un morsetto esterno. 8 Questo elimina qualsiasi interferenza potenziale adesivo in un test diagnostico e permette al dispositivo di essere dispiegata post-utilizzo, potenzialmente permettendo campione ancora più piccolo volumi di visualizzazione dei risultati internamente. In alternativa, utilizzando un adesivo aerosol applicata tra ogni strato di carta, fogli di dispositivi possono essere montati simultaneamente, senza tempo patterning e l'allineamento del nastro. 9
Tuttavia, applicando un adesivo aerosol attraverso uno stencil, è possibile ottenere il vantaggio dientrambe queste tecniche. Spruzzando l'adesivo attraverso uno stampino, solo una frazione di adesivo viene applicato al dispositivo, riducendo al minimo possibili interferenze con il trasferimento di fluidi interstrato. Inoltre, con la selezione attenta stampino, un modello di adesivo può essere applicato che si traduce in incollaggio semi-permanente, consentendo dispositivi di essere spiegati dopo l'uso, pur fornendo sufficienti contatti interstrato per consentire il fluido per favorire tra gli strati.
Infine, applicando adesivi aerosol attraverso uno stampino facilita la costruzione di dispositivi microfluidici carta 3D non planari, minimizzando la quantità di adesivo applicato alle facce adiacenti che possono richiedere piegatura frequente e svolgimento durante la costruzione. 10 Inoltre, l'uso di adesivo modellato permette dispositivo per essere spiegato dopo l'uso per lo stoccaggio più conveniente. dispositivi microfluidici carta non planare 3D dovrebbero essere utilizzati per compiti che altrimenti sarebbero impossibili in un Devic planare 3De. La figura 1 illustra il flusso del processo generale utilizzato per costruire sia dispositivi 3D non planari planare e.
Protocol
Representative Results
Discussion
I protocolli di cui sopra utilizzano lamiere forate come stampini per l'applicazione di adesivi aerosol per la costruzione di planare e dispositivi microfluidici carta 3D non planari. Nei dispositivi planari, questo ha il vantaggio di dispositivi che consentano di essere completamente dispiegata dopo che l'adesivo si è asciugato senza distruggere il dispositivo. In altre tecniche di costruzione adesivi a base, questo è quasi impossibile, anche se, alcuni disegni permettono parziale smontaggio distruttivo stacc…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo lavoro è sostenuto da un fondo da Bourns College of Engineering della University of California, Riverside. BK ha ricevuto una borsa di studio dal polmone-Wen Tsai Memorial Award nella progettazione meccanica.
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).
