С помощью клея паттернирования Построить 3D бумаги микрожидком устройств
Summary
Демонстрируется применение узорных аэрозольных клеев для создания 3D-бумажных микрожидкостных устройств. Этот метод клеевых форм применения полупостоянными связи между слоями, что позволяет одноразовые устройства, чтобы быть неразрушающим разобраны после использования и для облегчения складывания сложных непланарные структур.
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
В последние годы бумага микрофлюидики собрала значительную популярность своего потенциала , чтобы обеспечить недорогую пункт медицинской помощи (ПСУ) диагностических устройств. 1-3 РОС устройства предлагают функциональные возможности, аналогичные лабораторных тестов на основе в формате , который позволяет результаты быть получен сравнительно быстро. РОС устройства, изготовленные из бумаги являются недорогими, легкий и простой в использовании альтернативы дорогим микрофлюидальных микросхем и миниатюрных лабораторий, что делает их идеальными для использования в условиях ограниченных ресурсов. Микрожидкостных устройства наиболее распространенной бумаги являются одномерными боковые устройства потока, но плоская трехмерная (3D) бумага микрофлюидальные устройства держать обещают обеспечить уплотненные диагностических устройств 4 , которые занимают гораздо меньше места , чем требовалось бы с помощью 2D – устройства 5 и соответственно использовать меньший объем образца.
Первоначально плоская 3D бумажные микрофлюидальные устройства были собраны индивидуально, слой за слоем Wiго узорной бумажных слоев, чередующихся с лазерной резкой двухсторонней ленты. Тщательно выровненные отверстия вырезать в слое ленты были заполнены целлюлозного порошка , чтобы обеспечить межуровневого перенос жидкости. Впоследствии были разработаны 4 ряд альтернативных методов, 6-9 каждый , улучшающие различные аспекты устройств. В частности, сторонясь клеи, устройства могут быть сложены с помощью методов оригами со слоями , скрепленных с помощью внешнего зажима. 8 Это исключает возможные помехи клейкую в качестве диагностического теста и позволяет устройству быть развернут после использования, что потенциально позволяет еще меньшую выборку объемы путем отображения результатов внутри страны. В качестве альтернативы, с помощью аэрозольного клей , нанесенный между каждым слоем бумаги, листы устройств могут быть собраны одновременно, без затрат времени кучность и выравнивание ленты. 9
Тем не менее, путем нанесения клея аэрозольную через трафарет, можно получить выгоду отоба из этих методов. Путем распыления клея через трафарет, только часть клея применяется к устройству, сводя к минимуму возможные помехи при передаче прослойка жидкости. Кроме того, при тщательном выборе трафарета, картина клей может быть нанесен, что приводит к полупостоянного склеиванием, позволяя устройствам разгибания после использования, обеспечивая при этом достаточный контакт межслойной, чтобы позволить жидкости фитиль между слоями.
И, наконец, применяя аэрозольные клеи через трафарет облегчает конструкцию неплоских 3D бумажных микрофлюидальных устройств, путем сведения к минимуму количества адгезива , нанесенного на смежных граней , которые могут потребовать частого складывания и раскладывания во время строительства. 10 Кроме того, использование узорчатого клея позволяет устройству быть разгибания после использования для более удобного хранения. Непланарной 3D устройства бумаги микрофлюидальные, как ожидается, будут использоваться для задач, которые иначе были бы невозможны в плоском 3D Девичае. На рисунке 1 изображен общий поток процесса , используемого для построения как плоские , так и непланарные 3D – устройства.
Protocol
Representative Results
Discussion
Вышеуказанные протоколы используют перфорированные металлические листы в качестве трафаретов для нанесения аэрозольные клеи для построения плоских и непланарные 3D-устройства бумаги микрожидкостных. В планарных устройств, это имеет то преимущество, что позволяет устройствам быть п?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа поддерживается фондом от Bourns инженерного колледжа университета Калифорнии, Риверсайд. BK получил стипендию от премии Lung-Wen Tsai Мемориал в области машиностроительного проектирования.
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).
