Mit Adhesive Patterning 3D Paper Mikrofluidik-Vorrichtungen bauen
Summary
Wir demonstrieren die Verwendung von gemusterten Aerosol Klebstoffe 3D Papier mikrofluidischen Vorrichtungen bauen. Diese Methode der Klebstoffapplikationsformen semipermanenten Verbindungen zwischen Schichten, Einwegvorrichtungen ermöglicht nach dem Gebrauch zerstörungsfrei demontiert und Faltung komplexer nichtplanare Strukturen zu erleichtern.
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
In den letzten Jahren hat sich Papier Mikrofluidik beträchtliche Popularität für seine potenziellen sammelte Low-Cost – Point of Care (POC) Diagnosegeräte zur Verfügung zu stellen. 1-3 POC – Geräte – Funktionalität bieten , die denen von Lab-basierten Tests in einem Format , das Ergebnisse erlaubt sein relativ schnell erhalten. POC-Geräte aus Papier sind kostengünstig, leicht und einfach zu bedienende Alternative zu teuren Mikrofluidik-Chips und miniaturisierten Labore sind sie ideal für die Herstellung von in begrenzten Ressource-Einstellungen. Die am häufigsten verwendeten Papier Mikrofluidik – Vorrichtungen sind eindimensionale Lateral – Flow – Geräte, aber planare dreidimensionale (3D) Papier mikrofluidischen Geräte halten versprechen 4 Multiplex – Diagnose – Geräte zur Verfügung zu stellen , die einen deutlich geringeren Platzbedarf aufnehmen , als dies durch eine 2D – Gerät erforderlich 5 und entsprechend ein kleineres Probenvolumen.
Zunächst wurden planare 3D-Papier mikrofluidischen Vorrichtungen individuell zusammengestellt, Schicht-für-Schicht with gemusterten Papierschichten mit lasergeschnittenen doppelseitigen Klebeband abwechseln. Sorgfältig ausgerichtet in der Bandschicht geschnitten wurden Löcher mit Cellulosepulver gefüllten Zwischenschichtfluidtransport zu gewährleisten. 4 eine Anzahl von alternativen Verfahren wurden anschließend entwickelt, 6-9 jeweils die Verbesserung der verschiedenen Aspekte der Geräte. Insbesondere durch Klebstoffe eschewing könnten Geräte über origami Techniken mit Schichten miteinander durch eine äußere Klammer gehalten gefaltet werden. 8. Dies beseitigt eine mögliche Klebstoff Interferenz in einem diagnostischen Test und ermöglicht es dem Gerät ungefalteten post-Anwendung sein, die möglicherweise so dass auch kleinere Proben Volumina von intern Ergebnissen. Alternativ kann durch eine Aerosol Klebstoff zwischen den einzelnen Papierschicht aufgebracht Verwendung Blätter von Vorrichtungen zusammengesetzt gleichzeitig, ohne zeitraubende Strukturierung und Ausrichtung des Bandes werden könnte. 9
Jedoch durch ein Aerosolklebstoff durch eine Schablone angewendet wird, ist es möglich, den Vorteil zu gewinnen,beide dieser Techniken. Durch Aufsprühen des Klebstoffs durch eine Schablone, nur ein Bruchteil des Klebstoffs auf das Gerät angewendet, jede mögliche Störung Zwischenfluidübertragung zu minimieren. Zusätzlich mit einer sorgfältigen Auswahl Schablone kann ein Muster von Kleber aufgebracht werden, dass die Ergebnisse in semi-permanente Klebeverbindung, so dass Geräte nach Gebrauch aufgefaltet zu werden, während noch eine ausreichende Zwischenschichtkontakt Bereitstellen Fluid zu ermöglichen, zwischen den Schichten zu Docht.
Schließlich erleichtert die Anwendung Aerosol Klebstoffe durch eine Schablone , die den Aufbau nichtplanare 3D Papier mikrofluidischen Vorrichtungen, indem die Menge des Klebstoffs zu minimieren , um benachbarte Flächen aufgebracht , die häufige Faltung erfordern und Entfalten während des Baus. 10 Zusätzlich ermöglicht die Verwendung von gemusterten Klebevorrichtung sein für bequemere Lagerung nach Gebrauch entfaltet. Nichtplanare 3D Papier mikrofluidischen Geräte werden voraussichtlich für Aufgaben verwendet werden, die sonst in einem planaren 3D devic unmöglich wäre,e. 1 zeigt den allgemeinen Ablauf Verfahren verwendet , um sowohl planare und nicht planare 3D – Geräte zu konstruieren.
Protocol
Representative Results
Discussion
Die oben genannten Protokolle verwenden, Lochbleche als Schablonen zum Aufbringen von Aerosol Klebstoffe planare und nicht planare 3D-Papier mikrofluidischen Vorrichtungen bauen. In planaren Geräte, hat dies den Vorteil, dass Geräte vollständig entfaltet werden, nachdem der Klebstoff ohne Zerstörung der Vorrichtung getrocknet ist. In anderen Klebstoffkonstruktionstechniken basieren, ist dies nahezu unmöglich, obwohl einige Entwürfe für die teilweise zerstörende Demontage ermöglichen , indem zwei Hälften unpeel…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wird durch einen Fonds von Bourns College of Engineering der University of California, Riverside unterstützt. BK erhielt ein Stipendium der Lung-Wen Tsai Memorial Award in Mechanical Design.
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
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