Vi demonstrerer bruk av mønstrede aerosol lim for å lage 3D papir microfluidic enheter. Denne metoden for selvklebende søknadsskjemaer semi-permanente bindinger mellom lagene, slik at engangsutstyr for å være ikke-destruktiv demonteres etter bruk, og for å lette folding komplekse ikke-plane konstruksjoner.
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.
I de siste årene har papir MicroFluidics fått stor popularitet for dens potensial for å gi lave kostnader point of care (POC) diagnoseutstyr. 1-3 POC enheter tilbyr funksjonalitet som ligner på de av lab-baserte tester i et format som gjør at resultatene skal være oppnås relativt raskt. POC enheter som er laget av papir er billig, lett og enkel å bruke alternativer til dyre microfluidic potetgull og miniatyriserte laboratorier, noe som gjør dem ideelle for bruk i ressursbegrensede innstillinger. De mest vanlige papir microfluidic enheter er endimensjonale laterale flyt enheter, men planar tredimensjonal (3D) papir microfluidic enheter holde lover å gi multipleksede diagnostiske enheter 4 som tar opp mye mindre plass enn hva som kreves av en 2D-enhet 5 og tilsvarende bruke et mindre prøvevolum.
I første omgang ble planar 3D papir microfluidic enheter montert individuelt, lag-på-lag with mønstret papir lagene veksler med laser-cut dobbeltsidig tape. Nøye justert hull skåret i båndlaget var fylt med cellulosepulver for å sikre inter-lags væsketransport. 4 En rekke alternative metoder ble senere utviklet, 6-9 hver forbedre ulike aspekter av enhetene. Spesielt ved eschewing lim, enhetene kan foldes via origami teknikker med lag som holdes sammen av en ekstern klemme. 8 Dette eliminerer eventuelle lim forstyrrelser i en diagnostisk test og gjør at enheten kan være utfoldet post-bruk, noe som muliggjør enda mindre utvalg volumer ved å vise resultater internt. Alternativt kan, ved hjelp av en aerosol klebemiddel påført mellom hver papirlaget, ark av enhetene kan settes sammen samtidig, uten tidkrevende mønstring og innretting av tapen. 9
Imidlertid, ved å anvende en aerosol klebemiddel gjennom en sjablong, er det mulig å få nytte avbegge disse teknikker. Ved sprøyting av limet gjennom en sjablong, er bare en brøkdel av klebemiddel påført anordningen, minimere enhver potensiell interferens med væskeoverførings mellomlag. I tillegg, med forsiktig sjablong utvalg, et mønster av klebemiddel kan brukes som resulterer i semi-permanent liming, slik at enheter som skal foldes ut etter bruk, samtidig som tilstrekkelig mellomlag kontakt for å tillate væske for å transportere mellom lagene.
Til slutt, påføring aerosol lim gjennom en sjablong letter konstruksjonen av ikke-plane 3D papir microfluidic-enheter, ved å minimalisere mengden av klebemiddel påført tilstøtende flater som kan kreve hyppig folding og utfolding under byggingen. 10 I tillegg har bruken av mønstrede klebemiddel gjør det mulig for enheten å bli utfoldet seg etter bruk for mer praktisk oppbevaring. Plane 3D papir microfluidic enheter forventes å bli brukt til oppgaver som ellers ville være umulig i en plan 3D distribusjonse. Figur 1 viser den generelle prosessflyten som brukes til å konstruere både plane og ikke-plane 3D-enheter.
De ovennevnte protokoller bruke perforerte metallplater som sjablonger for å bruke spray lim for å lage planar og ikke-plane 3D papir microfluidic enheter. I planar enheter, har denne fordelen av å la enhetene være helt utfoldet etter at limet har tørket uten å ødelegge enheten. Med andre lim basert konstruksjon teknikker, er dette nesten umulig, selv om noen design tillater delvis destruktiv demontering av unpeeling to halvdeler som holdes sammen med et avtagbart lim. 14 Adhesiveless konstruksjon gjø…
The authors have nothing to disclose.
Dette arbeidet støttes av et fond fra Bourns College of Engineering ved University of California, Riverside. BK mottatt stipend fra Lung-Wen Tsai Memorial Award i Mechanical Design.
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 |