Mikroprägung: Ein praktisches Verfahren zur Herstellung von Mikrokanälen auf Mikrofluidik auf Nanozellulosepapier

Zusammenfassung

Dieses Protokoll beschreibt ein unkompliziertes Verfahren, bei dem praktische Kunststoff-Mikroformen für einfache Mikroprägevorgänge verwendet werden, um Mikrokanäle auf nanofibrilliertem Zellulosepapier herzustellen, wobei eine Mindestbreite von 200 μm erreicht wird.

Zusammenfassung

Nanopapier, das aus nanofibrillierter Zellulose gewonnen wird, hat als vielversprechendes Material für mikrofluidische Anwendungen großes Interesse geweckt. Seine Attraktivität liegt in einer Reihe hervorragender Eigenschaften, darunter eine außergewöhnlich glatte Oberfläche, eine hervorragende optische Transparenz, eine gleichmäßige Nanofasermatrix mit nanoskaliger Porosität und anpassbare chemische Eigenschaften. Trotz des rasanten Wachstums der Mikrofluidik auf Nanopapierbasis weisen die derzeit verwendeten Techniken zur Herstellung von Mikrokanälen auf Nanopapier, wie z. B. 3D-Druck, Sprühbeschichtung oder manuelles Schneiden und Montieren, die für praktische Anwendungen von entscheidender Bedeutung sind, immer noch bestimmte Einschränkungen auf, insbesondere die Anfälligkeit für Kontaminationen. Darüber hinaus beschränken sich diese Verfahren auf die Herstellung von millimetergroßen Kanälen. In dieser Studie wird ein unkompliziertes Verfahren vorgestellt, bei dem praktische Kunststoff-Mikroformen für einfache Mikroprägevorgänge verwendet werden, um Mikrokanäle auf Nanopapier herzustellen, wobei eine Mindestbreite von 200 μm erreicht wird. Der entwickelte Mikrokanal übertrifft bestehende Ansätze, erreicht eine vierfache Verbesserung und kann innerhalb von 45 Minuten hergestellt werden. Darüber hinaus wurden die Fertigungsparameter optimiert und eine praktische Kurzreferenztabelle für Anwendungsentwickler bereitgestellt. Der Proof-of-Concept für einen laminaren Mischer, einen Tröpfchengenerator und funktionelle Nanopapier-basierte Analysegeräte (NanoPADs) für die Rhodamin-B-Sensorik mittels oberflächenverstärkter Raman-Spektroskopie wurde demonstriert. Bemerkenswert ist, dass die NanoPADs eine außergewöhnliche Leistung mit verbesserten Nachweisgrenzen aufwiesen. Diese herausragenden Ergebnisse sind auf die überlegenen optischen Eigenschaften von Nanopapier und die kürzlich entwickelte präzise Mikroprägemethode zurückzuführen, die die Integration und Feinabstimmung der NanoPADs ermöglicht.

Einleitung

In jüngster Zeit hat sich nanofibrilliertes Zellulosepapier (NFC) (Nanopapier) als vielversprechendes Substratmaterial für verschiedene Anwendungen wie flexible Elektronik, Energiegeräte und biomedizinische Geräte herausgestellt 1,2,3,4. Nanopapier wird aus natürlichen Pflanzen gewonnen und ist kostengünstig, biokompatibel und biologisch abbaubar, was es zu einer attraktiven Alternative zu herkömmlichem Zellulosepapier macht ^5,6. Zu seinen außergewöhnlichen Eigenschaften gehören eine....

Protokoll

1. Mikroprägeverfahren zur Mikrokanalstrukturierung auf Nanopapier

1. Vorbereitung der Form
   HINWEIS: Siehe Yuan et ^al.12 für Details zur Formvorbereitung.
   1. Bereiten Sie eine PTFE-Folie vor, wie in der Materialtabelle angegeben.
   2. Laserschneiden Sie die vorbereitete PTFE-Folie mit dem Laser, um eine konvexe Mikrokanalform herzustellen (Abbildung 1A-I).
      ANMERKUNG: Die Abmessungen der PTFE-Form bestimmen die Mikrokanalabmessungen (Abbildung 2E,F) in einer linearen Funktionsbeziehung erster Ordn....

Diskussion

Das Hauptaugenmerk dieser Studie liegt auf der Entwicklung einer einfachen Methode zur Herstellung von Mikrokanälen auf Nanopapier. Es wurde eine effiziente Prägetechnik entwickelt, bei der PTFE als Form verwendet wurde, um diese Herausforderung zu bewältigen¹². Durch die Optimierung der Temperatur und des Prägedrucks wurde eine Reihe von Experimenten durchgeführt, um einen zuverlässigen Herstellungsprozess für NanoPADs zu etablieren. Darüber hinaus wurde die Verwendung einer Schnellrefere.......

Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
AgNO3	Hushi (Shanghai, China)	7761-88-8	>99%
Ethanol	Hushi (Shanghai, China)	64-17-5	>99%
Hexadecane	Macklin (Shanghai, China)	544-76-3	>99%
LabSpec software	Horiba (Japan)	LabSpec5
Melamine	Macklin (Shanghai, China)	108-78-1	>99%
NaBH4	Aladdin (Shanghai, China)	16940-66-2	>99%
Origin lab software	OriginLab (USA)
Polyethylene terephthalate (PET)	Myers Industries (Akron, USA)
Polytetrafluoroethylene films	Shenzhen Huashenglong plastic material Co., Ltd. (Shenzhen, China)		Teflon film
PVDF filter membrane	EMD Millipore Corporation (USA)	VVLP04700	pore size: 0.1 μm
Raman spectrometer	Horiba (Japan)	Xplo RA
Rhodamine B	Macklin (Shanghai, China)	81-88-9	>95%
Scanning electron microscopy (SEM)	FEI(USA)	Scios 2 HiVac
Silicon wafer	Horiba (Japan)		diameter: 5 mm
TEMPO-oxidized NFC slurry	Tianjin University of Science and Technology		1.0 wt% solid, carboxylate level 2.0 mmol/g solid, average nanofiber diameter: 10 nm