Microestampado: un proceso conveniente para la fabricación de microcanales en microfluídica basada en papel de nanocelulosa

Resumen

Este protocolo describe un proceso sencillo que utiliza convenientes micromoldes de plástico para operaciones simples de microestampado para fabricar microcanales en papel de celulosa nanofibrilado, logrando un ancho mínimo de 200 μm.

Resumen

El nanopapel, derivado de la celulosa nanofibrilada, ha generado un interés considerable como material prometedor para aplicaciones microfluídicas. Su atractivo radica en una gama de excelentes cualidades, que incluyen una superficie excepcionalmente lisa, una transparencia óptica excepcional, una matriz de nanofibras uniforme con porosidad a nanoescala y propiedades químicas personalizables. A pesar del rápido crecimiento de la microfluídica basada en nanopapel, las técnicas actuales utilizadas para crear microcanales en nanopapel, como la impresión 3D, el recubrimiento por pulverización o el corte y ensamblaje manual, que son cruciales para las aplicaciones prácticas, todavía poseen ciertas limitaciones, en particular la susceptibilidad a la contaminación. Además, estos métodos se limitan a la producción de canales de tamaño milimétrico. Este estudio presenta un proceso sencillo que utiliza convenientes micromoldes de plástico para operaciones simples de microestampado para fabricar microcanales en nanopapel, logrando un ancho mínimo de 200 μm. El microcanal desarrollado supera los enfoques existentes, logrando una mejora de cuatro veces, y se puede fabricar en 45 minutos. Además, se han optimizado los parámetros de fabricación y se proporciona una cómoda tabla de referencia rápida para los desarrolladores de aplicaciones. Se demostró la prueba de concepto de un mezclador laminar, un generador de gotas y dispositivos analíticos funcionales basados en nanopapel (NanoPAD) diseñados para la detección de rodamina B mediante espectroscopía Raman mejorada en superficie. En particular, los NanoPAD mostraron un rendimiento excepcional con límites de detección mejorados. Estos excelentes resultados se pueden atribuir a las propiedades ópticas superiores del nanopapel y al método de microestampado preciso recientemente desarrollado, que permite la integración y el ajuste fino de los NanoPAD.

Introducción

Recientemente, el papel de celulosa nanofibrilada (NFC) (nanopapel) ha surgido como un material de sustrato muy prometedor para diversas aplicaciones, como la electrónica flexible, los dispositivos energéticos y la biomedicina 1,2,3,4. Derivado de plantas naturales, el nanopapel es rentable, biocompatible y biodegradable, lo que lo convierte en una alternativa atractiva al papel de celulosa tradicional ^5,6. Sus propiedades excepcionales incluyen una superficie ultralisa con una rugos....

Protocolo

1. Proceso de micrograbado para patrones de microcanales en nanopapel

1. Preparación del molde
   NOTA: Consulte Yuan et ^al.12 para obtener detalles sobre la preparación del molde.
   1. Prepare una película de PTFE como se indica en la Tabla de Materiales.
   2. Corte con láser la película de PTFE preparada para hacer un molde de microcanal convexo (Figura 1A-I).
      NOTA: Las dimensiones del molde de PTFE determinan las dimensiones del microcanal (Figura 2E, F) en una relación de función lineal de primer ....

Discusión

El objetivo principal de este estudio es desarrollar un método simple para fabricar microcanales en nanopapel. Se ideó una técnica de estampado eficiente utilizando PTFE como molde para abordar este desafío¹². Al optimizar la temperatura y la presión de estampado, se llevaron a cabo una serie de experimentos para establecer un proceso de fabricación confiable para los NanoPAD. Además, se demostró el uso de una tabla de referencia rápida para ajustar las aplicaciones de los NanoPADs en dif.......

Materiales

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