Microgoffratura: un processo conveniente per la fabbricazione di microcanali su microfluidica a base di carta nanocellulosica

Riepilogo

Questo protocollo descrive un processo semplice che utilizza comodi microstampi in plastica per semplici operazioni di microgoffratura per fabbricare microcanali su carta di cellulosa nanofibrillata, raggiungendo una larghezza minima di 200 μm.

Abstract

La nanocarta, derivata dalla cellulosa nanofibrillata, ha suscitato un notevole interesse come materiale promettente per applicazioni microfluidiche. Il suo fascino risiede in una gamma di qualità eccellenti, tra cui una superficie eccezionalmente liscia, un'eccezionale trasparenza ottica, una matrice uniforme di nanofibre con porosità su scala nanometrica e proprietà chimiche personalizzabili. Nonostante la rapida crescita della microfluidica basata su nanocarta, le attuali tecniche utilizzate per creare microcanali su nanocarta, come la stampa 3D, il rivestimento a spruzzo o il taglio e l'assemblaggio manuale, che sono cruciali per le applicazioni pratiche, possiedono ancora alcune limitazioni, in particolare la suscettibilità alla contaminazione. Inoltre, questi metodi sono limitati alla produzione di canali di dimensioni millimetriche. Questo studio introduce un processo semplice che utilizza comodi micro-stampi in plastica per semplici operazioni di microgoffratura per fabbricare microcanali su nanocarta, raggiungendo una larghezza minima di 200 μm. Il microcanale sviluppato supera gli approcci esistenti, ottenendo un miglioramento di quattro volte, e può essere fabbricato in 45 minuti. Inoltre, i parametri di fabbricazione sono stati ottimizzati e viene fornita una comoda tabella di riferimento rapido per gli sviluppatori di applicazioni. È stato dimostrato il proof-of-concept per un miscelatore laminare, un generatore di gocce e dispositivi analitici funzionali basati su nanocarta (NanoPAD) progettati per il rilevamento della rodamina B utilizzando la spettroscopia Raman potenziata dalla superficie. In particolare, i NanoPAD hanno mostrato prestazioni eccezionali con limiti di rilevamento migliorati. Questi risultati eccezionali possono essere attribuiti alle proprietà ottiche superiori della nanocarta e all'accurato metodo di microgoffratura recentemente sviluppato, che consente l'integrazione e la messa a punto dei NanoPAD.

Introduzione

Recentemente, la carta di cellulosa nanofibrillata (NFC) (nanocarta) è emersa come un materiale di substrato molto promettente per varie applicazioni come l'elettronica flessibile, i dispositivi energetici e i biomedici 1,2,3,4. Derivata da piante naturali, la nanocarta è economica, biocompatibile e biodegradabile, il che la rende un'alternativa interessante alla tradizionale carta di cellulosa ^5,6. Le sue eccezionali proprietà includono una superficie ultra-liscia con una rugosità s....

Protocollo

1. Processo di microgoffratura per la modellazione di microcanali su nanocarta

1. Preparazione dello stampo
   NOTA: Fare riferimento a Yuan et ^al.12 per i dettagli sulla preparazione dello stampo.
   1. Preparare una pellicola in PTFE come indicato nella tabella dei materiali.
   2. Tagliare al laser la pellicola di PTFE preparata per realizzare uno stampo a microcanali convesso (Figura 1A-I).
      NOTA: Le dimensioni dello stampo in PTFE determinano le dimensioni del microcanale (Figura 2E,F) in una relazi....

Discussione

L'obiettivo principale di questo studio è quello di sviluppare un metodo semplice per la fabbricazione di microcanali su nanocarta. Per affrontare questa sfida è stata ideata un'efficiente tecnica di goffratura utilizzando il PTFE come stampo¹². Ottimizzando la temperatura e la pressione di goffratura, sono stati condotti una serie di esperimenti per stabilire un processo di fabbricazione affidabile per i NanoPAD. Inoltre, è stato dimostrato l'uso di una tabella di riferimento rapido per regola.......

Materiali

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