마이크로엠보싱: 나노셀룰로오스 종이 기반 미세유체역학에서 마이크로채널을 제작하기 위한 편리한 공정

요약

이 프로토콜은 간단한 마이크로 엠보싱 작업을 위해 편리한 플라스틱 마이크로 몰드를 사용하여 나노 피브릴화 셀룰로오스 종이에 마이크로 채널을 제작하여 최소 너비 200μm를 달성하는 간단한 프로세스를 설명합니다.

초록

나노피브릴화 셀룰로오스에서 추출한 나노페이퍼는 미세유체 응용 분야의 유망한 소재로 상당한 관심을 불러일으켰습니다. 그 매력은 매우 매끄러운 표면, 뛰어난 광학 투명성, 나노 스케일 다공성을 가진 균일한 나노섬유 매트릭스 및 맞춤형 화학적 특성을 포함한 다양한 우수한 품질에 있습니다. 나노 페이퍼 기반 미세 유체 공학의 급속한 성장에도 불구하고 실제 응용 분야에 중요한 3D 프린팅, 스프레이 코팅 또는 수동 절단 및 조립과 같이 나노 페이퍼에 마이크로 채널을 만드는 데 사용되는 현재 기술은 여전히 특정 한계, 특히 오염에 대한 민감성을 가지고 있습니다. 또한 이러한 방법은 밀리미터 크기의 채널 생산으로 제한됩니다. 이 연구는 간단한 마이크로 엠보싱 작업을 위해 편리한 플라스틱 마이크로 몰드를 사용하여 나노 종이에 마이크로 채널을 제작하여 최소 200μm의 너비를 달성하는 간단한 프로세스를 소개합니다. 개발된 마이크로채널은 기존 접근 방식을 능가하여 4배 개선을 달성했으며 45분 이내에 제작할 수 있습니다. 또한 제작 매개변수가 최적화되었으며 애플리케이션 개발자를 위한 편리한 빠른 참조 테이블이 제공됩니다. 표면 강화 라만 분광법을 사용하여 로다민 B 감지를 위해 설계된 층류 혼합기, 액적 발생기 및 기능성 나노페이퍼 기반 분석 장치(NanoPAD)에 대한 개념 증명이 시연되었습니다. 특히, NanoPAD는 향상된 검출 한계와 함께 탁월한 성능을 보여주었습니다. 이러한 뛰어난 결과는 나노페이퍼의 우수한 광학 특성과 최근에 개발된 정확한 마이크로 엠보싱 방법에 기인할 수 있으며, 이를 통해 NanoPAD의 통합 및 미세 조정이 가능합니다.

서문

최근 나노피브릴화 셀룰로오스(NFC) 종이(나노페이퍼)는 플렉시블 전자, 에너지 소자, 바이오메디컬 1,2,3,4 등 다양한 응용 분야에서 매우 유망한 기판 소재로 부상하고 있습니다. 천연 식물에서 추출한 나노페이퍼는 비용 효율적이고 생체 적합성이 있으며 생분해성이 있어 기존 셀룰로오스 종이 ^5,6에 대한 매력적인 대안입니다. 그 탁월한 특성에는 표면 거칠기가 25nm 미만인 매우 매끄러운 표면과 조밀한 셀룰로오스 매트릭스 구조가 포함되어 있어 고도로 구조화된 나노 구조를 생성할 수 있습니다⁷. 나노 페이퍼의 풍부한 수산기 그룹은 조밀하고 조밀하게 포장 된 나노 셀룰로오스 구조⁸에 기여합니다. 나노페이퍼는 우수한 광학 투명성과 최소한의 광학 헤이즈를 나타내므로 광학 센서에 매우 적합합니다. 또한 고유한 친수성은 두꺼운 구조에서도 펌프가 필요 없는 흐름을 가능하게 하여 자율적인 ....

프로토콜

1. 나노 페이퍼에 마이크로 채널 패터닝을 위한 마이크로 엠보싱 공정

1. 금형 준비
   알림: 금형 준비에 대한 자세한 내용은 Yuan et ^al.12 를 참조하십시오.
   1. 재료 표에 표시된대로 PTFE 필름을 준비하십시오.
   2. 준비된 PTFE 필름을 레이저로 절단하여 볼록한 마이크로 채널 금형을 만듭니다(그림 1A-I).
      알림: PTFE 금형의 치수는 선형 1차 함수 관계에서 마이크로채널 치수(그림 2E,F)를 결정합니다.
2. 나노페이퍼 준비
   1. (2,2,6,6-테트라메틸피페리딘-1-일)옥실(TEMPO)-산화된 NFC 겔( 재료표 참조) 4.0g을 증류수(최종 농도 0.1wt%)에 분산시킵니다.
   2. 셀룰로오스 플록이 보이지 않을 때까지 실온에서 120.8 x g 에서 30분 동안 현탁액을 심하게 저어줍니다.
   3. 투명 현탁액을 진공 여과하여 나노페이퍼 겔을 ....

토론

이 연구의 주요 초점은 나노 페이퍼에 마이크로 채널을 제조하는 간단한 방법을 개발하는 것입니다. 이 문제를 해결하기 위해 PTFE를 금형으로 사용하여 효율적인 엠보싱 기술이 고안되었습니다¹². 온도와 엠보싱 압력을 최적화하여 NanoPAD에 대한 신뢰할 수 있는 제조 공정을 확립하기 위해 일련의 실험을 수행했습니다. 또한 다양한 분야에서 NanoPAD의 응용 분야를 조정하기 위해 ?.......

자료

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