Микротиснение: удобный процесс изготовления микроканалов на наноцеллюлозной бумажной микрофлюидике

Резюме

Этот протокол описывает простой процесс, в котором используются удобные пластиковые микроформы для простых операций микротиснения для изготовления микроканалов на нанофибриллированной целлюлозной бумаге с минимальной шириной 200 мкм.

Аннотация

Нанобумага, полученная из нанофибриллированной целлюлозы, вызвала значительный интерес в качестве перспективного материала для микрофлюидных применений. Его привлекательность заключается в ряде превосходных качеств, включая исключительно гладкую поверхность, выдающуюся оптическую прозрачность, однородную матрицу из нановолокна с наноразмерной пористостью и настраиваемые химические свойства. Несмотря на быстрый рост микрофлюидики на основе нанобумаги, современные методы, используемые для создания микроканалов на нанобумаге, такие как 3D-печать, нанесение покрытий распылением или ручная резка и сборка, которые имеют решающее значение для практического применения, по-прежнему имеют определенные ограничения, в частности, восприимчивость к загрязнению. Кроме того, эти методы ограничены производством каналов миллиметрового размера. В этом исследовании представлен простой процесс, в котором используются удобные пластиковые микроформы для простых операций микротиснения для изготовления микроканалов на нанобумаге, достигая минимальной ширины 200 мкм. Разработанный микроканал превосходит существующие подходы, достигая четырехкратного улучшения, и может быть изготовлен в течение 45 минут. Кроме того, были оптимизированы параметры изготовления, а для разработчиков приложений предусмотрена удобная справочная таблица. Было продемонстрировано доказательство концепции ламинарного смесителя, генератора капель и функциональных аналитических устройств на основе нанобумаги (NanoPAD), предназначенных для зондирования родамина B с использованием спектроскопии комбинационного рассеяния света с поверхностным усилением. Примечательно, что нанопланшеты продемонстрировали исключительную производительность с улучшенными пределами обнаружения. Эти выдающиеся результаты можно объяснить превосходными оптическими свойствами нанобумаги и недавно разработанным точным методом микротиснения, позволяющим интегрировать и тонко настраивать нанопланшеты.

Введение

В последнее время бумага (нанобумага) из нанофибриллированной целлюлозы (NFC) стала очень перспективным материалом-подложкой для различных применений, таких как гибкая электроника, энергетические устройства и биомедицина 1,2,3,4. Нанобумага, полученная из натуральных растений, является экономичной, биосовместимой и биоразлагаемой, что делает ее привлекательной альтернативой традиционной целлюлозной бумаге ^5,6. К его исключительным свойствам относятся сверхгладкая поверхность с шерохо....

протокол

1. Процесс микротиснения для микроканального рисунка на нанобумаге

1. Подготовка пресс-формы
   ПРИМЕЧАНИЕ: Обратитесь к Yuan et ^al.12 для получения подробной информации о подготовке пресс-формы.
   1. Подготовьте пленку из фторопласта, как указано в таблице материалов.
   2. Подготовленную пленку из ПТФЭ разрежьте лазером, чтобы получить выпуклую микроканальную форму (рис. 1A-I).
      ПРИМЕЧАНИЕ: Размеры пресс-формы из ПТФЭ определяют размеры микроканала (рис. 2E, F) в линейном соотношении функций первого п....

Результаты

Был разработан уникальный метод создания микроканальных узоров на нанобумаге с использованием практичных пластиковых микроформ с помощью удобной техники микротиснения. Примечательно, что этот метод позволяет создавать микроканальные узоры в масштабе до 200 мкм, что представляет собо.......

Обсуждение

Основное внимание в данном исследовании уделяется разработке простого метода изготовления микроканалов на нанобумаге. Для решения этой задачи была разработана эффективная технология тиснения с использованием ПТФЭ в качестве пресс-формы¹². Оптимизировав температуру и да.......

Материалы

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