מיקרו-הבלטה: תהליך נוח לייצור מיקרו-ערוצים על מיקרופלואידיקה מבוססת נייר ננוצלולוז

Summary

פרוטוקול זה מתאר תהליך פשוט המשתמש במיקרו-תבניות פלסטיק נוחות לפעולות מיקרו-הבלטה פשוטות לייצור מיקרו-ערוצים על נייר תאית ננו-פיברילציה, להשגת רוחב מינימלי של 200 מיקרומטר.

Abstract

ננו-נייר, המופק מתאית ננו-פיברילציה, עורר עניין רב כחומר מבטיח ליישומים מיקרופלואידים. המשיכה שלו טמונה במגוון תכונות מצוינות, כולל משטח חלק במיוחד, שקיפות אופטית יוצאת דופן, מטריצת ננו-סיבים אחידה עם נקבוביות ננומטרית ותכונות כימיות הניתנות להתאמה אישית. למרות הצמיחה המהירה של מיקרופלואידיקה מבוססת ננו-נייר, הטכניקות הנוכחיות המשמשות ליצירת מיקרו-ערוצים על ננו-נייר, כגון הדפסה תלת-ממדית, ציפוי ריסוס או חיתוך והרכבה ידניים, שהן חיוניות ליישומים מעשיים, עדיין בעלות מגבלות מסוימות, בעיקר רגישות לזיהום. יתר על כן, שיטות אלה מוגבלות לייצור ערוצים בגודל מילימטרי. מחקר זה מציג תהליך פשוט המשתמש במיקרו-תבניות פלסטיק נוחות לפעולות מיקרו-הבלטה פשוטות כדי לייצר מיקרו-ערוצים על ננו-נייר, ולהשיג רוחב מינימלי של 200 מיקרומטר. המיקרו-ערוץ שפותח עולה בביצועיו על גישות קיימות, ומשיג שיפור של פי ארבעה, וניתן לייצר אותו תוך 45 דקות. יתר על כן, פרמטרי הייצור עברו אופטימיזציה, וטבלת עיון מהירה נוחה מסופקת עבור מפתחי יישומים. הודגמה הוכחת היתכנות עבור מערבל למינרי, מחולל טיפות והתקנים אנליטיים פונקציונליים מבוססי ננו-נייר (NanoPADs) המיועדים לחישת רודאמין B באמצעות ספקטרוסקופיית ראמאן משופרת בפני השטח. ראוי לציין כי ה- NanoPADs הציגו ביצועים יוצאי דופן עם מגבלות זיהוי משופרות. ניתן לייחס תוצאות יוצאות דופן אלה לתכונות האופטיות המעולות של ננו-נייר ולשיטת המיקרו-הבלטה המדויקת שפותחה לאחרונה, המאפשרת אינטגרציה וכוונון עדין של ה-NanoPADs.

Introduction

לאחרונה, נייר תאית ננו-פיברילציה (NFC) (ננו-נייר) התגלה כחומר מצע מבטיח ביותר עבור יישומים שונים כגון אלקטרוניקה גמישה, התקני אנרגיה וביו-רפואיים 1,2,3,4. ננו-נייר, המופק מצמחים טבעיים, הוא חסכוני, תואם ביולוגית ומתכלה, מה שהופך אותו לחלופה מושכת לנייר תאית מסורתי ^5,6. תכונותיו יוצאות הדופן כוללות משטח חלק במיוחד עם חספוס פני שטח של פחות מ-25 ננומטר ומבנה מטריצת תאית צפופה, המאפשר יצירת ננו-מבנים בעלי מבנה גבוה⁷. קבוצות הידרוקסיל שופעות של ננו-נייר תורמות למבנ....

Protocol

1. תהליך מיקרו-הבלטה לתבניות מיקרו-ערוציות על ננו-נייר

1. הכנת עובש
   הערה: עיין ב- Yuan et ^al.12 לקבלת פרטים על הכנת עובש.
   1. הכן סרט PTFE כפי שמצוין בטבלת החומרים.
   2. חתכו בלייזר את סרט ה-PTFE המוכן כדי ליצור תבנית מיקרו-ערוצית קמורה (איור 1A-I

Discussion

המוקד העיקרי של מחקר זה הוא לפתח שיטה פשוטה לייצור מיקרו-ערוצים על ננו-נייר. טכניקת הבלטה יעילה פותחה תוך שימוש ב-PTFE כתבנית להתמודדות עם אתגר זה¹². על ידי אופטימיזציה של הטמפרטורה ולחץ ההבלטה, נערכה סדרה של ניסויים כדי לבסס תהליך ייצור אמין עבור NanoPADs. בנוסף, הודגם שימוש בטבלת יי?.......

Materials

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