Microgravação: Um Processo Conveniente para Fabricação de Microcanais em Microfluídica à Base de Papel de Nanocelulose

Summary

Este protocolo descreve um processo simples que utiliza micromoldes plásticos convenientes para operações simples de microgravação para fabricar microcanais em papel celulose nanofibrilada, atingindo uma largura mínima de 200 μm.

Abstract

O nanopapel, derivado da celulose nanofibrilada, tem gerado considerável interesse como um material promissor para aplicações microfluídicas. Seu apelo reside em uma gama de excelentes qualidades, incluindo uma superfície excepcionalmente lisa, excelente transparência óptica, uma matriz de nanofibras uniforme com porosidade em nanoescala e propriedades químicas personalizáveis. Apesar do rápido crescimento da microfluídica à base de nanopapel, as técnicas atuais usadas para criar microcanais em nanopapel, como impressão 3D, revestimento por spray ou corte e montagem manual, que são cruciais para aplicações práticas, ainda possuem certas limitações, notadamente a suscetibilidade à contaminação. Além disso, esses métodos são restritos à produção de canais de tamanho milimétrico. Este estudo introduz um processo simples que utiliza micromoldes plásticos convenientes para operações simples de microgravação para fabricar microcanais em nanopapel, alcançando uma largura mínima de 200 μm. O microcanal desenvolvido supera as abordagens existentes, alcançando uma melhoria de quatro vezes, e pode ser fabricado em 45 minutos. Além disso, os parâmetros de fabricação foram otimizados e uma conveniente tabela de referência rápida é fornecida para desenvolvedores de aplicativos. A prova de conceito para um misturador laminar, gerador de gotículas e dispositivos analíticos funcionais baseados em nanopapel (NanoPADs) projetados para detecção de Rodamina B usando espectroscopia Raman aprimorada por superfície foi demonstrada. Notavelmente, os NanoPADs exibiram desempenho excepcional com limites de detecção aprimorados. Esses resultados excepcionais podem ser atribuídos às propriedades ópticas superiores do nanopapel e ao método de microgravação preciso recentemente desenvolvido, permitindo a integração e o ajuste fino dos NanoPADs.

Introduction

Recentemente, o papel de celulose nanofibrilada (NFC) (nanopaper) tem emergido como um substrato altamente promissor para diversas aplicações, tais como eletrônica flexível, dispositivos de energia e biomédicos 1,2,3,4. Derivado de plantas naturais, o nanopapel é econômico, biocompatível e biodegradável, tornando-se uma alternativa atraente ao papel celulósico tradicional ^5,6. Suas propriedades excepcionais incluem uma superfície ultralisa com rugosidade superficial inferior a 25 nm ....

Protocol

1. Processo de microgravação para padronização de microcanais em nanopapel

1. Preparação do molde
   NOTA: Consulte Yuan et ^al.12 para obter detalhes sobre a preparação do molde.
   1. Prepare um filme de PTFE conforme indicado na Tabela de Materiais.
   2. Corte a laser do filme de PTFE preparado para fazer um molde de microcanal convexo (Figura 1A-I).
      NOTA: As dimensões do molde de PTFE dete.......

Discussion

O foco principal deste estudo é desenvolver um método simples para a fabricação de microcanais em nanopapel. Uma eficiente técnica de gravação em relevo foi desenvolvida usando PTFE como molde para enfrentar esse desafio¹². Otimizando a temperatura e a pressão de gravação, uma série de experimentos foi conduzida para estabelecer um processo de fabricação confiável para NanoPADs. Adicionalmente, foi demonstrado o uso de uma tabela de referência rápida para ajustar as aplicações de.......

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