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  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • Representative Results
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

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.......

Representative Results

Um método único para criar padrões de microcanais em nanopapel foi desenvolvido utilizando os práticos micromoldes de plástico através da conveniente técnica de microgravação. Notadamente, esse método realiza padronização de microcanais em uma escala tão pequena quanto 200 μm, o que representa uma melhora de quatro vezes em relação aos métodos existentes32,33,34. Após o ajuste fino dos parâmetros de padroniza?.......

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.......

Disclosures

Os autores não têm nada a revelar.

Acknowledgements

Os autores agradecem o apoio financeiro dos programas da Fundação de Ciências Naturais do Ensino Superior de Jiangsu (22KJB460033) e do Programa de Ciência e Tecnologia de Jiangsu - Jovem Acadêmico (BK20200251). Este trabalho também é parcialmente apoiado pelo Centro de Pesquisa da Universidade XJTLU AI, Centro de Pesquisa de Engenharia da Província de Jiangsu de Ciência de Dados e Computação Cognitiva na XJTLU e plataforma de inovação SIP AI (YZCXPT2022103). Também é reconhecido o apoio do Laboratório Chave Estadual para Engenharia de Sistemas de Manufatura via projeto aberto (SKLMS2023019) e do Laboratório Chave de Engenharia Biônica, Ministério da Educação.

....

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
AgNO3 Hushi (Shanghai, China)7761-88-8>99%
EthanolHushi (Shanghai, China)64-17-5>99%
HexadecaneMacklin (Shanghai, China)544-76-3>99%
LabSpec softwareHoriba (Japan)LabSpec5
MelamineMacklin (Shanghai, China)108-78-1>99%
NaBH4Aladdin (Shanghai, China)16940-66-2>99%
Origin lab softwareOriginLab (USA)
Polyethylene terephthalate (PET) Myers Industries (Akron, USA)
Polytetrafluoroethylene filmsShenzhen Huashenglong plastic material Co., Ltd. (Shenzhen, China)Teflon film
PVDF filter membraneEMD Millipore Corporation (USA)VVLP04700pore size: 0.1 μm
Raman spectrometerHoriba (Japan)Xplo RA
Rhodamine BMacklin (Shanghai, China)81-88-9>95%
Scanning electron microscopy (SEM)FEI(USA)Scios 2 HiVac
Silicon waferHoriba (Japan)diameter: 5 mm
TEMPO-oxidized NFC slurryTianjin University of Science and Technology1.0 wt% solid, carboxylate level 2.0 mmol/g solid, average nanofiber diameter: 10 nm

References

  1. Zhu, H., Fang, Z., Preston, C., Li, Y., Hu, L. Transparent paper: fabrications, properties, and device applications. Energy & Environmental Science. 7 (1), 269-287 (2013).
  2. Nogi, M., Iwamoto, S., Nakagaito, A. N., Yano, H. Optically transparent na....

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