Mikro Kabartma: Nanoselüloz Kağıt Bazlı Mikroakışkanlar Üzerinde Mikrokanalların Üretilmesi İçin Uygun Bir İşlem

Özet

Bu protokol, nanofibrillenmiş selüloz kağıt üzerinde mikro kanallar üretmek için basit mikro kabartma işlemleri için uygun plastik mikro kalıpları kullanan ve minimum 200 μm genişliğe ulaşan basit bir işlemi açıklar.

Özet

Nanofibrillenmiş selülozdan elde edilen nanokağıt, mikroakışkan uygulamalar için umut verici bir malzeme olarak büyük ilgi görmüştür. Çekiciliği, son derece pürüzsüz bir yüzey, olağanüstü optik şeffaflık, nano ölçekli gözenekliliğe sahip tek tip bir nanofiber matris ve özelleştirilebilir kimyasal özellikler dahil olmak üzere bir dizi mükemmel özellikte yatmaktadır. Nanokağıt bazlı mikroakışkanların hızlı büyümesine rağmen, pratik uygulamalar için çok önemli olan 3D baskı, sprey kaplama veya manuel kesme ve montaj gibi nanokağıt üzerinde mikrokanallar oluşturmak için kullanılan mevcut teknikler, özellikle kontaminasyona duyarlılık gibi belirli sınırlamalara sahiptir. Ayrıca, bu yöntemler milimetre boyutundaki kanalların üretimi ile sınırlıdır. Bu çalışma, nanokağıt üzerinde mikro kanallar üretmek için basit mikro kabartma işlemleri için uygun plastik mikro kalıpları kullanan ve minimum 200 μm genişliğe ulaşan basit bir süreç sunmaktadır. Geliştirilen mikro kanal, mevcut yaklaşımlardan daha iyi performans göstererek dört kat iyileştirme sağlıyor ve 45 dakika içinde üretilebiliyor. Ayrıca, üretim parametreleri optimize edilmiştir ve uygulama geliştiricileri için uygun bir hızlı referans tablosu sağlanmıştır. Yüzeyde geliştirilmiş Raman spektroskopisi kullanılarak Rhodamine B algılaması için tasarlanmış bir laminer karıştırıcı, damlacık üreteci ve fonksiyonel nanokağıt tabanlı analitik cihazlar (NanoPAD'ler) için kavram kanıtı gösterildi. Özellikle, NanoPAD'ler, gelişmiş algılama sınırları ile olağanüstü performans sergiledi. Bu olağanüstü sonuçlar, nanokağıdın üstün optik özelliklerine ve NanoPAD'lerin entegrasyonunu ve ince ayarını sağlayan yakın zamanda geliştirilen doğru mikro kabartma yöntemine bağlanabilir.

Giriş

Son zamanlarda, nanofibrillenmiş selüloz (NFC) kağıdı (nanokağıt), esnek elektronik, enerji cihazları ve biyomedikal 1,2,3,4 gibi çeşitli uygulamalar için oldukça umut verici bir substrat malzemesi olarak ortaya çıkmıştır. Doğal bitkilerden elde edilen nano kağıt, uygun maliyetli, biyouyumlu ve biyolojik olarak parçalanabilir, bu da onu geleneksel selüloz kağıda ^5,6 çekici bir alternatif haline getirir. İstisnai özellikleri arasında, 25 nm'den daha az yüzey pürüzlülüğüne sahip ultra ....

Protokol

1. Nanokağıt üzerinde mikrokanal desenleme için mikro kabartma işlemi

1. Kalıp hazırlama
   NOT: Kalıp hazırlama ile ilgili ayrıntılar için Yuan ve ^ark.12'ye bakın.
   1. Malzeme Tablosunda belirtildiği gibi bir PTFE filmi hazırlayın.
   2. Dışbükey bir mikrokanal kalıbı yapmak için hazırlanan PTFE filmi lazerle kesin (Şekil 1A-I).
      NOT: PTFE kalıbının boyutları, doğrusal birinci dereceden fonksiyon ilişkisinde mikrokanal boyutlarını (Şekil 2E,F) belirler.
2. Nano kağıt hazırlama

Tartışmalar

Bu çalışmanın ana odak noktası, nanokağıt üzerinde mikrokanallar üretmek için basit bir yöntem geliştirmektir. Bu zorluğun üstesinden gelmek için kalıp olarak PTFE kullanılarak etkili bir kabartma tekniği geliştirildi¹². Sıcaklık ve kabartma basıncını optimize ederek, NanoPAD'ler için güvenilir bir üretim süreci oluşturmak için bir dizi deney yapıldı. Ek olarak, NanoPAD'lerin farklı alanlardaki uygulamalarını ayarlamak için bir hızlı referans tablosunun kullan.......

Malzemeler

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