Name: using adhesive patterning to construct 3d paper microfluidic devices
Uploaded: 2016-04-01T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Using Adhesive Patterning to Construct 3D Paper Microfluidic Devices at JoVE.com

Dit werk wordt ondersteund door een fonds van Bourns College of Engineering van de Universiteit van Californië, Riverside. BK kreeg een beurs van de Lung-Wen Tsai Memorial Award in Mechanical Design.

1. Planar 4-laags Device (gestapelde lagen) Construction <ol><li> Print arrays van elke laag van de inrichting 9 op elk stukje filtreerpapier onder toepassing van een vaste inkt printer. 11,12 Plaats elk filtreerpapier op een verwarmingsplaat bij 170 ° C gedurende 2 minuten. Hierdoor wordt de inkt op wasbasis smelten en laat het volledig doordringen in de dikte van het papier, de vorming van hydrofobe barrières. NB: De exacte ontwerpen die worden gebruikt zijn beschikbaar als aanvullende...

<ol>
	<li>Li, X., Ballerini, D. R., Shen, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+perspective+on+paper-based+microfluidics:+Current+status+and+future+trends.">A perspective on paper-based microfluidics: Current status and future trends.</a> Biomicrofluidics. 6, 11301-11313 (2012).</li><li>Yetisen, A. K., Akram, M. S., Lowe, C. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Paper-based+microfluidic+point-of-care+diagnostic+devices.">Paper-based microfluidic point-of-care diagnostic devices.</a> Lab Chip. 13, 2210-2251 (2013).</li><li>Cate, D. M., Adkins, J. A., Mettakoonpitak, J., Henry, C. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+developments+in+paper-based+microfluidic+devices.">Recent developments in paper-based microfluidic devices.</a> Anal Chem. 87, 19-41 (2015).</li><li>Martinez, A. W., Phillips, S. T., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-dimensional+microfluidic+devices+fabricated+in+layered+paper+and+tape.">Three-dimensional microfluidic devices fabricated in layered paper and tape.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 105, 19606-19611 (2008).</li><li>Fu, E., Ramsey, S. A., Kauffman, P., Lutz, B., Yager, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transport+in+two-dimensional+paper+networks.">Transport in two-dimensional paper networks.</a> Microfluid Nanofluidics. 10, 29-35 (2011).</li><li>Govindarajan, A. V., Ramachandran, S., Vigil, G. D., Yager, P., Bohringer, K. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+low+cost+point-of-care+viscous+sample+preparation+device+for+molecular+diagnosis+in+the+developing+world;+an+example+of+microfluidic+origami.">A low cost point-of-care viscous sample preparation device for molecular diagnosis in the developing world; an example of microfluidic origami.</a> Lab Chip. 12, 174-181 (2012).</li><li>Schilling, K. M., Jauregui, D., Martinez, A. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Paper+and+toner+three-dimensional+fluidic+devices:+programming+fluid+flow+to+improve+point-of-care+diagnostics.">Paper and toner three-dimensional fluidic devices: programming fluid flow to improve point-of-care diagnostics.</a> Lab Chip. 13, 628-631 (2013).</li><li>Liu, H., Crooks, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-dimensional+paper+microfluidic+devices+assembled+using+the+principles+of+origami.">Three-dimensional paper microfluidic devices assembled using the principles of origami.</a> J Am Chem Soc. 133, 17564-17566 (2011).</li><li>Lewis, G. G., DiTucci, M. J., Baker, M. S., Phillips, S. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High+throughput+method+for+prototyping+three-dimensional,+paper-based+microfluidic+devices.">High throughput method for prototyping three-dimensional, paper-based microfluidic devices.</a> Lab Chip. 12, 2630-2633 (2012).</li><li>Kalish, B., Tsutsui, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Patterned+adhesive+enables+construction+of+nonplanar+three-dimensional+paper+microfluidic+circuits.">Patterned adhesive enables construction of nonplanar three-dimensional paper microfluidic circuits.</a> Lab Chip. 14, 4354-4361 (2014).</li><li>Carrilho, E., Martinez, A. W., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Understanding+wax+printing:+a+simple+micropatterning+process+for+paper-based+microfluidics.">Understanding wax printing: a simple micropatterning process for paper-based microfluidics.</a> Anal Chem. 81, 7091-7095 (2009).</li><li>Lu, Y., Shi, W., Jiang, L., Qin, J., Lin, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+prototyping+of+paper-based+microfluidics+with+wax+for+low-cost,+portable+bioassay.">Rapid prototyping of paper-based microfluidics with wax for low-cost, portable bioassay.</a> Electrophoresis. 30, 1497-1500 (2009).</li><li>Maekawa, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Genuine Japanese origami. , (2012).</li><li>Schonhorn, J. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+device+architecture+for+three-dimensional,+patterned+paper+immunoassays.">A device architecture for three-dimensional, patterned paper immunoassays.</a> Lab Chip. 14, 4653-4658 (2014).</li><li>Guan, J. J., He, H. Y., Hansford, D. J., Lee, L. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Self-folding+of+three-dimensional+hydrogel+microstructures.">Self-folding of three-dimensional hydrogel microstructures.</a> J Phys Chem B. 109, 23134-23137 (2005).</li></ol>

De bovenstaande protocollen gebruiken geperforeerde metalen platen als stencils voor het aanbrengen van aerosol kleefstoffen vlakke en niet-vlakke 3D papier microfluïdische apparaten te bouwen. In planaire inrichtingen, heeft dit het voordeel dat apparaten volledig uitgevouwen nadat de kleefstof is gedroogd zonder dat het toestel vernietigen. In andere lijm op basis bouwtechnieken, dit bijna onvermijdelijk, hoewel sommige ontwerpen voor de gedeeltelijke destructief demontage van unpeeling twee helften bij elkaar gehoud...

De laatste jaren is papier microfluïdische aanzienlijke populariteit vergaard om zijn potentieel goedkope bijzondere zorg (POC) diagnostica. 1-3 POC apparaten bieden functionaliteit vergelijkbaar met die van lab-gebaseerde testen in een formaat waarmee resultaten worden relatief snel verkregen. POC-apparaten gemaakt van papier zijn low-cost, lichtgewicht en eenvoudig te gebruiken alternatieven voor dure microfluïdische chips en geminiaturiseerde laboratoria, waardoor ze ideaal zijn voor gebruik in beperkte middelen. De meest voorkomende papier microfluïdische inrichtingen eendimensionale zijstroom apparaten, maar planaire drie-dimensionale (3D) papier microfluidic devices houden beloven gemultiplexte diagnostica 4 dat hij een veel compacter is dan vereist zou zijn door een 2D inrichting 5 verschaffen en navenant gebruik maken van een kleinere steekproef volume. Aanvankelijk werden planaire 3D papier microfluïdische inrichtingen afzonderlijk geassembleerd, laag voor laag with patroonpapier lagen afgewisseld met laser gesneden dubbelzijdige tape. Zorgvuldig uitgelijnde gaten in de tapelaag gesneden werden gevuld met cellulosepoeder tot tussenlaag vloeistoftransport waarborgen. 4 een aantal alternatieve werkwijzen werden vervolgens ontwikkeld, 6-9 elk verbeteren verschillende aspecten van de apparaten. In het bijzonder door mijdend kleefstoffen, apparaten kan worden gevouwen via origami technieken met lagen bij elkaar gehouden door een externe klem. 8 Dit elimineert eventuele lijm inmenging in een diagnostische test en kan het apparaat uitgevouwen post-gebruik, wat het mogelijk maakt nog kleinere steekproef volumes door het weergeven van de resultaten intern. Als alternatief, met behulp van een spuitbus lijm aangebracht tussen elke laag papier, vellen apparaten kunnen tegelijkertijd worden gemonteerd, zonder tijdrovende patronen en afstemming van tape. 9 Echter, door toepassing van een aerosol hechtmiddel door een stencil, is het mogelijk om ten behoeve van krijgenbeide technieken. Door sproeien van de kleefstof door een sjabloon, wordt slechts een fractie van de lijm aangebracht op de inrichting, het minimaliseren van mogelijke storing tussenlaag fluïdumoverdracht. Bovendien, met een zorgvuldige selectie stencil, een patroon van lijm kan worden toegepast dat resulteert in een semi-permanente lijmen, waardoor apparaten worden uitgevouwen na gebruik, terwijl het toch voldoende tussenlaag contact om vloeistof lont tussen de lagen. Tenslotte toepassing aerosol kleefstoffen door een sjabloon vergemakkelijkt de constructie van niet-vlakke 3D papier microfluïdische inrichtingen, door het minimaliseren van de hoeveelheid lijm aangebracht op aangrenzende vlakken dat veelvuldig vouwen en ontvouwen tijdens constructie nodig. 10 Bovendien kan het gebruik van patroon kleefmiddel stelt inrichting te ontvouwde na het gebruik voor meer handige opslag. Nonplanar 3D papier microfluïdische apparaten zullen naar verwachting worden gebruikt voor taken die anders onmogelijk zou zijn in een vlakke 3D Device. Figuur 1 toont de algemene processtroom gebruikt voor zowel vlakke en niet-vlakke 3D inrichtingen te construeren.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="585">
	<tbody>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:165px;">Camera</td>
			<td style="width:143px;">Nikon</td>
			<td style="width:119px;">D5100</td>
			<td style="width:160px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:165px;">Solid-ink printer</td>
			<td style="width:143px;">Xerox</td>
			<td style="width:119px;">ColorQube 8880</td>
			<td style="width:160px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:165px;">Hotplate</td>
			<td style="width:143px;">Torrey Pines</td>
			<td style="width:119px;">HS60</td>
			<td style="width:160px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:165px;">Humidity chamber</td>
			<td style="width:143px;">Electro-Tech Systems</td>
			<td style="width:119px;">5503-E</td>
			<td style="width:160px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:165px;">Spray adhesive</td>
			<td style="width:143px;">3M</td>
			<td style="width:119px;">62497749309</td>
			<td style="width:160px;">Super 77 (16.75 oz can)</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:165px;">Filter paper</td>
			<td style="width:143px;">Whatman</td>
			<td style="width:119px;">Grade 4</td>
			<td style="width:160px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:165px;">Perforated steel sheet</td>
			<td style="width:143px;">MetalsDepot</td>
			<td style="width:119px;">PS16116</td>
			<td style="width:160px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:165px;">Tartrazine</td>
			<td style="width:143px;">Sigma-Aldritch</td>
			<td style="width:119px;">T0388</td>
			<td style="width:160px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:165px;">Allura Red</td>
			<td style="width:143px;">Sigma-Aldritch</td>
			<td style="width:119px;">458848</td>
			<td style="width:160px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:165px;">Erioglaucine disodium salt</td>
			<td style="width:143px;">Sigma-Aldritch</td>
			<td style="width:119px;">861146</td>
			<td style="width:160px;"></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

using adhesive patterning to construct 3d paper microfluidic devices

We demonstrate the use of patterned aerosol adhesives to construct both planar and nonplanar 3D paper microfluidic devices. By spraying an aerosol adhesive through a metal stencil, the overall amount of adhesive used in assembling paper microfluidic devices can be significantly reduced. We show on a simple 4-layer planar paper microfluidic device that the optimal adhesive application technique and device construction style depends heavily on desired performance characteristics. By moderately increasing the overall area of a device, it is possible to dramatically decrease the wicking time and increase device success rates while also reducing the amount of adhesive required to keep the device together. Such adhesive application also causes the adhesive to form semi-permanent bonds instead of permanent bonds between paper layers, enabling single-use devices to be non-destructively disassembled after use. Nonplanar 3D origami devices also benefit from the semi-permanent bonds during folding, as it reduces the likelihood that unrelated faces may accidently stick together. Like planar devices, nonplanar structures see reduced wicking times with patterned adhesive application vs uniformly applied adhesive.

De 4-laaginrichting werden uitgevoerd in een afgesloten kamer, hen te behoeden geen wind of wind die overmatige verdamping van het gedeponeerde beperkt vloeistofvolume kan leiden. De meerderheid van de wicking in de 4-laags apparaten in de middelste lagen van de inrichting, zodat verschillen in snelheden wicking door verdamping werd verwacht minimaal. Daarnaast is er een minimaal lateraal wicking, slechts 13 mm tussen de inlaat en uitlaat een individu, wat suggereert dat variaties op wic...

Watch this Scientific Journal Video about Using Adhesive Patterning to Construct 3D Paper Microfluidic Devices at JoVE.com

Using Adhesive Patterning to Construct 3D Paper Microfluidic Devices

We demonstreren het gebruik van patroon aerosol kleefstoffen 3D papier microfluïdische inrichtingen te construeren. Deze methode van lijm aanvraagformulieren semi-permanente banden tussen de lagen, waardoor eenmalig gebruik apparaten op non-destructief gedemonteerd na gebruik en te vouwen complexe nonplanar structuren te verlichten zijn.

Met behulp van Adhesive gestructureerd om Construct 3D Paper microfluïdische apparaten

We demonstrate the use of patterned aerosol adhesives to construct both planar and nonplanar 3D paper microfluidic devices. By spraying an aerosol ...

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Separating Beads and Cells in Multi-channel Microfluidic Devices Using Dielectrophoresis and Laminar Flow

Scheiden Kralen en cellen in Multi-channel Microfluïdische apparaten met behulp van Dielectrophoresis en Laminar Flow

Microfluidic devices have advanced cell studies by providing a dynamic fluidic environment on the scale of the cell for studying, manipulating, sorting ...

Visualization of Cortex Organization and Dynamics in Microorganisms, using Total Internal Reflection Fluorescence Microscopy

Visualisatie van Cortex Organisatie en Dynamiek in Micro-organismen, met behulp van Total Internal Reflection Fluorescence Microscopy

TIRF microscopy has emerged as  a powerful imaging technology to study spatio-temporal dynamics of fluorescent molecules  in vitro and in living cells1. ...

Rapid and Low-cost Prototyping of Medical Devices Using 3D Printed Molds for Liquid Injection Molding

Snelle en Low-cost Prototyping van medische hulpmiddelen met behulp van 3D-Gedrukt Mallen voor Liquid Injection Molding

Biologically inert elastomers such as silicone are favorable materials for medical device fabrication, but forming and curing these elastomers using ...

Paper-based Devices for Isolation and Characterization of Extracellular Vesicles

Papieren Inrichtingen voor isolatie en karakterisering van extracellulaire blaasjes

Extracellular vesicles (EVs), membranous particles released from various types of cells, hold a great potential for clinical applications. They contain ...

Layer-by-layer Collagen Deposition in Microfluidic Devices for Microtissue Stabilization

Layer-by-layer Collageen depositie in Microfluïdische Inrichtingen voor Microtissue Stabilization

Although microfluidics provides exquisite control of the cellular microenvironment, culturing cells within microfluidic devices can be challenging. 3D ...

Rapid Subtractive Patterning of Live Cell Layers with a Microfluidic Probe

Rapid Subtractieve patroonvorming van Live-Cell Lagen met een microfluïdische Probe

The microfluidic probe (MFP) facilitates performing local chemistry on biological substrates by confining nanoliter volumes of liquids. Using one ...

Multi-step Variable Height Photolithography for Valved Multilayer Microfluidic Devices

Multi-stap Variabele Hoogte fotolithografie voor Valved Multilayer microfluïdische apparaten

Microfluidic systems have enabled powerful new approaches to high-throughput biochemical and biological analysis. However, there remains a barrier to ...

Fabrication of Three-dimensional Paper-based Microfluidic Devices for Immunoassays

Fabricage van Driedimensionale Paper-based microfluïdische apparaten voor een immunoassay

Paper wicks fluids autonomously due to capillary action. By patterning paper with hydrophobic barriers, the transport of fluids can be controlled and ...

Soft Lithographic Procedure for Producing Plastic Microfluidic Devices with View-ports Transparent to Visible and Infrared Light

Zachte lithografische Procedure voor de productie van kunststof Microfluidic apparaten met weergave-poorten transparant voor zichtbaar en infrarood licht

Infrared (IR) spectro-microscopy of living biological samples is hampered by the absorption of water in the mid-IR range and by the lack of suitable ...

Development of Microfluidic Devices to Study the Elongation Capability of Tip-growing Plant Cells in Extremely Small Spaces

Ontwikkeling van Microfluidic apparaten te bestuderen van de rek mogelijkheid van plantencellen Tip groeiende in zeer kleine ruimtes

In vivo, tip-growing plant cells need to overcome a series of physical barriers; however, researchers lack the methodology to visualize cellular behavior ...