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

Dette arbeidet støttes av et fond fra Bourns College of Engineering ved University of California, Riverside. BK mottatt stipend fra Lung-Wen Tsai Memorial Award i Mechanical Design.

1. Planar 4-lags Device (stablet lag) Bygging <ol><li> Trykket av matriser av hvert lag av innretningen 9 på hvert stykke filterpapir ved anvendelse av en smeltevoksskriver. 11,12 sted hver filterpapir på en varmeplate ved 170 ° C i 2 min. Dette vil smelte voksbasert blekk og tillate den å gå tvers gjennom tykkelsen av papiret, danner hydrofobe barrierer. MERK: De eksakte design brukes er tilgjengelig som tilleggsfiler. </li><li> Fjern filter papir fra kokeplaten og la den avkjøles t...

<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 ovennevnte protokoller bruke perforerte metallplater som sjablonger for å bruke spray lim for å lage planar og ikke-plane 3D papir microfluidic enheter. I planar enheter, har denne fordelen av å la enhetene være helt utfoldet etter at limet har tørket uten å ødelegge enheten. Med andre lim basert konstruksjon teknikker, er dette nesten umulig, selv om noen design tillater delvis destruktiv demontering av unpeeling to halvdeler som holdes sammen med et avtagbart lim. 14 Adhesiveless konstruksjon gjø...

I de siste årene har papir MicroFluidics fått stor popularitet for dens potensial for å gi lave kostnader point of care (POC) diagnoseutstyr. 1-3 POC enheter tilbyr funksjonalitet som ligner på de av lab-baserte tester i et format som gjør at resultatene skal være oppnås relativt raskt. POC enheter som er laget av papir er billig, lett og enkel å bruke alternativer til dyre microfluidic potetgull og miniatyriserte laboratorier, noe som gjør dem ideelle for bruk i ressursbegrensede innstillinger. De mest vanlige papir microfluidic enheter er endimensjonale laterale flyt enheter, men planar tredimensjonal (3D) papir microfluidic enheter holde lover å gi multipleksede diagnostiske enheter 4 som tar opp mye mindre plass enn hva som kreves av en 2D-enhet 5 og tilsvarende bruke et mindre prøvevolum. I første omgang ble planar 3D papir microfluidic enheter montert individuelt, lag-på-lag with mønstret papir lagene veksler med laser-cut dobbeltsidig tape. Nøye justert hull skåret i båndlaget var fylt med cellulosepulver for å sikre inter-lags væsketransport. 4 En rekke alternative metoder ble senere utviklet, 6-9 hver forbedre ulike aspekter av enhetene. Spesielt ved eschewing lim, enhetene kan foldes via origami teknikker med lag som holdes sammen av en ekstern klemme. 8 Dette eliminerer eventuelle lim forstyrrelser i en diagnostisk test og gjør at enheten kan være utfoldet post-bruk, noe som muliggjør enda mindre utvalg volumer ved å vise resultater internt. Alternativt kan, ved hjelp av en aerosol klebemiddel påført mellom hver papirlaget, ark av enhetene kan settes sammen samtidig, uten tidkrevende mønstring og innretting av tapen. 9 Imidlertid, ved å anvende en aerosol klebemiddel gjennom en sjablong, er det mulig å få nytte avbegge disse teknikker. Ved sprøyting av limet gjennom en sjablong, er bare en brøkdel av klebemiddel påført anordningen, minimere enhver potensiell interferens med væskeoverførings mellomlag. I tillegg, med forsiktig sjablong utvalg, et mønster av klebemiddel kan brukes som resulterer i semi-permanent liming, slik at enheter som skal foldes ut etter bruk, samtidig som tilstrekkelig mellomlag kontakt for å tillate væske for å transportere mellom lagene. Til slutt, påføring aerosol lim gjennom en sjablong letter konstruksjonen av ikke-plane 3D papir microfluidic-enheter, ved å minimalisere mengden av klebemiddel påført tilstøtende flater som kan kreve hyppig folding og utfolding under byggingen. 10 I tillegg har bruken av mønstrede klebemiddel gjør det mulig for enheten å bli utfoldet seg etter bruk for mer praktisk oppbevaring. Plane 3D papir microfluidic enheter forventes å bli brukt til oppgaver som ellers ville være umulig i en plan 3D distribusjonse. Figur 1 viser den generelle prosessflyten som brukes til å konstruere både plane og ikke-plane 3D-enheter.

<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 fire-lags enhetstester ble utført i et lukket kammer, skjerming dem fra enhver vind eller vind som kan føre til overdreven fordampning av begrenset avsatt væskevolum. Flertallet av veke i 4-lags enheter er midt lag av enheten, slik at forskjeller i fukttransporterende hastigheter på grunn av fordampning var forventet å være minimal. I tillegg er det minimalt med sideveis veke, med bare 13 mm mellom innløp og utløp ethvert individ, noe som tyder på at variasjoner i veke tidene...

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

Vi demonstrerer bruk av mønstrede aerosol lim for å lage 3D papir microfluidic enheter. Denne metoden for selvklebende søknadsskjemaer semi-permanente bindinger mellom lagene, slik at engangsutstyr for å være ikke-destruktiv demonteres etter bruk, og for å lette folding komplekse ikke-plane konstruksjoner.

Ved hjelp av lim Mønstring å konstruere 3D Paper microfluidic enheter

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

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

Visualisering av Cortex Organisasjon og Dynamics i Mikroorganismer, bruke Total Internal Reflection fluorescensmikroskopi

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

Rask og Rimelig Prototyping av medisinsk utstyr Bruk av 3D Trykt Stanse for 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

Papirbaserte Enheter for isolering og karakterisering av Ekstracellulær Blemmer

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

Lag-på-lag Kollagen Nedfall i mikrofluid Enheter for 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 Subtraktiv Mønstring av levende cellelag med en mikrofluid 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-trinns variabel Høyde Fotolitografi for Valved Multilayer microfluidic enheter

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

Fabrikasjon av Tredimensjonal Papirbaserte mikrofluid Enheter for immunologiske

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

Myk litografisk prosedyren for å produsere plast Microfluidic enheter med Vis-porter gjennomsiktig synlige og infrarøde lys

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

Utviklingen av Microfluidic enheter å studere forlengelse evnen til tips voksende anlegget celler i svært små områder

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