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

Detta arbete stöds av en fond från Bourns College of Engineering vid University of California, Riverside. BK fick ett stipendium från Lung-Wen Tsai Memorial Award i mekanisk konstruktion.

1. Planar 4-lagers Device (staplade lager) Konstruktion <ol><li> Utskrifts matriser av varje skikt av anordningen 9 på varje bit filterpapper med hjälp av en vaxskrivare. 11,12 Placera varje filterpapper på en värmeplatta vid 170 ° C under 2 min. Detta kommer att smälta vaxet baserat bläck och låt det helt penetrera papperets tjocklek, som bildar hydrofoba barriärer. OBS: De exakta mönster som används är tillgängliga som kompletterande filer. </li><li> Ta bort filtret papper f...

<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>

Ovanstående protokoll använder perforerade metallplåtar som schabloner för att applicera aerosol lim för att konstruera plana och icke-plana 3D papper mikrofluidikanordningar. I plana enheter, har detta fördelen att anordningar för att vara helt ovikt efter att limmet har torkat utan att förstöra enheten. I andra lim baserat byggteknik, är detta nästan omöjligt, även om vissa konstruktioner möjliggör partiell destruktiv demontering av unpeeling två halvor hålls samman med en flyttbar självhäftande. <s...

Under de senaste åren har papper mikrofluidik rönt stor popularitet för sin potential att ge låg kostnad vård (POC) diagnostiska anordningar. 1-3 POC enheter erbjuder funktioner liknar lab-baserade test i ett format som gör att resultaten vara erhålls relativt snabbt. POC anordningar tillverkade av papper är billiga, lätta och enkla att använda alternativ till dyra mikroflödessystem chips och miniatyriserade laboratorier, vilket gör dem idealiska för användning i resursfattiga områden. De vanligaste pappers mikrofluidikanordningar är endimensionella sido enheter flöde, men plana tredimensionella (3D) papper mikrofluidikanordningar hålla lovar att ge multiplexerade diagnostiska anordningar 4 som tar upp en mycket mindre fotavtryck än vad som skulle krävas av en 2D-enhet 5 och motsvarande använda en mindre provvolym. Inledningsvis var plana 3D pappers mikrofluidikanordningar monteras individuellt, skikt-för-skikt with mönstrade pappersskikt alternerande med laserskurna dubbelhäftande tejp. Noggrant inriktade hål skurna i bandskiktet fylldes med cellulosapulver för att bland skikt vätsketransport. 4 Ett antal alternativa metoder därefter utvecklats, 6-9 var förbättrade olika aspekter av enheterna. I synnerhet genom att undvika lim enheter kan vikas via origami tekniker med lager som hålls samman av en yttre klämma. 8 Detta eliminerar eventuella klister inblandning i ett diagnostiskt test och gör att enheten kan vara ovikt efter användning, potentiellt tillåta ännu mindre prov volymer genom att visa resultat internt. Alternativt genom att använda en aerosol bindemedel appliceras mellan varje pappersskikt, lakan av enheter kan monteras samtidigt, utan tidsödande mönstring och inriktning av bandet. 9 Emellertid genom att applicera en aerosol lim genom en schablon, är det möjligt att få nytta avbåda dessa tekniker. Genom att spraya lim genom en schablon, är bara en bråkdel av limmet appliceras på enheten, vilket minimerar eventuella störningar med mellanskikt vätskeöverföring. Dessutom, med noggrann stencil val, ett mönster av lim kan appliceras som resulterar i halvpermanent limning, så att enheter som ska vikas efter användning, samtidigt som det ger tillräcklig mellanskikt kontakt för att tillåta vätska att sugas mellan skikten. Slutligen, applicera aerosol lim genom en schablon underlättar byggandet av icke-plana 3D papper mikroflödessystem enheter, genom att minimera mängden lim appliceras på intilliggande ytor som kan kräva frekvent vikning och utfällning under byggtiden. 10 Dessutom användning av mönstrade lim gör enheten ska vara ovikta efter användning för mer praktisk förvaring. Icke-plan 3D papper mikrofluidikanordningar förväntas användas för uppgifter som annars skulle vara omöjligt i en plan 3D Device. Figur 1 skildrar den allmänna processflöde används för att konstruera både plana och icke-plana 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.

proven fyra skikt enhets utfördes i en sluten kammare, avskärmning dem från någon vind eller vindar som kan orsaka överdriven avdunstning av begränsad deponerade vätskevolymen. Majoriteten av uppsugning i fyra skikt enheter är i mellanskikten i anordningen, så skillnader i fuktspridande hastigheter på grund av avdunstning förväntades vara minimal. Dessutom, det är minimal lateral transporterande, med endast 13 mm mellan inloppet och någon enskild utlopp, vilket tyder på at...

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 demonstrera användningen av mönstrade aerosol lim för att konstruera 3D pappers mikrofluidikanordningar. Denna metod för självhäftande ansökningsblanketter halvpermanenta bindningar mellan skikten, som gör det möjligt för engångsbruk för att vara icke-förstörande isär efter användning och för att underlätta vikning komplexa icke-plana strukturer.

Använda Lim Mönstring att konstruera 3D Paper Mikrofluidikanordningar

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

Separera Pärlor och celler i flera kanaler mikroflödessystem enheter Använda Dielectrophoresis och laminär strömning

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 Organisation och Dynamics i mikroorganismer, med total inre Mikroskopi fluorescens

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

Snabb och billig Prototyping för medicintekniska produkter Använda 3D Tryckt Formar för 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

Pappersbaserade enheter för Isolering och karakterisering av extracellulär Blåsor

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

Skikt för skikt kollagendeponering i mikroflödessystem enheter för 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

Snabb Subtraktiv Mönstring av levande cellskikt med en mikroflödessystem 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-steg varierande höjd Fotolitografi för Ventilförsedda Multilayer Mikrofluidikanordningar

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

Tillverkning av Tredimensionell Pappersbaserade Mikrofluidikanordningar för Immun

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

Mjuk litografiskt förfarande för att producera plast mikroflödessystem enheter med Visa-portar Transparent för synligt och infrarött ljus

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

Utvecklingen av mikrofabricerade enheter att studera töjning kapacitet av Tip växande växtceller i extremt små utrymmen

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