Name: Revolutionizing Microfluidics Through Microchannel Fabrication on Nanopaper (Video) | JoVE
Uploaded: 2023-10-06T14:50:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Revolutionizing Microfluidics Through Microchannel Fabrication on Nanopaper at JoVE.com

Los autores agradecen el apoyo financiero de los programas de la Fundación de Ciencias Naturales de la Educación Superior de Jiangsu (22KJB460033) y el Programa de Ciencia y Tecnología de Jiangsu - Young Scholar (BK20200251). Este trabajo también cuenta con el apoyo parcial del Centro de Investigación de la Universidad de IA XJTLU, el Centro de Investigación de Ingeniería de Ciencia de Datos y Computación Cognitiva de la Provincia de Jiangsu en XJTLU y la plataforma de innovación de IA SIP (YZCXPT2022103). También se reconoce el apoyo del Laboratorio Estatal Clave de Ingeniería de Sistemas de Fabricación a través del proyecto abierto (SKLMS2023019) y del Laboratorio Clave de Ingeniería Biónica del Ministerio de Educación.

1. Proceso de micrograbado para patrones de microcanales en nanopapel
<ol><li>Preparación del molde NOTA: Consulte Yuan et al.12 para obtener detalles sobre la preparación del molde.<ol><li>Prepare una película de PTFE como se indica en la Tabla de Materiales.</li>
		<li>Corte con láser la película de PTFE preparada para hacer un molde de microcanal convexo (Figura 1A-I). NOTA: Las dimensiones del molde d...

Micro-Embossed Fabrication of Nanocellulose Paper-Based Analytical Devices  

<ol>
	<li>Zhu, H., Fang, Z., Preston, C., Li, Y., Hu, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transparent+paper:+fabrications,+properties,+and+device+applications.">Transparent paper: fabrications, properties, and device applications.</a> Energy &amp; Environmental Science. 7 (1), 269-287 (2013).</li><li>Nogi, M., Iwamoto, S., Nakagaito, A. N., Yano, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optically+transparent+nanofiber+paper.">Optically transparent nanofiber paper.</a> Advanced Materials. 21 (16), 1595-1598 (2009).</li><li>Li, X., 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=Three-dimensional+sulfated+bacterial+cellulose/gelatin+composite+scaffolds+for+culturing+hepatocytes.">Three-dimensional sulfated bacterial cellulose/gelatin composite scaffolds for culturing hepatocytes.</a> Cyborg and Bionic Systems. 4, 0021 (2023).</li><li>Barhoum, A., Samyn, P., &#214;hlund, T., Dufresne, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Review+of+recent+research+on+flexible+multifunctional+nanopapers.">Review of recent research on flexible multifunctional nanopapers.</a> Nanoscale. 9 (40), 15181-15205 (2017).</li><li>Dufresne, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanocellulose:+a+new+ageless+bionanomaterial.">Nanocellulose: a new ageless bionanomaterial.</a> Materials Today. 16 (6), 220-227 (2013).</li><li>Martin-Martinez, F. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Designing+nanocellulose+materials+from+the+molecular+scale.">Designing nanocellulose materials from the molecular scale.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 115 (28), 7174-7175 (2018).</li><li>Sehaqui, H., Liu, A., Zhou, Q., Berglund, L. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fast+preparation+procedure+for+large,+flat+cellulose+and+cellulose/inorganic+nanopaper+structures.">Fast preparation procedure for large, flat cellulose and cellulose/inorganic nanopaper structures.</a> Biomacromolecules. 11 (9), 2195-2198 (2010).</li><li>Fang, Z., 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=Novel+nanostructured+paper+with+ultrahigh+transparency+and+ultrahigh+haze+for+solar+cells.">Novel nanostructured paper with ultrahigh transparency and ultrahigh haze for solar cells.</a> Nano Letters. 14 (2), 765-773 (2014).</li><li>Zheng, G., 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=Nanostructured+paper+for+flexible+energy+and+electronic+devices.">Nanostructured paper for flexible energy and electronic devices.</a> MRS Bulletin. 38 (4), 320-325 (2013).</li><li>Chen, L., Ying, B., Song, P., Liu, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+nanocellulose-paper-based+sers+multiwell+plate+with+high+sensitivity+and+high+signal+homogeneity.">A nanocellulose-paper-based sers multiwell plate with high sensitivity and high signal homogeneity.</a> Advanced Materials Interfaces. 6 (24), 1901346 (2019).</li><li>Koga, H., 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=Transparent,+conductive,+and+printable+composites+consisting+of+tempo-oxidized+nanocellulose+and+carbon+nanotube.">Transparent, conductive, and printable composites consisting of tempo-oxidized nanocellulose and carbon nanotube.</a> Biomacromolecules. 14 (4), 1160-1165 (2013).</li><li>Yuan, W., 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=Facile+microembossing+process+for+microchannel+fabrication+for+nanocellulose-paper-based+microfluidics.">Facile microembossing process for microchannel fabrication for nanocellulose-paper-based microfluidics.</a> ACS Applied Materials &amp; Interfaces. 15 (5), 6420-6430 (2023).</li><li>Rolland, J. P., Mourey, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Paper+as+a+novel+material+platform+for+devices.">Paper as a novel material platform for devices.</a> MRS Bulletin. 38 (4), 299-305 (2013).</li><li>Martinez, A. W., Phillips, S. T., Butte, M. J., 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=Patterned+paper+as+a+platform+for+inexpensive,+low-volume,+portable+bioassays.">Patterned paper as a platform for inexpensive, low-volume, portable bioassays.</a> Angewandte Chemie International Edition. 46 (8), 1318-1320 (2007).</li><li>Chin, C. D., Linder, V., Sia, S. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lab-on-a-chip+devices+for+global+health:+past+studies+and+future+opportunities.">Lab-on-a-chip devices for global health: past studies and future opportunities.</a> Lab on a Chip. 7 (1), 41-57 (2006).</li><li>Chin, C. D., 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=Microfluidics-based+diagnostics+of+infectious+diseases+in+the+developing+world.">Microfluidics-based diagnostics of infectious diseases in the developing world.</a> Nature Medicine. 17 (8), 1015-1019 (2011).</li><li>Martinez, A. W., Phillips, S. T., Whitesides, G. M., Carrilho, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Diagnostics+for+the+developing+world:+microfluidic+paper-based+analytical+devices.">Diagnostics for the developing world: microfluidic paper-based analytical devices.</a> Analytical Chemistry. 82 (1), 3-10 (2010).</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> Analytical Chemistry. 81 (16), 7091-7095 (2009).</li><li>Lu, Y., Shi, W., 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=Fabrication+and+characterization+of+paper-based+microfluidics+prepared+in+nitrocellulose+membrane+by+wax+printing.">Fabrication and characterization of paper-based microfluidics prepared in nitrocellulose membrane by wax printing.</a> Analytical Chemistry. 82 (1), 329-335 (2010).</li><li>Li, X., Zhao, C., Liu, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+paper-based+microfluidic+biosensor+integrating+zinc+oxide+nanowires+for+electrochemical+glucose+detection.">A paper-based microfluidic biosensor integrating zinc oxide nanowires for electrochemical glucose detection.</a> Microsystems &amp; Nanoengineering. 1 (1), 1-7 (2015).</li><li>Nie, Z., 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=Electrochemical+sensing+in+paper-based+microfluidic+devices.">Electrochemical sensing in paper-based microfluidic devices.</a> Lab on a Chip. 10 (4), 477-483 (2010).</li><li>Cai, T., 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+paper-based+microfluidic+analytical+device+with+a+highly+integrated+on-chip+valve+for+autonomous+ELISA.">A paper-based microfluidic analytical device with a highly integrated on-chip valve for autonomous ELISA.</a> 2022 IEEE 35th International Conference on Micro Electro Mechanical Systems Conference (MEMS). , 271-274 (2022).</li><li>Murdock, R. C., 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=Optimization+of+a+paper-based+ELISA+for+a+human+performance+biomarker).">Optimization of a paper-based ELISA for a human performance biomarker).</a> Analytical Chemistry. 85 (23), 11634-11642 (2013).</li><li>Cheng, C. M., 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=Paper-based+ELISA.">Paper-based ELISA.</a> Angewandte Chemie. 122 (28), 4881-4884 (2010).</li><li>Holstein, C. A., 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=Immobilizing+affinity+proteins+to+nitrocellulose:+a+toolbox+for+paper-based+assay+developers.">Immobilizing affinity proteins to nitrocellulose: a toolbox for paper-based assay developers.</a> Analytical and Bioanalytical Chemistry. 408 (5), 1335-1346 (2016).</li><li>Tenda, K., 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=Paper-based+antibody+detection+devices+using+bioluminescent+bret-switching+sensor+proteins.">Paper-based antibody detection devices using bioluminescent bret-switching sensor proteins.</a> Angewandte Chemie International Edition. 57 (47), 15369-15373 (2018).</li><li>Gong, M. M., Nosrati, R., San Gabriel, M. C., Zini, A., Sinton, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+DNA+Analysis+with+paper-based+ion+concentration+polarization.">Direct DNA Analysis with paper-based ion concentration polarization.</a> Journal of the American Chemical Society. 137 (43), 13913-13919 (2015).</li><li>Gan, W., 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+filter+paper-based+microdevice+for+low-cost,+rapid,+and+automated+DNA+extraction+and+amplification+from+diverse+sample+types.">A filter paper-based microdevice for low-cost, rapid, and automated DNA extraction and amplification from diverse sample types.</a> Lab on a Chip. 14 (19), 3719-3728 (2014).</li><li>Liu, Y., 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=Fluorescent+paper-based+analytical+devices+for+ultra-sensitive+dual-type+RNA+detections+and+accurate+gastric+cancer+screening.">Fluorescent paper-based analytical devices for ultra-sensitive dual-type RNA detections and accurate gastric cancer screening.</a> Biosensors and Bioelectronics. 197, 113781 (2022).</li><li>Yuan, H., 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=Microfluidic-assisted+Caenorhabditis+elegans+sorting:+current+status+and+future+prospects.">Microfluidic-assisted Caenorhabditis elegans sorting: current status and future prospects.</a> Cyborg and Bionic Systems. 4, 0011 (2023).</li><li>Kim, H., 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=Origami-paper-based+device+for+microvesicle/exosome+preconcentration+and+isolation.">Origami-paper-based device for microvesicle/exosome preconcentration and isolation.</a> Lab on a Chip. 19 (23), 3917-3921 (2019).</li><li>Ying, B., 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=NanoPADs+and+nanoFACEs:+an+optically+transparent+nanopaper-based+device+for+biomedical+applications.">NanoPADs and nanoFACEs: an optically transparent nanopaper-based device for biomedical applications.</a> Lab on a Chip. 20 (18), 3322-3333 (2020).</li><li>Shin, S., Hyun, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Matrix-assisted+three-dimensional+printing+of+cellulose+nanofibers+for+paper+microfluidics.">Matrix-assisted three-dimensional printing of cellulose nanofibers for paper microfluidics.</a> ACS Applied Materials &amp; Interfaces. 9 (31), 26438-26446 (2017).</li><li>Browne, C., Garnier, G., Batchelor, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Moulding+of+micropatterned+nanocellulose+films+and+their+application+in+fluid+handling.">Moulding of micropatterned nanocellulose films and their application in fluid handling.</a> Journal of Colloid and Interface Science. 587, 162-172 (2021).</li><li>Paul, R., 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=Shear+stress+related+blood+damage+in+laminar+couette+flow.">Shear stress related blood damage in laminar couette flow.</a> Artificial Organs. 27 (6), 517-529 (2003).</li><li>Thuo, M. M., 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=Fabrication+of+low-cost+paper-based+microfluidic+devices+by+embossing+or+cut-and-stack+methods.">Fabrication of low-cost paper-based microfluidic devices by embossing or cut-and-stack methods.</a> Chemistry of Materials. 26 (14), 4230-4237 (2014).</li><li>Garstecki, P., Fuerstman, M. J., Stone, H. A., 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=Formation+of+droplets+and+bubbles+in+a+microfluidic+T-junction-scaling+and+mechanism+of+break-up.">Formation of droplets and bubbles in a microfluidic T-junction-scaling and mechanism of break-up.</a> Lab on a Chip. 6 (3), 437-446 (2006).</li><li>Nisisako, T., Torii, T., Higuchi, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Droplet+formation+in+a+microchannel+network.">Droplet formation in a microchannel network.</a> Lab on a Chip. 2 (1), 24-26 (2002).</li><li>Wang, Y., Zhang, X., Wen, G., Liang, A., Jiang, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Facile+synthesis+of+a+highly+SERS+active+nanosilver+sol+using+microwaves+and+its+application+in+the+detection+of+E.+coli+using+Victoria+blue+B+as+a+molecular+probe.">Facile synthesis of a highly SERS active nanosilver sol using microwaves and its application in the detection of E. coli using Victoria blue B as a molecular probe.</a> Analytical Methods. 8 (24), 4881-4887 (2016).</li><li>Pham, T. T. H., Dien, N. D., Vu, X. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Facile+synthesis+of+silver/gold+alloy+nanoparticles+for+ultra-sensitive+rhodamine+B+detection.">Facile synthesis of silver/gold alloy nanoparticles for ultra-sensitive rhodamine B detection.</a> RSC Advances. 11 (35), 21475-21488 (2021).</li><li>Li, D., Li, D. W., Li, Y., Fossey, J. S., Long, Y. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cyclic+electroplating+and+stripping+of+silver+on+Au@SiO2+core/shell+nanoparticles+for+sensitive+and+recyclable+substrate+of+surface-enhanced+Raman+scattering.">Cyclic electroplating and stripping of silver on Au@SiO2 core/shell nanoparticles for sensitive and recyclable substrate of surface-enhanced Raman scattering.</a> Journal of Materials Chemistry. 20 (18), 3688-3693 (2010).</li><li>Sun, C. H., Wang, M. L., Feng, Q., Liu, W., Xu, C. X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface-enhanced+Raman+scattering+(SERS)+study+on+Rhodamine+B+adsorbed+on+different+substrates.">Surface-enhanced Raman scattering (SERS) study on Rhodamine B adsorbed on different substrates.</a> Russian Journal of Physical Chemistry A. 89 (2), 291-296 (2015).</li></ol>

El objetivo principal de este estudio es desarrollar un método simple para fabricar microcanales en nanopapel. Se ideó una técnica de estampado eficiente utilizando PTFE como molde para abordar este desafío12. Al optimizar la temperatura y la presión de estampado, se llevaron a cabo una serie de experimentos para establecer un proceso de fabricación confiable para los NanoPAD. Además, se demostró el uso de una tabla de referencia rápida para ajustar las aplicaciones de los NanoPADs en dif...

Recientemente, el papel de celulosa nanofibrilada (NFC) (nanopapel) ha surgido como un material de sustrato muy prometedor para diversas aplicaciones, como la electrónica flexible, los dispositivos energéticos y la biomedicina 1,2,3,4. Derivado de plantas naturales, el nanopapel es rentable, biocompatible y biodegradable, lo que lo convierte en una alternativa atractiva al papel de celulosa tradicional 5,6. Sus propiedades excepcionales incluyen una superficie ultralisa con una rugosidad superficial inferior a 25 nm y una estructura de matriz de celulosa densa, lo que permite la creación de nanoestructuras altamente estructuradas7. Los abundantes grupos hidroxilo del nanopapel contribuyen a su estructura de nanocelulosa compacta y compacta8. El nanopapel presenta una excelente transparencia óptica y una neblina óptica mínima, lo que lo hace muy adecuado para sensores ópticos. Además, su hidrofilicidad inherente permite un flujo sin bombas, incluso con su estructura gruesa, proporcionando un movimiento autónomo del fluido 9,10. La nanocelulosa tiene diversas aplicaciones en sensores biológicos, dispositivos electrónicos conductores, plataformas de cultivo celular, supercondensadores, baterías, entre otros, lo que demuestra su versatilidad y potencial11,12. En particular, la nanocelulosa es prometedora para los dispositivos microfluídicos analíticos (μPAD) basados en papel, ya que ofrece ventajas únicas sobre el papel de cromatografía convencional.
En la última década, los μPADs han logrado una atención significativa debido a su asequibilidad, biocompatibilidad, funcionamiento sin bomba y facilidad de producción13,14. Estos dispositivos se han convertido en herramientas diagnósticas eficaces en el punto de atención, especialmente en entornos de recursos limitados15,16,17. Un avance significativo en este campo fue el desarrollo de la impresión en cera, iniciada por George Whitesides18 y el grupo Bingcheng Lin19, que permitió la creación de μPADs funcionales mediante la incorporación de microcanales en papel de cromatografía. Posteriormente, los μPADs evolucionaron rápidamente, y varias técnicas de biodetección, incluyendo los métodos electroquímicos 20, quimioluminiscencia21 y ensayo de inmunoabsorción ligado a enzimas (ELISA)22,23,24, se implementaron con éxito para la detección de diversos biomarcadores como las proteínas 25,26, los ADNs 27,28, los ARNs 29,30 y los exosomas31. A pesar de estos logros, los μPAD aún enfrentan desafíos, incluidas las velocidades de flujo lentas y la evaporación del solvente.
Se han propuesto varios métodos para la creación de microcanales en nanopapel32,33,34. Un enfoque implica la impresión 3D de ingredientes sacrificados en el material, pero requiere un recubrimiento hidrofóbico que limite el funcionamiento sin bomba33. Otra técnica consiste en apilar manualmente capas de canal entre hojas de nanopapel utilizando pegamento, que requiere mucha mano de obra32. Alternativamente, el recubrimiento por pulverización de fibras de nanocelulosa en moldes premodelados puede crear microcanales, pero implica una preparación de moldes costosa y que requiere mucho tiempo34. En particular, estos métodos se limitan a microcanales a escala milimétrica, lo que compromete las ventajas de los dispositivos microfluídicos en cuanto al consumo de volumen de reactivos y la integración. El desarrollo de un proceso simple de modelado de microcanales de nanopapel con resolución a escala micrométrica sigue siendo un desafío.
Este estudio presenta un método único de modelado de microcanales de nanopapel basado en el microrelieve práctico. El enfoque ofrece varias ventajas sobre los métodos existentes, ya que no requiere equipos costosos o especializados, es simple, rentable y altamente preciso. Un molde de microcanal convexo se fabrica cortando con láser una película de politetrafluoroetileno (PTFE), conocida por su inercia química y propiedades antiadherentes. Este molde se utiliza para estampar microcanales en una membrana de gel de nanopapel. Se aplica una segunda capa de gel de nanopapel en la parte superior para crear canales huecos cerrados. Utilizando esta técnica de modelado, se desarrollan dispositivos microfluídicos fundamentales en nanopapel, incluido un mezclador laminar y un generador de gotas. Además, se demuestra la fabricación de NanoPAD de microscopía Raman mejorada de superficie (SERS). La creación in situ de un sustrato SERS basado en nanopartículas de plata se logra mediante la introducción de dos reactivos químicos (AgNO3 y NaBH4) en los canales, lo que da como resultado un rendimiento notable con bajos límites de detección (LOD).

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>AgNO3&#160;</td>
			<td>Hushi (Shanghai, China)</td>
			<td>7761-88-8</td>
			<td>&#62;99%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanol</td>
			<td>Hushi (Shanghai, China)</td>
			<td>64-17-5</td>
			<td>&#62;99%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hexadecane</td>
			<td>Macklin (Shanghai, China)</td>
			<td>544-76-3</td>
			<td>&#62;99%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LabSpec software</td>
			<td>Horiba (Japan)</td>
			<td>LabSpec5</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Melamine</td>
			<td>Macklin (Shanghai, China)</td>
			<td>108-78-1</td>
			<td>&#62;99%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NaBH4</td>
			<td>Aladdin (Shanghai, China)</td>
			<td>16940-66-2</td>
			<td>&#62;99%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Origin lab software</td>
			<td>OriginLab (USA)</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polyethylene terephthalate (PET)&#160;</td>
			<td>Myers Industries (Akron, USA)</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polytetrafluoroethylene films</td>
			<td>Shenzhen Huashenglong plastic material Co., Ltd. (Shenzhen, China)</td>
			<td></td>
			<td>Teflon film</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PVDF filter membrane</td>
			<td>EMD Millipore Corporation (USA)</td>
			<td>VVLP04700</td>
			<td>pore size: 0.1 &#956;m</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Raman spectrometer</td>
			<td>Horiba (Japan)</td>
			<td>Xplo RA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rhodamine B</td>
			<td>Macklin (Shanghai, China)</td>
			<td>81-88-9</td>
			<td>&#62;95%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scanning electron microscopy (SEM)</td>
			<td>FEI(USA)</td>
			<td>Scios 2 HiVac</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silicon wafer</td>
			<td>Horiba (Japan)</td>
			<td></td>
			<td>diameter: 5 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TEMPO-oxidized NFC slurry</td>
			<td>Tianjin University of Science and Technology</td>
			<td></td>
			<td>1.0 wt% solid, carboxylate level 2.0 mmol/g solid, average nanofiber diameter: 10 nm</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

microembossing: a convenient process for fabricating microchannels on nanocellulose paper-based microfluidics

El nanopapel, derivado de la celulosa nanofibrilada, ha generado un interés considerable como material prometedor para aplicaciones microfluídicas. Su atractivo radica en una gama de excelentes cualidades, que incluyen una superficie excepcionalmente lisa, una transparencia óptica excepcional, una matriz de nanofibras uniforme con porosidad a nanoescala y propiedades químicas personalizables. A pesar del rápido crecimiento de la microfluídica basada en nanopapel, las técnicas actuales utilizadas para crear microcanales en nanopapel, como la impresión 3D, el recubrimiento por pulverización o el corte y ensamblaje manual, que son cruciales para las aplicaciones prácticas, todavía poseen ciertas limitaciones, en particular la susceptibilidad a la contaminación. Además, estos métodos se limitan a la producción de canales de tamaño milimétrico. Este estudio presenta un proceso sencillo que utiliza convenientes micromoldes de plástico para operaciones simples de microestampado para fabricar microcanales en nanopapel, logrando un ancho mínimo de 200 μm. El microcanal desarrollado supera los enfoques existentes, logrando una mejora de cuatro veces, y se puede fabricar en 45 minutos. Además, se han optimizado los parámetros de fabricación y se proporciona una cómoda tabla de referencia rápida para los desarrolladores de aplicaciones. Se demostró la prueba de concepto de un mezclador laminar, un generador de gotas y dispositivos analíticos funcionales basados en nanopapel (NanoPAD) diseñados para la detección de rodamina B mediante espectroscopía Raman mejorada en superficie. En particular, los NanoPAD mostraron un rendimiento excepcional con límites de detección mejorados. Estos excelentes resultados se pueden atribuir a las propiedades ópticas superiores del nanopapel y al método de microestampado preciso recientemente desarrollado, que permite la integración y el ajuste fino de los NanoPAD.

Microembossing: A Convenient Process for Fabricating Microchannels on Nanocellulose Paper-Based Microfluidics

Se ha ideado un método único para crear patrones de microcanales en nanopapel utilizando los prácticos micromoldes de plástico a través de la conveniente técnica de microestampado. En particular, este método logra patrones de microcanales a una escala tan pequeña como 200 μm, lo que representa una mejora de cuatro veces en comparación con los métodos existentes32,33,34. Después de ajustar los parámetros de patrones,...

Watch this Scientific Journal Video about Revolutionizing Microfluidics Through Microchannel Fabrication on Nanopaper at JoVE.com

Revolutionizing Microfluidics Through Microchannel Fabrication on Nanopaper (Video) | JoVE

Este protocolo describe un proceso sencillo que utiliza convenientes micromoldes de plástico para operaciones simples de microestampado para fabricar microcanales en papel de celulosa nanofibrilado, logrando un ancho mínimo de 200 μm.

Microestampado: un proceso conveniente para la fabricación de microcanales en microfluídica basada en papel de nanocelulosa

Nanopaper, derived from nanofibrillated cellulose, has generated considerable interest as a promising material for microfluidic applications. Its appeal ...

Nuestra investigación introduce el nanopapel como sustrato innovador, en contraste con el papel convencional. Nanopaper ofrece transparencia óptica, suavidad excepcional y adaptabilidad química. Ahora, el sustrato carece actualmente de un método eficiente de fabricación de microcanales, lo que limita su adopción más amplia en microfluídica.La progresión de las tecnologías de fabricación, incluido el corte por láser y la impresión micro o nano 3D, ha mejorado significativamente la precisión del motor. En consecuencia, ha simplificado y mejorado la precisión de la fabricación microfluídica. Además, las imágenes de materiales de sustrato innovadores, como el papel de nanocelulosa, han activado aún más el rendimiento de los dispositivos microfluídicos analíticos basados en papel.Actualmente, uno de los retos experimentales a los que nos enfrentamos es el procesamiento de corte por láser, que limita la mayor parte del ancho a 200 micrómetros e impacta en la precisión de los microcanales. Para superar esto, la investigación futura explorará la impresión nano-3D para MoS, con el objetivo de lograr un mayor nivel de precisión en dispositivos microfluídicos analíticos basados en nanopapel. Por el contrario, para establecer las técnicas de fabricación de microcanales en papel de nanocelulosa, como la impresión 3D, el recubrimiento por pulverización o el corte y ensamblaje manual, nuestro método ofrece una clara ventaja.Combina la simplicidad con una precisión superior, lo que garantiza la facilidad de uso, la rentabilidad, la eficiencia del tiempo y la sintonización de los canales macro a nivel micrométrico. Nuestros hallazgos proporcionan un método nuevo, preciso y simple para fabricar microcanales en nanopapel y, finalmente, para fabricar dispositivos microfluídicos basados en nanopapel. En general, con este método, el sustrato de papel existente nanopapel se puede utilizar fácilmente en el campo de la microfluídica.