この作品は、カリフォルニア大学リバーサイド校のエンジニアリングのボーンズ大学からの資金によってサポートされています。 BKは、機械設計における肺ウェンツァイ記念賞から奨学金を受けました。

1.平面4層デバイス（積層）建設<ol><li>固体インクプリンタを用いて濾紙の各部分上にデバイス9の各層のプリントアレイ。11,12プレイス2分間170℃でホットプレート上の各濾紙。これは、ワックス系インクを溶融し、それが完全に疎水性の障壁を形成し、紙の厚さに浸透することができます。 注：使用される正確なデザインは補足ファイルとしてご利用いただけます。 </li><li>ホットプレートからろ紙を取り外し、それを室温まで冷却します。 </li><li>デポジット4μlの5 mMの染料の（赤：アルラレッド;黄色：タートラジン;青：エリオグラウシンナトリウム塩;緑：10：タートラジンの1ミックス：エリオグラウシンナトリウム塩）層3の各ブランチで（ブランチごとに1色）（第三完成した装置の上部から層）マイクロピペットを用いて。 </li><li>最下層で始まります。バインダークリップを使用して、ステンシルなどの板ガラス片のような硬いバッキング、間ろ紙をクランプS、または他の同様の一時的な方法。ステンシル紙に対して平らであることを確認してください。これは、紙の上にステンシルによって鋳造任意のスプレー影を最小限に抑えることができます。 </li><li> 、この間9,10。約24 CMからスプレーし、約1.33秒（180 BPMで4カウント）と（資機材のリストを参照）接着剤を適用するメディアのペースでステンシルを横切って接着剤の缶を移動します。ステンシルを横切って移動の遅すぎる、それを目詰まり、ステンシル自体に蓄積した接着剤が発生します。旅のあまりに急速な紙の上に十分な接着剤を堆積させるために失敗します。この時間の間に4回のパスは（アップダウンアップダウン）スプレー影を防止するのに十分です。 </li><li>用紙の端を揃える、新鮮に溶射層の上に（番号の層が補足ファイルとして利用可能です）ステンシルを外し、装置の次の層を配置します。しっかりと2つの層を一緒に押します。 </li><li>ステンシルを交換し、デバイスの各層の噴霧プロセスを繰り返します。駅を削除底層を横切ってテープを梱包デバイスや場所のCK。これは、デバイスからの液漏れを防ぐことができます。印刷された領域の端以下、はさみを使用して、シートから個々のデバイスをカットします。 </li></ol> 2.平面4層デバイス（折り紙つ折り​​レイヤー）建設<ol><li>固体インクプリンタを用いて濾紙上にデバイスのすべての層を含む印刷シート。 2分間170℃でホットプレート上にろ紙を置きます。ホットプレートからろ紙を取り外し、それを室温まで冷却します。 注：使用される正確なデザインは補足ファイルとしてご利用いただけます。 </li><li>デポジット4μlの5 mMの染料の（赤：アルラレッド;黄色：タートラジン;青：エリオグラウシンナトリウム塩;緑：10：タートラジンの1ミックス：エリオグラウシンナトリウム塩）層3の各ブランチで（ブランチごとに1色）（第三マイクロピペットを介して、完成した装置の上部から層）。 </li><li>このような板状ガラス片として、ステンシルと硬いバッキングの間にデバイスのシートをクランプ、binderclips、または他の同様の一時的な方法を用いて。ステンシル紙に対して平らであることを確認してください。 </li><li>約24 CMからスプレーし、約1.33秒（180 BPMで4カウント）と（資機材のリストを参照）接着剤を適用します。この時間の間に4回のパスは（アップダウンアップダウン）スプレー影を防止するのに十分です。 </li><li>ステンシルを外し、シートを裏返します。ステンシルを交換して、紙の側をバックスプレー。 図1に示すように、デバイスのシートを取り外して、アコーディオンプリーツに折り始める。印刷された領域のエッジ以下、はさみを使用して、シートから各デバイスを切り取り。底層を横切ってテープを梱包置きます。 </li></ol> 3.非平面（折り紙）装置構成<ol><li>印刷装置（ 図2A）濾紙上に固体インクプリンタを用いて、2分間170℃のホットプレート上にろ紙を置き。ホットプレートからデバイスを取り外し、それを室温まで冷却します。 注意：使用される正確なデザインは補足ファイルとしてご利用いただけます。 </li><li>印刷折り目固体インクプリンタを用いて印刷用紙上にパターン（ 図2C）と濾紙の大きさに切断。パターンは、紙の両面から見えるように引き起こして、ワックスを溶融し、2分間、170℃のホットプレート上で折り目パターンを配置します。ホットプレートから折り目パターンを削除し、それが室温まで冷却します。 </li><li>チャネルパターンを含む用紙の端に折り目パターンのエッジの位置を合わせ、バインダークリップ、または他の同様の一時的な方法を用いて、紙の2枚を添付してください。 </li><li>マークは、デバイスシートに表示されるに十分な力を加え、鈍いスタイラスで折り目パターンをトレースではなく、一生懸命折り目パターン紙リッピングいます。それが発生した場合、デバイスは損傷を受ける危険があります。 Precreasingは紙がはるかに簡単に折り畳むことが発生し、フォールディングにおけるより高い精度と精度を可能にします。 </li><li>山と谷でデバイスを折り始めます折り目パターンに従って折ります。接着剤が塗布された後、デバイス全体が接着剤塗布が非常に有用である前に、そのようにできる限りのデバイスを折り畳み、非常に迅速に組み立てる必要があります。 </li><li>デバイスが折り畳まれた後、接着剤を必要とするデバイスの部分を露出するようにデバイスを展開。マスク（ 図2D）デバイスの接着剤にカミソリの刃を使用して、適用することができることの限界をカット。 </li><li>ステンシルマスクと、このようなプレートのガラス片のような硬いバッキング、間のデバイスを固定します。ステンシルは、デバイスに対して平らであることを確認してください。約1.33秒（180 BPMで4カウント）約24 CMからスプレーで接着剤を（リスト資機材を参照）を適用します。この時間の間に4回のパスは（アップダウンアップダウン）スプレー影を防止するのに十分です。ステンシルを外し、シートを裏返します。ステンシルマスクを交換し、紙の側をバックスプレー。 </li><li>すぐにステンシルからデバイスを削除し、折り始めますデバイス。デバイスが完全に折り畳まれると、接着剤が乾燥するまでの部分を含有する接着剤に圧力を加えます。 注：接着剤の乾燥時間は周囲の湿度に非常に敏感であるので、湿度制御室に折りたたみ式の湿度の低い場所でデバイスを折るために多くの時間を可能にします。 </li></ol> 4. 4層デバイスのテストを吸い上げ<ol><li>ランダム以前に上記のプロトコルに従って組み立てられた20のデバイスを選択します。蒸発を最小限にするために、任意の風や微風からシールド場所にデバイスを配置します。各デバイスの入口でのデポジット40μlの水。各デバイスは完全に染料で満たされ、そのアウトレットのすべてを持っているのにかかる時間を記録。 </li></ol> 5.折り紙ウィッキングの比較<ol><li>接着剤塗布時のステンシルを使用することなく、上記のプロトコル（第3節）によると1、およびその他 - 2折り紙のクジャクを構築します。 </li><li>小Pの一端を挿入します各孔雀の体内へのAPERリード（長さ5cm、幅約5mm）。 </li><li>チャンバ内の両方のクジャクを置き、蒸発を最小限に抑えるために、高い相対湿度（&gt; 90％）で維持しました。 5 mMの色素（：アルラレッド、黄色：タートラジン、青：エリオグラウシンナトリウム塩、赤）を充填した容器に各孔雀の各脚とリードを配置します。デジタルカメラを使用してプロセスを吸上録音。 </li></ol>

<ol>
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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>

著者らは、開示することは何もありません。

上記のプロトコルは、平面および非平面の3D紙のマイクロ流体デバイスを構築するためにエアゾール接着剤を塗布するためのステンシルとしてパンチングメタルシートを使用します。プレーナデバイスでは、これは、接着剤は、デバイスを破壊することなく乾燥した後、デバイスが完全に展開されることを可能にするという利点を有します。 、いくつかのデザインは取り外し可能な接着剤で一緒に保持された二つの部分をunpeelingて部分破壊的な分解を可能にするが、他の接着剤ベースの構築技術では、これは、ほとんど不可能です。14無接着剤の建設は、デバイスが使用後に展開することができますが、カスタムのクランプまたはハウジングを必要としません各デバイスの。8 主に横方向吸上を持つデバイスでは、接着剤は大幅にウィッキングを遅らせることができます。接着剤をパターニングすることにより、ウィッキング領域に塗布される接着剤の量を大幅に任意の潜在的なウィッキング干渉を制限し、減少させることができます。主に垂直ウィッキングを持つデバイスまたものの非常に少ない程度に、接着剤に起因する同様遅いウィッキングを示します。その唯一の疎水性領域に接着剤適用を制限完全にブロックアウトすべてのウィッキング領域を、ステンシルの設計は、任意の潜在的なウィッキング干渉を排除することができるだけでなく、建設プロセスにかなりのアライメント時間を追加することができます。 非平面デバイスでは、パターン化された接着剤が劇的に均一に塗布された接着剤層に比べて非常に簡単折りたたみ作り、減少した紙に塗布された接着剤の量として、折りたたみが容易になります。完全に接着剤で覆われた紙は、紙の異なる領域間の任意の偶発的接触が継続する前に取り消す必要があり接着性を引き起こしたときにフォールドするはるかに困難です。 疎水性領域に大きな吸上面積性を有する平面状の3次元積層デバイスの場合、エアゾール接着剤と対に折り紙の折りには、最適な建設技術そうではありません原因展開するしわの傾向を克服しながら一緒に濡れた紙層を保持するために接着できないことにnique。十分な疎水性の境界を含むデザインを持つデバイスは折り紙折り装置の成功率が増加します。強い結合強度接着剤を使用することも、この問題を解決する紙接着剤結合を弱めるから水を防止するのを助けることができます。 彼らは、デバイスを展開する傾向にあるしわを欠いているとして、積層デバイスは、全体的に、優れた性能を発揮します。さらに、接着剤塗布時のステンシルの使用が劇的に層間に吸い上げ流体に必要な時間を減少させる、塗布される接着剤の総量を減少させます。 非平面の3D紙のマイクロ流体デバイスを設計する際に、考慮すべき問題がいくつかあります。水imbibi時に開いて折り目を強制的に折り目に沿ってチャネルを配置するように、チャンネルのレイアウトに折り畳まれたデバイスの折り目パターンを比較することが重要ですセルロース繊維を膨潤さに起因化、。特定のデバイスの設計に応じて、しかし、これは、または動作を所望してもしなくてもよいです。周囲条件でデバイスのストレージが弱体化からの層の間の接着結合を防止することが推奨され、従って、デバイスの生存率、10乾燥空気下での長期貯蔵に有利で ​​はありません。 以前Lewis らにより述べたように、エアゾール接着剤9使用が急速に3D紙マイクロ流体デバイスを大量に生産する効率的な手段を提供します。このような接着剤をパターニングすることにより、新たなデバイスは、より急速に発展し、使用後に展開することができるという利点を取ることであることができます。 また、パターニングは、非平面の3D紙のマイクロ流体デバイスの建設と発展を可能にします。このような装置は、予め、集積作動及び感知のような平坦な紙マイクロ流体中に見出されない機能を提供することができると期待されます。例えば、作動とすることができます水反応性ポリマーフィルム15とパターン化された紙基材から二重層を作成することによって達成しました。水は、デバイスのチャネルに沿って発散し、フィルムを操作したときに、このような二層から構成された装置では、作動が生成されます。フィルムが乾燥すると、デバイスは再び使用する準備ができて、それを残して、その初期設定に戻すことになります。

近年では、紙のマイクロフルイディクスは、ケアの低コストのポイント（POC）診断装置を提供する可能性についてかなりの人気を集めている。1-3 POCデバイスは結果があることを可能にする形式のラボに基づく試験と同様の機能を提供します比較的迅速に得られます。紙から作られたPOCデバイスは、リソースが制限された設定での使用に最適です、低コスト、軽量、かつ高価なマイクロ流体チップや小型化の研究室に簡単に使用できる代替物です。最も一般的な紙のマイクロ流体デバイスは、1次元のラテラルフロー装置であるが、マイクロ流体デバイスは、保持平面3次元（3D）紙は、2D装置5によって必要とされるよりもはるかに小さいフットプリントを取る多重診断装置4を提供することを約束し、相応に小さい試料体積を使用しています。 最初に、平面3D紙マイクロ流体デバイスは、個々に組み立てられた層ごとのWiレーザーカット両面テープと交互番目のパターン化された紙層。テープ層に切断注意深く整列孔が層間流体輸送を確保するために、セルロース粉末を充填した。別の方法の4数はその後開発された、6-9各デバイスの異なる側面を改善します。具体的には、接着剤をeschewingことで、デバイスは外部クランプによって一緒に保持された層で折り紙の技術を介して折り畳むことができた。8これは、診断テストの任意の潜在的な接着剤の干渉を排除し、デバイスが展開された後に使用することを可能にする、潜在的にさらに小さなサンプルを可能にします内部的に結果を表示してボリューム。代替的に、それぞれの紙層との間に印加されるエアロゾルの接着剤を用いて、装置のシートは、テープの時間のかかるパターニングと整列せず、同時に組み立てることができる。9 しかし、ステンシルを通してエアゾール接着剤を塗布することにより、利益を得ることが可能ですこれらの技術の両方。ステンシルを介して接着剤を噴霧することにより、接着剤の一部のみが、層間流体移送と潜在的な干渉を最小限に抑え、デバイスに適用されます。さらに、注意深いステンシル選択で、接着剤のパターンは、依然として、流体が層の間に芯することを可能にするのに十分な層間接続を提供しながら、半永久的接着の結果は、デバイスが使用後に展開されることを可能にすることを適用することができます。 最後に、ステンシルを介してエアゾール接着剤を適用することは頻繁に折り畳みを必要とし、建設中に展開することができる隣接する面に塗布された接着剤の量を最小限にすることによって、非平面の3D紙のマイクロ流体デバイスの構築を容易にします。10さらに、パターン化された接着剤の使用があると、デバイスを可能にしますより多くの収納に便利な使用後に繰り広げられます。非平面3D紙マイクロ流体デバイスは、そうでなければ、平面、3D devicに不可能であろうタスクに使用されることが期待されていますE。 図1は、平面および非平面3次元デバイスの両方を構成するために使用される一般的なプロセスフローを示しています。

<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.

4層デバイスのテストは限ら堆積流体体積の過度の蒸発を引き起こす可能性のある風や微風からそれらを遮蔽する、密閉された室内で行いました。蒸発による吸上げ速度の差は最小限であると予想されたので、4層装置におけるウィッキングの大部分は、デバイスの中層です。さらに、最小限の横方向吸上は吸上げ時間のばらつきが原因で、垂直、層間流体移送に可能性があることを示唆し、入口および任意の個々の出口との間の唯一の13ミリメートルで、そこにあります。適用された接着剤の異なる量で構成4層デバイスのウィッキング時間と成功率平均値を表1に示します。 積み重ねられたデバイスでは、均一な接着剤の適用範囲は、我々は、接着剤の量を増加するにつれて減少し、比較的高い成功率が得られました。パターン化された接着剤covera接着剤は、片側のみに適用されるが、非常に高い成功率を有し、高速パターン化接着剤を両面に塗布したときの時間をウィッキングされたときにGEは、非常に低い成功率をもたらしました。典型的な成功は 、 図3Aに示されています。この観察された行動のためのいくつかの潜在的な説明があり、任意の組み合わせで適用することができます。塗布された接着剤は、物理的に紙層の間により小さい有効接触面積が得られ、部分的または完全に、紙の表面の孔を塞ぐことができます。また、接着剤自体は、流体が、より長い時間をウィッキングをもたらすを通じて吸い上げなければならないことを、より厚い粘着剤層​​中に、別の多孔質基材として接着剤の結果のように重いコーティングを作用することができます。接着剤をパターニングし、一方で、部分的にしかより多くの流体がウィッキング時間を減少させ、直接紙層に紙層から吸い上げすることができ、接触面積を閉塞接着剤「ドット」を作成します。しかし、これは非常にreduc接着剤被覆率化も、その結果、紙の層の間の接着結合の強度を低下させる繊維を膨潤し、折り目を展開は、層は、彼らが接触しなくなったことを十分に分離させたときの成功率を減少させました。 （〜30％、全体的なデバイスの面積を増加させる）チャネルの周囲に境界線のサイズを倍にすることによって、シングルおよびデュアルサイドの両方の接着剤用途のための成功率が増加しました。 2つのサイズの間の比較は、図4に示されている。典型的な積層型デバイスの故障が完全に色素で埋めることができなかった、または埋めるためより長い5分を要したコンセントを特徴としていました。これは、 図3Bに示されています。 折り紙折り畳まれたデバイスでは、均一な接着剤の適用範囲は、積層され、均一な、片面接着デバイスに存在する接着剤の当量を適用する場合、得られた完全な失敗と低い成功率が得られました。パターン化された接着剤カバー年齢がはるかに低い成功率が得られました。しかし、この減少は3ミリメートルの境界線を持っていた少し大きめのデバイスを使用することにより相殺されました。典型的な折り紙のデバイスの故障は、染料の任意の量でいっぱいに失敗したコンセントを特徴としていました。これらの出口は、排他的に折り目を含有デバイスの両側に沿って配置しました。これは、 図3Cに示されています。 接着剤の塊は、異なる噴霧方法は、表2に示す。1.33秒（180 BPMで4カウント）堆積接着剤の0.26ミリグラム/ cm 2の（乾燥質量）の上記の噴霧時間をシートにわたって均一にスプレーしたときの下で適用しますデバイスの、23％開いていたステンシルから噴霧するときだけは0.02mg / cm 2の（乾燥質量）を堆積させながら。 非平面の3D構造では、均一な接着剤被覆は、隣接する面として、より困難な折り畳みを生じ<html>途中で一緒に立ち往生。構造内部の層は、接着剤が乾燥したら、展開、および細断紙にそうなったんしようとすることができませんでした。パターニングされた接着剤被覆率は、偶発的な接着が簡単に元に戻されたように、はるかに容易に折りました。接着剤が乾燥した後、層は紙の任意のリッピングや裂けずに引き離すことができました。接着剤塗布の両方の方法は成功し、そのチャンネルの混合せずに長さの液体ルーティングデバイスをもたらしました。しかし、均一に接着剤を塗布したデバイスが著しく遅かったです。このウィッキングの時間経過を図5に示されている。ウィッは湿度制御チャンバ内で実行された相対湿度を低下させるとともに、蒸発が増加すると、蒸発を最小限にするために、&gt; 90％の相対湿度で維持しました。これによって設計に存在する長いチャンネルに、長い165ミリメートルまで、蒸発が大きくても無限流体リザーバと、ウィッキング時間を増やすことができます。 コンテンツ &quot;FO：キープtogether.withinページ=&quot; 1 &quot;&gt; <img alt="図1" src="/files/ftp_upload/53805/53805fig1.jpg" /> 図1.デバイスの製造プロセスフロー。（A） は、デバイス製造を積み上げ。 （B）折り紙デバイス製造。 <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53805/53805fig1large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <img alt="図2" src="/files/ftp_upload/53805/53805fig2.jpg" /> 図2.ピーコックパターン。黒は、疎水性領域を示している（A）チャンネルパターン、。 （B）の矢印は各染料で撮影されたパスを示しています。円は、層と点線との間の接触点は、垂直吸上経路を示し示します。そのそれぞれの入口から尾の端に、各チャネルの長さの単位はmmで示されています。チャネル幅は2〜平均しましたテール領域における3ミリメートル。 （C）折り目パターン（13から変更）。レッドラインは、最終的な構造で山ヒダに対応します。黒い線は、谷の折り目に相当します。青い線は、最終的な構造に折り畳まれていない折り目に対応するが、予備折り工程に役立ちます。 （D）白い部分が除去された接着剤塗布、中に折り紙のデバイスと金属ステンシルとの間に配置されたマスクを。 <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53805/53805fig2large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <img alt="図3" src="/files/ftp_upload/53805/53805fig3.jpg" /> 図3. 一般的な成功と失敗 （A）典型的な成功- 。完全に色素が充填されたすべてのアウトレット。 （B）の典型的な積み重ね失敗-アウトレット失敗した明白なPATTがありませんでしたそれらの分布でERN。 （C）典型的な折り紙の失敗- 、一番左のか、一番右の列に沿って折り目の最も近くに位置していた埋めるために失敗したすべてのアウトレット。すべてのスケールバーは5ミリメートルである。 <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53805/53805fig3large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <img alt="図4" src="/files/ftp_upload/53805/53805fig4.jpg" /> 図4.デバイス サイズの比較。（A）より小さなデバイス（1.6ミリメートルの境界線）。 （B）より大きなデバイス（3ミリメートルボーダー）。すべてのスケールバーは5ミリメートルである。 <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53805/53805fig4large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <img alt="図5" src="/files/ftp_upload/53805/53805fig5.jpg" /> 図5。 。折り紙ピーコック左の時間の経過：均一な接着剤の適用範囲。右：パターン化された接着剤報道。 <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53805/53805fig5large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <table fo:keep-together.within-page="1"><tbody><tr><td> デバイススタイル </td><td> 接着剤の種類（期間/ボーダー/サイド） </td><td> 平均±SD（秒） </td><td> 成功率 </td></tr><tr><td>折り紙</td><td>制服（1.33秒/ 1.6ミリメートル/ダブル） </td><td> 44±14 </td><td> 45％ </td></tr><tr><td></td><td>制服（0.67秒/ 1.6ミリメートル/ダブル） </td><td> 0±0 </td><td> 0％ </td></tr><tr><td></td><td>パターン化された（1.33秒/ 1.6ミリメートル/ダブル） </td><td> 41±13 </td><td> 15％ </td></tr><tr><td></td><td>パターン化された（1.33秒/ 3ミリメートル/ダブル） </td><td> 64±50 </td><td> 40％</td></tr><tr><td>積み重ねられました</td><td>制服（1.33秒/ 1.6ミリメートル/シングル） </td><td> 152±66 </td><td> 80％ </td></tr><tr><td></td><td>制服（1.33秒/ 1.6ミリメートル/ダブル） </td><td> 119±68 </td><td> 60％ </td></tr><tr><td></td><td>パターン化された（1.33秒/ 1.6ミリメートル/シングル） </td><td> 164±75 </td><td> 25％ </td></tr><tr><td></td><td>パターン化された（1.33秒/ 1.6ミリメートル/ダブル） </td><td> 81±25 </td><td> 80％ </td></tr><tr><td></td><td>パターン化された（1.33秒/ 3ミリメートル/シングル） </td><td> 116±63 </td><td> 85％ </td></tr><tr><td></td><td>パターン化された（1.33秒/ 3ミリメートル/ダブル） </td><td> 80±55 </td><td> 100％ </td></tr></tbody></table>別の接着剤塗布条件のための時間と成功率を吸上げ、表1 の4層デバイスのパフォーマンス。平均。 Nは= 20。 <table fo:keep-together.within-ページ= &quot;1&quot;&gt; <tbody><tr><td> 接着剤カバレッジ </td><td> スプレー時間（秒） </td><td> SD±平均質量（mgを/ cm 2で） </td></tr><tr><td>ユニフォーム</td><td> 1.33 </td><td> 0.26±0.05 </td></tr><tr><td>ユニフォーム</td><td> 0.67 </td><td> 0.14±0.03 </td></tr><tr><td>パターン化されました</td><td> 1.33 </td><td> 0.02±0.01 </td></tr><tr><td>なし</td><td> 0 </td><td> -0.01±0 </td></tr></tbody></table> 表2塗布した接着剤は、金額。平均接着剤の厚さ（乾燥質量）が異なるスプレー条件で9×9センチの正方形の上に適用されます。 N = 10。

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Using Adhesive Patterning to Construct 3D Paper Microfluidic Devices

我々は、3D紙マイクロ流体デバイスを構築するためにパターン化エアゾール接着剤の使用を実証します。接着剤塗布フォーム非破壊的に使用後に分解すると折り複雑な非平面構造を容易にするために、単回使用デバイスを有効にする層の間の半永久的結合のこの方法。

3Dペーパーマイクロ流体デバイスを構築するために接着剤パターニングを使用して、

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

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Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Bioengineering

7.5K ビュー.  University of California, Riverside. 我々は、3D紙マイクロ流体デバイスを構築するためにパターン化エアゾール接着剤の使用を実証します。接着剤塗布フォーム非破壊的に使用後に分解すると折り複雑な非平面構造を容易にするために、単回使用デバイスを有効にする層の間の半永久的結合のこの方法。 

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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 and counting cells. However, manipulating the cell within the fluidic domain remains a challenge and requires complicated fabrication protocols for forming valves and electrodes, or demands specialty equipment like optical tweezers. Here, we demonstrate that conventional printed circuit boards (PCB) can be used for the non-contact manipulation of cells by employing dielectrophoresis (DEP) for bead and cell manipulation in laminar flow fields for bioactuation, and for cell and bead separation in multichannel microfluidic devices. First, we present the protocol for assembling the DEP electrodes and microfluidic devices, and preparing the cells for DEP. Then, we characterize the DEP operation with polystyrene beads. Lastly, we show representative results of bead and cell separation in a multichannel microfluidic device. In summary, DEP is an effective method for manipulating particles (beads or cells) within microfluidic devices.

Dielectrophoresis (DEP) is an effective method to manipulate cells. Printed circuit boards (PCB) can provide inexpensive, reusable and effective electrodes for contact-free cell manipulation within microfluidic devices. By combining PDMS-based microfluidic channels with coverslips on PCBs, we demonstrate bead and cell manipulation and separation within multichannel microfluidic devices.

誘電泳動と層流を用いたマルチチャネルマイクロ流体デバイスの分離ビーズと細胞

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

生物工学

Visualization of Cortex Organization and Dynamics in Microorganisms, using 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. The optical phenomenon of total internal reflection occurs when light passes from a medium with high refractive index into a medium with low refractive index at an angle larger than a characteristic critical angle (i.e. closer to being parallel with the boundary). Although all light is reflected back under such conditions, an evanescent wave is created that propagates across and along the boundary, which decays exponentially with distance, and only penetrates sample areas that are 100-200 nm near the interface2. In addition to providing superior axial resolution, the reduced excitation of out of focus fluorophores creates a very high signal to noise ratios and minimizes damaging effects of photobleaching2,3. Being a widefield technique, TIRF also allows faster image acquisition than most scanning based confocal setups.
At first glance, the low penetration depth of TIRF seems to be incompatible with imaging of bacterial and fungal cells, which are often surrounded by thick cell walls. On the contrary, we have found that the cell walls of yeast and bacterial cells actually improve the usability of TIRF and increase the range of observable structures4-8. Many cellular processes can therefore be directly accessed by TIRF in small, single-cell microorganisms, which often offer powerful genetic manipulation techniques. This allows us to perform in vivo biochemistry experiments, where kinetics of protein interactions and activities can be directly assessed in living cells.
We describe here the individual steps required to obtain high quality TIRF images for Saccharomyces cerevisiae or Bacillus subtilis cells. We point out various problems that can affect TIRF visualization of fluorescent probes in cells and illustrate the procedure with several application examples. Finally, we demonstrate how TIRF images can be further improved using established image restoration techniques.

Total Internal Reflection Fluorescence (TIRF) microscopy is a powerful approach to observe structures close to the cell surface at high contrast and temporal resolution. We demonstrate how TIRF can be employed to study protein dynamics at the cortex of cell wall-enclosed bacterial and fungal cells.

全内部反射蛍光顕微鏡を用いた微生物のCortex組織とダイナミクスの可視化、

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

Insertion of Flexible Neural Probes Using Rigid Stiffeners Attached with Biodissolvable Adhesive

Microelectrode arrays for neural interface devices that are made of biocompatible thin-film polymer are expected to have extended functional lifetime because the flexible material may minimize adverse tissue response caused by micromotion. However, their flexibility prevents them from being accurately inserted into neural tissue. This article demonstrates a method to temporarily attach a flexible microelectrode probe to a rigid stiffener using biodissolvable polyethylene glycol (PEG) to facilitate precise, surgical insertion of the probe. A unique stiffener design allows for uniform distribution of the PEG adhesive along the length of the probe. Flip-chip bonding, a common tool used in microelectronics packaging, enables accurate and repeatable alignment and attachment of the probe to the stiffener. The probe and stiffener are surgically implanted together, then the PEG is allowed to dissolve so that the stiffener can be extracted leaving the probe in place. Finally, an in vitro test method is used to evaluate stiffener extraction in an agarose gel model of brain tissue. This approach to implantation has proven particularly advantageous for longer flexible probes (&gt;3 mm). It also provides a feasible method to implant dual-sided flexible probes. To date, the technique has been used to obtain various in vivo recording data from the rat cortex.

Insertion of flexible neural microelectrode probes is enabled by attaching probes to rigid stiffeners with polyethylene glycol (PEG). A unique assembly process ensures uniform and repeatable attachment. After insertion into tissue, the PEG dissolves and the stiffener is extracted. An in vitro test method evaluates the technique in agarose gel.

生体溶解性接着剤で取り付けられている硬質補強材を用いた柔軟神経プローブの挿入

Microelectrode  arrays for neural interface devices that are made of biocompatible thin-film  polymer are expected to have extended functional lifetime ...

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

Biologically inert elastomers such as silicone are favorable materials for medical device fabrication, but forming and curing these elastomers using traditional liquid injection molding processes can be an expensive process due to tooling and equipment costs. As a result, it has traditionally been impractical to use liquid injection molding for low-cost, rapid prototyping applications. We have devised a method for rapid and low-cost production of liquid elastomer injection molded devices that utilizes fused deposition modeling 3D printers for mold design and a modified desiccator as an injection system. Low costs and rapid turnaround time in this technique lower the barrier to iteratively designing and prototyping complex elastomer devices. Furthermore, CAD models developed in this process can be later adapted for metal mold tooling design, enabling an easy transition to a traditional injection molding process. We have used this technique to manufacture intravaginal probes involving complex geometries, as well as overmolding over metal parts, using tools commonly available within an academic research laboratory. However, this technique can be easily adapted to create liquid injection molded devices for many other applications.

We have devised a method for low-cost and rapid prototyping of liquid elastomer rubber injection molded devices by using fused deposition modeling 3D printers for mold design and a modified desiccator as a liquid injection system.

液体射出成形用の3Dプリント金型を用いた医療機器を迅速かつ低コストプロトタイピング

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

Extracellular vesicles (EVs), membranous particles released from various types of cells, hold a great potential for clinical applications. They contain nucleic acid and protein cargo and are increasingly recognized as a means of intercellular communication utilized by both eukaryote and prokaryote cells. However, due to their small size, current protocols for isolation of EVs are often time consuming, cumbersome, and require large sample volumes and expensive equipment, such as an ultracentrifuge. To address these limitations, we developed a paper-based immunoaffinity platform for separating subgroups of EVs that is easy, efficient, and requires sample volumes as low as 10 &#956;l. Biological samples can be pipetted directly onto paper test zones that have been chemically modified with capture molecules that have high affinity to specific EV surface markers. We validate the assay by using scanning electron microscopy (SEM), paper-based enzyme-linked immunosorbent assays (P-ELISA), and transcriptome analysis. These paper-based devices will enable the study of EVs in the clinic and the research setting to help advance our understanding of EV functions in health and disease.

This protocol details a method to isolate extracellular vesicles (EVs), small membranous particles released from cells, from as little as 10 &#956;l serum samples. This approach circumvents the need for ultracentrifugation, requires only a few minutes of assay time, and enables the isolation of EVs from samples of limited volumes.

細胞外小胞の単​​離および特徴のための紙ベースのデバイス

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

Although microfluidics provides exquisite control of the cellular microenvironment, culturing cells within microfluidic devices can be challenging. 3D culture of cells in collagen type I gels helps to stabilize cell morphology and function, which is necessary for creating microfluidic tissue models in microdevices. Translating traditional 3D culture techniques for tissue culture plates to microfluidic devices is often difficult because of the limited channel dimensions. In this method, we describe a technique for modifying native type I collagen to generate polycationic and polyanionic collagen solutions that can be used with layer-by-layer deposition to create ultrathin collagen assemblies on top of cells cultured in microfluidic devices. These thin collagen layers stabilize cell morphology and function, as shown using primary hepatocytes as an example cell, allowing for the long term culture of microtissues in microfluidic devices.

The creation of functional microtissues within microfluidic devices requires the stabilization of cell phenotypes by adapting traditional cell culture techniques to the limited spatial dimensions in microdevices. Modification of collagen allows the layer-by-layer deposition of ultrathin collagen assemblies that can stabilize primary cells, such as hepatocytes, as microfluidic tissue models.

Microtissue安定化のためのマイクロ流体デバイスの層ごとのコラーゲン沈着

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

The microfluidic probe (MFP) facilitates performing local chemistry on biological substrates by confining nanoliter volumes of liquids. Using one particular implementation of the MFP, the hierarchical hydrodynamic flow confinement (hHFC), multiple liquids are simultaneously brought in contact with a substrate. Local chemical action and liquid shaping using the hHFC, is exploited to create cell patterns by locally lysing and removing cells. By utilizing the scanning ability of the MFP, user-defined patterns of cell monolayers are created. This protocol enables rapid, real-time and spatially controlled cell patterning, which can allow selective cell-cell and cell-matrix interaction studies.

We present a protocol to perform subtractive patterning of live cell monolayers on a surface. This is achieved by local and selective lysis of adherent cells using a microfluidic probe (MFP). The cell lysate retrieved from local regions can be used for downstream analysis, enabling molecular profiling studies.

マイクロ流体プローブとのライブの細胞層の急速なサブトラクティブパターニング

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

Microfluidic systems have enabled powerful new approaches to high-throughput biochemical and biological analysis. However, there remains a barrier to entry for non-specialists who would benefit greatly from the ability to develop their own microfluidic devices to address research questions. Particularly lacking has been the open dissemination of protocols related to photolithography, a key step in the development of a replica mold for the manufacture of polydimethylsiloxane (PDMS) devices. While the fabrication of single height silicon masters has been explored extensively in literature, fabrication steps for more complicated photolithography features necessary for many interesting device functionalities (such as feature rounding to make valve structures, multi-height single-mold patterning, or high aspect ratio definition) are often not explicitly outlined. 
Here, we provide a complete protocol for making multilayer microfluidic devices with valves and complex multi-height geometries, tunable for any application. These fabrication procedures are presented in the context of a microfluidic hydrogel bead synthesizer and demonstrate the production of droplets containing polyethylene glycol (PEG diacrylate) and a photoinitiator that can be polymerized into solid beads. This protocol and accompanying discussion provide a foundation of design principles and fabrication methods that enables development of a wide variety of microfluidic devices. The details included here should allow non-specialists to design and fabricate novel devices, thereby bringing a host of recently developed technologies to their most exciting applications in biological laboratories.

Multilayer microfluidic devices often involve the fabrication of master molds with complex geometries for functionality. This article presents a complete protocol for multi-step photolithography with valves and variable height features tunable to any application. As a demonstration, we fabricate a microfluidic droplet generator capable of producing hydrogel beads.

バルブ付き多層マイクロ流体デバイスのための多段階可変高さのフォトリソグラフィ

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

Paper wicks fluids autonomously due to capillary action. By patterning paper with hydrophobic barriers, the transport of fluids can be controlled and directed within a layer of paper. Moreover, stacking multiple layers of patterned paper creates sophisticated three-dimensional microfluidic networks that can support the development of analytical and bioanalytical assays. Paper-based microfluidic devices are inexpensive, portable, easy to use, and require no external equipment to operate. As a result, they hold great promise as a platform for point-of-care diagnostics. In order to properly evaluate the utility and analytical performance of paper-based devices, suitable methods must be developed to ensure their manufacture is reproducible and at a scale that is appropriate for laboratory settings. In this manuscript, a method to fabricate a general device architecture that can be used for paper-based immunoassays is described. We use a form of additive manufacturing (multi-layer lamination) to prepare devices that comprise multiple layers of patterned paper and patterned adhesive. In addition to demonstrating the proper use of these three-dimensional paper-based microfluidic devices with an immunoassay for human chorionic gonadotropin (hCG), errors in the manufacturing process that may result in device failures are discussed. We expect this approach to manufacturing paper-based devices will find broad utility in the development of analytical applications designed specifically for limited-resource settings.

We detail a method to fabricate three-dimensional paper-based microfluidic devices for use in the development of immunoassays. Our approach to device assembly is a type of multilayer, additive manufacturing. We demonstrate a sandwich immunoassay to provide representative results for these types of paper-based devices.

イムノアッセイのための3次元紙ベースのマイクロ流体デバイスの作製

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

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 microfluidic devices. Here, a protocol for the fabrication of plastic microfluidic devices is demonstrated, where soft lithographic techniques are used to embed transparent Calcium Fluoride (CaF2) view-ports in connection with observation chamber(s). The method is based on a replica casting approach, where a polydimethylsiloxane (PDMS) mold is produced through standard lithographic procedures and then used as the template to produce a plastic device. The plastic device features ultraviolet/visible/infrared (UV/Vis/IR) -transparent windows made of CaF2 to allow for direct observation with visible and IR light. The advantages of the proposed method include: a reduced need for accessing a clean room micro-fabrication facility, multiple view-ports, an easy and versatile connection to an external pumping system through the plastic body, flexibility of the design, e.g., open/closed channels configuration, and the possibility to add sophisticated features such as nanoporous membranes.

A protocol for the fabrication of plastic microfluidic devices with transparent view-ports for visible and infrared light imaging is described.

ビュー ポートの可視光と赤外線を透明なプラスチックのマイクロ流体デバイスを製造するためソフト平版のプロシージャ

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 ...