Name: using adhesive patterning to construct 3d paper microfluidic devices
Uploaded: 2016-04-01T14:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 53 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Using Adhesive Patterning to Construct 3D Paper Microfluidic Devices at JoVE.com

Bu çalışma Riverside, Kaliforniya Üniversitesi Mühendislik Bourns College bir fon tarafından desteklenmektedir. BK Mekanik Tasarım Akciğer-Wen Tsai Memorial Ödülü burs aldı.

1. Düzlemsel 4 katmanlı Cihazı (yığılmış Katmanlar) İnşaat <ol><li> Bir katı mürekkep yazıcı kullanarak filtre kağıdının her parça üzerine cihazın 9 her katmanın baskı dizileri. 11,12 Place 2 dakika süreyle 170 ° C&#39;de bir ocak, her filtre kağıdı. Bu mum bazlı mürekkep eritmek ve tamamen hidrofobik engelleri oluşturan, kağıt kalınlığını nüfuz sağlayacak. NOT: Kullanılan kesin tasarımlar ek dosyalar olarak mevcuttur. </li><li> ocak filtre kağıdı çıkarın ve oda sıcaklığına soğumaya bırakın. </li><li> Depozito 4 ul 5 mM boya (kırmızı: Allura Kırmızı, sarı: tartrazin; mavi: erioglaucine disodyum tuzu, yeşil: 10: Tartrazinin 1 karışımı: erioglaucine disodyum tuzu) katmanın 3 her dalında (Şube başına tek renk) (üçüncü tamamlanmış cihazın üst katman), mikropipet kullanılarak. </li><li> En alttaki tabaka ile başlayın. Bağlayıcı klibi kullanarak, şablon ve bu plaka cam parçası gibi sert destek arasındaki filtre kağıdını Kelepçes veya benzer başka bir geçici bir yöntem. şablon kağıda karşı düz olduğundan emin olun. Bu kağıda şablon tarafından döküm herhangi sprey gölgeleri en aza indirecektir. </li><li> Bu süre zarfında. Yaklaşık 1.33 sn (180 bpm dört sayısı) yaklaşık 24 cm sprey ile 9,10 yapıştırıcıyı (malzeme ve ekipman listesine bakınız) uygulayın orta tempoda şablonun karşısında yapıştırıcı kutu taşıyın. şablonun genelinde seyahat Çok yavaş bunu tıkanma şablona kendisi üzerinde birikmesine yapıştırıcı neden olur. seyahat çok hızlı kağıt üzerinde yeterli yapıştırıcı yatırmak için başarısız olur. Bu süre içinde dört geçer (yukarı-aşağı-yukarı-aşağı) sprey gölgeler önlemede yeterlidir. </li><li> şablonu kaldırın ve cihazın bir sonraki katmanı yerleştirin kağıdın kenarlarına hizalayarak, taze püskürtülür katmanın üstünde (numaralı katmanlar ek dosyalar olarak mevcuttur). Sıkıca birlikte iki kat basın. </li><li> şablon yerine ve cihazın her bir katman için püskürtme işlemini tekrarlayın. sta kaldıralt tabaka üzerinde ambalaj bandı cihazları ve yer ck. Bu cihazdan herhangi bir sıvı sızmasını önler. sacdan kesilmiş bireysel cihazların basılı bölgenin kenarında izleyen, makas kullanılarak. </li></ol> 2. Düzlemsel 4 katmanlı Cihazı (Origami Katlanmış Katmanlar) İnşaat <ol><li> Bir katı mürekkep yazıcı kullanarak filtre kağıdı üzerine cihazın tüm katmanları içeren baskı levhalar. 2 dakika boyunca 170 ° C&#39;de bir sıcak plaka üzerinde filtre kağıdı yerleştirin. ocak filtre kağıdı çıkarın ve oda sıcaklığına soğumaya bırakın. NOT: Kullanılan kesin tasarımlar ek dosyalar olarak mevcuttur. </li><li> Depozito 4 ul 5 mM boya (kırmızı: Allura Kırmızı, sarı: tartrazin; mavi: erioglaucine disodyum tuzu, yeşil: 10: Tartrazinin 1 karışımı: erioglaucine disodyum tuzu) katmanın 3 her dalında (Şube başına tek renk) (üçüncü mikropipet yoluyla tamamlanan cihazın üst) için katmanı. </li><li> Bu tür plaka cam parçası olarak şablonun ve sert bir destek arasındaki cihazların sayfasını Kelepçe, Binderclips veya benzer başka bir geçici bir yöntem kullanılmıştır. şablon kağıda karşı düz olduğundan emin olun. </li><li> yaklaşık 1.33 sn (180 bpm dört sayısı) yaklaşık 24 cm sprey ile yapıştırıcı (malzeme ve ekipman listesine bakınız) uygulayın. Bu süre içinde dört geçer (yukarı-aşağı-yukarı-aşağı) sprey gölgeler önlemede yeterlidir. </li><li> şablonu kaldırın ve levha ters çevirin. şablonu değiştirin ve kağıt tarafı geri püskürtülür. Basılı bölgenin kenarında izleyen, cihazların sayfasını çıkarın ve Şekil 1&#39;de gösterildiği gibi, bir akordeon pli katlanır başlar. Makas kullanılarak tabakadan her bir aygıtı kesin. alt tabaka üzerinde ambalaj bandı yerleştirin. </li></ol> 3. düzlemsel olmayan (Origami) Cihaz İnşaat <ol><li> Bir katı mürekkep yazıcı ve 2 dakika süreyle 170 ° C&#39;de sıcak bir plaka üzerinde filtre kağıdı yerleştirin kullanarak filtre kağıdı üzerine baskı cihazı (Şekil 2A). ocak cihazı çıkarın ve oda sıcaklığına soğumaya bırakın. NOT:kullanılan tam tasarımlar ek dosyalar olarak mevcuttur. </li><li> Baskı kırışık bir katı mürekkep yazıcı kullanarak yazıcı kağıt üzerine desen (Şekil 2C) ve filtre kağıdının boyutuna kesilir. Desen kağıdın her iki tarafına gelen görünür olmasını neden balmumu eritmek için, 2 dakika süreyle 170 ° C&#39;de bir ocak kırışık desen yerleştirin. ocak gelen kırışık desen çıkarın ve oda sıcaklığına kadar soğumasını bekleyin. </li><li> Kanal desenleri içeren kağıdın kenarlarına kırışıklık desen kenarlarını hizalayın ve bağlayıcı klipleri, ya da benzer başka bir geçici yöntemi kullanarak kağıt iki parça takın. </li><li> işaretleri cihaz kağıda yazdırılmasını yeterli kuvvet uygulayarak, künt kalemle kırışık desen Trace, ama çok zor kırışık desen kağıt akıntılar olduğunu. Böyle bir durumda, cihaz zarar görmesini riski. Precreasing kağıt çok daha kolay katlanması için neden olur ve katlama daha fazla doğruluk ve hassasiyet için izin verir. </li><li> dağ ve vadi cihazı katlanır başlayınkırışık desenine göre katlanır. Yapışkan uygulandıktan sonra, tüm cihazın yapışkan uygulama çok yararlıdır önce bu kadar mümkün olduğu kadar aygıtı, katlama çok hızlı bir şekilde monte edilmelidir. </li><li> düzenek katlandıktan sonra, yapıştırıcı gerektiren cihaz bölümlerini açığa çıkarmak için cihaz açın. Nerede cihaz yapışkan sınırlamak kesip maskeleri (Şekil 2B) bir jilet kullanarak, tatbik edilebilir. </li><li> Bu tür plaka cam parçası olarak şablonun ve maske ve sert bir destek arasındaki cihazı kelepçe. şablon cihaza karşı düz olduğundan emin olun. yaklaşık 1.33 sn (180 bpm dört sayısı) yaklaşık 24 cm sprey ile yapıştırıcı (liste malzeme ve ekipman bakınız) uygulayın. Bu süre içinde dört geçer (yukarı-aşağı-yukarı-aşağı) sprey gölgeler önlemede yeterlidir. şablonu kaldırın ve levha ters çevirin. şablonu değiştirin ve maske ve kağıdın arka tarafını sprey. </li><li> Hemen şablon aygıtı çıkarın ve katlanır başlamakcihazı. Cihaz tamamen katlanır sonra, yapışkan kuruyana kadar kısmını içeren yapışkan basınç uygulanır. NOT: yapıştırıcının kuruma süresi, ortam neme karşı çok hassas, bu yüzden bir nem kontrollü odasında katlama düşük nemli ortamlarda, cihazı katlamak için daha fazla zaman sağlar. </li></ol> 4. Nüfuz Testi 4 katmanlı Cihazlar için <ol><li> Rastgele önce yukarıda protokollere göre monte 20 cihazları seçin. bir yere koyun cihazlar buharlaşmasını en aza indirmek için herhangi bir rüzgar ya da esintiler korumalı. Her cihazın girişinde su ul Depozito 40. onun çıkışları hepsi tamamen boya ile doldurulmuş olması her bir cihaz için gereken süreyi kaydedin. </li></ol> 5. Origami Nüfuz Karşılaştırma <ol><li> İki Origami tavus kuşu Construct - bir kişi, yukarıdaki protokol (bölüm 3) ve yapışkan uygulama esnasında şablonun kullanılmadan diğerine göre yöntem. </li><li> Küçük bir p bir ucunuHer tavus vücuda aper kurşun (5 cm uzunluğunda tarafından geniş yaklaşık 5 mm). </li><li> buharlaşmasını en aza indirmek için, yüksek bir bağıl nem oranı (&gt;% 90) tutulan bir odada iki tavus yerleştirin. 5 mM boya (: Allura Kırmızı, sarı: Tartrazinin, mavi: erioglaucine disodyum tuzu kırmızı) ile dolu bir kap içine her tavus kuşu her bacak ve kurşun yerleştirin. Bir dijital kamera ile süreci esneklik Tutanak. </li></ol>

<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>

Yazarlar ifşa hiçbir şey yok.

Yukarıdaki protokoller düzlemsel ve düzlemsel olmayan 3D kağıt mikroakışkan cihazlar oluşturmak için aerosol yapıştırıcı uygulamak için şablonlar olarak delikli metal levhalar kullanmak. Düzlemsel cihazlarda bu yapışkan cihazı bozmadan kuruduktan sonra cihazların tamamen açılmış olmasını sağlayan bir avantaja sahiptir. Bazı tasarımlar çıkarılabilir yapıştırıcı ile birlikte düzenlenen iki yarısı unpeeling kısmi yıkıcı sökme izin rağmen diğer yapışkan bazlı inşaat teknikleri, bu, neredeyse imkansızdır. 14 Adhesiveless inşaat cihazları kullanımdan sonra gelişeceğini izin, ancak özel kelepçeler veya gövdeleri gerektirir yok her cihaz için. 8 öncelikle yanal fitilleme ile cihazlarda, yapıştırıcılar önemli ölçüde yavaş emici yapabilirsiniz. yapışkan desenlendirme olarak, emici bölgelerine tatbik edilen yapıştırıcı maddenin miktarı önemli ölçüde potansiyel fitillenme girişim sınırlayıcı azaltılabilir. ağırlıklı olarak dikey fitilleme olan cihazlarAyrıca her ne kadar çok daha az ölçüde, yapıştırıcı nedeniyle benzer yavaş fitilleme sergilerler. tamamen bloke bütün sadece, herhangi bir potansiyel fitilleme müdahaleleri ortadan kaldırabilir hidrofobik bölgelere yapıştırıcı uygulama sınırlayan, bölgeler esneklik, aynı zamanda inşaat sürecine önemli ölçüde uyum süresini uzatabilir bir şablon tasarımı. Düzlemsel olmayan cihazlarda, desenli yapışkan önemli ölçüde homojen olarak uygulanmış yapıştırıcı tabaka ile önemli ölçüde daha kolay katlanabilir hale azaltılır kağıda uygulanan yapıştırıcı miktar olarak, katlama kolaylaştırır. tamamen yapıştırıcı kaplı kağıt kağıt farklı alanları arasında herhangi bir tesadüfi temas devam etmeden önce geri alınmalıdır yapışma neden olduğunda katlamak çok daha zordur. hidrofobik alana büyük bir fitilleme alanı göreli sahip düzlemsel 3D katmanlı cihazlar için origami bir aerosol yapıştırıcı ile eşleştirilmiş katlama değil optimum inşaat teknoloji muhtemeldirnedeniyle açılmak kırışıklıklar eğilimini üstesinden ederken birlikte ıslak kağıt katmanları tutmak için yapıştırıcının yetersizlik nique. Yeterli hidrofobik sınırları içeren tasarımları ile Aygıtlar origami katlanmış cihazların başarı oranını artıracaktır. daha güçlü bir bağ kuvveti yapıştırıcı kullanarak da, bu sorunu çözmek kağıt yapışkan bağı zayıflatan su önlenmesine yardımcı olabilir. onlar cihazı açılmak eğiliminde kırışıklıklar, eksikliği gibi yığılmış tabaka cihazları genel olarak, daha iyi bir performans. Bundan başka, yapıştırıcı uygulama sırasında bir şablon kullanılması önemli ölçüde katmanlar arasında fitil akışkan için gereken zaman süresi kısaltılmış, tatbik edilen yapıştırıcı maddenin toplam miktarını azaltır. düzlemsel olmayan 3D kağıt microfluidic cihazlar tasarlarken dikkate alınması gereken konularda bir dizi vardır. Su imbibi üzerine açık kırışıklık zorlar bir kırışıklık boyunca kanalları yerleştirmek gibi, kanalların düzeni katlanmış cihazın kırışık desen karşılaştırmak için önemlidirselüloz elyaflarının şişmesi nedeniyle tion. belirli bir cihaza olsa da, bu ya da arzu olmayabilir davranış tasarımına bağlı olarak. Normal koşullar altında Cihaz depolama zayıflaması tabakalar arasındaki yapıştırıcı bağlantının önlemek için tavsiye edilir Böylece cihaz canlılığı, 10 kuru hava altında uzun süreli depolama için elverişli değildir. Daha önce Lewis tarafından belirtildiği gibi ve diğ., Sprey yapıştırıcıları 9 kullanımı hızlı bir 3D kağıt mikroakışkan cihazların büyük miktarlarda üretilmesi için etkin bir araç sağlamaktadır. Bu tür yapıştırıcılar desenlendirme ile, yeni cihazlar kullanımdan sonra gelişeceğini edememek yararlanmak geliştirilmiştir daha hızlı olabilir. Dahası, desenlendirme düzlemsel olmayan 3D kağıt mikroakışkan cihazların inşaat ve geliştirme sağlar. Bu tip cihazlar önce, entegre kumandası ve algılama gibi düzlemsel kağıt Mikroakiskan, bulunmayan işlevsellik sağlamak mümkün olması beklenmektedir. Örneğin, harekete olabilirSu reaktif polimer film 15 ile, modelli bir kağıt alt-tabaka arasında bir çift-katlı oluşturarak elde. Böyle bir çift-katlı yapılmış olan bir cihazda, çalıştırma cihazı en kanallar boyunca zaman su fitil verilirdi ve film ile etkileşime girer. Film kurur sonra cihaz tekrar kullanılmak üzere hazır bırakarak, başlangıç ​​yapılandırmasına dönecekti.

Son yıllarda, kağıt Mikroakiskan (POC) tanı cihazları bakım düşük maliyetli noktası sağlamak için potansiyeli için önemli bir popülerlik kazandı. 1-3 POC cihazlar sonuçları olmasını sağlayan bir biçimde laboratuvar bazlı testlerin benzer işlevler sunan nispeten hızlı bir şekilde elde edildi. kağıttan yapılmış POC cihazlar kaynak sınırlı ortamlarda kullanım için ideal hale düşük maliyetli, hafif ve pahalı mikroakışkan cips ve minyatürize laboratuvarlar kolay kullanımlı alternatiflerdir. En yaygın kağıt mikroakışkan cihazlar tek boyutlu yanal akış cihazlar vardır, ama mikroakışkan cihazlar tutun düzlemsel üç boyutlu (3D) kağıt 2B cihazının 5 tarafından gerekli olandan çok daha küçük bir ayak izi almak multiplekslenmiş teşhis cihazları 4 sağlamak için söz veriyorum ve buna küçük bir örnek hacmi kullanın. Başlangıçta, düzlemsel 3D kağıt mikroakışkan cihazlar tek tek monte edilmiş tabaka-by-katman wiinci lazer kesim çift taraflı bant ile dönüşümlü kağıt tabakaları desenli. Bant katman kesilmiş dikkatle hizalanmış delikler Ara tabaka sıvı geçişini sağlamak için selüloz tozu ile doldurulmuştur. Alternatif yöntem 4 bir sayı, daha sonra, cihazlar 6-9, her iyileştirilmesi farklı yönlerini geliştirilmiştir. Özel olarak, yapıştırıcı kaçınarak, cihazlar harici kelepçe ile bir arada tutulan katmanlar Origami teknikleri ile katlanabilir. 8 Bu potansiyel olarak daha küçük örnek sağlayan bir teşhis testinde olası yapışkan müdahaleyi ortadan kaldıran ve cihazın kullanım sonrası katlanmamış olmasını sağlar içten sonuçları görüntüleyerek hacimleri. Seçenek olarak ise, her kağıt tabakası arasına uygulanan bir sprey yapıştırıcı kullanılarak, cihaz yaprak zaman alıcı desenlendirilmesi bandın hizalama olmaksızın eş zamanlı olarak monte edilebilir. 9 Bununla birlikte, bir şablonun içinden bir aerosol yapışkan uygulanarak, yararı elde etmek mümkündürBu tekniklerin her ikisi de. bir şablonun içinden yapışkanın püskürtülmesi ile, yapıştırıcı madde sadece küçük bir kısmı ara tabaka, sıvı aktarımı ile herhangi bir potansiyel etkisi en aza indirgenir, cihaz uygulanır. Buna ek olarak, dikkatli bir şablona seçimi ile, bir yapışkan deseni de sıvı tabakaları arasında fitil izin vermek için yeterli bir tabaka temas sağlarken cihazları sağlayan yarı kalıcı bir yapışıklık sağlanmış olur, kullanımdan sonra katlanmamış olması için bu uygulanabilir. Son olarak, bir şablonun içinden aerosol yapışkanların uygulanması sık katlama ve inşaat sırasında açılımı gerektirebilir bitişik yüzlerine uygulanan yapışkan miktarının en aza düşürülmesi ile düzlemsel olmayan 3D kağıt mikroakışkan cihazlar yapımı, kolaylaştırır. 10 ek olarak, desenli bir yapıştırıcı kullanımı da cihazın daha uygun depolama için kullanıldıktan sonra gelişeceğini. Düzlemsel olmayan 3D kağıt mikroakışkan cihazları, aksi takdirde bir düzlemsel 3D deva imkansız olurdu görevler için kullanılacak bekleniyore. Şekil 1 düzlemsel ve düzlemsel olmayan 3D cihazları hem inşa etmek için kullanılan genel süreç akışını göstermektedir.

<table><tbody><tr><td>Camera</td><td>Nikon</td><td>D5100</td><td></td></tr><tr><td>Solid-ink printer</td><td>Xerox</td><td>ColorQube 8880</td><td></td></tr><tr><td>Hotplate</td><td>Torrey Pines</td><td>HS60</td><td></td></tr><tr><td>Humidity chamber</td><td>Electro-Tech Systems</td><td>5503-E</td><td></td></tr><tr><td>Spray adhesive</td><td>3M</td><td>62497749309</td><td>Super 77 (16.75 oz can)</td></tr><tr><td>Filter paper</td><td>Whatman</td><td>Grade 4</td><td></td></tr><tr><td>Perforated steel sheet</td><td>MetalsDepot</td><td>PS16116</td><td></td></tr><tr><td>Tartrazine</td><td>Sigma-Aldritch</td><td>T0388</td><td></td></tr><tr><td>Allura Red</td><td>Sigma-Aldritch</td><td>458848</td><td></td></tr><tr><td>Erioglaucine disodium salt</td><td>Sigma-Aldritch</td><td>861146</td><td></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-katman cihazın testleri sınırlı biriken sıvı hacminin aşın buharlaşmasını neden olabilecek herhangi bir rüzgar ya da esintiler onları koruyucu, kapalı bir oda içinde gerçekleştirilmiştir. buharlaşmaya bağlı hız emme farklılıklar az olması beklenen bu yüzden 4 kat cihazlarda fitilleme çoğunluğu, cihazın orta tabaka bulunmaktadır. Buna ek olarak, çok az yan fitilleme emme süreleri arasında farklılık, dikey, ara kat, sıvı aktarımı için muhtemel olduğunu düşündürmektedir giriş ve tek bir çıkış arasında sadece 13 mm vardır. Uygulanan yapıştırıcı farklı miktarları ile imal 4 kat cihazlar için fitillenme zamanı ve başarı oranı ortalaması Tablo 1 &#39;de gösterilmiştir. yığılmış cihazlarda, üniforma yapıştırıcı kapsama biz yapıştırıcı miktarı arttıkça azaldığı nispeten yüksek başarı oranları ile sonuçlanmıştır. Desenli yapışkan CoveraGE yapıştırıcı yalnızca tek bir tarafına uygulandığında çok düşük bir başarı oranları ile sonuçlandı ancak desenli yapışkan her iki tarafına tatbik edilmiştir daha yüksek başarı oranları ve daha hızlı emme kez vardı. Tipik başarılar Şekil 3A&#39;da gösterilmiştir. Bu gözlenen davranış çeşitli açıklamaları vardır, herhangi bir kombinasyonu uygulanabilir. uygulanan yapışkan kısmen ya da tamamen, fiziksel bloke olabilir, kağıt tabakaları arasında daha küçük bir etkili temas alanına elde kağıt yüzeyinde gözenekler. Ayrıca, yapışkan kendisinin akışkan uzun süreleri emici yol boyunca fitil gereken daha kalın bir yapışkan tabakada, diğer bir gözenekli alt-tabaka bir yapıştırıcı sonucu kadar ağır kaplamalar hareket edebilir. yapışkan yapı model, diğer yandan, sadece kısmen daha fazla sıvı kez emme azalır doğrudan kağıt tabakası, kağıt tabakasından fitil sağlayan, temas alanları tıkamaktadır yapıştırıcı &#39;nokta&#39; oluşturur. Bununla birlikte, bu çok jisiYapışkan kapsama işlemi de ayrıca liflerin şişmesi ve açığa çıkmasını kırışıklıklar tabakalar artık temas halinde olduğu kadar ayrılması için neden olduğunda azalmış başarı oranları elde kağıt tabakaları arasında yapıştırıcı bağının mukavemetini azaltır. kanalların etrafında sınır boyutunu iki katına çıkararak (% 30 ~ tarafından genel cihaz alanını arttırarak), tek ve çift taraflı yapışkan uygulamalar için başarı oranları arttı. İki boyutları arasında bir karşılaştırma Şekil 4&#39;te gösterilmiştir. Tipik yığılmış cihaz arızası tamamen boya ile doldurmak için başarısız, ya da doldurmak için daha uzun 5 dakika sürdü çıkışları ile karakterize edildi. Bu durum Şekil 3B&#39;de gösterilmiştir. origami katlanmış cihazlarda, üniforma yapıştırıcı kapsama yığılmış, üniforma, tek taraflı yapışkan cihazlarda mevcut yapıştırıcı eşdeğer miktarda uygulanırken ortaya çıkan tam bir başarısızlık ile düşük başarı oranları ile sonuçlanmıştır. Desenli yapışkan kapakyaş çok daha düşük başarı oranları ile sonuçlanmıştır; Ancak, bu azalma 3 mm sınırları vardı biraz daha büyük cihazlar kullanılarak dengelenmiştir. Tipik origami cihaz arızası boya herhangi bir miktar ile doldurmak için başarısız çıkışları ile karakterize edildi. Bu çıkışlar sadece kırışıklıklar bulunan cihazın iki tarafın birlikte yerleşmişti. Bu durum, Şekil 3C&#39;de tasvir edilmiştir. Farklı sprey yöntemleri altında tatbik edilen yapıştırıcı kitleleri Tablo 2&#39;de gösterilmiştir. 1.33 saniye yukarıda tarif edilen püskürtme süresinin yapıştırıcı yataklarının 0.26 mg / cm2 (kuru kütle) (dört sayısı 180 bpm) tabaka boyunca eşit olarak püskürtülür cihazlar,% 23, açık bir şablonun içinden püskürtüldüğü zaman, sadece 0.02 mg / cm2 (kuru kütle) biriktirilmesi sırasında. düzlemsel olmayan 3D yapılarda, üniforma yapıştırıcı kapsama komşu yüzler olarak, daha zor katlama sonuçlandı<html> erken araya sıkışmış. yapının içinde katmanlar yapıştırıcı kurutulmuş kez gelişeceğini ve parçalanmış kağıt böylece sonuçlandı yapmak için çalışır edilememiştir. herhangi bir kaza sonucu yapışma kolayca geri olduğu gibi Desenli yapışkan kapsama, çok daha kolay katlanır yaptı. Yapışkan kurutuldu sonra, tabakalar herhangi bir kağıt programı ya da yırtılma olmadan birbirinden ayrılabildi. Yapışkan uygulama iki yöntem başarıyla kanalları ve karıştırma olmadan uzunluk sıvı yönlendirilmiş olduğu cihazlarda sonuçlandı; Ancak, eşit uygulanan yapıştırıcı ile cihaz belirgin yavaş oldu. Bu iletim bir zaman atlamalı şekilde gösterilmiştir 5. Fitilleme bağıl nem azaldıkça buharlaştırma arttıkça, buharlaşmasını en aza indirmek için&gt;% 90 nispi nemde tutulan bir nem kontrol odası yapıldı. Bu nedenle tasarımda mevcut uzun kanallara, en fazla 165 mm uzunluğunda, buharlaşma önemli ölçüde hatta sonsuz bir sıvı haznesine sahip, esneklik süreyi artırabilir. içerik &quot;fo: keep-together.within-page =&quot; 1 &quot;&gt; <img alt="Şekil 1" src="/files/ftp_upload/53805/53805fig1.jpg" /> Şekil 1. Cihaz Fabrikasyon Süreç Akış. (A) cihaz imalat Yığılmış. (B) Origami cihaz imalatı. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53805/53805fig1large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="şekil 2" src="/files/ftp_upload/53805/53805fig2.jpg" /> Şekil 2. Peacock Desenleri. Siyah hidrofobik bölgeleri gösterir (A) Kanal desen. (B) Oklar her boya tarafından alınan yolu gösterir. Daireler katmanları ve noktalı çizgiler arasındaki temas noktası dikey fitilleme yolları göstermektedir göstermektedir. kuyruk kenarına kendi ilgili girişten her kanalın uzunluğu milimetre endikedir. Kanal genişliği 2 arasında ortalamaKuyruk bölgede 3 mm. (13 değiştirilmiş) (C) Kırışıklık Desen. Kırmızı çizgileri son yapıda dağ kıvrımlarının karşılık; Siyah çizgiler vadi kıvrımlar karşılık; Mavi gibi nihai yapı katlanmamış kırışıklıklar tekabül etmektedir, ancak ön katlama adımları yardımcı. Origami cihazı ve beyaz kısımları çıkarılır yapışkan uygulama sırasında metal şablon arasına yerleştirilen (D) maskeler. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53805/53805fig2large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 3," src="/files/ftp_upload/53805/53805fig3.jpg" /> Şekil 3. Tipik Başarılar ve başarısızlıklar (A) Tipik Başarı -. Tüm çıkışları tamamen boya ile doldurulmuş. (B) Tipik yığılmış arızası - çıkışları başarısız hiçbir belirgin Patt vardıdağılımlarında ern. (C) Tipik origami arızası -, en soldaki veya en sağdaki sütun boyunca kırışıklıklar en yakın bulunduğu doldurmak için başarısız tüm çıkışları. Tüm ölçek çubukları 5 mm. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53805/53805fig3large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 4," src="/files/ftp_upload/53805/53805fig4.jpg" /> Şekil 4. Cihaz Boyutu Karşılaştırılması. (A) küçük cihaz (1.6 mm sınırı). (B) Büyük cihaz (3 mm sınır). Tüm ölçek çubukları 5 mm. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53805/53805fig4large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 5," src="/files/ftp_upload/53805/53805fig5.jpg" /> Şekil 5,. . Origami Peacock Sol Time Lapse: üniforma yapıştırıcı kapsama. Sağ:. Desenli yapışkan kapsama <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53805/53805fig5large.jpg" target="_blank">bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <table fo:keep-together.within-page="1"><tbody><tr><td> cihaz Stili </td><td> Yapıştırıcı Tip (Süre / Sınır / Yüzler) </td><td> Ortalama ± SD (sn) </td><td> Başarı oranı </td></tr><tr><td> Origami </td><td> Üniforma (1.33 sn / 1.6 mm / Double) </td><td> 44 ± 14 </td><td> % 45 </td></tr><tr><td></td><td> Üniforma (0.67 sn / 1.6 mm / Double) </td><td> 0 ° ± 0 </td><td> 0% </td></tr><tr><td></td><td> Desenli (1.33 sn / 1.6 mm / Çift) </td><td> 41 ± 13 </td><td> % 15 </td></tr><tr><td></td><td> Desenli (1.33 sn / 3 mm / Double) </td><td> 64 ± 50 </td><td> % 40</td></tr><tr><td> Yığılmış </td><td> Üniforma (1.33 sn / 1.6 mm / Single) </td><td> 152 ± 66 </td><td> % 80 </td></tr><tr><td></td><td> Üniforma (1.33 sn / 1.6 mm / Double) </td><td> 119 ± 68 </td><td> % 60 </td></tr><tr><td></td><td> Desenli (1.33 sn / 1.6 mm / Single) </td><td> 164 ± 75 </td><td> % 25 </td></tr><tr><td></td><td> Desenli (1.33 sn / 1.6 mm / Çift) </td><td> 81 ± 25 </td><td> % 80 </td></tr><tr><td></td><td> Desenli (1.33 sn / 3 mm / Single) </td><td> 116 ± 63 </td><td> % 85 </td></tr><tr><td></td><td> Desenli (1.33 sn / 3 mm / Double) </td><td> 80 ± 55 </td><td> % 100 </td></tr></tbody></table> Farklı yapıştırıcı uygulama koşulları için zaman ve başarı oranlarını emme Tablo 1. Dört Katlı Aygıt Performans. Ortalama. N 20 =. <table fo:keep-together.within-page = &quot;1&quot;&gt; <tbody><tr><td> yapıştırıcı Kapsamı </td><td> Süresi (sn) Sprey </td><td> ± SD Ortalama Kütle (mg / cm²) </td></tr><tr><td> üniforma </td><td> 1.33 </td><td> 0.26 ± 0.05 </td></tr><tr><td> üniforma </td><td> 0.67 </td><td> 0.14 ± 0.03 </td></tr><tr><td> desenli </td><td> 1.33 </td><td> 0.02 ± 0.01 </td></tr><tr><td> Hiçbiri </td><td> 0 </td><td> -0.01 ± 0 </td></tr></tbody></table> Tablo 2. Uygulamalı Yapıştırıcı tutarlar. Ortalama yapıştırıcı kalınlığı (kuru kütle) farklı sprey koşullarında 9x9 cm&#39;lik kare üzerine uygulanan. N = 10.

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

Biz 3D kağıt mikroakışkan cihazlar oluşturmak için desenli aerosol yapıştırıcıların kullanımını göstermektedir. yapıştırıcı başvuru formlarının Bu yöntem tek kullanımlık cihazları sağlayan katmanlar arasında yarı kalıcı bağlar, olmayan yıkıcı kullanımdan sonra ve katlanır karmaşık düzlemsel olmayan yapılar kolaylaştırmak için demonte olması.

3D Kağıt mikroakışkan Cihazlar Construct Yapışkan Desenlendirme kullanma

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

using-adhesive-patterning-to-construct-3d-paper-microfluidic-devices

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Bioengineering

7.5K Görüntüleme.  University of California, Riverside.  Biz 3D kağıt mikroakışkan cihazlar oluşturmak için desenli aerosol yapıştırıcıların kullanımını göstermektedir. yapıştırıcı başvuru formlarının Bu yöntem tek kullanımlık cihazları sağlayan katmanlar arasında yarı kalıcı bağlar, olmayan yıkıcı kullanımdan sonra ve katlanır karmaşık düzlemsel olmayan yapılar kolaylaştırmak için demonte olması. 

Video: Using Adhesive Patterning to Construct 3D Paper Microfluidic Devices

Origami Inspired Self-assembly of Patterned and Reconfigurable Particles

There are numerous techniques such as photolithography, electron-beam lithography and soft-lithography that can be used to precisely pattern two dimensional (2D) structures. These technologies are mature, offer high precision and many of them can be implemented in a high-throughput manner. We leverage the advantages of planar lithography and combine them with self-folding methods1-20 wherein physical forces derived from surface tension or residual stress, are used to curve or fold planar structures into three dimensional (3D) structures. In doing so, we make it possible to mass produce precisely patterned static and reconfigurable particles that are challenging to synthesize.
In this paper, we detail visualized experimental protocols to create patterned particles, notably, (a) permanently bonded, hollow, polyhedra that self-assemble and self-seal due to the minimization of surface energy of liquefied hinges21-23 and (b) grippers that self-fold due to residual stress powered hinges24,25. The specific protocol described can be used to create particles with overall sizes ranging from the micrometer to the centimeter length scales. Further, arbitrary patterns can be defined on the surfaces of the particles of importance in colloidal science, electronics, optics and medicine. More generally, the concept of self-assembling mechanically rigid particles with self-sealing hinges is applicable, with some process modifications, to the creation of particles at even smaller, 100 nm length scales22, 26 and with a range of materials including metals21, semiconductors9 and polymers27. With respect to residual stress powered actuation of reconfigurable grasping devices, our specific protocol utilizes chromium hinges of relevance to devices with sizes ranging from 100 &mu;m to 2.5 mm. However, more generally, the concept of such tether-free residual stress powered actuation can be used with alternate high-stress materials such as heteroepitaxially deposited semiconductor films5,7 to possibly create even smaller nanoscale grasping devices.

We describe experimental details of the synthesis of patterned and reconfigurable particles from two dimensional (2D) precursors. This methodology can be used to create particles in a variety of shapes including polyhedra and grasping devices at length scales ranging from the micro to centimeter scale.

Origami Inspired Desenli ve Reconfigurable Parçacıkların Self-assembly

There are numerous techniques such as photolithography, electron-beam lithography and soft-lithography that can be used to precisely pattern two ...

Kimya

Creating Adhesive and Soluble Gradients for Imaging Cell Migration with Fluorescence Microscopy

Cells can sense and migrate towards higher concentrations of adhesive cues such as the glycoproteins of the extracellular matrix and soluble cues such as growth factors. Here, we outline a method to create opposing gradients of adhesive and soluble cues in a microfluidic chamber, which is compatible with live cell imaging. A copolymer of poly-L-lysine and polyethylene glycol (PLL-PEG) is employed to passivate glass coverslips and prevent non-specific adsorption of biomolecules and cells. Next, microcontact printing or dip pen lithography are used to create tracks of streptavidin on the passivated surfaces to serve as anchoring points for the biotinylated peptide arginine-glycine-aspartic acid (RGD) as the adhesive cue. A microfluidic device is placed onto the modified surface and used to create the gradient of adhesive cues (100% RGD to 0% RGD) on the streptavidin tracks. Finally, the same microfluidic device is used to create a gradient of a chemoattractant such as fetal bovine serum (FBS), as the soluble cue in the opposite direction of the gradient of adhesive cues.

A method for the assembly of adhesive and soluble gradients in a microscopy chamber for live cell migration studies is described. The engineered environment combines antifouling surfaces and adhesive tracks with solution gradients and therefore allows one to determine the relative importance of guidance cues.

Floresan Mikroskobu ile Görüntüleme Hücre Göç Yapıştırıcı ve Çözünür Degradeler oluşturma

Cells can sense and migrate towards higher concentrations of adhesive cues such as the glycoproteins of the extracellular matrix and soluble cues such as ...

Biyomühendislik

Cell Patterning on Photolithographically Defined 
Parylene-C: SiO2 Substrates

Cell patterning platforms support broad research goals, such as construction of predefined in vitro neuronal networks and the exploration of certain central aspects of cellular physiology. To easily combine cell patterning with Multi-Electrode Arrays (MEAs) and silicon-based &#8216;lab on a chip&#8217; technologies, a microfabrication-compatible protocol is required. We describe a method that utilizes deposition of the polymer parylene-C on SiO2&#160;wafers. Photolithography enables accurate and reliable patterning of parylene-C at micron-level resolution. Subsequent activation by immersion in fetal bovine serum (or another specific activation solution) results in a substrate in which cultured cells adhere to, or are repulsed by, parylene or SiO2 regions respectively. This technique has allowed patterning of a broad range of cell types (including primary murine hippocampal cells, HEK 293 cell line, human neuron-like teratocarcinoma cell line, primary murine cerebellar granule cells, and primary human glioma-derived stem-like cells). Interestingly, however, the platform is not universal; reflecting the importance of cell-specific adhesion molecules. This cell patterning process is cost effective, reliable, and importantly can be incorporated into standard microfabrication (chip manufacturing) protocols, paving the way for integration of microelectronic technology.

Cell Patterning on Photolithographically Defined 
Parylene-C: SiO2 Substrates

This protocol describes a microfabrication-compatible method for cell patterning on SiO2. A predefined parylene-C design is photolithographically printed on SiO2 wafers. Following incubation with serum (or other activation solution) cells adhere specifically to (and grow according to the conformity of) underlying parylene-C, whilst being repulsed by SiO2 regions.

Photolithographically Tanımlı Parylene-C hücre Desenlendirme: SiO<sub&gt; 2</sub&gt; Yüzeyleri

Cell patterning platforms support broad research goals, such as construction of predefined in vitro neuronal networks and the exploration of certain ...

Microfluidic Genipin Deposition Technique for Extended Culture of Micropatterned Vascular Muscular Thin Films

The chronic nature of vascular disease progression requires the development of experimental techniques that simulate physiologic and pathologic vascular behaviors on disease-relevant time scales. Previously, microcontact printing has been used to fabricate two-dimensional functional arterial mimics through patterning of extracellular matrix protein as guidance cues for tissue organization. Vascular muscular thin films utilized these mimics to assess functional contractility. However, the microcontact printing fabrication technique used typically incorporates hydrophobic PDMS substrates. As the tissue turns over the underlying extracellular matrix, new proteins must undergo a conformational change or denaturing in order to expose hydrophobic amino acid residues to the hydrophobic PDMS surfaces for attachment, resulting in altered matrix protein bioactivity, delamination, and death of the tissues.
Here, we present a microfluidic deposition technique for patterning of the crosslinker compound genipin. Genipin serves as an intermediary between patterned tissues and PDMS substrates, allowing cells to deposit newly-synthesized extracellular matrix protein onto a more hydrophilic surface and remain attached to the PDMS substrates. We also show that extracellular matrix proteins can be patterned directly onto deposited genipin, allowing dictation of engineered tissue structure. Tissues fabricated with this technique show high fidelity in both structural alignment and contractile function of vascular smooth muscle tissue in a vascular muscular thin film model. This technique can be extended using other cell types and provides the framework for future study of chronic tissue- and organ-level functionality.

We present a method for microfluidic deposition of patterned genipin and fibronectin on PDMS substrates, allowing extended viability of vascular smooth muscle cell-dense tissues. This tissue fabrication method is combined with previous vascular muscular thin film technology to measure vascular contractility over disease-relevant time courses.

Micropatterned Vasküler Musküler İnce Filmlerin Genişletilmiş Kültür mikroakışkan Genipin Biriktirme Tekniği

The chronic nature of vascular disease progression requires the development of experimental techniques that simulate physiologic and pathologic vascular ...

Construction of Modular Hydrogel Sheets for Micropatterned Macro-scaled 3D Cellular Architecture

Hydrogels can be patterned at the micro-scale using microfluidic or micropatterning technologies to provide an in vivo-like three-dimensional (3D) tissue geometry. The resulting 3D hydrogel-based cellular constructs have been introduced as an alternative to animal experiments for advanced biological studies, pharmacological assays and organ transplant applications. Although hydrogel-based particles and fibers can be easily fabricated, it is difficult to manipulate them for tissue reconstruction. In this video, we describe a fabrication method for micropatterned alginate hydrogel sheets, together with their assembly to form a macro-scale 3D cell culture system with a controlled cellular microenvironment. Using a mist form of the calcium gelling agent, thin hydrogel sheets are easily generated with a thickness in the range of 100 - 200 &#181;m, and with precise micropatterns. Cells can then be cultured with the geometric guidance of the hydrogel sheets in freestanding conditions. Furthermore, the hydrogel sheets can be readily manipulated using a micropipette with an end-cut tip, and can be assembled into multi-layered structures by stacking them using a patterned polydimethylsiloxane (PDMS) frame. These modular hydrogel sheets, which can be fabricated using a facile process, have potential applications of in vitro drug assays and biological studies, including functional studies of micro- and macrostructure and tissue reconstruction.

We describe the fabrication of micropatterned hydrogel sheets using a simple process, which can be assembled and manipulated in a freestanding form. Using these modular hydrogel sheets, a simple macro-scaled 3D cell culture system can be generated with a controlled cellular microenvironment.

Micropatterned Makro ölçekli 3D Hücresel Mimarlık Modüler Hidrojel Levhaların İnşaatı

Hydrogels can be patterned at the micro-scale using microfluidic or micropatterning technologies to provide an in vivo-like three-dimensional (3D) tissue ...

Micropatterning and Assembly of 3D Microvessels

In vitro platforms to study endothelial cells and vascular biology are largely limited to 2D endothelial cell culture, flow chambers with polymer or glass based substrates, and hydrogel-based tube formation assays. These assays, while informative, do not recapitulate lumen geometry, proper extracellular matrix, and multi-cellular proximity, which play key roles in modulating vascular function. This manuscript describes an injection molding method to generate engineered vessels with diameters on the order of 100 &#181;m. Microvessels are fabricated by seeding endothelial cells in a microfluidic channel embedded within a native type I collagen hydrogel. By incorporating parenchymal cells within the collagen matrix prior to channel formation, specific tissue microenvironments can be modeled and studied. Additional modulations of hydrodynamic properties and media composition allow for control of complex vascular function within the desired microenvironment. This platform allows for the study of perivascular cell recruitment, blood-endothelium interactions, flow response, and tissue-microvascular interactions. Engineered microvessels offer the ability to isolate the influence from individual components of a vascular niche and precisely control its chemical, mechanical, and biological properties to study vascular biology in both health and disease.

This manuscript presents an injection molding method to engineer microvessels that recapitulate physiological properties of endothelium. The microfluidic-based process creates patent 3D vascular networks with tailorable conditions, such as flow, cellular composition, geometry, and biochemical gradients. The fabrication process and examples of potential applications are described.

Micropatterning ve 3D mikrodamarlar Meclisi

In vitro platforms to study endothelial cells and vascular biology are largely limited to 2D endothelial cell culture, flow chambers with polymer or glass ...

Patterning of Microorganisms and Microparticles through Sequential Capillarity-assisted Assembly

Controlled patterning of microorganisms into defined spatial arrangements offers unique possibilities for a broad range of biological applications, including studies of microbial physiology and interactions. At the simplest level, accurate spatial patterning of microorganisms would enable reliable, long-term imaging of large numbers of individual cells and transform the ability to quantitatively study distance-dependent microbe-microbe interactions. More uniquely, coupling accurate spatial patterning and full control over environmental conditions, as offered by microfluidic technology, would provide a powerful and versatile platform for single-cell studies in microbial ecology. 
This paper presents a microfluidic platform to produce versatile and user-defined patterns of microorganisms within a microfluidic channel, allowing complete optical access for long-term, high-throughput monitoring. This new microfluidic technology is based on capillarity-assisted particle assembly and exploits the capillary forces arising from the controlled motion of an evaporating suspension inside a microfluidic channel to deposit individual microsized objects in an array of traps microfabricated onto a polydimethylsiloxane (PDMS) substrate. Sequential depositions generate the desired spatial layout of single or multiple types of micro-sized objects, dictated solely by the geometry of the traps and the filling sequence. 
The platform has been calibrated using colloidal particles of different dimensions and materials: it has proven to be a powerful tool to generate diverse colloidal patterns and perform surface functionalization of trapped particles. Furthermore, the platform was tested on microbial cells, using Escherichia coli cells as a model bacterium. Thousands of individual cells were patterned on the surface, and their growth was monitored over time. In this platform, the coupling of single-cell deposition and microfluidic technology allows both geometric patterning of microorganisms and precise control of environmental conditions. It thus opens a window into the physiology of single microbes and the ecology of microbe-microbe interactions, as shown by preliminary experiments.

We present a technology that uses capillarity-assisted assembly in a microfluidic platform to pattern micro-sized objects suspended in a liquid, such as bacteria and colloids, into prescribed arrays on a polydimethylsiloxane substrate.

Sıralı Capillarity destekli Montaj yoluyla Mikroorganizmaların ve Mikropartiküllerin Deseni

Controlled patterning of microorganisms into defined spatial arrangements offers unique possibilities for a broad range of biological applications, ...

Mühendislik

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.

İmmüno için üç boyutlu Paper-based mikroakışkan Cihazlar İmalat

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

A Versatile Method of Patterning Proteins and Cells

Substrate and cell patterning techniques are widely used in cell biology to study cell-to-cell and cell-to-substrate interactions. Conventional patterning techniques work well only with simple shapes, small areas and selected bio-materials. This article describes a method to distribute cell suspensions as well as substrate solutions into complex, long, closed (dead-end) polydimethylsiloxane (PDMS) microchannels using negative pressure. This method enables researchers to pattern multiple substrates including fibronectin, collagen, antibodies (Sal-1), poly-D-lysine (PDL), and laminin. Patterning of substrates allows one to indirectly pattern a variety of cells. We have tested C2C12 myoblasts, the PC12 neuronal cell line, embryonic rat cortical neurons, and amphibian retinal neurons. In addition, we demonstrate that this technique can directly pattern fibroblasts in microfluidic channels via brief application of a low vacuum on cell suspensions. The low vacuum does not significantly decrease cell viability as shown by cell viability assays. Modifications are discussed for application of the method to different cell and substrate types. This technique allows researchers to pattern cells and proteins in specific patterns without the need for exotic materials or equipment and can be done in any laboratory with a vacuum.

This report describes a simple, easy to perform technique, using low pressure vacuum, to fill microfluidic channels with cells and substrates for biological research.

Desenlendirme Proteinlerin ve Hücreleri Çok Yönlü Yöntemi

Substrate and cell patterning techniques are widely used in cell biology to study cell-to-cell and cell-to-substrate interactions. Conventional patterning ...

Nanoselüloz Kağıt Bazlı Analitik Cihazların Mikro Kabartmalı İmalatı  

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

Nanopaper, derived from nanofibrillated cellulose, has generated considerable interest as a promising material for microfluidic applications. Its appeal lies in a range of excellent&#160;qualities, including an exceptionally smooth surface, outstanding optical transparency, a uniform nanofiber matrix with nanoscale porosity, and customizable chemical properties. Despite the rapid growth of nanopaper-based microfluidics, the current techniques used to create microchannels on nanopaper, such as 3D printing, spray coating, or manual cutting and assembly, which are crucial for practical applications, still possess certain limitations, notably susceptibility to contamination. Furthermore, these methods are restricted to the production of millimeter-sized channels. This study introduces a straightforward process that utilizes convenient plastic micro-molds for simple microembossing operations to fabricate microchannels on nanopaper, achieving a minimum width of 200 &#181;m. The developed microchannel outperforms existing approaches, achieving a fourfold improvement, and can be fabricated within 45 min. Furthermore, fabrication parameters have been optimized, and a convenient quick-reference table is provided for application developers. The proof-of-concept for a laminar mixer, droplet generator, and functional nanopaper-based analytical devices (NanoPADs) designed for Rhodamine B sensing using surface-enhanced Raman spectroscopy was demonstrated. Notably, the NanoPADs exhibited exceptional performance with improved limits of detection. These outstanding results can be attributed to the superior optical properties of nanopaper and the recently developed accurate microembossing method, enabling the integration and fine-tuning of the NanoPADs.

Yazar Spotlight: Nanopaper Üzerinde Mikrokanal İmalatı Yoluyla Mikroakışkanlarda Devrim Yaratmak 

This protocol describes a straightforward process that utilizes convenient plastic micro-molds for simple microembossing operations to fabricate microchannels on nanofibrillated cellulose paper, achieving a minimum width of 200 &#181;m.

Mikro Kabartma: Nanoselüloz Kağıt Bazlı Mikroakışkanlar Üzerinde Mikrokanalların Üretilmesi İçin Uygun Bir İşlem

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