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>

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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><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.bdigitaluss.remotexs.co/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.bdigitaluss.remotexs.co/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.bdigitaluss.remotexs.co/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.bdigitaluss.remotexs.co/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.bdigitaluss.remotexs.co/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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Universidad San Sebastian

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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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.

折り紙インスパイアパターン化され、再構成可能な粒子の自己組織化

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

化学

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.

蛍光顕微鏡を用いたイメージング細胞遊走用接着剤及び可溶性グラデーションを作成する

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

生物工学

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.

はSiO：フォトリソグラフィによって画定されたパリレン-C上の細胞のパターニング<sub&gt; 2</sub&gt;基板

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.

マイクロパターン血管筋薄膜の拡張文化ためのマイクロ流体ゲニピン堆積技術

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.

マイクロパターンマクロスケール3D細胞構造のためのモジュラーヒドロゲルシートの構築

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.

微細と3D微小血管の組立

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.

シーケンシャルキャピラリティーアシストアセンブリによる微生物と微粒子のパターニング

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

工学

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 ...

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.

パターニングタンパク質および細胞の多彩な方法

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

ナノセルロース紙ベースの分析デバイスのマイクロエンボス加工  

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.

著者スポットライト:ナノペーパー上のマイクロチャネル製造によるマイクロ流体工学の革命 

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.

マイクロエンボス加工:ナノセルロース紙ベースのマイクロ流体工学でマイクロ流路を作製するための便利なプロセス

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