Microfluidice pe hârtie

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Această intrare este orfană
Această intrare despre subiectele chimiei și tehnologiei este orfană , ceea ce înseamnă că nu există legături de intrare din alte intrări .
Introduceți cel puțin unul relevant și non-generic și eliminați avertismentul. Urmați sfaturile din desenele de referință 1 , 2 .

Pentru microfluidic pe hârtie ( microfluidic pe bază de hârtie ) se referă la dezvoltarea de dispozitive pentru microfluidic pe hârtie a început la începutul Mileniului III pentru a satisface nevoia de sisteme de diagnostic clinic portabil, ieftin și simplu de utilizat. Astfel de dispozitive constau în general dintr-o serie de fibre de celuloză hidrofilă sau nitroceluloză care ghidează lichidul de la o intrare la o ieșire adecvată prin imbiție.

Structura dispozitivului

În general, un dispozitiv de hârtie de acest tip constă din următoarele regiuni: [1]

  • Intrare (intrare): un substrat (de obicei celuloză) în care se depun lichidele.
  • Canale (canale): rețele hidrofile de dimensiuni submilimetrice care conduc lichidul prin dispozitiv.
  • Bariere (bariere): regiuni hidrofobe care împiedică scurgerea lichidului din canal.
  • Ieșiri (ieșiri): puncte în care are loc o reacție chimică (bio).

Treceți prin dispozitiv

Hârtia este un mediu poros în care fluidul este transportat în principal prin transpirație (absorbție) și evaporare . [2] Fluxul capilar în timpul umidificării poate fi aproximat prin ecuația Washburn , [3] derivată din legea lui Jurin și ecuația Hagen-Poiseuille . [4] Viteza medie a fluidului este generalizată după cum urmează:

unde este este tensiunea superficială , unghiul de contact, vâscozitatea e este distanța parcursă de lichid. Modele mai detaliate iau în considerare raza porilor, tortuozitatea hârtiei [5] și deformarea acesteia în timp. [6]

Odată ce mediul este complet umed, fluxul devine laminar și respectă legea lui Darcy . [7] Viteza medie a fluxului de lichid este generalizată ca:

unde este este permeabilitatea mediului e este gradientul de presiune . [8] O consecință a fluxului laminar este că amestecarea este dificilă și se bazează exclusiv pe difuzie, care este mai lentă în sistemele poroase. [9]

Tehnici de fabricație

Dispozitivele microfluid pot fi pregătite folosind diverse tehnici. [10] Fiecare tehnică își propune să creeze bariere fizice și hidrofobe pe o hârtie hidrofilă care transportă pasiv soluții apoase. [11] Reactivii chimici și biologici trebuie depuși selectiv de-a lungul dispozitivului prin scufundarea substratului într-o soluție a reactivului sau prin depunerea unui reactiv deasupra substratului. [12]

Tipărirea cu ceară

Imprimarea cu ceară folosește o imprimantă simplă pentru a modela ceara pe hârtie după bunul plac. Ceara este apoi topită pe o placă de încălzire pentru a crea canalele. [13] Această tehnică este rapidă și cost redusă, dar are o rezoluție relativ scăzută datorită neizotropiei cerii topite.

Imprimare cu jet de cerneală

Imprimarea cu cerneală necesită hârtie acoperită cu un polimer hidrofob. Apoi este plasată o cerneală care gravează polimerul dezvăluind hârtia de bază. [14] Această metodă este ieftină și de înaltă rezoluție, dar este limitată de rata de depunere a picăturilor de cerneală (de obicei câte o picătură la un moment dat).

Fotolitografie

Tehnicile fotolitografice sunt similare cu imprimarea cu jet de cerneală și folosesc un mască foto ( mască foto ) pentru gravarea selectivă a unui polimer fotorezistent . [15] Această tehnică garantează o rezoluție și o viteză ridicate, totuși echipamentul necesar, precum și materialele nu îl fac foarte economic.

Aplicații

Prezentare generală

Principalul avantaj al dispozitivelor cu microfluid pe hârtie față de cele tradiționale este utilizarea lor direct în câmp, mai degrabă decât în ​​laborator. [16] [17] Hârtia de filtru este foarte avantajoasă în acest sens, deoarece este capabilă să îndepărteze contaminanții din probă și să împiedice răspândirea lor în microcanal. Aceasta înseamnă că particulele nu inhibă acuratețea analizelor de hârtie atunci când aceste dispozitive sunt utilizate în aer liber. [17] Aceste dispozitive sunt, de asemenea, foarte mici (de ordinul centimetrilor) [17] [18] [19] în comparație cu alte platforme, cum ar fi picăturile de lichid. [20] [21] Datorită dimensiunilor mici și durabilității lor lungi, dispozitivele descrise aici sunt portabile și accesibile. [16] [17]

Notă

  1. ^ (EN) Jean Berthier, Kenneth A. Brakke și Erwin Berthier, Open Microfluidics , John Wiley & Sons, Inc., 2016, pp. 229-256, DOI : 10.1002 / 9781118720936.ch7 / rezumat , ISBN 978-1-118-72093-6 .
  2. ^ (EN) Chandra K. Dixit și Ajeet Kaushik, Microfluidics for Biologists: Fundamentals and Applications , Springer, 13 octombrie 2016, ISBN 978-3-319-40036-5 .
  3. ^ (EN) Reza Masoodi și M. Krishna Pillai, Wicking in Porous Materials: Traditional and Modern Modeling Approaches , CRC Press, 26 octombrie 2012, ISBN 978-1-4398-7432-5 .
  4. ^ Edward W. Washburn, Dinamica fluxului capilar , în Physical Review , vol. 17, n. 3, 1 martie 1921, pp. 273-283, DOI : 10.1103 / PhysRev.17.273 .
  5. ^ (EN) Jianchao Cai și Yu Boming, O discuție despre efectul tortuozității asupra imbibiției capilare în medii poroase în transport în medii poroase, vol. 89, nr. 2, 1 septembrie 2011, pp. 251–263, DOI : 10.1007 / s11242-011-9767-0 , ISSN 0169-3913 ( WC ACNP ) .
  6. ^ (RO) Jean Berthier și Kenneth A. Brakke, The Physics of Microdroplets - Berthier - Wiley Online Library , DOI : 10.1002 / 9781118401323 .
  7. ^ (EN) Adrian Bejan, Convection Heat Transfer , John Wiley & Sons, Inc., 2013, pp. i - xxxiii, DOI : 10.1002 / 9781118671627.fmatter / pdf , ISBN 978-1-118-67162-7 .
  8. ^ ( FR ) Henry Darcy, Les fontaines publiques de la ville de Dijon. Exposition et application des principes à suivre et des formules à employer dans les questions de distribution d'eau: ouvrage terminé par an appendix relatif aux fournitures water de plusieurs villes au filtrage des eaux et à la fabrication des tuyaux de fonte, de plomb , de tole et de bitume , Dalmont, 1856.
  9. ^ (EN) Difuzie în medii poroase naturale - transport de contaminanți, | Peter Grathwohl | Springer .
  10. ^ (EN) Dispozitive microfluidice de hârtie: O revizuire 2017 - Elveflow , în Elveflow. Accesat la 6 februarie 2018 .
  11. ^ (EN) Francisco José Galindo-Rosales, Fluxuri fluide complexe în microfluidici , Springer, 26 mai 2017, ISBN 978-3-319-59593-1 .
  12. ^ (EN) Kentaro Yamada, Hiroyuki Shibata, Koji Suzuki și Daniel Citterio, Către aplicarea practică a microfluidicii pe hârtie pentru diagnostic medical: stare de artă și provocări , în Lab on a Chip, vol. 17, n. 7, 29 martie 2017, DOI : 10.1039 / C6LC01577H , ISSN 1473-0189 ( WC ACNP ) .
  13. ^ Emanuel Carrilho, Andres W. Martinez și George M. Whitesides, Understanding Wax Printing: A Simple Micropatterning Process for Paper-Based Microfluidics , în chimia analitică , vol. 81, nr. 16, 15 august 2009, pp. 7091–7095, DOI : 10.1021 / ac901071p , ISSN 0003-2700 ( WC ACNP ) .
  14. ^ (EN) Kentaro Yamada, Terence G. Henares, Koji Suzuki și Daniel Citterio, Dispozitive analitice tipărite cu jet de cerneală pe hârtie , în Angewandte Chemie International Edition, vol. 54, nr. 18, 27 aprilie 2015, pp. 5294–5310, DOI : 10.1002 / an. 201411508 , ISSN 1521-3773 ( WC ACNP ) .
  15. ^ ( EN ) Dezvoltarea dispozitivului analitic microfluidic pe hârtie pentru testarea fierului folosind masca foto imprimată cu imprimantă 3D pentru fabricarea zonelor hidrofile și hidrofobe pe hârtie prin fotolitografie , în Analytica Chimica Acta , vol. 883, 9 iulie 2015, pp. 55–60, DOI : 10.1016 / j.aca.2015.04.014 , ISSN 0003-2670 ( WC ACNP ) .
  16. ^ a b Xu Li, David R. Ballerini și Wei Shen,O perspectivă asupra microfluidicii pe hârtie: starea actuală și tendințele viitoare , în Biomicrofluidică , vol. 6, nr. 1, 2 martie 2012, pp. 011301–011301–13, DOI : 10.1063 / 1.3687398 , ISSN 1932-1058 ( WC ACNP ) , PMC 3365319 , PMID 22662067 .
  17. ^ a b c d Andres W. Martinez, Scott T. Phillips, Manish J. Butte și George M. Whitesides,Patterned paper as a platform for low-volume, low-volume, portable bioassays , în Angewandte Chemie (Ed. internațională în limba engleză) , vol. 46, nr. 8, 2007, pp. 1318–1320, DOI : 10.1002 / anie.200603817 , ISSN 1433-7851 ( WC ACNP ) , PMC 3804133 , PMID 17211899 .
  18. ^ Xiaoxi Yang, Omid Forouzan, Theodore P. Brown și Sergey S. Shevkoplyas, Separarea integrată a plasmei sanguine de sângele integral pentru dispozitive analitice pe bază de hârtie microfluidică , în Lab on a Chip , vol. 12, nr. 2, 21 ianuarie 2012, pp. 274-280, DOI : 10.1039 / c1lc20803a , ISSN 1473-0189 ( WC ACNP ) , PMID 22094609 .
  19. ^ Jinghua Yu, Lei Ge, Jiadong Huang, Shoumei Wang și Shenguang Ge, biosenzor de chimiluminiscență pe bază de hârtie microfluidică pentru determinarea simultană a glucozei și acidului uric , în Lab on a Chip , vol. 11, n. 7, 7 aprilie 2011, pp. 1286–1291, DOI : 10.1039 / c0lc00524j , ISSN 1473-0189 ( WC ACNP ) , PMID 21243159 .
  20. ^ Jenifer Clausell-Tormos, Diana Lieber, Jean-Christophe Baret, Abdeslam El-Harrak, Oliver J. Miller, Lucas Frenz, Joshua Blouwolff, Katherine J. Humphry și Sarah Köster, Platforme microfluidice pe bază de picături pentru încapsularea și screeningul mamiferelor celule și organisme multicelulare , în Chimie și biologie , vol. 15, nr. 5, mai 2008, pp. 427–437, DOI : 10.1016 / j.chembiol.2008.04.004 , ISSN 1074-5521 ( WC ACNP ) , PMID 18482695 .
  21. ^ Jean-Christophe Baret, Oliver J. Miller, Valerie Taly, Michaël Ryckelynck, Abdeslam El-Harrak, Lucas Frenz, Christian Rick, Michael L. Samuels și J. Brian Hutchison, Sortarea picăturilor activate cu fluorescență (FADS): celulă microfluidică eficientă sortare pe baza activității enzimatice , în Lab on a Chip , vol. 9, nr. 13, 7 iulie 2009, pp. 1850–1858, DOI : 10.1039 / b902504a , ISSN 1473-0197 ( WC ACNP ) , PMID 19532959 .
Chimie Portalul chimiei : portalul științei compoziției, proprietăților și transformărilor materiei
Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Microfluidica_su_carta&oldid=118796331 ”