可用于纸基微流控分析器件介绍

据麦姆斯咨询报道，台湾科技大学、印度尼西亚的默库布阿纳大学（Mercu Buana University）、电力与机电一体化研究中心（Research Center of Electrical power and mechatronics）及泗水理工学院（Institut Teknologi Sepuluh Nopember）的科研人员们介绍了一种新型纸基材——宣纸，他们将其与含有聚二甲基硅氧烷（PDMS）疏水材料的商用滤纸（whatman）进行比较。研究结果显示，宣纸具有良好的纸基微流控应用前景。

该项研究旨在对比具有纸基微流控分析器件（μPAD）潜力的新型纸，掌握影响通道内流体流动的部分因素。为了增加流量，须使用大孔隙的纸。然而，相对较大的孔隙会促进水和阻隔材料（例如PDMS、石蜡和指甲油等）通过空隙流动，导致图案分辨率较差。该项研究的主要目标是研究与微流控应用相关的纸张特性，包括纤维特性和亲水性。实验装置和科研团队专有的图像处理算法使他们能够针对不同的纸张和液体特性，分析在毛细管力驱动下，液体在各个方向上的自然扩散模式。

不同类型的宣纸

科研人员利用丝网印刷方法，通过4个不同的制造步骤，制造合适宽度的通道。为达到实验目的，他们开发了5mm、2mm、1mm、0.8mm、0.6mm多种不同宽度的通道。将纸张放置在有图案的丝网模板上，丝网模板直接放在一张纸基材上，丝网框架经手工作用紧贴纸张。然后使用刮刀将阻隔材料紧压到丝网表面，迫使阻隔材料穿过丝网的空隙，在纸基材中形成材料图案。摩擦后的材料可以慢慢渗入纤维素纸的结构中。

用于纸基微流控制造的丝网印刷原理图

如下图所示，生宣纸、滤纸比京和纸、棉宣纸的纤维密度大。

（a）京和纸、（b）棉宣纸、（c）生宣纸和（d）滤纸的扫描电子显微镜（SEM）图像

由于阻力影响，宽通道的流速比窄通道的流速大。影响通道流量的主要因素有两个，分别是通道宽度和水流经过通道的距离。棉宣纸的流速略高京和纸，但它们都低于生宣纸和滤纸。

科研人员在该项研究中研究了一种新型微流控纸。宣纸可用于纸基微流控分析器件（μPAD），其流速取决于影响通道内流体流动的多种因素。丝网印刷方法用于通过将疏水材料图案化到纸基材上来调制疏水通道，图案化通道的最小宽度为0.2mm，最大为5mm。通过使用具有不同纸张类型和不同通道宽度的水来测试制备的通道。将实验结果与市售滤纸（11μm和21 μm孔隙）进行比较。该项研究结果显示，生宣纸（0.15mm厚）与滤纸（0.21mm厚）在140秒内流经的距离约43毫米的趋势相似，并且高于其他三种纸。然而，京和纸（0.13mm厚）和棉宣纸（0.10mm厚）由于纤维朝向和吸水因素，在140秒水流距离分别约10mm和4mm左右。此外，阻隔材料对水流没有影响，通道宽度会对水流产生更大的影响。

不同类型纸张的水流距离

编辑：黄飞