Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1822/23414

TitleDevelopment of paper-based devices, using a simple phase separation process for the fabrication of biomimetic superhydrophobic paper substrates
Author(s)Sousa, Maria José Peixoto de
Advisor(s)Mano, J. F.
Issue date2012
Abstract(s)For the last two decades, biomimetic superhydrophobic materials have been acquiring huge interest for distinct application fields such as textile and glass industries, biomedical in vivo devices and microfluidic systems. Different methodologies and materials have been employed to fabricate these substrates, prevailing in literature the use of complex processes with non biodegradable and costly materials. In recent years, paper has emerged as a promising material for microfluidic and lab-onchip devices, presenting interesting properties such as extreme availability, low-cost, flexibility and ability to be devised in different manners. Also the possibility to be functionalized and chemically modified allows researchers to exploit different techniques to pattern the paper surface, such as photolithography, plasma treatment and printing approaches. So far, the related literature is confined in the creation of hydrophobic-hydrophilic contrast and only a few works have reported the fabrication of superhydrophobic paper-based platforms. Inspired by nature, the work presented in this thesis suggested the fabrication of paper substrates with water repellent properties to employ in a great range of possible applications. Biomimetic superhydrophobic paper surfaces were obtained with a simple phase separation methodology using poly(hydroxybutyrate). Scanning electron microscopy (SEM), water contact angle measurements and x-ray photoelectron spectroscopy (XPS) confirmed that, even presenting the same surface topography, the superhydrophobic surfaces differ in wettability from the original ones as a result of the modification of surface chemistry. Bi-dimensional superhydrophobic paper was used to develop open microfluidics and lab-on-paper devices, employing different patterning strategies; from equipment-dependent plasma treatment and UV/ozone irradiation to simple and extremely inexpensive writing processes, all are possible to generate more wettable domains onto rough paper surfaces. Additionally, benefiting of the paper properties we suggested the use of water resistant paper substrates to design essential non-planar labware for liquid manipulation, transport, mixing or storage. The results demonstrated that it is possible to obtain alternative and extremely low-cost lab apparatus, with lower propensity to adsorb proteins than original paper and that maintain superhydrophobic properties, even when subjected to ethylene oxide sterilization.
Durante as últimas décadas, os materiais biomiméticos com propriedades superhidrofóbicas têm vindo a adquirir um enorme interesse para aplicações, como as indústrias têxtil e do vidro, sistemas biomédicos implantáveis e de microfluídica. Para o fabrico destes substratos têm sido utilizados diferentes materiais e metodologias, prevalecendo ainda o uso de materiais não biodegradáveis e processos complexos e dispendiosos. Nos últimos anos, o papel tem emergido como um material promissor para o desenvolvimento de dispositivos de microfluídica e de monitorização para testes biológicos/químicos, apresentando propriedades interessantes como extrema disponibilidade, baixo custo, flexibilidade e capacidade de ser utilizado de diferentes formas. A possibilidade de modificá-lo quimicamente permite aos investigadores utilizarem diferentes técnicas de modelação superficial, como fotolitografia, plasma e impressão. Até agora, a literatura está circunscrita à criação de um contraste hidrofóbico-hidrofílico e poucos trabalhos têm reportado a produção de papel superhidrofóbico. Inspirado na natureza, este trabalho sugere o fabrico de substratos de papel com propriedades repelentes à água, para aplicar numa vasta gama de possibilidades. As superfícies de papel superhidrofóbicas foram obtidas por uma metodologia de separação de fases, usando polihidroxibutirato. Técnicas como microscopia eletrónica de varrimento (SEM), medição de ângulos de contacto e espectroscopia fotoeletrónica de raios X (XPS) confirmaram que, mesmo apresentando a mesma topografia superficial, os substratos rugosos diferem do papel original na molhabilidade, como resultado da modificação da composição química da superfície. O papel superhidrofóbico foi assim usado para criar dispositivos de microfluídica aberta e monitorização biológica/química, empregando diferentes estratégias de modelação superficial. Desde o tratamento por plasma ou a irradiação por UV/ozono até a simples processos de escrita, todos são passíveis de gerar domínios mais molháveis nas superfícies superhidrofóbicas. Adicionalmente, beneficiando das propriedades do papel, nós sugerimos a utilização dos substratos resistentes à água para construir material de laboratório para manipulação, transporte, mistura e armazenamento de líquidos. Foi possível obter uma alternativa extremamente económica para material laboratorial, com baixa propensão para adsorver proteínas, quando comparado com o papel original, e que mantém propriedades superhidrofóbicas mesmo quando sujeito a esterilização por óxido de etileno.
TypeMaster thesis
DescriptionDissertação de mestrado integrado em Engenharia Biomédica
URIhttp://hdl.handle.net/1822/23414
AccessOpen access
Appears in Collections:BUM - Dissertações de Mestrado Integrado
DEP - Dissertações de Mestrado

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