Chế tạo thiết bị vi lỏng trên nền giấy bằng máy in Laser
Nghiên cứu được thực hiện bởi nhóm tác Ngô Bảo Chân, Dương Thị Hồng Nhung, Huỳnh Huỳnh Anh Thi và Đỗ Châu Minh Vĩnh Thọ thuộc Công ty cổ phần Chứng nhận và Giám định VinaCert, Trường Trung học phổ thông Kế Sách và Trường Đại học Y Dược Cần Thơ.
Thập kỷ vừa qua là sự bùng nổ của các thiết bị kiểm tra điểm quan tâm (point-of-care) được làm từ giấy. Mặc dù các thiết bị tương tự đã được biết từ rất sớm như giấy đo pH (có từ những năm 1800s), tuy nhiên ứng dụng phân tích dựa trên nền giấy thực sự bùng nổ khi Whitesides và cộng sự giới thiệu một nghiên cứu định lượng nhiều chỉ tiêu phân tích trên nền giấy và có thể phân tích ngay tại hiện trường vào năm 2007 (Yamada et al., 2017). Thuật ngữ “µPAD”- microfluidic paperbased analytical devices cũng được giới thiệu đầu tiên bởi nhóm Whitesides dùng để chỉ các mô hình giấy mà các chất gặp nhau phản ứng trên giấy thông qua các sợi mao quản với một lượng mẫu nhỏ mà không phải dùng bơm (Martinez et al., 2007). Điều này đã gây tác động đáng kể đến ngành phân tích hóa học bởi chỉ cần một lượng nhỏ mẫu và thuốc thử nhưng cho khả năng phân tích, giới hạn phát hiện, độ chọn lọc cao mà giá thành rẻ và nhanh chóng (Busa et al., 2016). Bằng chứng là từ tháng 10 năm 2012 đến tháng 10 năm 2014, có hơn 1000 bài báo được đăng về lĩnh vực này, điều này cho thấy sức hút vô cùng lớn từ µPAD (David et al., 2014).
Thử nghiệm trên giấy sớm nhất được thực hiện thủ công bằng cách cắt và tẩm các tác nhân hóa học để thực hiện phản ứng lên màu. Đây là một phương pháp dễ thực hiện, tuy nhiên có khuyết điểm là độ lặp lại thấp, không thể sản xuất quy mô công nghiệp. Do đó, nhiều nghiên cứu chuyên sâu và phức tạp hơn hơn đã được nghiên cứu như quang khắc (Photolithography), in sáp (Wax Printing), in phun (Inkject printing), in nổi (Flexographic printing), in stamping, sử dụng bàn in thủ công, vẽ bằng bút,... Hiện nay, các thiết bị chế tạo thiết bị µPAD 3 chiều cũng đã và đang được tập trung nghiên cứu do có thể thêm nhiều chức năng cho thiết bị mà không cần phải thêm kích thước. Các phương pháp trên vẫn còn tồn tại một vài nhược điểm, điển hình như phương pháp dựa trên quang khắc sử dụng các dung môi hữu cơ, chất cản quang đắt tiền và trang thiết bị hiện đại. phương pháp in bằng máy in phun thì cần thay đổi mực in nhằm tăng tính kỵ nước của mực, có thể làm hỏng thiết bị in. In sáp là phương pháp phổ biến, nhưng máy in sáp hiện nay trên thị trường có giá thành rất cao, các phương pháp như in thủ công hoặc vẽ bằng bút không có tính tự động cao, khó trong việc sản xuất với số lượng lớn.
Một phương pháp chế tạo khác là sử dụng máy in laser đã ra đời. Nghiên cứu đầu tiên được báo cáo là của Rajesh Ghosh et al. (2019). Nhóm nghiên cứu đã sử dụng mực in có sẵn trên thị trường (CE278A) điều này giúp tuổi thọ của máy in được tăng lên. Kết quả cho thấy sử dụng máy in laser hoàn toàn đáp ứng được việc chế tạo thiết bị µPAD. Tuy nhiên, đến thời điểm hiện tại vẫn chưa có nhiều nghiên cứu về chế tạo thiết bị µPAD bằng máy in laser. Do đó, bài báo quyết định dùng phương pháp in laser cho việc chế tạo thiết bị, nhưng thay vì sử dụng mực CE278A, bài báo lựa chọn mực CF279A cho nghiên cứu nhằm mục tiêu đa dạng hóa nguồn mực để chế tạo thiết bị µPAD, đồng thời cũng góp phần củng cố bằng chứng về các thành công khi chế tạo thiết bị µPAD bằng máy in laser.
Qua quá trình nghiên cứu, có thể kết luận thiết bị μPADs bằng máy in laser được chế tạo thành công trong nghiên cứu. Quy trình tối ưu để chế tạo thiết bị là sử dụng mực CF279A in lên giấy lọc 102, gia nhiệt ở nhiệt độ 1500C trong khoảng 20 phút trong tủ sấy. Thiết bị μPAD chế tạo có độ rộng kênh kỵ nước và kênh ưa nước lần lượt là 1,0 mm và 0,4 mm trở lên. So sánh với các phương pháp khác như in đóng dấu, phương pháp đề nghị cho độ phân giải cao hơn (biểu hiện cho kênh kỵ nước và kênh ưa nước nhỏ hơn). Thiết bị μPAD có thể tạo thành hình hoa văn phức tạp, chứng tỏ đủ đáp ứng nhu cầu chế tạo các loại μPAD bằng máy in laser, đóng góp bằng chứng cũng như mở rộng phạm vi chế tạo của thiết bị μPAD.
Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ, Tập 59, Số 3A (2023): 41-48.