JoVE Logo
АВТОРЫ
СВЯЖИТЕСЬ С НАМИ

Войдите в систему

Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.

В этой статье

  • Резюме
  • Аннотация
  • Введение
  • протокол
  • Результаты
  • Обсуждение
  • Раскрытие информации
  • Благодарности
  • Материалы
  • Ссылки
  • Перепечатки и разрешения

Резюме

Растворитель соединения представляет собой простой и универсальный способ изготовления термопластичных микрожидкостных устройств с высоким качеством связи. Мы опишем протокол для достижения сильных, оптически четкие связи в ПММА и КС микрожидкостных устройств, которые сохраняют детали microfeature, с помощью продуманного сочетания давления, температуры, подходящего растворителя и геометрии устройства.

Аннотация

Термопластичные микрожидкостных устройства предлагают много преимуществ по сравнению, изготовленные из силиконовых эластомеров, но процедуры скрепления должны быть разработаны для каждого термопласта интерес. Растворитель соединения представляет собой простой и универсальный метод, который может быть использован для изготовления устройств из различных пластиков. Соответствующий растворитель добавляют между двумя слоями устройства, подлежащего соединению, и тепло, и давление, применяются к устройству для облегчения сцепления. С помощью соответствующей комбинации растворителя, пластика, тепла и давления, устройство может быть запечатан с высоким качеством связи, характеризуются как имеющие высокий уровень охвата облигаций, прочность связи, оптическую прозрачность, прочность с течением времени, и низкую деформацию или повреждение microfeature геометрия. Мы опишем процедуру скрепления устройств, изготовленных из двух популярных термопластов, поли (метил-метакрилата) (PMMA) и цикло-олефиновых полимеров (КС), а также различные методы, чтобы охарактеризовать качество полученных облигаций и стратегий Труbleshoot низкого качества связи. Эти методы могут быть использованы для разработки новых растворителей протоколы Адгезионные покрытия для других систем пластиком растворителей.

Введение

Микрофлюидикс возникла в течение последних двадцати лет , как технология хорошо подходит для изучения химии и физики на микроуровне 1, и с растущим обещанием внести существенный вклад в исследования биологии 2 - 4. Большинство устройств микрофлюидальных исторически были сделаны из поли (диметилсилоксана) (PDMS), силиконового эластомера , который прост в использовании, недорогие, и предлагает возможность репликации высокого качества 5. Тем не менее, PDMS хорошо документированы недостатки и несовместим с изготовлением больших объемов обрабатывает 6,7, и как таковой, наблюдается растущая тенденция к фабрикации микрожидкостных устройств из термопластичных материалов, из - за их потенциала для массового производства и , следовательно , коммерциализации.

Одним из главных препятствий для более широкого внедрения пластиковых микротехнологий было достижение легко, высокое качество склеивания пластиковых устройств. Современные стратегии используют тHermal, клей, и методы растворителей для склеивания, но многие страдают от серьезных проблем. Термоскрепление увеличивает аутофлуоресценция 8 и часто деформируется Microchannel геометрий 9 - 11, в то время как клеевые методы требуют трафареты, тщательного выравнивания, и в конечном итоге оставить толщину клея подвергается микроканала 10. Растворитель склеивание привлекателен благодаря своей простоте, перестройки частоты и низкой стоимостью 10,12 - 14. В частности, его перестройки частоты позволяет оптимизировать для различных пластмасс, который может дать последовательное, высокое качество склеивания , что сводит к минимуму деформацию microfeatures 14.

Во время приклеивания растворителя, воздействием растворителей увеличивает подвижность полимерных цепей вблизи поверхности пластика, что дает возможность взаимной диффузии цепей через границу раздела приклеивания. Это приводит к запутанности через механическое сцепление диффундирующего цепей, и приводит к арhysical облигаций 10. Термоскрепление работает аналогичным образом, но зависит от повышенной температуры в покое, чтобы увеличить подвижность цепи. Таким образом, тепловые методы требуют температуры около или выше температуры стеклования полимера, в то время как использование растворителей может значительно снизить температуру, необходимую для склеивания, и тем самым уменьшить нежелательную деформацию.

Мы предлагаем специальный протокол для связывания как ПММА и КС устройств. Тем не менее, этот протокол и метод описывает простой, общий подход к растворителя склеивания термопластичных микрожидкостных устройств, которые могут быть приспособлены для других пластиковых материалов, растворителей и имеющегося оборудования. Описаны многочисленные методы оценки качества облигаций (например, покрытие облигаций, прочность связи, прочность связи, а также деформация microfeature геометрии), а также обеспечить подходы по устранению неполадок для решения этих общих проблем.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

протокол

Обратите внимание, что все шаги, описанные ниже, были разработаны и выполнены в среде без чистых помещений. Растворитель шаги склеивание, безусловно, может быть выполнена в чистой комнате, если таковая имеется, но это не является обязательным.

1. Подготовка слоев устройства Термопласт микрожидком

  1. Проектирование и изготовления слоев микрожидкостных устройств из термопластика выбора, с использованием соответствующего способа изготовления (например, micromilling 15, тиснение фольгой 16 - 18, литье под давлением).
  2. Осмотреть слои устройства , чтобы убедиться , что края "чистыми" (то есть, заусенец или гребни остаточному материала от процесса изготовления). Для достижения наилучших результатов, проверьте все механически обработанные края микро-функция в дополнение к внешним краям устройства под оптическим микроскопом.
  3. Если оставшийся материал найден во время визуального осмотра, используйте лезвие или скальпель, чтобы тщательно удалить любой матПерс, который предотвращает слои от устройств лежа друг против друга так, что интерфейсы слоев вступают в контакт конформной.
  4. Очистите устройство поверхностей с лабораторным мылом и водой и высушить сжатым воздухом. Submerge слоев устройства в 2-пропанола в течение 2 мин и сжатым воздухом.

2. Растворитель Bonding

  1. Приготовьте горячий пресс (для ПММА) или конфорку (для КС).
    1. Для PMMA (акрила, температура стеклования ~ 100-110 ° C) 18 предварительного нагрева пресса до 70 ° C, и позволяют стабилизации температуры.
    2. Для КС (температура стеклования 102 ° C, от производителя), предварительно нагреть конфорку до 25 ° C, и позволяют стабилизации температуры.
  2. Подготовка растворителя для процесса склеивания.
    1. Для ПММА, измерения 0,5 мл этанола на квадратный дюйм площади скрепления.
    2. Для КС, готовят смесь 65:35 2-пропанола и циклогексана, остроумиега общий объем 0,5 мл смеси на квадратный дюйм площади приклеивания.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Для КС, использовать стеклянные пипетки и контейнеры, а циклогексан растворится общий полипропилен лабораторное оборудование. Выполните все смешивание и склеивание в вытяжном шкафу, так как циклогексан является токсичным.
  3. Разлить 0,1 мл растворителя на квадратный дюйм площади склеивания между очищаемых пластиковых слоев и довести слои вместе. Визуальный осмотр на наличие пузырьков воздуха на границе склеивания, которые являются общими, и должны быть удалены как можно больше.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Это выгодно работать быстро, как только растворитель было обойтись, так как летучие растворители начнут испаряться (и, следовательно, смеси растворителей будет меняться в композиции).
    1. Если имеются пузырьки, скользят два пластмассовых сло вдоль границы раздела скрепления таким образом, что они почти отделиться (но остаются в контакте), а затем вставьте их обратно вместе.
  4. Совместите слои устройства с выравниванием штифтами,обычай джиг, или просто вручную (смотрите раздел Обсуждение для получения более подробной информации).
    1. При использовании установочные штифты, совместите отверстия для штифтов, и вставьте штырьки в стек устройства.
    2. При использовании пользовательского кондуктор, вставьте стек устройства в кондуктор и затянуть вокруг устройства.
    3. Если выравнивание вручную, используйте пальцы, чтобы выровнять внешние края устройства.
  5. Поместите устройство с растворителем в предварительно нагретый пресс (для ПММА) или на предварительно разогретой конфорки (для КС).
    1. Для ПММА, применяют 2.300 кПа давления в течение 2 мин.
    2. Для КС, применять 350 кПа давления. Повышение температуры от 25 ° С до 70 ° С со скоростью 5 ° С / мин. После достижения 70 ° С (через 9 мин), св зь в течение еще 15 мин.
  6. Используйте пинцет, чтобы безопасно удалить горячий прибор для осмотра. Связующие завершена.
  7. Удалите оставшуюся жидкость в устройстве (в микроканалов или других featurэс).
    1. Для ПММА, удалите оставшуюся жидкость с сжатым воздухом. Для КС, поместите присоединенную устройство на плитке и выпекать при температуре 45 ° С в течение 24 ч, чтобы удалить остатки циклогексана.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Результаты

Схема общего растворителя процедуры связывания показан на рисунке 1. Самый простой способ для оценки качества облигаций является визуальный осмотр покрытия облигаций, так как недостаточный охват связь хорошо видна как области несвязанной пластика, а также ?...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Обсуждение

Технико-экономическое обоснование возможных стратегий связывания зависит от имеющегося оборудования. В то время как конфорки являются довольно распространенным явлением, и свободные веса можно приобрести недорого, стратегии высокого давления потребуется применение нагретого прес?...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Раскрытие информации

Авторы заявляют, что у них нет конкурирующих финансовых интересов.

Благодарности

Мы признаем финансовую поддержку со стороны естественных наук и инженерного исследовательского совета Канады (NSERC, # 436117-2013), Научно-исследовательского онкологического общества (CRS, # 20172), миеломы Канады и Гранд вызовы Канады.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Материалы

NameCompanyCatalog NumberComments
COPZeonor604Z1020R08020 kg COP Pellets - 1020R. Multiple suppliers can be used, but may affect bonding characteristics.
PMMAMcMaster Carr8560K1731.5 mm sheet thickness for our typical applications. Multiple suppliers can be used, but may affect bonding characteristics.
CyclohexaneSigma-Aldrich227048Cyclohexane, anhydrous, 99.5%. Multiple suppliers can be used. Toxic, requires fumehood.
EthanolSigma-Aldrich24102Ethanol, absolute, ≥99.8% (GC). Multiple suppliers can be used.
AcetoneSigma-Aldrich179124Acetone, ACS reagent, ≥99.5%. Multiple suppliers can be used.
2-PropanolSigma-Aldrich2784752-Propanol, anhydrous, 99.5%. Multiple suppliers can be used.
Hot plate(s)Torrey Pines ScientificHP60Fully programmable digital hotplate. Multiple suppliers can be used.
Free weightsCap BarbellRPG#2Standard cast iron plate. Multiple suppliers and different weights can be used.
Heated pressCarverAuto CHAuto series heated hydraulic press. Multiple suppliers can be used. A press that fits in a fumehood would allow the most flexibility (this model does not).
CNC Milling MachineTormachPCNC 7703 Axis CNC mill. Multiple suppliers can be used.
EndmillsVariousVariousRequired sizes depend on designs. Multiple suppliers can be used.

Ссылки

  1. Beebe, D. J., Mensing, G. A., Walker, G. M. Physics and applications of microfluidics in biology. Annual Review of Biomedical Engineering. 4, 261-286 (2002).
  2. Situma, C., Hashimoto, M., Soper, S. a Merging microfluidics with microarray-based bioassays. Biomolecular Engineering. 23 (5), 213-231 (2006).
  3. Paguirigan, A. L., Beebe, D. J. Microfluidics meet cell biology: Bridging the gap by validation and application of microscale techniques for cell biological assays. BioEssays. 30 (9), 811-821 (2008).
  4. Young, E. W. K., Beebe, D. J. Fundamentals of microfluidic cell culture in controlled microenvironments. Chemical Society Reviews. 39 (3), 1036-1048 (2010).
  5. Duffy, D. C., McDonald, J. C., Schueller, O. J. A., Whitesides, G. M. Rapid Prototyping of Microfluidic Systems in Poly(dimethylsiloxane). Analytical Chemistry. 70 (23), 4974-4984 (1998).
  6. Berthier, E., Young, E. W. K., Beebe, D. Engineers are from PDMS-land, Biologists are from Polystyrenia. Lab on a Chip. 12 (7), 1224-1237 (2012).
  7. Sackmann, E. K., Fulton, A. L., Beebe, D. J. The present and future role of microfluidics in biomedical research. Nature. 507 (7491), 181-189 (2014).
  8. Young, E. W. K., Berthier, E., Beebe, D. J. Assessment of enhanced autofluorescence and impact on cell microscopy for microfabricated thermoplastic devices. Analytical Chemistry. 85 (1), 44-49 (2013).
  9. Wallow, T. I., Morales, A. M., et al. Low-distortion, high-strength bonding of thermoplastic microfluidic devices employing case-II diffusion-mediated permeant activation. Lab on a Chip. 7 (12), 1825-1831 (2007).
  10. Tsao, C. W., DeVoe, D. L. Bonding of thermoplastic polymer microfluidics. Microfluidics and Nanofluidics. 6 (1), 1-16 (2009).
  11. Young, E. W. K., Berthier, E., et al. Rapid prototyping of arrayed microfluidic systems in polystyrene for cell-based assays. Analytical Chemistry. 83 (4), 1408-1417 (2011).
  12. Truckenmüller, R., Henzi, P., Herrmann, D., Saile, V., Schomburg, W. K. Bonding of polymer microstructures by UV irradiation and subsequent welding at low temperatures. Microsystem Technologies. 10 (5), 372-374 (2004).
  13. Tsao, C. W., Hromada, L., Liu, J., Kumar, P., DeVoe, D. L. Low temperature bonding of PMMA and COC microfluidic substrates using UV/ozone surface treatment. Lab on a Chip. 7 (4), 499-505 (2007).
  14. Wan, A. M. D., Sadri, A., Young, E. W. K. Liquid phase solvent bonding of plastic microfluidic devices assisted by retention grooves. Lab on a Chip. 15 (18), 3785-3792 (2015).
  15. Guckenberger, D. J., de Groot, T. E., Wan, A. M. D., Beebe, D. J., Young, E. W. K. Micromilling: a method for ultra-rapid prototyping of plastic microfluidic devices. Lab on a Chip. 15 (11), 2364-2378 (2015).
  16. Cameron, N. S., Roberge, H., Veres, T., Jakeway, S. C., John Crabtree, H. High fidelity, high yield production of microfluidic devices by hot embossing lithography: rheology and stiction. Lab on a Chip. 6 (7), 936(2006).
  17. Yang, S., Devoe, D. L. Microfluidic device fabrication by thermoplastic hot-embossing. Methods in Molecular Biology. 949, 115-123 (2013).
  18. Konstantinou, D., Shirazi, A., Sadri, A., Young, E. W. K. Combined hot embossing and milling for medium volume production of thermoplastic microfluidic devices. Sensors and Actuators B: Chemical. 234, 209-221 (2016).
  19. Maszara, W. P., Goetz, G., Caviglia, A., McKitterick, J. B. Bonding of silicon wafers for silicon-on-insulator. Journal of Applied Physics. 64 (10), 4943(1988).
  20. Bhattacharyya, A., Klapperich, C. M. Mechanical and chemical analysis of plasma and ultraviolet-ozone surface treatments for thermal bonding of polymeric microfluidic devices. Lab on a Chip. 7 (7), 876-882 (2007).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи

Запросить разрешение

Смотреть дополнительные статьи

119

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Конфиденциальность

Условия эксплуатации

Политика

СВЯЖИТЕСЬ С НАМИ

РЕКОМЕНДОВАТЬ БИБЛИОТЕКЕ

НОВОСТИ JoVE

Исследования

Образование

АВТОРЫ

Библиотекарь

О JoVE

Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены