JoVE Logo
Yazarlar
Bize Ulaşın

Oturum Aç

Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.

Bu Makalede

  • Özet
  • Özet
  • Giriş
  • Protokol
  • Sonuçlar
  • Tartışmalar
  • Açıklamalar
  • Teşekkürler
  • Malzemeler
  • Referanslar
  • Yeniden Basımlar ve İzinler

Özet

Çözücü yapıştırma, yüksek kaliteli bağlar ile termoplastik mikroakışkan cihazların imal edilmesi için basit ve çok yönlü bir yöntem. Bu basınç, sıcaklık, uygun bir solvent ve aygıt geometrisinin makul kombinasyonu ile microfeature bilgilerini korumak PMMA güçlü, optik açıdan berrak bir bağa ve COP mikroakışkan cihazlar elde etmek için bir protokol açıklar.

Özet

Termoplastik mikroakışkan cihazlar silikon elastomerlerden yapılanlar üzerinden pek çok avantajı sunan, ancak yapıştırma prosedürleri ilgi her termoplastik için geliştirilmiş olmalıdır. Çözücü yapıştırma plastik çeşitli cihazları imal etmek için kullanılabilecek bir basit ve işe yarar bir yöntemdir. Uygun bir çözücü, iki aygıt tabakalar arasında eklenir yapıştırılacak ve ısı ve basınç bağlanmasını kolaylaştırmak için cihaza uygulanır. çözücü, plastik, ısı ve basınç, uygun bir kombinasyonu kullanılarak, cihaz, bir yüksek kaliteli bağ ile mühürlenebilen, microfeature yüksek bağ kapsamı, bağ mukavemeti, optik berraklık, zaman içinde dayanıklılık ve düşük deformasyon veya hasar görmüş olarak karakterize geometri. Bu yapıştırma elde bağların kalitesini karakterize etmek için kullanılan iki termoplastik, poli (metil metakrilat) (PMMA) ve siklo-olefin polimeri (COP), hem de çeşitli yöntemler yapılan aygıtları ve stratejileri için prosedür tarif trou içindüşük kaliteli bağları bleshoot. Bu yöntemler, diğer plastik çözücü sistemleri için yeni çözücü yapıştırma protokolleri geliştirmek için kullanılabilir.

Giriş

4 - Mikroakiskan iyi microscale 1 de kimya ve fizik eğitimi için uygun ve önemli ölçüde biyoloji araştırma 2 katkıda büyüyen vaadiyle bir teknoloji olarak son yirmi yılda ortaya çıkmıştır. Mikroakışkan cihazların çoğu tarihsel (PDMS), poli (dimetilsiloksan) için, kullanımı kolay, ucuz bir silikon elastomeri yapılan ve yüksek kalite özelliği çoğaltma 5 sunmaktadır edilmiştir. Ancak, PDMS eksiklikleri iyi belgelenmiş ve 6,7 süreçleri yüksek hacimli üretim ile uyumsuzdur ve bu şekilde, çünkü kitle üretimi ve dolayısıyla ticarileştirilmesi için kendi potansiyelinin, termoplastik malzemelerden mikroakışkan cihazları imalatı yönünde artan bir eğilim olmuştur gelmiştir.

Plastik mikrofabrikasyon geniş benimsenmesine önemli engellerden biri plastik cihazların kolay, yüksek kaliteli yapıştırma elde edilmiştir. Güncel stratejiler t istihdamHermal, yapıştırıcı ve çözücü bağlama teknikleri, ancak birçok önemli zorluklar muzdarip. Termal bağlama otofloresans 8 artar ve genellikle mikrokanal geometrileri 9 deforme - yapışkan teknikleri şablonlar, dikkatli uyum ihtiyaç duyarken, 11, ve sonuçta mikrokanaldaki 10 maruz yapıştırıcı kalınlığı bırakın. 14 - Solvent yapıştırma kolaylığından dolayı, Ayarlanabilirliğin ve düşük maliyetle 10,12 cazip olduğunu. Özellikle, kendi ayarlanabilirliği microfeatures 14 deformasyonunu en aza indiren tutarlı, yüksek kaliteli bağ verebilmesidir plastik çeşitli için optimizasyon sağlar.

solvent bağlama sırasında, çözücüye dikkat ederek bağlama ara yüzeyi boyunca zincirler arası difüzyon sağlar plastik yüzeyine yakın polimer zincirlerinin hareketliliğini artırır. Bu difüzyon zincirlerin mekanik kilitleme yoluyla dolanması neden olur ve ap sonuçlanırHysical bağ 10. Termal yapışma benzer bir şekilde çalışır, ancak zincir hareketliliğini artırmak için tek başına yüksek bir sıcaklıkta dayanır. Bu durumda, termal yöntemler çözücülerin kullanımı önemli ölçüde bağlama için gerekli sıcaklığı azaltmak, ve böylece istenmeyen deformasyonunu azaltır, oysa yakın veya polimerin cam geçiş üzerindeki sıcaklıklar gerektirir.

Biz PMMA ve COP cihazları hem yapıştırılması için özel bir protokol sağlar. Bununla birlikte, bu protokolü ve yöntem, diğer plastik malzeme, çözücüler ve mevcut ekipman için uygun olabilir, termoplastik mikroakışkan cihazların solvent bağlama için basit ve genel bir yaklaşımı tarif eder. Biz tahvil kalitesini değerlendirmek için çeşitli yöntemler tarif eder (örn, bağ kapsamı, bağ kuvveti, bağ dayanıklılığı ve microfeature geometrileri deformasyon) ve bu ortak sorunları ele almak giderme yaklaşımlar sağlar.

Protokol

Aşağıda tarif edilen tüm adımları gelişmiş olmayan bir temiz oda ortamında gerçekleştirilmiştir unutmayın. Çözücü yapıştırma adımları varsa kesinlikle bir temiz oda gerçekleştirilebilir, ancak bu gerekli değildir.

Termoplastik mikroakışkan Cihaz Katmanlar 1. Hazırlık

  1. Tasarım ve uygun bir üretim yöntemi kullanılarak, seçim termoplastikten mikroakışkan cihaz katmanları imal (örneğin, 16 kabartma, 15 micromilling - 18, enjeksiyon).
  2. Görme kenarları "temiz" olduğundan emin olmak için aygıt katmanları incelemek (yani üretim süreci hiçbir çapaklar veya artık malzeme sırtlar). En iyi sonuç için, bir optik mikroskop altında cihazın dış kenarlarında yanı sıra tüm işlenmiş mikro-özellik kenarları kontrol edin.
  3. artık malzeme görsel muayene sırasında tespit edilmesi halinde, bir tıraş bıçağı kullanmak veya neşter dikkatli bir mat kaldırmak içinbirine karşı düz bir yalan aygıt katmanları önler erial böylece katmanların arabirimleri konformal temas.
  4. Temiz cihaz laboratuvar sabun ve su ile basınçlı hava ile kuru yüzeyler. 2 dakika boyunca 2-propanol içinde cihazı katmanları daldırın ve basınçlı hava ile kurutulur.

2. Çözücü Yapıştırma

  1. Isıtmalı (PMMA için) basın veya (COP için) ocak gözünü hazırlayın.
    1. PMMA (döküm akrilik, ~ 100-110 ° C bir cam geçiş sıcaklığı) 18 ön ısıtma pres ile 70 ° C arasında ve sıcaklık dengelenmesi için izin verir.
    2. (Üreticiden 102 ° C cam geçiş sıcaklığına) COP için, 25 ° C'ye kadar ön ısıtma ocak gözünü ve sıcaklık dengelenmesi için izin verir.
  2. Yapıştırma işlemi için çözücü hazırlayın.
    1. PMMA için bağlama alanının inç kare başına 0,5 ml etanol içinde ölçülür.
    2. COP için, 2-propanol ve sikloheksan, yâni bir 65:35 karışımının hazırlanmasıbağlama alanının inç kare başına 0.5 ml ha toplam hacim.
      NOT: sikloheksan ortak polipropilen laboratuar aletlerinin eriyecektir olarak COP için, cam pipetler ve kapları kullanın. sikloheksan toksik gibi bir çeker ocak içinde, tüm karıştırma ve bağlanmasını gerçekleştirmek.
  3. Temizlenmiş plastik tabakalar arasındaki bağlanma alanının inç kare başına düşen çözücünün 0.1 ml dağıtır ve katmanları bir araya getirmektedir. Görme yaygındır ve mümkün olduğunca kaldırılması gerektiğini yapıştırma arayüzünde hava kabarcığı, kontrol edin.
    NOT: Bu hızlı bir şekilde çalışması için bir çözücü dağıtıldıktan sonra, uçucu çözücüler buharlaşmaya başlar (ve bu nedenle, çözücü karışımları bileşimde değişecektir) faydalıdır.
    1. kabarcıkları varsa neredeyse dağılmayacak şekilde, yapıştırma arayüz boyunca iki plastik katmanları kaydırın (ama temas halinde kalması), ve daha sonra birlikte onları geri kaydırın.
  4. Hizalama iğneli cihazın katmanları hizalayın,Özel bir jig, ya da sadece elle (Daha fazla bilgi için tartışma bölümüne bakınız).
    1. hizalama işaretçilerine kullanıyorsanız, pimleri için delikler aynı hizaya ve aygıt yığınına işaretçilerine yerleştirin.
    2. Özel bir jig kullanıyorsanız, jig içine cihaz yığını yerleştirin ve cihaz etrafında sıkın.
    3. elle hizalama, cihazın dış kenarlarını hizalamak için parmaklarınızı kullanın.
  5. (PMMA) veya (COP için) önceden ısıtılmış ocağın üzerine önceden ısıtılmış pres içine çözücü cihazı yerleştirin.
    1. PMMA için 2 dakika boyunca basınç 2300 kPa uygulanır.
    2. COP için, basınç 350 kPa geçerlidir. 5 ° C / dk bir oranda 70 ° C, 25 ° C sıcaklık artış. Ek bir 15 dakika daha 70 ° (9 dakika sonra) C, bağ ulaştıktan sonra.
  6. güvenle muayene için sıcak aygıtı kaldırmak için cımbız kullanın. Bağlar artık tamamlanmıştır.
  7. Mikrokanallardaki veya diğer da özelliklerin de (cihazda kalan sıvı çıkarınes).
    1. PMMA için, sıkıştırılmış hava ile kalan sıvıyı ayırın. COP için kalan sikloheksan çıkarmak için 24 saat boyunca 45 ° C'de ocak ve fırında gümrüklü cihazı yerleştirin.

Sonuçlar

Genel solvent bağlama prosedürünün bir şematik, Şekil 1 'de gösterilmiştir. bağ kalitesini değerlendirmek için en kolay yolu kötü bağ kapsama bağlanmamış plastik bölgeler olarak kolayca görülebilir çünkü görsel, tahvil kapsamını incelemek için, ve zayıf bağ göstergesidir. Bu bölgeler genellikle yakın serbest kenarları (örneğin, cihazın çevresi, ya da açık portlar ya da mikro yakın) ve aynı zamanda sık sık bağ aray?...

Tartışmalar

Potansiyel yapıştırma stratejilerinin fizibilite mevcut donanımına bağlıdır. ocak oldukça yaygındır ve serbest ağırlıklar ucuz satın alınabilir olsa da, yüksek basınç stratejileri ısıtılmış pres kullanımını gerektirecektir. Örneğin, optimum PMMA yapıştırma tarifi etanol (bakınız Tablo 1) ile bağ yüksek basınç gerektirir ve gerekli basınç serbest ağırlıklar kullanılarak tipik cihaz boyutları için ulaşılabilir değil. Sadece ocak ve ağırlıklar kullanılab...

Açıklamalar

Yazarlar hiçbir rakip mali çıkarları olduğunu beyan ederim.

Teşekkürler

Biz Doğa Bilimleri ve Kanada'nın (NSERC, # 436117-2013) Mühendislik Araştırma Konseyi, Kanser Araştırma Derneği (CRS, # 20172), Miyelom Kanada ve Büyük Zorluklar Kanada mali destek kabul.

Malzemeler

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.

Referanslar

  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).

Yeniden Basımlar ve İzinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi

Izin talebi

Daha Fazla Makale Keşfet

M hendislikSay 119Solvent ba lartermoplastiklermikroak kanlarcihaz imalatPMMAsiklo olefin

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Gizlilik

Kullanım Şartları

İlkeler

Bize Ulaşın

KÜTÜPHANEYE TAVSİYE ET

JoVE HABER BÜLTENLERİ

Araştırma

Eğitim

Yazarlar

Kütüphaneciler

JoVE Hakkında

Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır