Name: solvent bonding for fabrication of pmma and cop microfluidic devices
Uploaded: 2017-01-17T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Solvent Bonding for Fabrication of PMMA and COP Microfluidic Devices at JoVE.com

हम प्राकृतिक विज्ञान और कनाडा (NSERC, # 436117-2013) के इंजीनियरिंग रिसर्च काउंसिल, कैंसर रिसर्च सोसायटी (सीआरएस, # 20172), Myeloma कनाडा, और चुनौतियां ग्रैंड कनाडा से वित्तीय सहायता स्वीकार करते हैं।

ध्यान दें कि नीचे वर्णित सभी चरणों के लिए विकसित किया गया है और एक गैर cleanroom वातावरण में प्रदर्शन किया। विलायक संबंध कदम निश्चित रूप से यदि उपलब्ध हो तो, एक cleanroom में किया जा सकता है, लेकिन यह जरूरी नहीं है। </p...

<ol>
	<li>Beebe, D. J., Mensing, G. A., Walker, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Physics+and+applications+of+microfluidics+in+biology.">Physics and applications of microfluidics in biology.</a> Annual Review of Biomedical Engineering. 4, 261-286 (2002).</li><li>Situma, C., Hashimoto, M., Soper, S. a. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Merging+microfluidics+with+microarray-based+bioassays.">Merging microfluidics with microarray-based bioassays.</a> Biomolecular Engineering. 23 (5), 213-231 (2006).</li><li>Paguirigan, A. L., Beebe, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidics+meet+cell+biology:+Bridging+the+gap+by+validation+and+application+of+microscale+techniques+for+cell+biological+assays.">Microfluidics meet cell biology: Bridging the gap by validation and application of microscale techniques for cell biological assays.</a> BioEssays. 30 (9), 811-821 (2008).</li><li>Young, E. W. K., Beebe, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fundamentals+of+microfluidic+cell+culture+in+controlled+microenvironments.">Fundamentals of microfluidic cell culture in controlled microenvironments.</a> Chemical Society Reviews. 39 (3), 1036-1048 (2010).</li><li>Duffy, D. C., McDonald, J. C., Schueller, O. J. A., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+Prototyping+of+Microfluidic+Systems+in+Poly(dimethylsiloxane).">Rapid Prototyping of Microfluidic Systems in Poly(dimethylsiloxane).</a> Analytical Chemistry. 70 (23), 4974-4984 (1998).</li><li>Berthier, E., Young, E. W. K., Beebe, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Engineers+are+from+PDMS-land,+Biologists+are+from+Polystyrenia.">Engineers are from PDMS-land, Biologists are from Polystyrenia.</a> Lab on a Chip. 12 (7), 1224-1237 (2012).</li><li>Sackmann, E. K., Fulton, A. L., Beebe, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+present+and+future+role+of+microfluidics+in+biomedical+research.">The present and future role of microfluidics in biomedical research.</a> Nature. 507 (7491), 181-189 (2014).</li><li>Young, E. W. K., Berthier, E., Beebe, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Assessment+of+enhanced+autofluorescence+and+impact+on+cell+microscopy+for+microfabricated+thermoplastic+devices.">Assessment of enhanced autofluorescence and impact on cell microscopy for microfabricated thermoplastic devices.</a> Analytical Chemistry. 85 (1), 44-49 (2013).</li><li>Wallow, T. I., Morales, A. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Low-distortion,+high-strength+bonding+of+thermoplastic+microfluidic+devices+employing+case-II+diffusion-mediated+permeant+activation.">Low-distortion, high-strength bonding of thermoplastic microfluidic devices employing case-II diffusion-mediated permeant activation.</a> Lab on a Chip. 7 (12), 1825-1831 (2007).</li><li>Tsao, C. W., DeVoe, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bonding+of+thermoplastic+polymer+microfluidics.">Bonding of thermoplastic polymer microfluidics.</a> Microfluidics and Nanofluidics. 6 (1), 1-16 (2009).</li><li>Young, E. W. K., Berthier, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+prototyping+of+arrayed+microfluidic+systems+in+polystyrene+for+cell-based+assays.">Rapid prototyping of arrayed microfluidic systems in polystyrene for cell-based assays.</a> Analytical Chemistry. 83 (4), 1408-1417 (2011).</li><li>Truckenm&#252;ller, R., Henzi, P., Herrmann, D., Saile, V., Schomburg, W. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bonding+of+polymer+microstructures+by+UV+irradiation+and+subsequent+welding+at+low+temperatures.">Bonding of polymer microstructures by UV irradiation and subsequent welding at low temperatures.</a> Microsystem Technologies. 10 (5), 372-374 (2004).</li><li>Tsao, C. W., Hromada, L., Liu, J., Kumar, P., DeVoe, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Low+temperature+bonding+of+PMMA+and+COC+microfluidic+substrates+using+UV/ozone+surface+treatment.">Low temperature bonding of PMMA and COC microfluidic substrates using UV/ozone surface treatment.</a> Lab on a Chip. 7 (4), 499-505 (2007).</li><li>Wan, A. M. D., Sadri, A., Young, E. W. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Liquid+phase+solvent+bonding+of+plastic+microfluidic+devices+assisted+by+retention+grooves.">Liquid phase solvent bonding of plastic microfluidic devices assisted by retention grooves.</a> Lab on a Chip. 15 (18), 3785-3792 (2015).</li><li>Guckenberger, D. J., de Groot, T. E., Wan, A. M. D., Beebe, D. J., Young, E. W. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Micromilling:+a+method+for+ultra-rapid+prototyping+of+plastic+microfluidic+devices.">Micromilling: a method for ultra-rapid prototyping of plastic microfluidic devices.</a> Lab on a Chip. 15 (11), 2364-2378 (2015).</li><li>Cameron, N. S., Roberge, H., Veres, T., Jakeway, S. C., John Crabtree, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High+fidelity,+high+yield+production+of+microfluidic+devices+by+hot+embossing+lithography:+rheology+and+stiction.">High fidelity, high yield production of microfluidic devices by hot embossing lithography: rheology and stiction.</a> Lab on a Chip. 6 (7), 936 (2006).</li><li>Yang, S., Devoe, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidic+device+fabrication+by+thermoplastic+hot-embossing.">Microfluidic device fabrication by thermoplastic hot-embossing.</a> Methods in Molecular Biology. 949, 115-123 (2013).</li><li>Konstantinou, D., Shirazi, A., Sadri, A., Young, E. W. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Combined+hot+embossing+and+milling+for+medium+volume+production+of+thermoplastic+microfluidic+devices.">Combined hot embossing and milling for medium volume production of thermoplastic microfluidic devices.</a> Sensors and Actuators B: Chemical. 234, 209-221 (2016).</li><li>Maszara, W. P., Goetz, G., Caviglia, A., McKitterick, J. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bonding+of+silicon+wafers+for+silicon-on-insulator.">Bonding of silicon wafers for silicon-on-insulator.</a> Journal of Applied Physics. 64 (10), 4943 (1988).</li><li>Bhattacharyya, A., Klapperich, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanical+and+chemical+analysis+of+plasma+and+ultraviolet-ozone+surface+treatments+for+thermal+bonding+of+polymeric+microfluidic+devices.">Mechanical and chemical analysis of plasma and ultraviolet-ozone surface treatments for thermal bonding of polymeric microfluidic devices.</a> Lab on a Chip. 7 (7), 876-882 (2007).</li></ol>

संभावित संबंध रणनीतियों की व्यवहार्यता उपलब्ध उपकरणों पर निर्भर करता है। जबकि हॉट प्लेट अपेक्षाकृत आम हैं और मुक्त वजन सस्ते में खरीदा जा सकता है, उच्च दबाव रणनीतियों एक गर्म प्रेस के उपयोग की आवश्यक...

4 - Microfluidics एक तकनीक अच्छी तरह से microscale 1 रसायन विज्ञान और भौतिक विज्ञान के अध्ययन के लिए अनुकूल है, और बढ़ती वादा काफी जीव विज्ञान अनुसंधान 2 में योगदान करने के साथ के रूप में पिछले बीस वर्षों में उभरा है। Microfluidic उपकरणों के बहुमत के ऐतिहासिक पाली (dimethylsiloxane) से बनाया गया है (PDMS), एक सिलिकॉन elastomer प्रयोग करने में आसान, सस्ती है, और उच्च गुणवत्ता सुविधा प्रतिकृति 5 प्रदान करता है। हालांकि, PDMS अच्छी तरह से प्रलेखित किया गया है कमियों और 6.7 प्रक्रियाओं उच्च मात्रा निर्माण के साथ असंगत है, और इस तरह के रूप में, वहाँ बड़े पैमाने पर विनिर्माण और इस तरह व्यावसायीकरण के लिए अपनी क्षमता की वजह से, थर्माप्लास्टिक सामग्री से microfluidic उपकरणों fabricating की ओर एक प्रवृत्ति बढ़ रही किया गया है। प्लास्टिक microfabrication के व्यापक गोद लेने के लिए प्रमुख बाधाओं में से एक प्लास्टिक उपकरणों के लिए आसान है, उच्च गुणवत्ता के संबंध को प्राप्त किया गया है। वर्तमान रणनीतियों टी रोजगारhermal, चिपकने वाला, और विलायक संबंध तकनीक है, लेकिन कई महत्वपूर्ण चुनौतियों से ग्रस्त हैं। थर्मल संबंध autofluorescence 8 बढ़ जाती है और अक्सर microchannel geometries 9 विकृत - 11, जबकि चिपकने वाला तकनीक स्टेंसिल, सावधान संरेखण की आवश्यकता होती है, और अंततः microchannel 10 से अवगत कराया चिपकने की मोटाई छोड़ दें। 14 - विलायक संबंध अपनी सादगी, tunability, और कम लागत 10,12 के कारण आकर्षक है। विशेष रूप से, अपने tunability प्लास्टिक की एक किस्म है, जो संगत, उच्च गुणवत्ता के संबंध कि microfeatures 14 के विरूपण को कम करता उपज कर सकते हैं के लिए अनुकूलन सक्षम बनाता है। विलायक संबंध के दौरान, विलायक जोखिम प्लास्टिक, जो संबंध इंटरफेस के पार चेन की अंतर-प्रसार में सक्षम बनाता है की सतह के पास बहुलक श्रृंखला की गतिशीलता बढ़ जाती है। इस diffusing चेन के यांत्रिक इंटरलाकिंग के माध्यम से उलझाव का कारण बनता है, और एपी में यह परिणामhysical बांड 10। थर्मल संबंध में एक समान तरीके से काम करता है, लेकिन अकेले ऊंचा तापमान पर निर्भर करता श्रृंखला गतिशीलता बढ़ाने के लिए। इस प्रकार, थर्मल तरीकों तापमान के पास या बहुलक का गिलास संक्रमण से ऊपर की आवश्यकता होती है, जबकि सॉल्वैंट्स का उपयोग काफी तापमान के संबंधों के लिए की जरूरत को कम कर सकते हैं, और इस तरह अवांछित विरूपण को कम। हम दोनों PMMA और पुलिस उपकरणों संबंधों के लिए एक विशिष्ट प्रोटोकॉल प्रदान करते हैं। हालांकि, इस प्रोटोकॉल और विधि थर्माप्लास्टिक microfluidic उपकरणों की विलायक संबंध है कि अन्य प्लास्टिक सामग्री, सॉल्वैंट्स, और उपलब्ध उपकरणों के लिए सिलवाया जा सकता है के लिए एक सरल, सामान्य दृष्टिकोण का वर्णन है। हम बांड की गुणवत्ता का आकलन करने के लिए कई विधियों का वर्णन (जैसे, बंधन कवरेज, बंधन शक्ति, बंधन स्थायित्व, और microfeature geometries के विकार), और इन आम चुनौतियों का सामना करने के लिए समस्या निवारण दृष्टिकोण प्रदान करते हैं।

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>COP</td>
			<td>Zeonor</td>
			<td>604Z1020R080</td>
			<td>20 kg COP Pellets - 1020R. Multiple suppliers can be used, but may affect bonding characteristics.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PMMA</td>
			<td>McMaster Carr</td>
			<td>8560K173</td>
			<td>1.5 mm sheet thickness for our typical applications. Multiple suppliers can be used, but may affect bonding characteristics.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cyclohexane</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>227048</td>
			<td>Cyclohexane, anhydrous, 99.5%. Multiple suppliers can be used. Toxic, requires fumehood.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanol</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>24102</td>
			<td>Ethanol, absolute, &#8805;99.8% (GC). Multiple suppliers can be used.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acetone</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>179124</td>
			<td>Acetone, ACS reagent, &#8805;99.5%. Multiple suppliers can be used.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2-Propanol</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>278475</td>
			<td>2-Propanol, anhydrous, 99.5%. Multiple suppliers can be used.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hot plate(s)</td>
			<td>Torrey Pines Scientific</td>
			<td>HP60</td>
			<td>Fully programmable digital hotplate. Multiple suppliers can be used.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Free weights</td>
			<td>Cap Barbell</td>
			<td>RPG#2</td>
			<td>Standard cast iron plate. Multiple suppliers and different weights can be used.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Heated press</td>
			<td>Carver</td>
			<td>Auto CH</td>
			<td>Auto 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).</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CNC Milling Machine</td>
			<td>Tormach</td>
			<td>PCNC 770</td>
			<td>3 Axis CNC mill. Multiple suppliers can be used.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Endmills</td>
			<td>Various</td>
			<td>Various</td>
			<td>Required sizes depend on designs. Multiple suppliers can be used.</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

solvent bonding for fabrication of pmma and cop microfluidic devices

थर्माप्लास्टिक microfluidic उपकरणों सिलिकॉन elastomers से बने उन पर कई लाभ प्रदान करते हैं, लेकिन संबंध प्रक्रियाओं ब्याज की प्रत्येक थर्माप्लास्टिक के लिए विकसित किया जाना चाहिए। विलायक संबंध एक सरल और बहुमुखी तरीका है कि प्लास्टिक की एक किस्म से उपकरणों के निर्माण के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। एक उपयुक्त विलायक दो डिवाइस परतों के बीच कहा बंधुआ हो, और गर्मी और दबाव के संबंध की सुविधा के लिए डिवाइस के लिए लागू कर रहे है। विलायक, प्लास्टिक, गर्मी, और दबाव का एक उचित संयोजन का उपयोग करके, इस उपकरण में एक उच्च गुणवत्ता वाले बांड के साथ सील किया जा सकता, उच्च बंधन कवरेज, बंधन शक्ति, ऑप्टिकल स्पष्टता, समय के साथ सहनशीलता, और कम विरूपण या नुकसान microfeature करने के लिए होने के रूप में होती ज्यामिति। हम संबंध है, जिसके परिणामस्वरूप बांड की गुणवत्ता को चिह्नित करने के दो लोकप्रिय thermoplastics, पाली (मिथाइल methacrylate) (PMMA), और cyclo-Olefin बहुलक (पुलिस), साथ ही तरीकों की एक किस्म से बने उपकरणों, और रणनीतियों के लिए प्रक्रिया का वर्णन Trou करने के लिएकम गुणवत्ता बांड bleshoot। इन विधियों अन्य प्लास्टिक विलायक सिस्टम के लिए नई विलायक संबंध प्रोटोकॉल विकसित करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है।

सामान्य विलायक संबंध प्रक्रिया का एक योजनाबद्ध चित्र 1 में दिखाया गया है। बंधन गुणवत्ता का आकलन करने के लिए सबसे आसान तरीका नेत्रहीन, बांड कवरेज का निरीक्षण करने के बाद से गरीब बंधन ?...

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Solvent Bonding for Fabrication of PMMA and COP Microfluidic Devices

विलायक संबंध उच्च गुणवत्ता वाले बांड के साथ थर्माप्लास्टिक microfluidic उपकरणों fabricating के लिए एक सरल और बहुमुखी विधि है। हम जानते हैं कि microfeature विवरण के संरक्षण, दबाव, तापमान, एक उपयुक्त विलायक, और डिवाइस ज्यामिति के एक विवेकपूर्ण संयोजन से PMMA में मजबूत, ऑप्टिकली स्पष्ट बांड और पुलिस microfluidic उपकरणों को प्राप्त करने के लिए एक प्रोटोकॉल का वर्णन है।

PMMA के निर्माण और पुलिस microfluidic उपकरणों के लिए विलायक संबंध

Thermoplastic microfluidic devices offer many advantages over those made from silicone elastomers, but bonding procedures must be developed for each ...

The overall goal of this technique is to provide a simple and versatile method for fabricating thermoplastic microfluidic devices with high quality bonds. This solvent bonding procedure will allow us to fabricate well bonded and durable thermoplastic microfluidic devices for a variety of applications from microfluidic cell culture systems to prototypes for point of care diagnostic tools. The main advantage of this technique is that it allows us to quickly and easily bond thermoplastic device layers.The procedure can be easily adapted to bond different thermoplastic materials. Design and fabricate microfluidic device layers from the thermoplastic of choice, using an appropriate fabrication method. Visually inspect the device layers to ensure that edges are clean without burrs or ridges of leftover material from the fabrication process.For best results, check all machined microfeature edges, in addition to the outside edges of the device, under an optical microscope. If leftover material is found during visual inspection, use a razor blade or scalpel to carefully remove any material that prevents the device layers from lying flat against one another so that the interfaces of the layers come into conformal contact. Then, clean the device surfaces with laboratory soap and water.And, dry with compressed air. After submerging the device layers in 2-propanol for two minutes, dry them with compressed air. This video is demonstrated with poly methyl methacrylate, abbreviated PMMA.Please see the text protocol for slight alterations in the procedure when using cyclic olefin polymer, or COP. Preheat, a heated press to 70 degrees celsius and allow the temperature to stabilize. To prepare the solvent for bonding process, measure 0.5 milliliters of ethanol, per square inch of bonding area for PMMA.It's important that an appropriate volume of solvent is applied to the device layers because too much solvent can lead to challenges in aligning layers. Dispense 0.1 milliliters of solvent per square inch of bonding area between cleaned plastic layers and bring the layers together. Visually inspect the bonding interface for air bubbles, which are common and should be removed as much as possible.If bubbles are present, slide the two plastic layers along the bonding interface so that they nearly come apart. And, then, slide them back together. To align the layers of the device by hand, use fingers to align the outer edges of the device.If more accurate alignment is required, include L shaped corner brackets to hold the device layers together. Next, place the device with solvent into the preheated press and apply 2, 300 kPa of pressure for two minutes. Use tweezers to safely remove the hot device for inspection.Bonding is now complete. Finally, remove any remaining liquid in the device using compressed air. Shown here are representative results of a pair of device layers before cleaning and after cleaning.The device layers have been milled to remove burrs. A representative image of a device with solvent added shows bubbles present through the bonding surface that can inhibit bonding. Conversely, well distributed solvent that is free of bubbles leads to strong, high quality bonds.Rapid solvent evaporation, during heating, can lead to regions of unbonded material near free edges of the device, resulting in poor bond coverage, leaky microfluidic features, and low overall bond strength. These regions are visible as lighter patches with colored interference fringes. An optimized solvent plastic system achieves good bond coverage and strength and minimizes damage to microfeatures, while still properly sealing them.Once mastered, a new thermoplastic device design can be fabricated in as little as two hours if the bonding technique is done properly. Remember that working with cyclohexane can be hazardous and should be handled in a fume hood and while wearing personal protective equipment. After watching this video, you will have a simple and versatile method for fabricating thermoplastic microfluidic devices with high quality bonds that are leak free and appropriate for use in cell culture, in point of care diagnostic applications.

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