طرق البناء لأجهزة الميكروفلويديك الهجينة البولي كربونات-السيليكون

يركز بحثنا على ربط الأجهزة الميكروفلويدية الهجينة للنمذجة الأولية في بيئة مختبرية أكاديمية. نهدف إلى الإجابة على سؤال: ما هي استراتيجيات الربط منخفضة التكلفة ولكن المثلى لقناة ميكروفلويدية هجينة؟ ربط البلاستيك الحراري بالركائز الصلبة في الميكروفلويديات الهجينة يعد تحديا، كما أن الطرق التقليدية ذات درجات الحرارة العالية والضغط العالي غير مناسبة.

يوفر هذا البروتوكول نهجا عمليا وصديقا للبحث في الترابط العلمي. للبدء، احصل على غلاف البولي كربونات ذو سطح الربط المستو. قم بتوزيع الإيبوكسي في مقعد الشريحة الغائرة في غلاف البولي كربونات، ووضع شريحة السيليكون المنظفة في مكانها.

دع التجميع يصلب، ثم أغلق أي فجوات بالإيبوكسي الجديد. قطع الشريط اللاصق بالليزر ليتناسب مع شكل جدران القناة. لتطبيق شريط لاصق، قم بإزالة طبقة بطانة واحدة من الشريط.

ثم قم بمحاذاة الشريط اللاصق ووضع الشريط على أسطح جدار القناة باستخدام دبابيس العصا للمحاذاة. أضف كمية كافية من محلول كحول بولي فينيل بنسبة 1٪ لتغطية منطقة القناة السائلة. ثم ضع القناة المغطاة جانبا لتجف تماما في درجة حرارة الغرفة.

لإزالة القناع اللاصق، وبعد أن تجف طبقة كحول البولي فينيل تماما، قم بتقشير اللاصق ذو الوجهين بعناية، تاركا قناة سائلة مغطاة بالكحول البولي فينيل. افحص ونظف أي مادة لاصقة متبقية من جدران القناة إذا لزم الأمر. قم بمحاذاة نصف ألواح السيليكون الهجينة من البولي كربونات العلوية والسفلية باستخدام دبابيس العصا.

ضع طرف إبرة 30 مقياس لحقنة سعة 5 ملليلتر تحتوي على ثنائي كلوروميثان أو الأسيتون عند حافة أو حافة الجهاز. ثم وزع المذيب على كلا الجانبين، بحيث يمتص واجهة الربط ويصل إلى حاجز كحول البوليفينيل. ثم يضع وزنا معتدلا يتراوح بين اثنين إلى ثلاثة أرطال بشكل متساو فوق الجهاز المجمع، ويترك الجهاز ليجف تماما في درجة حرارة الغرفة لمدة 10 إلى 15 دقيقة.

تأكد من عدم وجود فقاعات كبيرة لتقليل نقاط الفشل. بعد التصلب، تدفق مياه منزوع الأيونات بدرجة 80 درجة مئوية عبر القناة السائلة بتدفقات منخفضة تتراوح بين واحد إلى خمسة مليلتر في الدقيقة لمدة لا تقل عن ثلاث ساعات. افحص الجهاز بصريا بحثا عن بقايا كحول البولي فينيل في القناة، وكرر تدفق الماء حتى لا يظهر أي كحول بولي فينيل بصريا.

باستخدام قاطع ليزر مكتبي، قطع صفائح البولي إيثيلين منخفضة الكثافة ليتناسب مع شكل مناطق جدران القنوات. افحص صفائح البولي إيثيلين منخفضة الكثافة المقطوعة بالليزر بحثا عن الرماد أو البقايا أو الجسيمات. اشطف الأوراق جيدا بكحول الأيزوبروبيلي واتركها تجف تماما.

قم بمحاذاة فتحات LDPE على الجدران الجانبية لقناة السائل باستخدام دبابيس العصا. ضع قطعة البولي كربونات العلوية على التجميع السفلي لإنشاء قناة سائلة مع طبقات LDPE عند واجهة الربط. لربط التجميع، ضع الغلاف المجمع في فرن قابل للبرمجة مضبوط على 145 درجة مئوية مع حساس درجة حرارة.

ثم وضع وزنا معايرا، مثل صفيحة معدنية، فوق المجموعة لتطبيق ضغط معتدل يتراوح بين اثنين إلى ثلاثة أرطال لكل بوصة مربعة. بعد ساعتين، أزل المجموعة من الفرن. تأكد من أن LDPE شفاف بشكل متساو عبر مساحة السطح المرتبطة، ثم دع الجهاز يبرد إلى درجة حرارة الغرفة.

اقطع مادة سلك الحشية إلى الطول المطلوب ليتناسب مع مسار قناة السوائل. ضع سلك الحشية في غدة الحشية الموجودة في غلاف البولي كربونات السفلي، لضمان تركيب محكم ومستمر على طول المسار بأكمله. محاذاة قطعة البولي كربونات العلوية مع القطعة السفلية.

ثم أدخل البراغي عبر الطبقة العليا إلى صامولة السداسية، مع إضافة غسالات أو لوحة ضغط حسب الحاجة لتوزيع الضغط بشكل متساو. شد كل برغي يدويا لتثبيت الجهاز في مكانه. ثم استخدم مفتاح عزم لشد البراغي بنمط عرضي.

قم بشدها إلى 0.5 رطل بوصة في البداية لتجنب تشقق شريحة السيليكون أو تشوه غلاف البولي كربونات، وزيادة العزم فقط إذا كانت هناك حاجة لعزل إضافي. استعد لتوصيل الجهاز الهجين الميكروفلويديك بدائرة سائلة باستخدام أنابيب مضخة بيريستالتيك. قم بتوصيل خزان مياه، ومضخة دوار، وحساس ضغط، وجهاز الميكروفلويديك الهجين على التوالي.

ضع حساس الضغط بالقرب من مدخل الجهاز قدر الإمكان لضمان قياسات ضغط دقيقة. ضخ الماء عبر الدائرة بمعدل تدفق ابتدائي يبلغ 10 ملليلتر في الدقيقة. زد معدل التدفق بمقدار 10 مليليتر في الدقيقة بفواصل 60 ثانية، وسجل الضغط عند كل معدل تدفق.

إذا كان هناك حاجة لضغط إضافي، أضف تقييد إبرة أسفل الجهاز لزيادة مقاومة الدائرة. عرف الضغط المصنف بأنه الضغط الذي يحدث عنده أول تسرب مرئي. وأخيرا، أدخل حساس ضغط ثان مباشرة أسفل الجهاز باستخدام نفس الدائرة.

تدفق الماء بمعدل تدفق محدد يبلغ 10 ملليلتر في الدقيقة، وحساب انخفاض الضغط عبر الجهاز كفرق بين قياسات الضغط قبل الجهاز وما بعده. أظهرت طرق الربط الثلاث نتائج أداء مختلفة. تحملت الأجهزة المرتبطة بالمذيب أعلى ضغط مصنف، حيث وصلت إلى 692 مليمتر من الزئبق قبل التسرب، لكن بعض الأجهزة أظهرت هواء محبوس أو ضباب بصري خفيف.

أظهرت الأجهزة المرتبطة ب LDPE انخفاضا عاليا في الضغط بمقدار 196 ملم من الزئبق عند 10 ملليتر في الدقيقة، مما جعلها أقل فعالية. من بين التقنيات التي تم اختبارها، أظهرت طريقة ختم الحشوة أعلى قابلية للتكرار وأنظف واجهات بصرية. حافظ التكوين القائم على الحشوات ضغوطا تصل إلى 239 مليمترا من الزئبق قبل التسرب، وأظهر انخفاضا منخفضا في الضغط بمقدار ثلاثة مليمترات من الزئبق.

يتيح هذا البروتوكول للباحثين دراسة طرق ربط منخفضة التكلفة مناسبة لربط الأجهزة الميكروفلويدية الهجينة في بيئة مختبرية. أهم اعتبار عند تنفيذ هذا البروتوكول هو ضمان الدقة في كل من التصميم، والتصنيع، ومحاذاة الطبقات لضمان واجهة محكمة التسريب ومساحة سطح رابطة مناسبة. يمكن للدراسات المستقبلية مقارنة مساحات سطح السقف عبر طرق الربط وتقييم تطبيق هذا البروتوكول على أنظمة الميكروفلويديك الهجينة التي تدمج مواد ركيزة هشة أو متنوعة.