溶剂粘接的PMMA的制备和COP微流体装置

Summary

溶剂粘接是制造高品质债券热塑性微流体装置的简单和通用的方法。我们描述了一种协议来实现在PMMA中强，光学透明的键和COP的微流体装置能够保护微特征的详细信息，通过压力，温度，适当的溶剂中，和装置的几何形状的恰当组合。

Abstract

热塑性微流体装置提供优于那些从硅氧烷弹性体作出了许多优点，但粘结程序必须为每个感兴趣的热塑性被开发。溶剂粘合是可用于从各种塑料制造设备的简单和通用的方法。在两个器件层之间添加适当的溶剂中结合，并且热和压力被施加到该装置，以促进粘合。通过使用溶剂，塑料，热和压力的适当组合，该设备可以具有高质量键被密封，其特征为具有高的粘结范围，粘合强度，光学透明度，随着时间的推移的耐用性，以及低变形或损坏微特征几何。我们描述了从两个流行的热塑性塑料，聚（甲基丙烯酸甲酯）（PMMA），以及环烯烃聚合物（COP），以及各种各样的方法制备来表征所得键的质量接合装置，和策略的程序到特鲁bleshoot低质量债券。这些方法可用于开发其他塑料溶剂体系新溶剂粘合协议。

Introduction

微流体已经出现在过去的二十年，以及适合在微尺度¹学习化学和物理，以及不断增长的承诺生物学研究²显著贡献技术^{- 4。}大多数微流体装置的历来由聚（二甲基硅氧烷）制成（PDMS），硅氧烷弹性体，很容易使用，价格便宜，并提供了高品质的特性复制^5。然而，PDMS已充分证明的缺点，并与大批量制造不相容处理^6,7，因此，出现了对制造，因为它们的大规模生产，因此商业化潜力的热塑性材料的微流体装置，不断增长的趋势。

一来更广泛地采用塑料微细加工的主要障碍已经实现塑料器件的方便，高品质的结合。目前的战略运用Ťhermal，粘合剂和溶剂的结合技术，但许多患有显著挑战。热粘接增加自发荧光⁸和经常变形的微通道的几何形状^{9 - 11，}而粘合剂技术需要模具，仔细对准，并最终离开暴露于微通道¹⁰中的粘合剂的厚度。溶剂粘接是有吸引力的，由于它的简单性，可调性，成本低^{10,12 - 14。}尤其是，它的可调性使得优化各种塑料，它可以产生一致的，高质量接合，最大限度地减少微特征¹⁴的变形。

期间溶剂粘合，溶剂暴露增加聚合物链的塑料，这使....

Protocol

注意，以下所有描述的步骤已被开发，并在非洁净室环境中进行。溶剂粘接的步骤当然可以在洁净室中进行，如果有的话，但是这不是必需的。

1.热塑性微流体器件层的制备

1. 设计和选择的热塑性制造微流体装置的层，使用适当的制造方法（ 例如 ，微细铣削^15，压花^{16 - 18，}注射成型）。
2. 目测设备层，以确保边缘"干净"（ 即 ，无论从制造工艺毛刺或边角料的脊）。为获得最佳效果，检查在光学显微镜下，除了该装置的外边缘都加工微特征的边缘。
3. 如果目视检查过程中发现边角料，用刀片或手术刀小心删除任何垫erial防止器件层从平面对躺在彼此，使得这些层的界面进入共形接触。
4. 清洁设备与实验室肥皂和水，并用压缩空气干燥的表面。在2-丙醇2分钟淹没器件层并用压缩空气干燥。

2.溶剂粘接

1. 准备热压机（用于PMMA）或电炉（用于COP）。
   1. 对于PMMA（压克力浇铸的〜100-110℃的玻璃化转变温度^）18预热按70°C，并允许温度稳定。
   2. 对于COP（102℃的玻璃化转变温度，从制造商），烤盘预热至25℃，并允许温度稳定。
   ....

Results

一般溶剂粘合过程的示意图示于图1。评估债券质量最简单方法是目视检查覆盖债券，因为债券覆盖较差是无粘结胶区域很容易看到，并且表示弱粘接。这样的区域典型地是邻近自由边缘（ 例如 ，外围设备的，或者接近打开的端口或微通道），并且还可以经常出现周围的污物或灰尘的任何颗粒在粘合界面。由于弱粘结较差粘合覆盖在协议的开发阶段，通常看到的那样，已发现的最佳溶剂组合物和粘合条件之前，和实施例是在图2A所示。通常情况下，弱粘结表明需要一个或多个:（ⅰ）一个更积极的溶剂（ 即 ，较高浓度的溶液，或不同的溶剂），（ii）较高粘合温度，和（iii）一个更高的接合公关essure。

相反地，过于激进的粘合条件可以导致具有高的粘结强度优异的粘结范围，而且还破坏或密封微特征， 如图2B所示 。这是最常见的是由于溶剂过于激进，虽然高温（接近塑料的玻璃.......

Discussion

潜在的结合策略的可行性取决于可用的设备。虽然电磁炉是比较普遍和自由重量可以廉价购买，高压策略，将需要使用热压机的。例如，我们的最佳结合PMMA配方需要高压用乙醇（ 见表1）键，所需要的压力是无法达到使用自由重量典型的设备尺寸。因此，如果只有一个加热板和重量都可用，PMMA可以代替使用不同的溶剂（在水中75％丙酮）接合。另外，使用需要一个通风柜还可能限制可行性，尤其是当需要高的压力，溶剂的这样的策略将需要既利用加热的压机和需要，以适应在通风橱内压。这些因素可以帮助引导溶剂的选择开发新的溶剂型胶系统时，有考虑到更少的有害溶剂和低压偏好S中的仍然提供高品质的结合。

后一溶剂粘合方法已经针对特定塑料优化，有可能与邻近设备的边缘粘合不良覆盖剩下的挑战，由于在接合工艺期间蒸发的影响。正如代表结果部分所提到的，一种策略可以缓解这些问题是增加了溶剂保持槽的该平行于所关注的边缘（ 即 ，该设备的外边缘，并沿着该通常表现出任何通道或端口粘结难度）。此外，两个或更多个通孔的端口可以被添加到每个凹槽（和/或槽可连接），使得溶剂可以直接添加到用移液器凹槽。.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
COP	Zeonor	604Z1020R080	20 kg COP 颗粒 - 1020R。可以使用多个供应商，但可能会影响粘合特性。
PMMA	McMaster Carr	8560K173	1.5 mm 板材厚度适用于我们的典型应用。可以使用多个供应商，但可能会影响粘合特性。
环己烷	Sigma-Aldrich	227048	环己烷，无水，99.5%。可以使用多个供应商。有毒，需要通风橱。
乙醇	Sigma-Aldrich	24102	乙醇，绝对和 ge;99.8% （GC） 的。可以使用多个供应商。
丙酮	Sigma-Aldrich	179124	丙酮、ACS 试剂 ≥99.5%.可以使用多个供应商。
2-丙醇	Sigma-Aldrich	278475	2-丙醇，无水，99.5%。可以使用多个供应商。
热板Torrey	Pines Scientific	HP60	完全可编程的数字加热板。可以使用多个供应商。
自由重量	Cap Barbell	RPG#2	标准铸铁板。可以使用多个供应商和不同的权重。
加热压力机	Carver	Auto CH	Auto 系列加热液压机。可以使用多个供应商。适合通风橱的压榨机将提供最大的灵活性（此型号没有）。
数控铣床	Tormach	PCNC 770	3 轴数控铣床。可以使用多个供应商。
立铣刀	各种	不同的	所需尺寸取决于设计。可以使用多个供应商。