高通量微流控快速低成本原型封装方法

本实验的总体目标是展示微流控快速原型平台的多种可选方案。首先，使用聚二甲基硅氧烷（PDMS）制备可拆卸的互连器；其次，将微管固定在互连器中或直接固定在微流控芯片上。

接下来，将微流控芯片组装并连接到电气接口。最终，以不同的流速使流体流经互连器并进入微流控芯片。为了评估PDMS互连器的性能强度，我最初在设计一种高输入输出电学性能的微流控芯片时提出了该方法，当时需要一种易于拆卸的互连器，以便利用大量ENC通道电极来测试不同ENC通道电场传播模式。

首先，通过将PDMS与固化剂按10:1的比例混合来制备PDMS，然后将混合物置于低真空条件下脱气60分钟。接着，将烘箱预热至80摄氏度，并在升温过程中等待温度稳定。使用乙醇清洁微流控芯片上将要放置PDMS连接器的表面。

将其置于无尘环境中晾干。将盛有PDMS的培养皿转移至预热好的烘箱中，在80摄氏度下使PDMS轻微聚合12至15分钟。将需要连接的微流控芯片与PDMS层一同放入烘箱，使其在15分钟后达到相同温度。从固化烘箱中取出PDMS和微流控芯片。

然后使用剃刀切割出一块5毫米×5毫米的PDMS。接着在PDMS层上打两个直径为2毫米的孔。将PDMS从培养皿中取出，并将其覆盖在微流控芯片上。

仔细对齐孔位，然后轻轻将PDMS压合到位。安装互连器后，使用新刀片裁剪直径为2毫米、内径为100微米的聚四氟乙烯管，确保微管末端切口与其轴线垂直。管路长度应足以连接至注射泵，且不对互连器施加任何应力。

如有必要，使用显微定位器将管路穿过PDMS互连层，并在管路与PDMS之间添加环氧树脂以增强粘附性。然后将管路的另一端连接至液体注射系统。作为基于PDMS互连层的替代方案，可使用环氧树脂将微管永久固定到位。

为此，使用微位移器小心地将微管放置在微流控芯片的接入孔中。然后在接入孔周围涂覆紫外光固化胶或标准环氧树脂，并根据制造商的说明进行固化。开始将表面贴装多引脚电连接器焊接到印刷电路板上。

然后检查微流控芯片的电极焊盘，若有表面污染，可通过暴露于氧气等离子体中约10分钟进行清洁，具体时间可根据清洁需求适当延长或缩短。若未发现表面污染，则仅用乙醇清洁焊盘即可。接下来，使用锋利刀片将导电胶带切割成若干尺寸为2毫米×1毫米的小片，使其与微流控芯片的尺寸相同。

电极垫。然后使用洁净的镊子将导电胶带放置在印刷电路板的电极垫上。将微流控芯片与已位于印刷电路板上方的互连器对齐。

使用对准装置，在印刷电路板上放置一层绝缘材料（如纸张），以避免短路，然后使用机螺钉和螺母固定金属支架，完成组装。通过注射泵通入去离子水，开始测试各个装置。缓慢提高泵速，直至系统开始泄漏，此时已达到最大压力。

实验结束后，取下机器螺丝螺母和金属支架。然后轻轻分离微流控芯片和印刷电路板。最后，在重新组装之前，使用乙醇清除印刷电路板和微流控芯片电极垫上导电胶带的残留胶粘剂。

此处所示表格中比较了三种不同的互连管连接技术。PDMS 互连管建议用于低压应用，当微流控设计需要暴露且要求快速原型制作时使用。标准环氧树脂和紫外固化环氧树脂可提供牢固的连接，适用于低压和高压应用，但会与装置形成永久密封，这在某些情况下可能并不理想。

此处展示了PDMS互连器，并与一些更常见的互连器装置进行了比较。厚度为1毫米的PDMS互连器可承受的压力是厚度为0.45毫米互连器的三倍。这意味着，与0.45毫米厚的互连器相比，1毫米厚的互连器可实现高达五倍的流速。一旦掌握该技术，若操作得当，可在10至20分钟内完成。