Mikrofluidische Rapid- und Low-Cost-Prototyping-Verpackungsmethoden mit hohem Durchsatz

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens ist es, verschiedene Optionen für mikrofluidische Rapid-Prototyping-Plattformen vorzustellen. Dies wird erreicht, indem zunächst ein abnehmbarer Interkonnektor mit PDMS hergestellt wird. Der zweite Schritt besteht darin, Mikroschläuche im Interkonnektor oder direkt am Mikrofluidik-Chip zu befestigen.

Als nächstes werden die mikrofluidischen Chips zusammengebaut und mit einer elektrischen Schnittstelle verbunden. Letztendlich wird die Flüssigkeit mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten durch den Interkonnektor in den Mikrofluidik-Chip geströmt. Um die Stärke des PDMS-Interkonnektors zu bewerten, hatte ich die Idee für diese Methode zum ersten Mal, als ich einen mikrofluidischen Chip mit hohem elektrischen Eingang entwarf und einen leicht abnehmbaren Interkonnektor benötigte, um verschiedene Muster der Ausbreitung des elektrischen Feldes des ENC-Kanals mit einer großen Anzahl von ENC-Kanalelektroden zu testen.

Bereiten Sie zunächst das PDMS vor, indem Sie das PDMS und das Härter im Verhältnis 10 zu eins mischen und dann die Mischung entgasen, indem Sie sie 60 Minuten lang unter ein niedriges Vakuum stellen. Als nächstes heizen Sie die Ofentemperatur auf 80 Grad Celsius vor und warten Sie, bis sich die Temperatur stabilisiert hat, während der Ofen aufheizt. Reinigen Sie die Oberfläche des mikrofluidischen Chips, auf dem der PDMS-Interkonnektor platziert werden soll, mit Ethanol.

Lassen Sie es an einem staubfreien Ort trocknen. Übertragen Sie die PDMS-Schale in den vorgeheizten Backofen und lassen Sie das PDMS 12 bis 15 Minuten lang bei 80 Grad Celsius leicht polymerisieren, platzieren Sie den mikrofluidischen Chip, zu dem die Verbindung hergestellt wird, mit der PDMS-Schicht in den Ofen, so dass er nach 15 Minuten die gleiche Temperatur hat. Entfernen Sie das PDMS und den mikrofluidischen Chip aus dem Aushärteofen.

Schneide dann mit einer Rasierklinge ein fünf mal fünf Millimeter großes Stück PDMS aus. Stanzen Sie dann zwei zwei Millimeter Löcher durch die PDMS-Schicht. Entfernen Sie das PDMS aus den Petrischalen und legen Sie es über den mikrofluidischen Chip.

Achten Sie darauf, die Löcher genau auszurichten, und drücken Sie dann das PDMS vorsichtig an Ort und Stelle. Wenn die Verbindungsleitung an Ort und Stelle ist, schneiden Sie Teflonrohre mit einem Durchmesser von zwei Millimetern und einem Innendurchmesser von 100 Mikrometern mit einer neuen Klinge so ab, dass die Kante des Mikrorohrs senkrecht zu seiner Länge geschnitten wird. Der Schlauch sollte lang genug sein, um an eine Spritzenpumpe angeschlossen zu werden, ohne die Verbindungsleitung zu belasten.

Führen Sie bei Bedarf mit einem Mikropositionierer Rohre durch die PDMS-Verbindungsschicht ein und fügen Sie Epoxidharz zwischen dem Rohr und dem PDMS hinzu, um eine bessere Haftung zu gewährleisten. Verbinden Sie dann das andere Ende der Schläuche mit dem Flüssigkeitseinspritzsystem. Als Alternative zum PDMS-basierten Interkonnektor kann Epoxidharz verwendet werden, um die Mikrorohre dauerhaft an Ort und Stelle zu fixieren.

Um dies zu erreichen, verwenden Sie den Mikropositionierer, um das Mikroröhrchen vorsichtig in das Zugangsloch des mikrofluidischen Chips zu platzieren. Tragen Sie dann ein UV-härtendes oder Standard-Epoxidharz um die Zugangslöcher auf und härten Sie es nach Herstellerangaben aus. Beginnen Sie mit dem Löten von elektrischen Steckverbindern für die Oberflächenmontage mit mehreren Stiften auf eine Leiterplatte.

Überprüfen Sie dann die elektrischen Pads des mikrofluidischen Chips und reinigen Sie alle Oberflächenverunreinigungen, indem Sie sie etwa 10 Minuten lang Plasmasauerstoff aussetzen, mit mehr oder weniger Zeit, je nach erforderlicher Reinigungsmenge. Wenn keine Oberflächenkontamination festgestellt wird, reinigen Sie die Pads einfach mit Ethanol. Schneiden Sie anschließend mit einer scharfen Klinge leitfähiges Klebeband in kleine zwei Millimeter mal ein Millimeter große Stück, so dass sie die gleichen Abmessungen wie die mikrofluidischen Chips haben.

Elektrische Pads. Legen Sie dann mit einer sauberen Pinzette das leitfähige Band über die Schaltflächen auf die Leiterplatte. Richten Sie den mikrofluidischen Chip mit dem Interkonnektor aus, der sich bereits über der Leiterplatte befindet.

Legen Sie mit einer Ausrichtungsmaschine eine Isolationsschicht wie Papier auf die Leiterplatte, um Kurzschlüsse zu vermeiden, und befestigen Sie dann die Metallhalterung mit Maschinenschrauben und Muttern, wenn die Montage abgeschlossen ist. Beginnen Sie mit dem Testen der einzelnen Setups, indem Sie entionisiertes Wasser durch die Spritzenpumpe fließen lassen. Erhöhen Sie die Pumpendrehzahl langsam, bis das System zu lecken beginnt, woraufhin der maximale Druck erreicht ist.

Entfernen Sie nach dem Experiment die Schrauben, Muttern und Metallhalterungen der Maschine. Trennen Sie dann vorsichtig den mikrofluidischen Chip und die Leiterplatte. Verwenden Sie abschließend Ethanol, um den leitfähigen Bandkleber von den elektrischen Pads auf der Leiterplatte und dem mikrofluidischen Chip zu entfernen, bevor Sie ihn wieder zusammenbauen.

In der hier gezeigten Tabelle werden drei verschiedene Techniken zur Befestigung von Verbindungsleitungen verglichen. Der PDMS-Interkonnektor wird für den Einsatz in Niederdruckanwendungen empfohlen, wenn das mikrofluidische Design freigelegt werden muss und ein schnelles Prototyping erforderlich ist. Standard- und UV-Epoxidharz bieten eine starke Verbindung und können sowohl für Nieder- als auch für Hochdruckanwendungen verwendet werden, schaffen aber eine dauerhafte Abdichtung mit dem Gerät, die unerwünscht sein kann.

Die PDMS-Verbindungsleitungen werden hier im Vergleich zu einigen der gebräuchlicheren Verbindungsstecker-Setups gezeigt. Der ein Millimeter dicke PDMS-Interkonnektor hält dem dreifachen Druck des 0,45 Millimeter dicken Interkonnektors stand. Dies entspricht der fünffachen Durchflussrate für den ein Millimeter dicken Interkonnektor im Vergleich zum 0,45-Millimeter-Interkonnektor. Einmal gemeistert, kann diese Technik in 10 bis 20 Minuten abgeschlossen werden, wenn sie richtig durchgeführt wird.