Name: Métodos de empaquetado de prototipos microfluídicos rápidos y de bajo costo de alto rendimiento (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-12-23T13:45:00.000+00:00
Duration: 7 min 51 s
Description: Aprenda métodos de prototipado rápido de microfluidos usando PDMS para fabricar interconectores removibles. Estas técnicas permiten ensamblar sistemas microfluídicos reutilizables y de un solo uso con facilidad.

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Los autores agradecen el apoyo financiero del NSERC y de la Cátedra de Investigación de Canadá en Dispositivos Médicos Inteligentes, y agradecen las diversas herramientas proporcionadas por CMC Microsystems y ReSMiQ. Hay que agradecer a Laurent Mouden sus contribuciones en este trabajo.

1. Interconector extraíble basado en PDMS para aplicaciones microfluídicas de baja presión15-16
<ol>
	<li>Preparación 
	En esta sección se describen los diferentes pasos para preparar el vidrio y el PDMS con el fin de producir el interconector.
	<ol>
		<li>Prepare el PDMS: Mezcle el PDMS y el agente de curado con una proporción (10:1).</li>
		<li>Asegúrese de que la temperatura del horno se estabilice a una temperatura constante de 80 °C. Dependiendo del horno, utilice un dispositivo de medición para detectar la temperatura del horno y luego controlarla manualmente.</li>
		<li>Limpie a fondo la placa de Petri con etanol.</li>
		<li>Limpie la superficie de los orificios de acceso microfluídico donde se colocará el interconector PDMS.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Fabricación 
	El interconector descrito en este documento es esencialmente una junta que cumple con la normativa. Esta junta está formada por PDMS y contiene orificios en los que se pueden insertar microtubos. Se autoadhiere a la superficie de un chip microfluídico, para formar un sello a prueba de fugas entre el microtubo y los orificios de acceso a los microcanales en el chip. 
	Utilice los siguientes pasos para fabricar el interconector.
	<ol>
		<li>Vierta una capa delgada (aproximadamente 2 mm) del PDMS (líquido) en una placa de Petri.</li>
		<li>Deje que el PDMS polimerice ligeramente a una temperatura de 80 °C en el horno durante 12-15 min. Coloque el chip microfluídico al que se realizará la conexión en el horno al mismo tiempo, de modo que esté a la misma temperatura.</li>
		<li>Cuando el PDMS comience a polimerizarse, retírelo del horno de curado.</li>
		<li>Utilice un punzón de biopsia para formar orificios del diámetro deseado en la superficie del chip microfluídico.</li>
		<li>Con la cuchilla, corte la pieza requerida de PDMS. 
		Nota: Se recomienda cortar inicialmente una pieza de material más grande de la que eventualmente se requerirá. Para evitar el uso de múltiples conectores, es deseable que cualquier interconector PDMS dado se corte en forma cuadrada y se perforen los orificios, para que se ajusten al número máximo posible de orificios en el chip del usuario.</li>
		<li>Mantenga los orificios un poco más pequeños que el diámetro exterior del microtubo.</li>
		<li>Retire rápidamente el PDMS de las placas de Petri y colóquelo en el chip microfluídico.</li>
		<li>Asegúrese de que no haya polvo en el PDMS o en el chip y asegúrese de que los orificios de acceso del chip microfluídico estén alineados con los del PDMS.</li>
		<li>Con un microposicionador, inserte tubos (por ejemplo, tubos de teflón) a través del interconector PDMS. Los tubos deben tener el 110% del diámetro del orificio de acceso microfluídico para evitar fugas de líquido. Los mismos tubos se pueden conectar al sistema de inyección de líquido dependiendo de la aplicación del usuario. 
		nota: Coloque siempre los tubos usando un microposicionador, la capa de PDMS no es muy gruesa y se puede desprender si los tubos están retorcidos.</li>
		<li>Si es necesario, agregue epoxi entre el tubo y el PDMS para una mejor adherencia. 
		Un ejemplo de la interconexión completada se muestra en las figuras y en Ghallab y Badawy2.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. Interconexión de microtubos en aplicaciones microfluídicas con epoxi17 
Al fabricar un interconector, asegúrese de que el borde del microtubo esté cortado correctamente. Utilice una nueva cuchilla afilada para cortar el borde del microtubo en línea recta y asegurarse de que el contacto entre los microtubos y el orificio de acceso sea uniforme.
<ol>
	<li>Con el microposicionador, coloque con cuidado el microtubo en el orificio de acceso del chip microfluídico.</li>
	<li>Aplique una pequeña presión sobre el dispensador de epoxi para depositar epoxi en los orificios de acceso o colóquelo manualmente.</li>
	<li>Deje que el epoxi se cure siguiendo los siguientes pasos:
	<ol>
		<li>Epoxi curable UV: Exponga el epoxi UV a una fuente UV durante 3-10 min, dependiendo de la cantidad de epoxi utilizada. Para obtener más detalles, consulte las especificaciones del epoxi.</li>
		<li>Epoxi estándar: Si el sustrato microfluídico se va a utilizar solo en RT, mantenga el curado epoxi durante 24 horas en RT. Si se requiere que el sustrato resista altas temperaturas, solidifique rápidamente el epoxi exponiéndolo a 100 °C usando un horno o un calentador, según la aplicación. Para obtener más detalles, consulte las especificaciones del epoxi.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. Técnica de ensamblaje para chips microfluídicos reutilizables con interfaz eléctrica17
<ol>
	<li>Montaje de los componentes 
	La Figura 2 muestra los enlaces entre los conectores eléctricos de la PCB y las almohadillas eléctricas del chip microfluídico. Para ensamblar los componentes de PCB/chip microfluídico/plexiglás, siga estos pasos: 
	cautela: Evite la presión de compresión excesiva, que puede romper el chip microfluídico.
	<ol>
		<li>Suelde los conectores eléctricos multipin de montaje en superficie a la placa de circuito impreso.</li>
		<li>Si hay contaminación superficial en las almohadillas eléctricas del chip microfluídico, límpialas con oxígeno de plasma; de lo contrario, limpia las almohadillas con etanol.</li>
		<li>Utilice una cuchilla afilada para cortar la cinta conductora en trozos pequeños con las mismas dimensiones que las almohadillas eléctricas del chip microfluídico, como se muestra en las figuras 1 y 2.</li>
		<li>Con pinzas, coloque la cinta conductora en las almohadillas eléctricas de la PCB.</li>
		<li>Alinee y luego coloque el chip microfluídico en la PCB. 
		nota: Para precisión en la colocación, utilice una máquina de alineación.</li>
		<li>Coloque una capa aislante (como papel) sobre la placa de circuito impreso para evitar cortocircuitos antes de instalar los soportes metálicos, dependiendo de la ubicación de las trazas de la placa de circuito impreso.</li>
		<li>Fije el soporte metálico con tornillos y tuercas.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Desmontaje
	<ol>
		<li>Retire los tornillos de la máquina, las tuercas y los soportes metálicos.</li>
		<li>Separe suavemente el chip microfluídico y la PCB.</li>
		<li>Use etanol para quitar el adhesivo de la cinta conductora de las almohadillas eléctricas de la placa de circuito impreso y el chip microfluídico antes de volver a ensamblar.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol><li>Pamme, N., Wilhelm, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Continuous+sorting+of+magnetic+cells+via+on-chip+free-flow+magnetophoresis%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Continuous sorting of magnetic cells via on-chip free-flow magnetophoresis.</a> Lab Chip. 6, 974-980 (2006).</li>
<li>Ghallab, Y., Badawy, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sensing+methods+for+dielectrophoresis+phenomenon%3A+from+bulky+instruments+to+lab-on-a-chip%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Circuits+Syst.+Mag%22%5BJournal%5D)">Sensing methods for dielectrophoresis phenomenon: from bulky instruments to lab-on-a-chip.</a> IEEE Circuits Syst. Mag. 4, 5-15 (2004).</li>
<li>Hwang, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((CMOS+Microelectrode+Array+for+Electrochemical+Lab-on-a-Chip+Applications%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+J.+Sensors%22%5BJournal%5D)">CMOS Microelectrode Array for Electrochemical Lab-on-a-Chip Applications.</a> IEEE J. Sensors. 9, 609-615 (2009).</li>
<li>Dürr, M., Kentsch, J., Müller, T., Schnelle, T., Stelzle, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microdevices+for+manipulation+and+accumulation+of+micro-+and+nanoparticles+by+dielectrophoresis%5BTitle%5D)+AND+%22Electrophoresis%22%5BJournal%5D)">Microdevices for manipulation and accumulation of micro- and nanoparticles by dielectrophoresis.</a> Electrophoresis. 24, 722-731 (2003).</li>
<li>Chuang, C. H., Huang, Y. W., Wu, Y. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dielectrophoretic+chip+with+multilayer+electrodes+and+micro-cavity+array+for+trapping+and+programmably+releasing+single+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Biomed.+Microdev%22%5BJournal%5D)">Dielectrophoretic chip with multilayer electrodes and micro-cavity array for trapping and programmably releasing single cells.</a> Biomed. Microdev. 14, 271-278 (2012).</li>
<li>Xie, L., Premachandran, C., Chew, M., Chong, S. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+of+a+Disposable+Bio-Microfluidic+Package+With+Reagents+Self-Contained+Reservoirs+and+Micro-Valves+for+a+DNA+Lab-on-a-Chip+%28LOC%29+Application%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans.+Adv.+Packag%22%5BJournal%5D)">Development of a Disposable Bio-Microfluidic Package With Reagents Self-Contained Reservoirs and Micro-Valves for a DNA Lab-on-a-Chip (LOC) Application.</a> IEEE Trans. Adv. Packag. 32, 528-535 (2009).</li>
<li>J. Beebe, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+hydrogel+structures+for+autonomous+flow+control+inside+microfluidic+channels%5BTitle%5D)+AND+%22Lett.+Nat%22%5BJournal%5D)">Functional hydrogel structures for autonomous flow control inside microfluidic channels.</a> Lett. Nat. 404, 588-590 (2000).</li>
<li>Howlader, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Room-temperature+microfluidics+packaging+using+sequential+plasma+activation+process%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans.+Adv.+Packag%22%5BJournal%5D)">Room-temperature microfluidics packaging using sequential plasma activation process.</a> IEEE Trans. Adv. Packag. 29, 448-456 (2006).</li>
<li>Farris, S., Vitek, J., Giroux, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Deep+brain+stimulation+hardware+complications%3A+The+role+of+electrode+impedance+and+current+measurements%5BTitle%5D)+AND+%22Mov.+Disord%22%5BJournal%5D)">Deep brain stimulation hardware complications: The role of electrode impedance and current measurements.</a> Mov. Disord. 23, 755-760 (2008).</li>
<li>Nelson, M. J., Pouget, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Do+Electrode+Properties+Create+a+Problem+in+Interpreting+Local+Field+Potential+Recordings%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Do Electrode Properties Create a Problem in Interpreting Local Field Potential Recordings.</a> J. Neurophysiol. 103, 2315-2317 (2010).</li>
<li>Han, K. H., Frazier, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reliability+aspects+of+packaging+and+integration+technology+for+microfluidic+systems%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans.+Dev.+Mat.+Rel%22%5BJournal%5D)">Reliability aspects of packaging and integration technology for microfluidic systems.</a> IEEE Trans. Dev. Mat. Rel. 5, 452-457 (2005).</li>
<li>Ye, X., Kim, W. S., Rubakhin, S. S., Sweedler, J. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measurement+of+nitric+oxide+by+4%2C5-diaminofluorescein+without+interferences%5BTitle%5D)+AND+%22Analyst%22%5BJournal%5D)">Measurement of nitric oxide by 4,5-diaminofluorescein without interferences.</a> Analyst. 129, 1200-1205 (2004).</li>
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<li>Miled, M. A., Sawan, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interconnecting+Microtubes+in+Microfluidic+Applications%5BTitle%5D)+AND+%22CMC+application+note%22%5BJournal%5D)">Interconnecting Microtubes in Microfluidic Applications.</a> CMC application note. , (2012).</li>
<li>Galliano, A., Bistac, S., Schultz, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Adhesion+and+friction+of+PDMS+networks%3A+molecular+weight+effects%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Colloid+Interface+Sci%22%5BJournal%5D)">Adhesion and friction of PDMS networks: molecular weight effects.</a> J. Colloid Interface Sci. 265, 372-379 (2003).</li>
<li>Miled, M. A., Sawan, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Removable+PDMS-based+Interconnector+for+Low-pressure+Microfluidic+Applications%5BTitle%5D)+AND+%22CMC+application+note%22%5BJournal%5D)">Removable PDMS-based Interconnector for Low-pressure Microfluidic Applications.</a> CMC application note. , (2012).</li>
<li>Miled, M. A., Sawan, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+Assembly+Technique+for+Reusable+Microfluidic+Chips+with+Electrical+Interface%5BTitle%5D)+AND+%22CMC+application+note%22%5BJournal%5D)">An Assembly Technique for Reusable Microfluidic Chips with Electrical Interface.</a> CMC application note. , (2012).</li>
<li>Li, S., Chen, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Polydimethylsioxane+fluidic+interconnects+for+microfluidic+systems%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans.+Adv.+Packag%22%5BJournal%5D)">Polydimethylsioxane fluidic interconnects for microfluidic systems.</a> IEEE Trans. Adv. Packag. 26, 242-247 (2003).</li>
<li>Lee, E., Howard, D., Liang, E., Collins, S., Smith, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Removable+tubing+interconnects+for+glass-based+micro-fluidic+systems+made+using+ECDM%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Micromech.+Microeng%22%5BJournal%5D)">Removable tubing interconnects for glass-based micro-fluidic systems made using ECDM.</a> J. Micromech. Microeng. 14, 535-541 (2004).</li>
<li>Kua, C. H., Lam, Y. C., Yang, C., youcef-Toumi, K., Rodriguez, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modeling+of+dielectrophoretic+force+for+moving+dielectrophoresis+electrodes%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Electrostat%22%5BJournal%5D)">Modeling of dielectrophoretic force for moving dielectrophoresis electrodes.</a> J. Electrostat. 66, 514-525 (2008).</li>
<li>Saarela, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Re-usable+multi-inlet+PDMS+fluidic+connector%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Sens.+Actuators+B+Chem%22%5BJournal%5D)">Re-usable multi-inlet PDMS fluidic connector.</a> J. Sens. Actuators B Chem. 114, 552-557 (2006).</li>
<li>Pattekar, A., Kothare, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Novel+microfluidic+interconnectors+for+high+temperature+and+pressure+applications%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Micromech.+Microeng%22%5BJournal%5D)">Novel microfluidic interconnectors for high temperature and pressure applications.</a> J. Micromech. Microeng. 13, 337-345 (2003).</li>
<li>Gray, B. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Novel+interconnection+technologies+for+integrated+microfluidic+systems%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Sens.+Actuators+A+Phys%22%5BJournal%5D)">Novel interconnection technologies for integrated microfluidic systems.</a> J. Sens. Actuators A Phys. 77, (1999).</li>
<li>Miled, M. A., Sawan, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrode+robustness+in+artificial+cerebrospinal+fluid+for+dielectrophoresis-based+LoC%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Eng.+Med.+Biol.+Conf%22%5BJournal%5D)">Electrode robustness in artificial cerebrospinal fluid for dielectrophoresis-based LoC.</a> IEEE Eng. Med. Biol. Conf. , 1390-1393 (2012).</li>
</ol>

No hay nada que revelar.

El interconector PDMS está diseñado para aplicaciones de baja presión, se debe evitar la fuga de líquido en el orificio de acceso al chip cuando el interconector PDMS se coloca posteriormente en el orificio de acceso. Por lo tanto, el grosor recomendado de PDMS es inferior a 2 mm. Un mayor espesor puede inducir una débil adhesión del PDMS a la superficie del chip microfluídico y no se recomienda. Se realizó un ensayo fallido con un espesor de 4 mm. Este trabajo se centra en la adherencia del interconector PDMS al vidrio ...

Los avances recientes en la microfabricación han llevado a dispositivos microfluídicos más complejos que incluyen una gran cantidad de electrodos y diferentes tipos de algoritmos de control. Sin embargo, estos avances pusieron de manifiesto nuevos retos en el envasado. Además, Lab-on-Chip (LoC) es un concepto multidisciplinario en el que se conectan dispositivos microfluídicos, sistemas microelectromecánicos (MEMS), chips microelectrónicos, entre otras partes. En consecuencia, es imposible desarrollar un proceso de empaquetado sin tener en cuenta las diferentes limitaciones de los componentes de LoC, como la microelectrónica, la sensibilidad y protección de los circuitos, los tubos y los aspectos mecánicos. Además, el empaquetamiento de los componentes de una determinada LoC está estrechamente relacionado con la aplicación1,2. Por ejemplo, en aplicaciones ópticas, la transparencia del dispositivo es crucial, especialmente para fines de prueba. Por lo tanto, es importante monitorear el comportamiento del sistema manteniendo el dispositivo observable. En aplicaciones relacionadas con la manipulación de células o partículas, el uso de técnicas de bajo voltaje es más atractivo, con la aparición de nuevas tecnologías de microfabricación que permiten reducir las dimensiones de los electrodos (desde unos pocos micrómetros hasta una escala submicrónica de3-5) pero aumentan considerablemente el número de electrodos a 100 o más.
Por otro lado, las LoCs dedicadas al análisis químico y biológico requieren observación a largo plazo. Por lo tanto, el embalaje del sistema y el banco de pruebas deben evitar la contaminación biológica, así como cualquier falla en los dispositivos electrónicos de LoC, además de mantener el sistema observable.
En artículos recientemente publicados, la microfluídica y los MEMS son las partes principales de una LoC, pero se pueden utilizar otros módulos para la monitorización del sistema. En consecuencia, probar y validar arquitecturas microfluídicas se convirtió en un problema desafiante con los nuevos enfoques de microfabricación y las arquitecturas de alta complejidad y rendimiento. Hasta el momento no existen plataformas de ensayo estándar ni soportes para sistemas microfluídicos, como es el caso de los troqueles de microelectrónica.
Los investigadores propusieron diferentes técnicas de empaquetado para usos específicos, como Xie et al.6 que diseñaron un envase biomicrofluídico que incluye un chip de microelectrónica para controlar la separación del ADN en los canales microfluídicos. Beebe y cols.7 diseñó un canal microfluídico con depósitos de fluido integrados y válvulas de hidrogel que responden a estímulos para manipular muestras de fluido. Otros sistemas proponen el uso de sensores de flujo basados en burbujas electrolíticas para detectar presiones a través de un campo eléctrico para generar burbujas de aire y medir la presión correspondiente8. El sistema de detección mide la impedancia de la burbuja y luego determina la presión, lo que requiere un embalaje especial diseñado para evitar introducir cualquier interferencia en las mediciones. En otro trabajo, se introdujo un método de empaquetamiento microfluídico a temperatura ambiente basado en el proceso de activación secuencialdel plasma 9. A pesar de que este proceso podría conducir a un dispositivo fuertemente ensamblado, tiene limitaciones cuando se usa con fines de creación de prototipos o cuando el dispositivo se usa varias veces. Esto último puede implicar el reemplazo frecuente de algunas partes del sistema. Además, Lee et al. introdujeron una nueva técnica de empaquetamiento, llamada Biolab-on-IC, basada en el uso de campos magnéticos para la manipulación individual de perlas magnéticas, donde la arquitectura microfluídica se diseña en la parte superior del circuito integrado10. Además, la confiabilidad del empaquetamiento y la integración de los sistemas microfluídicos, considerando el tamaño del sistema, los aspectos ópticos y las partes de conexión, son cuestiones críticas según lo detallado por Han y Frazier11. Este último trabajo refleja un enfoque típico de los sistemas LoC, en los que varios parámetros deben fijarse y medirse con precisión durante el embalaje.
En consecuencia, el empaquetado microfluídico es un problema desafiante para la nueva generación de dispositivos microfluídicos. El embalaje incluye piezas heterogéneas como tubos, conexiones eléctricas y soporte microfluídico. En el caso de los tubos, el problema principal es el espacio muy limitado disponible para conectar los tubos y acceder a los orificios microfluídicos. El diámetro de los conectores actuales disponibles en el mercado está en el rango de 6 mm; Sin embargo, la distancia entre los dos orificios de acceso es cada vez menor con la reducción de las dimensiones totales del sistema12-13. Por lo tanto, hemos propuesto una técnica de entubado basada en PDMS. Este proceso de entubado está especialmente elaborado para la fase de prototipado. De hecho, debido a la restricción química, es obligatorio cambiar el tubo de conexión después de cada uso para evitar y minimizar las fugas de líquido dentro de la microestructura y para limpiar los microcanales. Para estos propósitos, el proceso descrito en este documento es particularmente aplicable para un diseño de prototipado rápido.
Por otro lado, las conexiones eléctricas son críticas para los dispositivos microfluídicos que utilizan manipulación o medición eléctrica directa o indirecta. Debido a la amplia gama de aplicaciones microfluídicas, las dimensiones, la forma y el número de contactos eléctricos del dispositivo pueden variar considerablemente. Por lo tanto, se requiere un método versátil, que se pueda utilizar para diferentes aplicaciones. Kaler et al. informaron de los resultados de su plataforma de prototipado rápido microfluídico, que se basa en conectores de fuerza de inserción cero (ZIF)14. En lugar de estos últimos conectores, los métodos presentados utilizan una película conductora adhesiva anisotrópica, que se puede adaptar fácilmente a cualquier forma.
Muchos investigadores no tienen en cuenta las limitaciones de las pruebas al diseñar su dispositivo microfluídico. En microelectrónica, hay muchos soportes utilizados para la creación de prototipos y las pruebas, que se denominan soportes de circuitos integrados. Estos están diseñados principalmente para reducir los tiempos de creación de prototipos y pruebas, y ofrecen a los investigadores e ingenieros una manera fácil de reemplazar los dispositivos en caso de fallo. Al igual que la microelectrónica, también proponemos un nuevo paquete de pruebas para dispositivos microfluídicos limitado a un tamaño de dispositivo de 45 mm x 90 mm.
Nuestras técnicas propuestas están dirigidas a cubrir un gran número de dispositivos y aplicaciones microfluídicas. Estos métodos pueden adaptarse, ampliarse y actualizarse a otras aplicaciones. Nuestro objetivo es proporcionar uno de los primeros métodos de empaquetado versátiles para dispositivos microfluídicos que estén optimizados para manipulaciones microfluídicas. Por ejemplo, una aplicación final de los dispositivos empaquetados con estas técnicas es la separación de microesferas modificadas con poliestireno y carboxilo con líquido cefalorraquídeo artificial. Sin embargo, se pueden utilizar en otras aplicaciones con diferentes soluciones.
En el resto de este artículo, se presentan y comparan tres técnicas diferentes de tubería, 2 métodos de conexión eléctrica y un método de empaquetado microfluídico.

<table><tbody><tr><td>Epoxi 731</td><td>Epotek</td><td>731</td><td></td></tr><tr><td>PDMS</td><td>Dow Corning</td><td>SYLGARD 184</td><td></td></tr><tr><td>UV Epoxi</td><td>Epotek</td><td>OG159</td><td></td></tr><tr><td>Microbomba</td><td>Harvard Aparato</td><td>PHD Ultra</td><td></td></tr><tr><td>PCB</td><td>Circuitos</td><td></td><td></td></tr><tr><td>avanzados Plexiglás</td><td>Ecole Polytechnique</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Adhesivo conductor película</td><td>3M</td><td>9703</td><td></td></tr></tbody></table>

métodos de empaquetado de prototipos microfluídicos rápidos y de bajo costo de alto rendimiento

High Throughput Microfluidic Rapid and Low Cost Prototyping Packaging Methods

En este trabajo se presentan 3 técnicas diferentes de empaquetado y montaje. Se pueden clasificar en dos categorías: técnicas de embalaje de un solo uso y reutilizables.
La técnica de empaquetado de un solo uso emplea epoxis basados en UV y de curado a temperatura para conectar microtubos a los orificios de acceso, unión de cables para conexiones de circuitos integrados y epoxi de plata para conexiones eléctricas. Este método se basa en una técnica de ensamblaje robusta que puede soportar una presión relativamente alta cercana a 1 psi y no necesita ningún soporte para fortalecer la arquitectura microfluídica.
Las técnicas de embalaje reutilizable consisten en interconectores de microtubos basados en PDMS y películas adhesivas anisotrópicas para conexiones eléctricas. Estos dispositivos son más sensibles y frágiles. En consecuencia, se añade un soporte de plexiglás a la estructura microfluídica para mejorar el contacto eléctrico cuando se utilizan películas adhesivas anisotrópicas, y también para reforzar la arquitectura microfluídica. Además, se necesita un micromanipulador para mantener los tubos mientras se usa una capa delgada de PDMS para conectarlos a los orificios de acceso. Se prueban diferentes espesores de capa de PDMS, que van desde 0,45 a 3 mm, para comparar la mejor adherencia con las tasas de inyección. Las tasas de inyección aplicadas varían de 50-300 μl/h para capas de PDMS de 0,45-3 mm, respectivamente. Estas técnicas son principalmente aplicables para aplicaciones de baja presión. Sin embargo, se pueden extender para los de alta presión a través del proceso de plasma-oxígeno para sellar permanentemente el PDMS a sustratos de vidrio. La principal ventaja de esta técnica, además de ser reutilizable, consiste en mantener el dispositivo observable cuando la longitud del microcanal es muy corta (en el rango de 3 mm o menos).

Figura 3 ilustra un esquema detallado de la técnica de encapsulado propuesta. La solución de encapsulado se probó con varios espesores y tamaños de PDMS para caracterizar un proceso de encapsulado transparente y eficiente para microsistemas híbridos de microelectrónica/microfluídica, como se muestra en las Figuras 4 y 5. Las dimensiones de la capa diseñada del interconector de PDMS son 6 mm x 6 mm y se utiliza para conectar dos orificios de acceso. Sin embargo, con los c...

En este artículo describimos diferentes técnicas para plataformas de prototipado rápido microfluídico. Las técnicas propuestas se basan en epoxis sensibles a los rayos ultravioleta (UV) y de curado por temperatura, tubos a base de polidimetilsiloxano (PDMS), unión de alambres y películas adhesivas anisotrópicas. Los procedimientos de ensamblaje presentados están desarrollados tanto para dispositivos de un solo uso como para sistemas microfluídicos reutilizables.

Métodos de empaquetado de prototipos microfluídicos rápidos y de bajo costo de alto rendimiento

In this work, 3 different packaging and assembly techniques are presented. They can be classified into two categories: one-time use and reusable packaging ...

El objetivo general de este procedimiento es presentar diferentes opciones para plataformas de prototipado rápido microfluídico. Esto se logra fabricando primero un interconector extraíble mediante PDMS. El segundo paso es asegurar los microtubos en el interconector o directamente al chip microfluídico.A continuación, se ensamblan los chips microfluídicos y se conectan a una interfaz eléctrica. En última instancia, el fluido fluye a través del interconector y hacia el chip microfluídico a diferentes velocidades. Para evaluar la resistencia del interconector PDMS, primero tuve la idea de este método al diseñar un chip microfluídico de alta entrada eléctrica, y necesitaba un interconector fácilmente extraíble para probar diferentes patrones de propagación del campo eléctrico del canal ENC con una gran cantidad de electrodos de canal ENC.Para comenzar, prepare el PDMS mezclando el PDMS y el agente de curado en una proporción de 10 a uno, y luego desgasifique la mezcla colocándola bajo un vacío bajo durante 60 minutos. A continuación, precalienta y calienta el horno a 80 grados centígrados y espera a que la temperatura se estabilice mientras el horno se calienta. Limpie la superficie del chip microfluídico donde se colocará el interconector PDMS utilizando etanol.Deje que se seque en un área libre de polvo. Transfiera el plato de PDMS al horno precalentado y deje que el PDMS polimerice ligeramente a 80 grados centígrados durante 12 a 15 minutos, coloque el chip microfluídico al que se realizará la conexión en el horno con la capa de PDMS para que esté a la misma temperatura después de 15 minutos. Retire el PDMS y el chip microfluídico del horno de curado.A continuación, utiliza una cuchilla de afeitar para cortar un trozo de PDMS de cinco por cinco milímetros. A continuación, perfore dos agujeros de dos milímetros a través de la capa PDMS. Retire el PDMS de las placas de Petri y colóquelo sobre el chip microfluídico.Tenga cuidado de alinear con precisión los orificios y luego presione suavemente el PDMS en su lugar. Con el interconector en su lugar, recorte tubos de teflón de dos milímetros de diámetro con un diámetro interior de 100 micras, utilizando una cuchilla nueva para que el borde del microtubo termine cortado perpendicular a su longitud. El tubo debe ser lo suficientemente largo como para conectarlo a una bomba de jeringa sin aplicar ninguna tensión sobre el interconector.Usando un micro posicionador, inserte los tubos a través de la capa de interconector del PDMS si es necesario, agregue epoxi entre el tubo y el PDMS para una mejor adherencia. A continuación, conecte el otro extremo de los tubos al sistema de inyección de líquido. Como alternativa al interconector basado en PDMS, se puede usar epoxi para asegurar permanentemente los microtubos en su lugar.Para lograr esto, use el microposicionador para colocar con cuidado el microtubo en el orificio de acceso del chip microfluídico. A continuación, aplique un epoxi estándar o de curado UV alrededor de los orificios de acceso y cúrelo de acuerdo con las especificaciones del fabricante. Para comenzar, suelde los conectores eléctricos de clavijas múltiples de montaje en superficie a una placa de circuito impreso.A continuación, inspeccione las almohadillas eléctricas del chip microfluídico y limpie cualquier contaminación de la superficie exponiéndola al oxígeno plasmático durante unos 10 minutos con más o menos tiempo, dependiendo de la cantidad de limpieza requerida. Si no se encuentra contaminación en la superficie, simplemente limpie las almohadillas con etanol. A continuación, utilice una cuchilla afilada para cortar la cinta conductora en trozos pequeños de dos milímetros por un milímetro para que tengan las mismas dimensiones que los chips microfluídicos.Almohadillas eléctricas. A continuación, utilice pinzas limpias para colocar la cinta conductora en la placa de circuito impreso sobre las almohadillas eléctricas. Alinee el chip microfluídico con el interconector que ya está colocado sobre la placa de circuito impreso.Con una máquina de alineación, coloque una capa aislante como papel en la placa de circuito impreso para evitar cortocircuitos y, a continuación, fije el soporte metálico con tornillos y tuercas con el ensamblaje completo. Comience a probar las configuraciones individuales haciendo fluir agua desionizada a través de la bomba de jeringa. Aumente la velocidad de la bomba lentamente hasta que el sistema comience a tener fugas, momento en el que se haya alcanzado la presión máxima.Después de su experimento, retire los tornillos de la máquina, las tuercas y los soportes metálicos. A continuación, separe suavemente el chip microfluídico y la placa de circuito impreso. Finalmente, use etanol para quitar el adhesivo de la cinta conductora de las almohadillas eléctricas de la placa de circuito impreso y el chip microfluídico antes de volver a ensamblar.En la tabla que se muestra aquí se comparan tres técnicas diferentes de fijación de tubos de interconexión. El interconector PDMS se sugiere para su uso con aplicaciones de baja presión cuando el diseño microfluídico debe descubrirse y requiere la creación rápida de prototipos. El epoxi estándar y UV proporciona una fuerte interconexión y se puede usar para aplicaciones de baja y alta presión, pero crea un sello permanente con el dispositivo, lo que puede ser no deseado.Aquí se muestran los interconectores PDMS en comparación con algunas de las configuraciones de interconectores más comunes. El interconector PDMS de un milímetro de grosor puede soportar tres veces la presión del interconector de 0,45 milímetros de grosor. Esto se relaciona con cinco veces el caudal del interconector de un milímetro de espesor en comparación con el interconector de 0,45 milímetros Una vez dominada, esta técnica se puede completar en 10 a 20 minutos si se hace correctamente.

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