Name: Unión con disolvente para la fabricación de PMMA y CP dispositivos de microfluidos (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-01-17T15:00:00.000+00:00
Duration: 4 min 54 s
Description: Aprende la técnica de unión con disolvente para fabricar dispositivos microfluídicos termoplásticos de alta calidad con PMMA y COP. Este método versátil permite crear uniones duraderas para aplicaciones en cultivos celulares y diagnósticos.

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Nótese que todos los pasos que se describen a continuación se han desarrollado y realizado en un entorno no-sala limpia. Los pasos unión con disolvente sin duda se pueden realizar en una sala limpia, si está disponible, pero esto no es necesario. 1. Preparación de termoplástico microfluidos de capas de Dispositivos <ol><li> Diseño y fabricar capas de dispositivos de microfluidos del termoplástico de elección, utilizando un método de fabricación adecuado (por ejemplo, microfresa 15, gofrado 16 - 18, moldeo por inyección). </li><li> Una inspección visual de las capas de dispositivos para asegurarse de que los bordes estén &quot;limpios&quot; (es decir, no hay rebabas o aristas de material sobrante del proceso de fabricación). Para obtener los mejores resultados, compruebe que todos los bordes de micro-mecanizado de características, además de los bordes exteriores del dispositivo bajo un microscopio óptico. </li><li> Si se encuentra material sobrante durante la inspección visual, utilizar una hoja de afeitar, o un bisturí para eliminar cuidadosamente el paspartúerial que evita que las capas de dispositivos por haber estado acostado uno contra el otro por lo que las interfaces de las capas entran en contacto conforme. </li><li> dispositivo de limpieza de superficies con jabón de laboratorio y agua y secar con aire comprimido. Sumergir capas de dispositivos en 2-propanol durante 2 min y secar con aire comprimido. </li></ol> 2. unión con disolvente <ol><li> Preparar prensa calentada (por PMMA) o placa de cocción (por COP). <ol><li> Para PMMA (acrílico fundido, temperatura de transición vítrea de ~ 100-110 ° C) 18 de precalentamiento de prensa a 70 ° C, y permitir que la temperatura se estabilice. </li><li> Para COP (temperatura de transición vítrea de 102 ° C, desde el fabricante), precalentar placa caliente a 25 ° C, y permitir que la temperatura se estabilice. </li></ol></li><li> Preparar disolvente para proceso de unión. <ol><li> Para PMMA, medir 0,5 ml de etanol por pulgada cuadrada de área de unión. </li><li> Para la COP, preparar una mezcla 65:35 de 2-propanol y ciclohexano, ingenioha volumen total de 0,5 ml de la mezcla por pulgada cuadrada de área de unión. NOTA: Para la CP, utilizar pipetas de vidrio y contenedores, como ciclohexano se disuelve el material de laboratorio polipropileno común. Realizar todas las mezclas y la unión en una campana de extracción, como ciclohexano es tóxico. </li></ol></li><li> Dispensar 0,1 ml de disolvente por pulgada cuadrada de área de unión entre las capas de plástico limpiado y llevar las capas juntas. Realice una inspección visual de las burbujas de aire en la interfaz de unión, que son comunes, y se deberían eliminar tanto como sea posible. NOTA: Es beneficioso trabajar rápidamente una vez que el disolvente se ha dispensado, como disolventes volátiles comenzarán a evaporar (y por lo tanto, mezclas de disolventes cambiarán en la composición). <ol><li> Si hay burbujas, deslice las dos capas de plástico a lo largo de la interfaz de unión de modo que casi se separan (pero permanecer en contacto), y luego deslice de nuevo juntos. </li></ol></li><li> Alinear las capas del dispositivo con clavijas de alineación,una plantilla de encargo, o simplemente con la mano (ver sección de debate para más detalles). <ol><li> Si el uso de pasadores de alineación, alinear los agujeros para los pasadores, e inserte las clavijas en la pila de dispositivos. </li><li> Si se utiliza una plantilla personalizada, inserte la pila de dispositivos en la plantilla y apriete alrededor del dispositivo. </li><li> Si la alineación con la mano, use los dedos para alinear los bordes exteriores del dispositivo. </li></ol></li><li> Coloque el dispositivo con el disolvente en la prensa precalentado (por PMMA) o sobre la placa calefactora precalentada (por COP). <ol><li> Para PMMA, aplicar 2.300 kPa de presión durante 2 minutos. </li><li> Para la COP, se aplican 350 kPa de presión. Aumentar la temperatura de 25 ° C a 70 ° C a una velocidad de 5 ° C / min. Después de alcanzar 70 ° C (después de 9 min), fianza por 15 minutos más. </li></ol></li><li> Utilizar pinzas para quitar con seguridad el dispositivo caliente para su inspección. La vinculación es ahora completa. </li><li> Eliminar todo el líquido que queda en el dispositivo (en microcanales u otros features). <ol><li> Para PMMA, eliminar todo el líquido restante con aire comprimido. Para la COP, coloque el dispositivo en condiciones de servidumbre en la zona de cocción y cocer al horno a 45 ° C durante 24 horas para eliminar cualquier resto de ciclohexano. </li></ol></li></ol>

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<li>Konstantinou, D., Shirazi, A., Sadri, A., Young, E. W. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Combined+hot+embossing+and+milling+for+medium+volume+production+of+thermoplastic+microfluidic+devices%5BTitle%5D)+AND+%22Sensors+and+Actuators+B%3A+Chemical%22%5BJournal%5D)">Combined hot embossing and milling for medium volume production of thermoplastic microfluidic devices.</a> Sensors and Actuators B: Chemical. 234, 209-221 (2016).</li>
<li>Maszara, W. P., Goetz, G., Caviglia, A., McKitterick, J. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bonding+of+silicon+wafers+for+silicon-on-insulator%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Physics%22%5BJournal%5D)">Bonding of silicon wafers for silicon-on-insulator.</a> Journal of Applied Physics. 64 (10), 4943(1988).</li>
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</ol>

Los autores declaran que no tienen intereses financieros en competencia.

La viabilidad de las estrategias potenciales de unión depende del equipo disponible. Mientras fogones son relativamente comunes y pesas se puede comprar barato, las estrategias de alta presión se requiere el uso de una prensa calentada. Por ejemplo, nuestra receta óptima unión PMMA requiere alta presión para unir con etanol (ver Tabla 1), y la presión requerida no es alcanzable para los tamaños de los dispositivos típicos utilizando pesas libres. Por lo tanto, si solamente una placa de cocción y los pes...

Microfluídica ha surgido en los últimos veinte años como una tecnología muy adecuada para el estudio de la química y la física en la microescala 1, y con el crecimiento de la promesa de contribuir significativamente a la investigación en biología de 2 - 4. La mayoría de los dispositivos de microfluidos históricamente se han hecho a partir de poli (dimetilsiloxano) (PDMS), un elastómero de silicona que es fácil de usar, de bajo costo, y ofrece la replicación característica de alta calidad 5. Sin embargo, ha PDMS deficiencias bien documentado y es incompatible con la fabricación de alto volumen procesa 6,7, y, como tal, ha habido una tendencia creciente hacia la fabricación de dispositivos de microfluidos a partir de materiales termoplásticos, debido a su potencial para la fabricación en masa y por lo tanto la comercialización. Una de las principales barreras para la adopción más amplia de microfabricación de plástico ha sido el logro de fácil unión, la calidad alta de dispositivos de plástico. Las estrategias actuales emplean thermal, adhesivo, y las técnicas de unión por disolvente, pero muchos sufren de importantes desafíos. La unión térmica aumenta la autofluorescencia 8 y, a menudo deforma geometrías de microcanales 9-11, mientras que las técnicas adhesivas requieren plantillas, alineación cuidadosa, y en última instancia dejar el espesor del adhesivo expuesto al microcanal 10. Unión con disolvente es atractivo debido a su simplicidad, capacidad de ajuste, y el bajo costo 10,12 - 14. En particular, su capacidad de ajuste permite la optimización para una variedad de plásticos, que puede producir la unión consistente, de alta calidad que minimiza la deformación de microfeatures 14. Durante unión con disolvente, la exposición a disolventes aumenta la movilidad de las cadenas de polímero cerca de la superficie del plástico, lo que permite inter-difusión de las cadenas a través de la interfaz de unión. Esto hace que el entrelazamiento a través de enclavamiento mecánico de las cadenas de difusión, y resulta en apvínculo ÍSICA 10. La unión térmica funciona de una manera similar, pero se basa en la temperatura elevada solo para aumentar la movilidad de la cadena. Por lo tanto, los métodos térmicos requieren temperaturas cerca o por encima de la transición vítrea del polímero, mientras que el uso de disolventes puede reducir significativamente la temperatura necesaria para la unión, y por lo tanto reducir la deformación no deseada. Proporcionamos un protocolo específico para la unión de ambas PMMA y dispositivos de la COP. Sin embargo, este protocolo y método describe un método sencillo y genérico para la unión con disolvente de dispositivos de microfluidos termoplásticos que se pueden adaptar para otros materiales plásticos, solventes, y los equipos disponibles. Se describen numerosos métodos para evaluar la calidad de los enlaces (por ejemplo, la cobertura de bonos, fuerza de adhesión, durabilidad de la unión, y la deformación de geometrías microfeature), y proporcionar enfoques de solución de problemas para hacer frente a estos desafíos comunes.

<table><tbody><tr><td>COP</td><td>Zeonor</td><td>604Z1020R080</td><td>20 kg COP Pellets - 1020R. Se pueden utilizar varios proveedores, pero pueden afectar las características de unión.</td></tr><tr><td>PMMA</td><td>McMaster Carr</td><td>8560K173</td><td>Espesor de chapa de 1,5 mm para nuestras aplicaciones típicas. Se pueden utilizar varios proveedores, pero pueden afectar a las características de unión.</td></tr><tr><td>Ciclohexano</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>227048</td><td>Ciclohexano, anhidro, 99,5%. Se pueden utilizar varios proveedores. Tóxico, requiere humeante.</td></tr><tr><td>Etanol</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>24102</td><td>Etanol, absoluto, &ge; 99,8% (GC). Se pueden utilizar varios proveedores.</td></tr><tr><td>Acetona</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>179124</td><td>Acetona, reactivo ACS, &ge; 99.5%. Se pueden utilizar varios proveedores.</td></tr><tr><td>2-Propanol</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>278475</td><td>2-Propanol, anhidro, 99,5%. Se pueden utilizar varios proveedores.</td></tr><tr><td>Placa(s)</td><td>Torrey Pines Scientific</td><td>HP60</td><td>Placa calefactora digital totalmente programable. Se pueden utilizar varios proveedores.</td></tr><tr><td>Peso libre</td><td>Cap Barbell</td><td>RPG#2</td><td>Placa estándar de hierro fundido. Se pueden utilizar múltiples proveedores y diferentes pesos.</td></tr><tr><td>Prensa calefactorizada</td><td>Carver</td><td>Auto Prensa</td><td>hidráulica calefactorizada de la serie CH Auto. Se pueden utilizar varios proveedores. Una prensa que cabe en una campana extractora permitiría la mayor flexibilidad (este modelo no lo hace).</td></tr><tr><td>Fresadora CNC</td><td>Tormach</td><td>PCNC 770</td><td>Fresadora CNC de 3 ejes. Se pueden utilizar varios proveedores.</td></tr><tr><td>Fresas</td><td>Varios</td><td>Varios</td><td>Los tamaños requeridos dependen de los diseños. Se pueden utilizar varios proveedores.</td></tr></tbody></table>

unión con disolvente para la fabricación de pmma y cp dispositivos de microfluidos

Solvent Bonding for Fabrication of PMMA and COP Microfluidic Devices

dispositivos de microfluidos termoplásticos ofrecen muchas ventajas sobre aquellos hechos de elastómeros de silicona, pero los procedimientos de unión deben ser desarrollados para cada termoplástica de interés. unión con disolvente es un método sencillo y versátil que puede utilizarse para fabricar dispositivos a partir de una variedad de plásticos. Se añade un disolvente apropiado entre dos capas de dispositivos que han de unirse, y el calor y la presión se aplica al dispositivo para facilitar la unión. Mediante el uso de una combinación apropiada de disolvente, de plástico, el calor y la presión, el dispositivo se puede sellar con un enlace de alta calidad, que se caracteriza por tener una alta cobertura de enlace, resistencia de la unión, la claridad óptica, durabilidad en el tiempo, y baja deformación o daño a microfeature geometría. Se describe el procedimiento para los dispositivos de unión hechas de dos termoplásticos populares, poli (metil-metacrilato) (PMMA), y polímeros de ciclo-olefina (COP), así como una variedad de métodos para caracterizar la calidad de las uniones resultantes, y estrategias a troubleshoot bonos de baja calidad. Estos métodos se pueden utilizar para el desarrollo de nuevos protocolos de unión con disolvente para otros sistemas de plástico en disolventes.

Un esquema del procedimiento general unión con disolvente se muestra en la Figura 1. La forma más fácil de evaluar la calidad de la unión es inspeccionar visualmente la cobertura de bonos, ya que la escasa cobertura de enlace es fácilmente visible como regiones de plástico no unido, y es indicativo de unión débil. Tales regiones son típicamente cerca de los bordes libres (por ejemplo, la periferia de dispositivo, o cerca de los puertos abiertos o microcanales), ...

unión con disolvente es un método sencillo y versátil para la fabricación de dispositivos microfluídicos termoplásticos con enlaces de alta calidad. Se describe un protocolo para lograr enlaces fuertes, ópticamente transparentes en PMMA y dispositivos de microfluidos de la COP que preservan detalles microfeature, por una combinación juiciosa de presión, temperatura, un disolvente apropiado, y la geometría del dispositivo.

Unión con disolvente para la fabricación de PMMA y CP dispositivos de microfluidos

Thermoplastic microfluidic devices offer many advantages over those made from silicone elastomers, but bonding procedures must be developed for each ...

El objetivo general de esta técnica es proporcionar un método sencillo y versátil para fabricar dispositivos microfluídicos de termoplástico con uniones de alta calidad. Este procedimiento de unión por disolvente nos permitirá fabricar dispositivos microfluídicos de termoplástico bien unidos y duraderos para una variedad de aplicaciones, desde sistemas de cultivo celular microfluídicos hasta prototipos de herramientas diagnósticas en el punto de atención. La principal ventaja de esta técnica es que nos permite unir rápidamente y con facilidad las capas del dispositivo de termoplástico.El procedimiento puede adaptarse fácilmente para unir diferentes materiales termoplásticos. Diseñe y fabrique capas de dispositivos microfluídicos a partir del termoplástico elegido, utilizando un método de fabricación apropiado. Inspeccione visualmente las capas del dispositivo para asegurarse de que los bordes estén limpios y libres de rebabas o aristas de material sobrante proveniente del proceso de fabricación.Para obtener los mejores resultados, revise todos los bordes mecanizados de las microcaracterísticas, además de los bordes externos del dispositivo, bajo un microscopio óptico. Si se encuentra material residual durante la inspección visual, utilice una cuchilla de afeitar o un escalpelo para retirar cuidadosamente cualquier material que impida que las capas del dispositivo queden planas unas contra otras, de modo que las interfaces de las capas entren en contacto conformal. Luego, limpie las superficies del dispositivo con agua y jabón de laboratorio.Y, seque con aire comprimido. Después de sumergir las capas del dispositivo en 2-propanol durante dos minutos, séquelas con aire comprimido. Este video se realiza con poli(metacrilato de metilo), abreviado PMMA.Consulte el protocolo escrito para pequeñas alteraciones en el procedimiento al utilizar polímero de olefina cíclica, o COP. Precaliente una prensa calentada a 70 grados Celsius y permita que la temperatura se estabilice. Para preparar el disolvente para el proceso de unión, mida 0,5 mililitros de etanol por pulgada cuadrada de área de unión para PMMA.Es importante aplicar un volumen adecuado de disolvente a las capas del dispositivo, ya que un exceso de disolvente puede generar dificultades para alinear las capas. Aplique 0.1 mililitros de disolvente por pulgada cuadrada del área de unión entre las capas de plástico limpias y acerque las capas. Inspeccione visualmente la interfaz de unión en busca de burbujas de aire, que son comunes y deben eliminarse tanto como sea posible.Si hay burbujas presentes, deslice las dos capas de plástico a lo largo de la interfaz de unión de manera que casi se separen. Luego, deslícelas nuevamente juntas. Para alinear manualmente las capas del dispositivo, use los dedos para alinear los bordes externos del dispositivo.Si se requiere una alineación más precisa, incluya soportes de esquina en forma de L para mantener juntas las capas del dispositivo. A continuación, coloque el dispositivo con el disolvente en la prensa precalentada y aplique una presión de 2.300 kPa durante dos minutos. Utilice pinzas para retirar de forma segura el dispositivo caliente y realizar la inspección.La unión ya está completa. Finalmente, elimine cualquier líquido restante en el dispositivo utilizando aire comprimido. Aquí se muestran resultados representativos de un par de capas del dispositivo antes y después de la limpieza.Las capas del dispositivo han sido mecanizadas para eliminar rebabas. Una imagen representativa de un dispositivo con disolvente añadido muestra burbujas presentes a través de la superficie de unión que pueden inhibir la adhesión. Por el contrario, un disolvente bien distribuido y libre de burbujas conduce a uniones fuertes y de alta calidad.La evaporación rápida del disolvente durante el calentamiento puede provocar regiones de material sin unir cerca de los bordes libres del dispositivo, lo que resulta en una cobertura de unión deficiente, características microfluídicas con fugas y una baja resistencia general de la unión. Estas regiones son visibles como manchas más claras con franjas de interferencia coloreadas. Un sistema plástico con disolvente optimizado logra una buena cobertura y resistencia de la unión, y minimiza el daño a las microestructuras, al tiempo que las sella adecuadamente.Una vez dominada, una nueva diseño de dispositivo termoplástico puede fabricarse en tan solo dos horas si la técnica de unión se realiza adecuadamente. Recuerde que trabajar con ciclohexano puede ser peligroso y debe manipularse en una campana extractora y utilizando equipo de protección personal. Después de ver este video, dispondrá de un método sencillo y versátil para fabricar dispositivos microfluídicos termoplásticos con uniones de alta calidad, libres de fugas y adecuadas para su uso en cultivos celulares y en aplicaciones diagnósticas de atención primaria.

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En este video se muestra cómo utilizar el dispositivo de microfluidos neuronas sin la unión de plasma.

No plasmáticos de unión de PDMS para la Fabricación de bajo costo de los dispositivos de microfluidos

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Creación de Sub-50 Nm nanofluídico uniones en PDMS microfluidos de chips VIA proceso de autoensamblaje de partículas coloidales

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Síntesis microfluídica de marcos orgánicos covalentes (COFs): Una herramienta para la producción continua de fibras COF e impresión directa en una superficie

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Aquí presentamos un protocolo para diseñar y fabricar dispositivos microfluídicos personalizados con una inversión financiera y de tiempo mínima. El objetivo es facilitar la adopción de tecnologías microfluídicas en laboratorios de investigación biomédica y entornos educativos.

Fabricación rápida de dispositivos microfluídicos personalizados para investigación y aplicaciones educativas

La microfluídica es una poderosa herramienta para el desarrollo de pruebas diagnósticas. Sin embargo, a menudo se requieren equipos y materiales costosos, así como técnicas laboriosas de fabricación y manipulación. Aquí, detallamos el protocolo de fabricación de un dispositivo microfluídico acrílico para inmunoensayos magnéticos basados en micro y nanopartículas en un entorno de bajo costo y fácil de usar.

Microfresado de control numérico computarizado de un dispositivo acrílico microfluídico con una restricción escalonada para inmunoensayos magnéticos basados en nanopartículas

Este protocolo describe un conjunto de métodos para sintetizar los bloques de construcción de microgel para andamios de partículas recocidas microporosas, que se pueden usar para una variedad de aplicaciones de medicina regenerativa.

Síntesis microfluídica de bloques de construcción de microgel para andamios de partículas recocidas microporosas

Este protocolo describe tres métodos sencillos de sellado para fabricar un dispositivo microfluídico híbrido que integra componentes de policarbonato y silicio. Al implementar estrategias de unión de disolventes, compresión térmica y compresión mecánica, facilitamos técnicas de sellado fiables y a baja temperatura que evitan equipos especializados para dispositivos microfluídicos híbridos.

Métodos de construcción para dispositivos microfluídicos híbridos de policarbonato y silicio

Aprende la técnica de unión con disolvente para fabricar dispositivos microfluídicos termoplásticos de alta calidad con PMMA y COP. Este método versátil permite crear uniones duraderas para aplicaciones en cultivos celulares y diagnósticos.

Unión con disolvente para la fabricación de PMMA y CP dispositivos de microfluidos

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