Name: Méthodes d’emballage de prototypage microfluidique à haut débit, rapide et à faible coût (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-12-23T13:45:00.000+00:00
Duration: 7 min 51 s
Description: Découvrez des techniques de prototypage microfluidique rapide et économique utilisant le PDMS pour fabriquer des interconnexions amovibles. Ces méthodes permettent d'assembler des systèmes microfluidiques réutilisables ou à usage unique.

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Les auteurs soulignent l’appui financier du CRSNG et de la Chaire de recherche du Canada sur les dispositifs médicaux intelligents, et sont reconnaissants des divers outils fournis par CMC Microsystèmes et ReSMiQ. Des remerciements sont dus à Laurent Mouden, pour sa contribution à ce travail.

1. Interconnecteur PDMS amovible pour applications microfluidiques basse pression15-16
<ol>
	<li>Préparation 
	Cette section décrit les différentes étapes de préparation du verre et du PDMS afin de produire l’interconnexion.
	<ol>
		<li>Préparez le PDMS : Mélangez le PDMS et l’agent de durcissement avec un rapport de (10:1).</li>
		<li>Assurez-vous que la température du four est stabilisée à une température constante de 80 °C. Selon le four, utilisez un appareil de mesure pour détecter la température du four et la surveiller manuellement.</li>
		<li>Nettoyez soigneusement la boîte de Pétri avec de l’éthanol.</li>
		<li>Nettoyez la surface des trous d’accès microfluidiques où l’interconnexion PDMS sera placée.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Fabrication 
	L’interconnecteur décrit dans ce document est essentiellement un joint conforme. Ce joint est formé à partir de PDMS et contient des trous dans lesquels des microtubes peuvent être insérés. Il adhère automatiquement à la surface d’une puce microfluidique, pour former un joint étanche entre le microtube et les trous d’accès aux microcanaux de la puce. 
	Procédez comme suit pour fabriquer l’interconnexion.
	<ol>
		<li>Versez une fine couche (environ 2 mm) de PDMS (liquide) dans une boîte de Pétri.</li>
		<li>Laissez le PDMS polymériser légèrement à une température de 80 °C dans le four pendant 12-15 min. Placez la puce microfluidique à laquelle la connexion sera faite dans le four en même temps, de sorte qu’elle soit à la même température.</li>
		<li>Lorsque le PDMS commence à polymériser, retirez-le du four de durcissement.</li>
		<li>À l’aide d’un poinçon de biopsie, formez des trous du diamètre souhaité à la surface de la puce microfluidique.</li>
		<li>À l’aide de la lame, coupez le morceau requis de PDMS. 
		Remarque : Il est recommandé de découper d’abord un morceau de matériau plus grand que ce qui sera finalement nécessaire. Pour éviter d'utiliser plusieurs connecteurs, il est souhaitable que toute interconnexion PDMS donnée soit découpée à une forme carrée et que les trous soient perforés, afin de s'aligner sur le nombre maximum possible de trous sur la puce de l'utilisateur.</li>
		<li>Gardez les trous légèrement plus petits que le diamètre extérieur du microtube.</li>
		<li>Retirez rapidement le PDMS des boîtes de Pétri et placez-le sur la puce microfluidique.</li>
		<li>Assurez-vous qu’il n’y a pas de poussière sur le PDMS ou la puce et assurez-vous que les trous d’accès sur la puce microfluidique sont alignés avec ceux du PDMS.</li>
		<li>À l’aide d’un micropositionneur, insérez les tubes (par exemple les tubes en téflon) à travers l’interconnecteur PDMS. Les tubes doivent avoir un diamètre de 110 % du trou d’accès microfluidique pour éviter les fuites de liquide. Les mêmes tubes peuvent être connectés au système d'injection de liquide en fonction de l'application de l'utilisateur. 
		note: Placez toujours les tubes à l’aide d’un micropositionneur, la couche PDMS n’est pas très épaisse et peut être détachée si les tubes sont tordus.</li>
		<li>Si nécessaire, ajoutez de l’époxy entre le tube et le PDMS pour une meilleure adhérence. 
		Un exemple de l’interconnexion achevée est montré dans les figures et dans Ghallab et Badawy2.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. Interconnexion des microtubes dans les applications microfluidiques avec l’époxy17 
Lors de la fabrication d’un interconnecteur, assurez-vous que le bord du microtube est correctement coupé. Utilisez une nouvelle lame tranchante pour couper le bord du microtube droit et pour vous assurer que le contact entre les microtubes et le trou d’accès est uniforme.
<ol>
	<li>À l’aide du micropositionneur, placez soigneusement le microtube dans le trou d’accès de la puce microfluidique.</li>
	<li>Appliquez une petite pression sur le distributeur d’époxy pour déposer l’époxy sur les trous d’accès ou placez-le manuellement.</li>
	<li>Laissez l’époxy durcir en suivant les étapes suivantes :
	<ol>
		<li>Époxy durcissable aux UV : Exposez l’époxy UV à une source UV pendant 3 à 10 min, en fonction de la quantité d’époxy utilisée. Pour plus de détails, reportez-vous aux spécifications de l’époxy.</li>
		<li>Époxy standard : Si le substrat microfluidique doit être utilisé uniquement en RT, maintenez le durcissement de l’époxy pendant 24 heures en RT. Si le substrat doit résister à des températures élevées, solidifiez rapidement l’époxy en l’exposant à 100 °C à l’aide d’un four ou d’un appareil de chauffage, selon l’application. Pour plus de détails, reportez-vous aux spécifications de l’époxy.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. Technique d’assemblage de puces microfluidiques réutilisables avec interface électrique17
<ol>
	<li>Assemblage des composants 
	La figure 2 montre les liaisons entre les connecteurs électriques du circuit imprimé et les pastilles électriques de la puce microfluidique. Pour assembler les composants PCB/puce microfluidique/plexiglas, procédez comme suit : 
	prudence: Évitez une pression de compression excessive, qui peut casser la puce microfluidique.
	<ol>
		<li>Soudez les connecteurs électriques multibroches à montage en surface au circuit imprimé.</li>
		<li>S'il y a une contamination de surface sur les coussinets électriques de la puce microfluidique, nettoyez-les avec de l'oxygène plasma, sinon nettoyez les coussinets avec de l'éthanol.</li>
		<li>À l'aide d'une lame tranchante, coupez le ruban conducteur en petits morceaux ayant les mêmes dimensions que les électrodes de la puce microfluidique, comme le montrent les figures 1 et 2.</li>
		<li>À l’aide d’une pince, placez le ruban conducteur sur les pastilles électriques du PCB.</li>
		<li>Alignez puis placez la puce microfluidique sur le PCB. 
		note: Pour une précision de placement, utilisez une machine d’alignement.</li>
		<li>Placez une couche isolante (comme du papier) sur le PCB pour éviter les courts-circuits avant d’installer les supports métalliques, en fonction de l’emplacement des traces du PCB.</li>
		<li>Fixez le support métallique à l’aide de vis mécaniques et d’écrous.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Démontage
	<ol>
		<li>Retirez les vis mécaniques, les écrous et les supports métalliques.</li>
		<li>Séparez délicatement la puce microfluidique et le PCB.</li>
		<li>Utilisez de l’éthanol pour retirer l’adhésif du ruban conducteur des coussinets électriques du PCB et de la puce microfluidique avant le remontage.</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>
<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>Kaler, K. V. I. S., Dalton, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+cost+effective%2C+re-configurable+electrokinetic+microfluidic+chip+platform%5BTitle%5D)+AND+%22Sens.+Actuators+B+Chem%22%5BJournal%5D)">A cost effective, re-configurable electrokinetic microfluidic chip platform.</a> Sens. Actuators B Chem. 123, 628-635 (2007).</li>
<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>

Il n’y a rien à divulguer.

L’interconnecteur PDMS est destiné aux applications à basse pression, il faut éviter les fuites de liquide dans le trou d’accès à la puce lorsque l’interconnecteur PDMS est ensuite placé sur le trou d’accès. Par conséquent, l’épaisseur recommandée du PDMS est inférieure à 2 mm. Une épaisseur plus importante peut induire une faible adhérence du PDMS à la surface de la puce microfluidique et n’est pas recommandée. Un essai infructueux a été réalisé avec une épaisseur de 4 mm. Ce travail se concentre sur l’adhérence de l’in...

Les progrès récents en microfabrication ont conduit à des dispositifs microfluidiques plus complexes comprenant un grand nombre d’électrodes et différents types d’algorithmes de contrôle. Cependant, ces avancées ont mis en évidence de nouveaux défis dans le domaine de l’emballage. De plus, le Lab-on-Chip (LoC) est un concept multidisciplinaire où des dispositifs microfluidiques, des systèmes microélectromécaniques (MEMS), des puces microélectroniques, entre autres parties, sont connectés ensemble. Par conséquent, il est impossible de développer un processus d’emballage sans prendre en compte les différentes contraintes des composants LoC telles que la sensibilité et la protection des circuits microélectroniques, les tubes et les aspects mécaniques. De plus, l’empaquetage des composants d’une LoC donnée est étroitement lié à l’application1,2. À titre d’exemple, dans les applications optiques, la transparence de l’appareil est cruciale, en particulier à des fins de test. Il est donc important de surveiller le comportement du système en gardant l’appareil observable. Dans les applications liées à la manipulation de cellules ou de particules, l’utilisation de techniques à basse tension est plus attrayante, avec l’émergence de nouvelles technologies de microfabrication qui facilitent la réduction des dimensions des électrodes (de quelques micromètres à une échelle submicronique de3 à 5) mais augmentent considérablement le nombre d’électrodes à 100 ou plus.
D’autre part, les LoC dédiées à l’analyse chimique et biologique nécessitent une observation à long terme. Ainsi, l’emballage du système et le banc d’essai doivent éviter la contamination biologique ainsi que toute défaillance des dispositifs électroniques de LoC en plus de maintenir le système observable.
Dans des articles récemment publiés, la microfluidique et les MEMS sont les principales parties d’une LoC, mais d’autres modules peuvent être utilisés pour la surveillance du système. Par conséquent, le test et la validation des architectures microfluidiques sont devenus un défi avec les nouvelles approches de microfabrication et les architectures de haute complexité et de débit. Jusqu’à présent, il n’existe pas de plates-formes d’essai ou de supports standard pour les systèmes microfluidiques, comme c’est le cas pour les matrices microélectroniques.
Les chercheurs ont proposé différentes techniques d’emballage pour des utilisations spécifiques, telles que Xie et al.6 qui ont conçu un emballage bio-microfluidique comprenant une puce microélectronique pour contrôler la séparation de l’ADN dans les canaux microfluidiques. Beebe et al.7 a conçu un canal microfluidique avec des réservoirs de fluide intégrés et des valves d’hydrogel sensibles aux stimuli pour manipuler les échantillons de fluide. D’autres systèmes proposent l’utilisation de capteurs de débit à bulles électrolytiques pour détecter les pressions à travers un champ électrique afin de générer des bulles d’air et de mesurer la pression correspondante8. Le système de détection mesure l’impédance de la bulle et détermine ensuite la pression, ce qui nécessite un emballage spécial conçu pour éviter d’introduire toute interférence dans les mesures. Dans un autre travail, une méthode d’emballage microfluidique à température ambiante a été introduite basée sur un processus d’activation plasma séquentielle9. Malgré le fait que ce processus puisse conduire à un appareil solidement assemblé, il présente des limites lorsqu’il est utilisé à des fins de prototypage ou lorsque l’appareil est utilisé plusieurs fois. Ce dernier peut impliquer le remplacement fréquent de certaines parties du système. De plus, Lee et al. ont introduit une nouvelle technique d’emballage, appelée Biolab-on-IC, basée sur l’utilisation de champs magnétiques pour la manipulation de billes magnétiques individuelles, où l’architecture microfluidique est conçue sur le dessus du circuit intégré10. De plus, la fiabilité de l’emballage et de l’intégration des systèmes microfluidiques, compte tenu de la taille du système, des aspects optiques et des pièces de connexion, sont des questions critiques, comme le détaillent Han et Frazier11. Ce dernier travail reflète une approche typique des systèmes LoC, où plusieurs paramètres doivent être fixés et mesurés avec précision lors de l’emballage.
Par conséquent, l’emballage microfluidique est un défi pour une nouvelle génération de dispositifs microfluidiques. L’emballage comprend des pièces hétérogènes telles que des tubes, des connexions électriques et un support microfluidique. Pour les tubes, le principal problème est l’espace très limité disponible pour connecter les tubes afin d’accéder aux trous microfluidiques. Le diamètre des connecteurs actuellement disponibles dans le commerce est de l’ordre de 6 mm ; Cependant, la distance entre les deux trous d’accès devient plus petite avec la réduction des dimensions globales du système12-13. C’est pourquoi nous avons proposé une technique de tubing basée sur le PDMS. Ce procédé de tubage est spécialement élaboré pour la phase de prototypage. En effet, en raison de la contrainte chimique, le changement du tube de raccordement après chaque utilisation est obligatoire pour éviter et minimiser les fuites de liquide à l’intérieur de la microstructure et pour nettoyer les microcanaux. À ces fins, le processus décrit dans ce document est particulièrement applicable pour une conception de prototypage rapide.
D’autre part, les connexions électriques sont critiques pour les dispositifs microfluidiques qui utilisent une manipulation ou une mesure électrique directe ou indirecte. En raison de la large gamme d’applications microfluidiques, les dimensions, la forme et le nombre de contacts électriques du dispositif peuvent varier considérablement. Par conséquent, une méthode polyvalente est nécessaire, qui peut être utilisée pour différentes applications. Kaler et al. ont présenté les résultats de leur plateforme de prototypage rapide microfluidique, basée sur des connecteurs à force d’insertion nulle (ZIF)14. Au lieu de ces derniers connecteurs, les méthodes présentées utilisent un film conducteur adhésif anisotrope, qui peut être facilement adapté à n’importe quelle forme.
De nombreux chercheurs ne prennent pas en compte les contraintes de test lors de la conception de leur dispositif microfluidique. En microélectronique, il existe de nombreux supports utilisés à des fins de prototypage et de test, qui sont appelés supports de circuits intégrés. Ceux-ci sont principalement conçus pour réduire les temps de prototypage et de test, et offrent aux chercheurs et aux ingénieurs un moyen facile de remplacer les appareils en cas de panne. À l’instar de la microélectronique, nous proposons également un nouvel ensemble de tests pour les dispositifs microfluidiques limités à une taille de dispositif de 45 mm x 90 mm.
Nos techniques proposées visent à couvrir un grand nombre de dispositifs et d’applications microfluidiques. Ces méthodes peuvent être adaptées, étendues et mises à niveau pour d’autres applications. Notre objectif est de fournir l’une des premières méthodes d’emballage polyvalentes pour les dispositifs microfluidiques optimisés pour les manipulations microfluidiques. Par exemple, l’une des applications finales des dispositifs emballés avec ces techniques est la séparation de microsphères de polystyrène et de carboxyle modifié avec du liquide céphalo-rachidien artificiel. Néanmoins, ils peuvent être utilisés dans d’autres applications avec des solutions différentes.
Dans le reste de cet article, trois techniques de tubes différentes, 2 méthodes de connexion électrique et une méthode d’emballage microfluidique sont présentées et comparées.

<table><tbody><tr><td>Epoxy 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 Epoxy</td><td>Epotek</td><td>OG159</td><td></td></tr><tr><td>Micropompe</td><td>Harvard Apparatus</td><td>PHD Ultra</td><td></td></tr><tr><td></td><td>PCB Advanced Circuits</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Plexiglass</td><td>Ecole Polytechnique</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Adhésif conducteur film</td><td>3M</td><td>9703</td><td></td></tr></tbody></table>

méthodes d’emballage de prototypage microfluidique à haut débit, rapide et à faible coût

High Throughput Microfluidic Rapid and Low Cost Prototyping Packaging Methods

Dans ce travail, 3 techniques différentes d’emballage et d’assemblage sont présentées. Elles peuvent être classées en deux catégories : les techniques d’emballage à usage unique et les techniques d’emballage réutilisables.
La technique d’emballage à usage unique utilise des époxydes à base d’UV et durcissant à la température pour connecter les microtubes aux trous d’accès, le câblage pour les connexions de circuits intégrés et l’époxy d’argent pour les connexions électriques. Cette méthode est basée sur une technique d’assemblage robuste qui peut supporter une pression relativement élevée proche de 1 psi et n’a besoin d’aucun support pour renforcer l’architecture microfluidique.
Les techniques d’emballage réutilisables consistent en des interconnexions de microtubes à base de PDMS et des films adhésifs anisotropes pour les connexions électriques. Ces appareils sont plus sensibles et fragiles. Par conséquent, un support en plexiglas est ajouté à la structure microfluidique pour améliorer le contact électrique lors de l’utilisation de films adhésifs anisotropes, et également pour renforcer l’architecture microfluidique. De plus, un micromanipulateur est nécessaire pour maintenir les tubes tout en utilisant une fine couche de PDMS pour les connecter aux trous d’accès. Différentes épaisseurs de couche PDMS, allant de 0,45 à 3 mm, sont testées pour comparer la meilleure adhérence par rapport aux taux d’injection. Les taux d’injection appliqués varient de 50 à 300 μl/h pour des couches PDMS de 0,45 à 3 mm, respectivement. Ces techniques sont principalement applicables aux applications à basse pression. Cependant, ils peuvent être étendus pour les applications à haute pression par le procédé plasma-oxygène afin de sceller de manière permanente le PDMS sur des substrats en verre. Le principal avantage de cette technique, outre le fait qu’elle est réutilisable, consiste à garder le dispositif observable lorsque la longueur du microcanal est très courte (dans la gamme de 3 mm ou moins).

Figure 3 illustre un schéma détaillé de la technique d’emballage proposée. La solution d’emballage a été testée avec plusieurs épaisseurs et tailles de PDMS afin de caractériser un procédé d’emballage transparent et efficace pour des microsystèmes hybrides d’électronique/microfluidique, comme illustré dans les Figures 4 et 5. Les dimensions de la couche d’interconnexion en PDMS conçue sont de 6 mm × 6 mm, et elle sert à relier deux trous d’accès. Toutefois, avec les prin...

Dans cet article, nous décrivons différentes techniques pour les plateformes de prototypage rapide microfluidique. Les techniques proposées sont basées sur des époxydes sensibles aux ultraviolets (UV) et durcissant à la température, des tubes à base de polydiméthylsiloxane (PDMS), des fils collés et des films adhésifs anisotropes. Les procédures d’assemblage présentées sont développées à la fois pour les dispositifs à usage unique et les systèmes microfluidiques réutilisables.

Méthodes d’emballage de prototypage microfluidique à haut débit, rapide et à faible coût

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

L’objectif global de cette procédure est de présenter différentes options pour les plateformes de prototypage rapide microfluidique. Pour ce faire, il suffit d’abord de fabriquer une interconnexion amovible à l’aide d’un PDMS. La deuxième étape consiste à fixer les microtubes dans l’interconnecteur ou directement à la puce microfluidique.Ensuite, les puces microfluidiques sont assemblées et connectées à une interface électrique. En fin de compte, le fluide s’écoule à travers l’interconnecteur et dans la puce microfluidique à différentes vitesses. Pour évaluer la résistance de l’interconnecteur PDMS, j’ai d’abord eu l’idée de cette méthode lors de la conception d’une puce microfluidique à haute entrée électrique, et j’avais besoin d’une interconnexion facilement amovible pour tester différents modèles de propagation du champ électrique du canal ENC avec un grand nombre d’électrodes de canal ENC.Pour commencer, préparez le PDMS en mélangeant le PDMS et l’agent de durcissement dans un rapport de 10 pour un, puis dégazez le mélange en le plaçant sous vide doux pendant 60 minutes. Ensuite, préchauffez la température du four à 80 degrés Celsius et attendez que la température se stabilise pendant que le four chauffe. Nettoyez la surface de la puce microfluidique où l’interconnexion PDMS sera placée à l’aide d’éthanol.Laissez-le sécher dans un endroit à l’abri de la poussière. Transférez le plat de PDMS dans le four préchauffé et laissez le PDMS polymériser légèrement à 80 degrés Celsius pendant 12 à 15 minutes, placez la puce microfluidique à laquelle la connexion sera établie dans le four avec la couche PDMS afin qu’elle soit à la même température après 15 minutes. Retirez le PDMS et la puce microfluidique du four de durcissement.Ensuite, utilisez une lame de rasoir pour découper un morceau de PDMS de cinq par cinq millimètres. Percez ensuite deux trous de deux millimètres à travers la couche PDMS. Retirez le PDMS des boîtes de Pétri et placez-le sur la puce microfluidique.Prenez soin d’aligner précisément les trous, puis d’appuyer doucement sur le PDMS pour le mettre en place. Une fois l’interconnecteur en place, coupez des tubes en téflon de deux millimètres de diamètre avec un diamètre intérieur de 100 microns, à l’aide d’une nouvelle lame de sorte que le bord du microtube finisse par être coupé perpendiculairement à sa longueur. Le tube doit être suffisamment long pour être connecté à un pousse-seringue sans appliquer de pression sur l’interconnexion.À l’aide d’un micro-positionneur, insérez les tubes à travers la couche d’interconnexion PDMS si nécessaire, ajoutez de l’époxy entre le tube et le PDMS pour une meilleure adhérence. Connectez ensuite l’autre extrémité des tubes au système d’injection de liquide. Comme alternative à l’interconnecteur basé sur le PDMS, l’époxy peut être utilisé pour fixer de manière permanente les microtubes en place.Pour ce faire, utilisez le micropositionneur pour placer soigneusement le microtube dans le trou d’accès de la puce microfluidique. Appliquez ensuite un époxy UV durcissable ou standard autour des trous d’accès et polymérisez-le selon les spécifications du fabricant. Pour commencer, soudez des connecteurs électriques multibroches à montage en surface à une carte de circuit imprimé.Ensuite, inspectez les coussinets électriques de la puce microfluidique et nettoyez toute contamination de surface en exposant à l’oxygène plasma pendant environ 10 minutes avec plus ou moins de temps, en fonction de la quantité de nettoyage requise. Si aucune contamination de surface n’est trouvée, nettoyez simplement les tampons avec de l’éthanol. Ensuite, à l’aide d’une lame tranchante, coupez le ruban conducteur en petits morceaux de deux millimètres sur un millimètre afin qu’ils aient les mêmes dimensions que les puces microfluidiques.Coussinets électriques. Ensuite, à l’aide d’une pince propre, placez le ruban conducteur sur la carte de circuit imprimé sur les coussinets électriques. Alignez la puce microfluidique avec l’interconnecteur déjà en place au-dessus de la carte de circuit imprimé.À l’aide d’une machine d’alignement, placez une couche isolante telle que du papier sur la carte de circuit imprimé pour éviter les courts-circuits, puis fixez le support métallique à l’aide de vis à métaux et d’écrous une fois l’assemblage terminé. Commencez à tester les configurations individuelles en faisant couler de l’eau désionisée à travers le pousse-seringue. Augmentez lentement la vitesse de la pompe jusqu’à ce que le système commence à fuir, moment où la pression maximale a été atteinte.Après votre expérience, retirez les vis mécaniques, les écrous et les supports métalliques. Ensuite, séparez délicatement la puce microfluidique et la carte de circuit imprimé. Enfin, utilisez de l’éthanol pour retirer l’adhésif du ruban conducteur des coussinets électriques de la carte de circuit imprimé et de la puce microfluidique avant de les remonter.Trois techniques différentes de fixation de tubes d’interconnexion sont comparées dans le tableau présenté ici. L’interconnecteur PDMS est suggéré pour une utilisation avec des applications à basse pression lorsque la conception microfluidique doit être découverte et nécessite un prototypage rapide. L’époxy standard et l’époxy UV offrent une interconnexion solide et peuvent être utilisés pour des applications à basse et haute pression, mais créent une étanchéité permanente avec l’appareil, ce qui peut être indésirable.Les interconnexions PDMS sont présentées ici par rapport à certaines des configurations d’interconnexion les plus courantes. L’interconnecteur PDMS d’un millimètre d’épaisseur peut résister à trois fois la pression de l’interconnecteur de 0,45 millimètre d’épaisseur. Cela correspond à cinq fois le débit de l’interconnecteur d’un millimètre d’épaisseur par rapport à l’interconnecteur de 0,45 millimètre Une fois maîtrisée, cette technique peut être réalisée en 10 à 20 minutes si elle est bien faite.

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