$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
ההתקדמות האחרונה במיקרו-ייצור הובילה להתקנים מיקרופלואידיים מורכבים יותר הכוללים מספר רב של אלקטרודות וסוגים שונים של אלגוריתמי בקרה. עם זאת, התקדמות זו הדגישה אתגרים חדשים באריזות. יתר על כן, Lab-on-Chip (LoC) הוא מושג רב-תחומי שבו מכשירים מיקרופלואידיים, מערכות מיקרו-אלקטרומכניות (MEMS), שבבים מיקרו-אלקטרוניים בין חלקים אחרים מחוברים יחד. כתוצאה מכך אי אפשר לפתח תהליך אריזה מבלי לקחת בחשבון אילוצים שונים של רכיבי LoC כגון רגישות והגנה על מעגלי מיקרואלקטרוניקה, צינורות והיבטים מכניים. בנוסף, אריזת הרכיבים של LoC נתון קשורה קשר הדוק ליישום1,2. כדוגמה, ביישומים אופטיים, השקיפות של המכשיר היא קריטית, במיוחד למטרות בדיקה. לפיכך, חשוב לעקוב אחר התנהגות המערכת על ידי שמירה על המכשיר ניתן לצפייה. ביישומים הקשורים למניפולציות של תאים או חלקיקים, השימוש בטכניקות מתח נמוך אטרקטיבי יותר, עם הופעתן של טכנולוגיות מיקרו-ייצור חדשות המאפשרות להפחית את ממדי האלקטרודות (מכמה מיקרומטר לקנה מידהתת-מיקרוני 3-5) אך מגדילות במידה ניכרת את מספר האלקטרודות ל-100 או יותר.
מצד שני, LoCs המוקדשים לניתוח כימי וביולוגי דורשים תצפית ארוכת טווח. לפיכך, אריזת המערכת וספסל הבדיקה חייבים למנוע זיהום ביולוגי כמו גם כל כשל במכשירים האלקטרוניים של LoC בנוסף לשמירה על המערכת ניתנת לצפייה.
במאמרים שפורסמו לאחרונה, מיקרופלואידיקה ו-MEMS הם החלקים העיקריים של LoC, אך מודולים אחרים עשויים לשמש לניטור המערכת. כתוצאה מכך, בדיקה ואימות של ארכיטקטורות מיקרופלואידיות הפכו לנושא מאתגר עם גישות המיקרו-ייצור החדשות וארכיטקטורות המורכבות והתפוקה הגבוהות. עד כה אין פלטפורמות בדיקה סטנדרטיות או תומכות למערכת מיקרופלואידית, כפי שקורה למות מיקרואלקטרוניקה.
חוקרים הציעו טכניקות אריזה שונות לשימושים ספציפיים, כגון Xie et al.6 שעיצב אריזה ביו-מיקרופלואידית הכוללת שבב מיקרואלקטרוניקה לבקרת הפרדת DNA בתעלות מיקרופלואידיות. ביבי ואחרים.7 עיצב תעלה מיקרופלואידית עם מאגרי נוזלים משולבים ושסתומי הידרוג'ל המגיבים לגירויים כדי לתפעל דגימות נוזלים. מערכות אחרות מציעות שימוש בחיישני זרימה מבוססי בועות אלקטרוליטיות כדי לזהות לחצים דרך שדה חשמלי ליצירת בועות אוויר ולמדוד לחץ מתאים8. מערכת החישה מודדת את עכבת הבועה ולאחר מכן קובעת את הלחץ, הדורש אריזה מיוחדת שנועדה למנוע הכנסת הפרעות כלשהן למדידות. בעבודה אחרת הוצגה שיטת אריזה מיקרופלואידית בטמפרטורת החדר המבוססת על תהליך הפעלת פלזמה רציף9. למרות העובדה שתהליך זה יכול להוביל למכשיר מורכב חזק, יש לו מגבלות כאשר הוא משמש למטרת אב טיפוס או כאשר משתמשים במכשיר מספר פעמים. האחרון עשוי לרמוז על החלפה תכופה של חלקים מסוימים במערכת. יתר על כן, לי ועמיתיו הציגו טכניקת אריזה חדשה, הנקראת Biolab-on-IC, המבוססת על שימוש בשדות מגנטיים למניפולציה של חרוזים מגנטיים בודדים, כאשר הארכיטקטורה המיקרופלואידית מתוכננת בחלק העליון של המעגל המשולב10. בנוסף, אמינות האריזה והאינטגרציה של מערכות מיקרופלואידיות, בהתחשב בגודל המערכת, ההיבטים האופטיים וחלקי החיבור, הם נושאים קריטיים כפי שפורטו על ידי האן ופרייז'ר11. עבודה אחרונה זו משקפת גישה אופיינית למערכות LoC, שבהן יש לתקן ולמדוד במדויק מספר פרמטרים במהלך האריזה.
כתוצאה מכך, אריזות מיקרופלואידיות הן נושא מאתגר עבור דור חדש של מכשירים מיקרופלואידיים. האריזה כוללת חלקים הטרוגניים כגון צינורות, חיבורים חשמליים ותמיכה מיקרופלואידית. עבור צינורות, הנושא העיקרי הוא השטח המוגבל מאוד הזמין לחיבור הצינורות לגישה לחורים המיקרופלואידיים. הקוטר של המחברים הנוכחיים הזמינים מסחרית הוא בתחום של 6 מ"מ; עם זאת, המרחק בין שני חורי הגישה הולך וקטן עם הפחתת ממדי המערכת הכוללים12-13. לכן, הצענו טכניקת צינורות המבוססת על PDMS. תהליך צינורות זה משוכלל במיוחד עבור שלב האב טיפוס. למעשה, בשל האילוץ הכימי, החלפת צינור החיבור לאחר כל שימוש היא חובה כדי למנוע ולמזער דליפת נוזלים בתוך המיקרו-מבנה ולנקות את המיקרו-ערוצים. למטרות אלה, התהליך המתואר במאמר זה ישים במיוחד לעיצוב אב-טיפוס מהיר.
מצד שני, חיבורים חשמליים הם קריטיים עבור מכשירים מיקרופלואידיים המשתמשים במניפולציה או מדידה חשמלית ישירה או עקיפה. בשל המגוון הרחב של יישומים מיקרופלואידיים, מידות המכשיר, צורתו ומספר המגעים החשמליים עשויים להשתנות במידה ניכרת. לכן נדרשת שיטה רב-תכליתית, שניתן להשתמש בה ליישומים שונים. קלר ועמיתיו דיווחו על תוצאות מפלטפורמת האב-טיפוס המהיר המיקרופלואידית שלהם, המבוססת על מחברי כוח הכנסה אפס (ZIF)14. במקום המחברים המאוחרים הללו, השיטות המוצגות משתמשות בסרט מוליך דבק אנזוטרופי, הניתן להתאמה בקלות לכל צורה.
חוקרים רבים אינם לוקחים בחשבון את אילוצי הבדיקה בעת תכנון המכשיר המיקרופלואידי שלהם. במיקרו-אלקטרוניקה, ישנם תומכים רבים המשמשים למטרת אב-טיפוס ובדיקה, הנקראים מחזיקי IC. אלה נועדו בעיקר להפחית את זמני האב-טיפוס והבדיקה, ולהציע לחוקרים ולמהנדסים דרך קלה להחליף מכשירים במקרה של תקלה. בדומה למיקרואלקטרוניקה, אנו מציעים גם חבילת בדיקה חדשה להתקנים מיקרופלואידיים המוגבלים לגודל מכשיר של 45 מ"מ על 90 מ"מ.
הטכניקות המוצעות שלנו מכוונות לכסות מספר רב של התקנים ויישומים מיקרופלואידיים. ניתן להתאים, להרחיב ולשדרג את השיטות הללו ליישומים אחרים. אנו שואפים לספק את אחת משיטות האריזה המגוונות הראשונות עבור מכשירים מיקרופלואידיים המותאמים למניפולציות מיקרופלואידיות. לדוגמה, יישום קצה אחד למכשירים הארוזים בטכניקות אלה הוא הפרדה של מיקרוספירות שעברו שינוי פוליסטירן וקרבוקסיל עם נוזל מוחי מלאכותי. עם זאת, ניתן להשתמש בהם ביישומים אחרים עם פתרונות שונים.
בהמשך מאמר זה, מוצגות ומושווים שלוש טכניקות צינורות שונות, 2 שיטות חיבור חשמלי ושיטת אריזה מיקרופלואידית אחת.