הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.

מאמר שיטה

שיטות בנייה למכשירים מיקרופלואידיים היברידיים מפוליקרבונט-סיליקון

463 צפיות

⸱

DOI:

10.3791/69640

⸱

28 ביולי 2026

 ,  ,  , 
1Department of Bioengineering and Therapeutic Sciences, University of California, San Francisco, 2Department of Pediatrics, Division of Neonatology, University of California, San Francisco, 3Department of Pediatrics, Nemours Children's Health, 4Department of Pediatrics, Sidney Kimmel Medical College at Thomas Jefferson University

במאמר זה

סיכום

פרוטוקול זה מתאר שלוש שיטות אטימה פשוטות לייצור מכשיר מיקרופלואידי היברידי המשלב רכיבי פוליקרבונט וסיליקון. על ידי יישום קשרי ממס, דחיסה תרמית ואסטרטגיות דחיסה מכנית, אנו מאפשרים טכניקות אטימה אמינות בטמפרטורות נמוכות, הנמנעות מציוד מיוחד למכשירים מיקרופלואידיים היברידיים.

תקציר

מכשירים מיקרופלואידיים היברידיים המשלבים תרמופלסטיים עם מצעים קשיחים, כגון סיליקון וזכוכית, מאפשרים יישומים ביולוגיים מתקדמים אך קשה לקשר אותם בשל הבדלים בתכונות התרמיות והמכניות. אתגרים אלו הופכים שיטות קונבנציונליות בטמפרטורות גבוהות ולחץ גבוה לבלתי מתאימות, ומניעים את הצורך באסטרטגיות איטום חלופיות. כאן נציג שלוש אסטרטגיות איטום בעלות נמוכה יחסית למכשירים מיקרופלואידיים פוליקרבונט-סיליקון: קישור ממס עם מסכה מגן לשימור גאומטריית הערוץ; שכבת קישור תרמית בטמפרטורות נמוכות באמצעות שכבת בין-פוליאתילן בצפיפות נמוכה (LDPE) באורך 100 מיקרון; ודחיסה מכנית עם כבל O-ring המשמש כאטם. כל גישה דורשת שלבי תכנון והרכבה מותאמים אישית כדי להבטיח אטימות אטומות לדליפות. אסטרטגיות אלו אינן דורשות ציוד מיוחד או תשתית יקרה, מה שהופך אותן למתאימות במיוחד ליצירת אבטיפוס של מכשירים מיקרופלואידיים היברידיים במעבדות מחקר אקדמיות ובסביבות מוגבלות משאבים. קישור בממס יצר את עמידות הדליפה הגבוהה ביותר (עד 692 מ"מ כספית) עם ממשק פוליקרבונט-פוליקרבונט חזק, בעוד שדחיסת אטמים הניבה את האטמים הניתנים לשחזור והכי נקיים ויזואלית עם ירידת לחץ מינימלית (2 מ"מ כספית ב-10 מ"ל לדקה). לעומת זאת, קישור LDPE הראה חדירת ערוצים, ירידת לחץ מוגברת (196 מ"מ כספית) ומקרים של דלמינציה.

מבוא

מערכות מיקרופלואידיות מאפשרות מניפולציה מבוקרת של נפחי נוזלים קטנים והפכו לכלים חיוניים ביישומים ביורפואיים, כולל אבחון בנקודת טיפול 1,2, פלטפורמות איבר-על-שבב 3,4, וטכנולוגיות חיישנים 5,6. למרות המגוון של יישומים, מכשירים אלו חולקים דרישות הנדסיות מרכזיות: בחירת חומרים מתאימה, אסטרטגיות ייצור ניתנות לשחזור, ותאימות ביולוגית מתמשכת 7,8. דרישות אלו הופכות מחמירות יותר במערכות מגע דם, שבהן ארכיטקטורות החומרים והמכשירים חייבים להבטיח תאימות המו, ליצור איטום נוזלים עמיד ולשמור על פרמטרים פיזיולוגיים של זרימה כמו מאמץ גזירה וגרדיאנטים של לחץ 9,10,11.

מערכות מיקרופלואידיות היברידיות משלבות תרמופלסטיים עם מצעים קשיחים כמו סיליקון וזכוכית, ומרחיבות את תפקוד המכשירים הביורפואיים (איור משלים S1)12,13,14,15,16,17. גישה זו מעניינת במיוחד ליישומי מגע דם, שבהם רכיבים מכנית עדינים אך מדויקים מאוד של סיליקון או זכוכית מחוברים למארזים פולימרים זולים כדי לאפשר עיצובים ביוקואמיטיביים בקנה מידה 18,19,20,21,22,23,24. בעוד ש-PDMS ומיקרו-מכשירים תרמופלסטיים נשארים נפוצים בזכות פשטות הייצור, חומרים אלו מגבילים עמידות כימית, עמידות מכנית ושילוב חומרים פונקציונליים קשיחים, מה שמניע פיתוח ארכיטקטורות היברידיות 25,26,27,28. למרות היתרונות של מכשירים היברידיים, הרכבת חומרים שונים מציבה אתגרים מובנים. הבדלים בהתפשטות תרמית ובתכונות מכניות עלולים לערער את שלמות האיטום, ותנאי הייצור חייבים להיות מבוקרים בקפדנות כדי לשמור על תאימות הומו, לשמור על גאומטריית התעלות ולמנוע נזק למבני סיליקון או זכוכית שבירות. לכן, יישום מוצלח של מערכות היברידיות תלוי בבחירות מכוונות של תכונות חומר עם אסטרטגיות ייצור מתאימות.

חומרים תרמופלסטיים, כולל פוליקרבונט ופוליאקרונט (מתיל מתקרילט) (PMMA), נמצאים בשימוש נרחב במערכות מיקרופלואידיות משום שהם מספקים חוזק מכני, תאימות ביולוגית, יעילות עלות, ותואמים לאסטרטגיות ייצור ניתנות להרחבה כגון קישור ממס, דחיסה תרמוקומפרסית ודבקים 12,29,30,31,32,33,34,35 . לעומת זאת, מצעי סיליקון וזכוכית מציעים עמידות כימית משופרת וגאומטריות מדויקות מאוד, אך האינטגרציה שלהם עם תרמופלסטיים נותרת מאתגרת טכנית בשל פערים בכימיה של פני השטח ובתכונות המכאניות 36,37,38,39. חיבור תרמוקומפרסיה קונבנציונלי עלול לחשוף לחצים מוגברים על רכיבי סיליקון או זכוכית שבירים ומעלה את הסיכון לסדקים. חלופה נוספת היא גישות מבוססות דבק עשויות להפחית מאמץ מכני אך עלולות לגרום לשונות באחידות הקשר או להעלות חששות לגבי תאימות ביולוגית לטווח ארוך40.

המעבדה שלנו מפתחת מכשירי מגע דם המיועדים לתפקידי החלפת איברים, כולל חמצנים ומסנני המופילטר17,21. מערכות אלו משלבות ממברנות ננו-נקבוביות סיליקון כאלמנטים פעילים עם מארזים מפוליקרבונט שקובעים את מסלול זרימת הדם ומספקים תמיכה מכנית 18,19,21. השגת ייצור עמיד וניתן להרחבה של פלטפורמות אלו תלויה בקשר אמין בין חומרים שונים אלו.

עבודה זו מעריכה שלוש גישות חיבור שפותחו כדי להתמודד עם המגבלות של שיטות הרכבה קונבנציונליות בטמפרטורות גבוהות ולחץ גבוה, המשמשות במערכות מיקרופלוידיות היברידיות פוליקרבונט–סיליקון. עיצוב הפלטפורמה נגזר ממאמצים מתמשכים לפתח רכיבים מודולריים לממברנה חוץ-גופית מיקרופלואידי17. המכשיר כולל מעטפת פוליקרבונט קשיח המספק יציבות מכנית ומגדיר ערוץ זרימת דם מעובד, המשולב עם ממברנת סיליקון חצי-חדירה שמטרתה להקל על חילופי גזים. כדי לבודד את ביצועי הקשר במהלך הבדיקות, נעשה שימוש במצע סיליקון לא נקבובי במקום הממברנה הפונקציונלית.

שלוש גישות ההדבקה שנבדקו היו: 1) שיטה מבוססת ממס המונעת עומס מכני גבוה ומשמעותי עם אסטרטגיית מסיכה מגן לשימור גאומטריית הערוצים, 2) טכניקת קישור תרמי בטמפרטורות נמוכות הכוללת שכבת אינטרליין פוליאתילן בצפיפות נמוכה (LDPE) בגודל 100 מיקרון בין לוחות פוליקרבונט, ו-3) קונפיגורציה אטומה מכנית באמצעות חוט אטם O-ring הממוקם סביב התעלה הנוזלית. אסטרטגיות אלו הושוו באופן שיטתי כדי לקבוע את היתכנותן ואמינותן לאב-טיפוס מהיר של מכשירים מיקרופלואידיים היברידיים בסביבה מחקרית במעבדה. כל השיטות תוכננו לאפשר הרכבה בטמפרטורות נמוכות תוך תמיכה בלחצים מתונים (10–700 מ"מ כספית) ותנאי זרימה הרלוונטיים למערכות מיקרופלואידיות במגע דם. המאמר הבא בונה על פרק מתוך עבודת הדוקטורט של המחבר הראשון41.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

1. עיצוב מכשיר: שינויים במארז פוליקרבונט

הערה: כל אסטרטגיית הדבקה דרשה שינוי עיצוב ממוקד במארז הפוליקרבונט. לכן, פריסת המיקרופלואיד הבסיסית הותאמה כדי לאפשר יישום פשוט ויעיל של גישות חיבור שונות למכשירים ההיברידיים שלנו. קבצי עיצוב המכשירים מסופקים בקובץ המשלים 1.

  1. עיצוב מגורים כללי
    1. תכנן את שכבת הפוליקרבונט כך שתכלול מושב שקוע לשבב הסיליקון עם שוקעת פנימית שמכילה דבק אפוקסי.
  2. שיקולי עיצוב לקישור LDPE
    1. כלול חורים עם סיכות דיבל בעיצוב המעטפת כדי לאפשר יישור מדויק של שכבות הפוליקרבונט ושל יריעת LDPE.
    2. קחו בחשבון את גובה התעלה הנוסף שנוצר על ידי עובי שכבת LDPE.
    3. ודא שתכונות העיצוב הסופיות של LDPE הן כדלקמן: שטח פנים אטום: ~15ס"מ 2, גובה ערוץ היעד: 200 מיקרון.
  3. שיקולי עיצוב לקישור ממס
    1. כלול חורים עם סיכות דיבל כדי לאפשר יישור בין שכבות הפוליקרבונט.
    2. כוון את גובה התעלה כדי לפצות על פוטנציאל לירידה בגובה לאחר הדבקת ממס.
    3. צור שפה או מדף על ידי שקעת הקצוות של חתיכת פוליקרבונט אחת. זה מקל על פתיחת הממס בממשק ההדבקה.
    4. ודאו שתכונות עיצוב הממס הסופיות הן: שטח פנים אטום: ~11ס"מ 2, גובה ערוץ היעד: 200 מיקרון.
  4. שיקולי עיצוב לקישור דחיסת אטמים
    1. תעצב גלנד אטמים לכבל אטם שעוקב אחרי מסלול התעלה הנוזלית. ממד את הבלוטה כך שתגיע לכ-25% דחיסה של חתך האטם הנבחר.
    2. כלול את בלוטת האטם בחלק התחתון של הפוליקרבונט; תכננו את משטח הפוליקרבונט העליון כך שיהיה שטוח.
    3. הוסף חורי ברגים סביב ההיקף כדי לאפשר ברגים. כדי ליצור דחיסה אחידה, השתמשו במכונות כביסה או בלוחות דחיסה חזקים. השתמש בברגים ליישור השכבות בזמן ההרכבה, במקום פיני דיבל.
    4. ודא שתכונות עיצוב האטם הסופיות הן: שטח פנים אטום: ~3 ס"מ 2, גובה ערוץ היעד: 200 מיקרון.

2. ייצור והכנת שכבות מכשירים

  1. ייצר את מארז הפוליקרבונט.
    1. לייצר את שכבות הפוליקרבונט לפי מפרטי העיצוב באמצעות שיטה מתאימה (למשל, מילינג CNC). כדי לעקוב אחרי פרוטוקול זה, יש לבצע עיבוד CNC לקבלת משטח אחיזה שטוח וחספוס של 0.8 מיקרון.
      הערה: גם הדפסה תלת-ממדית הוערכה אך גרמה לקשת, מה שהפחית את שטח ההדבקה היעיל.
  2. נקה את מארזי הפוליקרבונט ושבבי הסיליקון.
    1. בדקו ונקו את המארזים המיוצרים מפני פסולת, חריצים או שאריות עיבוד תחת הגדלה אופטית. שטוף היטב את החלקים עם אלכוהול איזופרופיל ומאפשר להם להתייבש לחלוטין בטמפרטורת החדר.
    2. בדקו ונקו את שבבי הסיליקון לאיתור פגמים או שאריות עודפות. נקה לפי הצורך באמצעות אלכוהול איזופרופיל להסרת חלקיקים.
      הערה: לא הוכנסה הכנה נוספת על פני השטח לצורך הערכה זו.
  3. הכינו דבק אפוקסי.
    1. ערבבו אפוקסי דו-חלקי לפי הוראות היצרן. אפשר לאפוקסי להתייבש חלקית בטמפרטורת החדר עד שהוא מגיע לצמיגות עבה יותר המתאימה ליישום מדויק.
  4. מרח אפוקסי והתקן את שבב הסיליקון.
    1. טען את האפוקסי הצמיגי לתוך מזרק עם מחט חלוקה. מרח טיפה מבוקרת של אפוקסי לתוך התעלה שמסביב למושב השבב.
    2. הכניסו בעדינות את שבב הסיליקון למושב השקוע, כדי להבטיח מגע מלא עם האפוקסי וללא בועות אוויר כלואות. מרחו אפוקסי נוסף לפי הצורך כדי למלא כל פערים.
      הערה: שימוש באפוקסי צמיג חלקית ממזער גלישה מעבר לאזור ההדבקה. עם זאת, בועות כלואות עלולות ליצור נקודות כשל, לכן כדאי לשקול להוציא גזים או להוציא בועות שאריות מהתעלה.
  5. לרפא את הקשר הראשי.
    1. אפשר להרכבה להתייבש בטמפרטורת החדר או בחום נמוך (<40 מעלות צלזיוס).
      הערה: הימנעו מחימום מופרז, שכן לפוליקרבונט יש טמפרטורת מעבר זכוכית נמוכה (150 מעלות צלזיוס), מה שעלול לגרום לעיוות או קימור.
  6. אטום פערים שנותרו.
    1. הכינו אצווה חדשה של אפוקסי וטענו אותה למזרק עם מחט דקה (מחט במשקל 27–30 גרם). העבר טיפה דקה של אפוקסי לאורך התפר ההיקפי בין הסיליקון לבית הפוליקרבונט, כדי לאפשר לאפוקסי למלא סדקים. תן לשכבת האפוקסי להתקשות לחלוטין לפני המשך הטיפול.

3. קישור ממס

  1. מרח דבק דבק כדי להגדיר את דפנות התעלה. סרט דבק חתוך בלייזר שיתאים לצורת דפנות התעלה.
    הערה: סרט אבחון מיקרופלואידי שימש לקירות תעלה זמניים (ראו טבלת החומרים).
  2. הסר שכבת בטן אחת מהסרט. יישר ומרח את הסרט על משטחי קיר התעלה באמצעות פיני דיבל ליישור.
  3. ציפוי את התעלה הנוזלית באלכוהול פוליוויניל (PVA). הוסיפו מספיק תמיסת PVA של 1% כדי לכסות את כל שטח התעלה הנוזלית. תן לתמיסת ה-PVA להתייבש לחלוטין בטמפרטורת החדר.
    הערה: PVA אינו מתמוסס בקלות בדיכלורומתאן, ולכן מגן על אפוקסי, סיליקון וכן ציפויים כגון PDMS ו-PEG.
  4. הסר את מסכת הדבק. לאחר ששכבת ה-PVA התקשה לחלוטין, יש לקלף בזהירות את הדבק הדו-צדדי, וכך יש להשאיר תעלה נוזלית מצופה PVA. בדוק ואם צריך, נקה כל דבק שנותר מקירות התעלה.
  5. הרכיבו את שכבות הפוליקרבונט. יישר את מארזי הפוליקרבונט העליונים והתחתונים באמצעות פיני דיבל.
  6. מרח ממס לאורך ממשק ההדבקה.
    1. מלאו מזרק בנפח 5 מ"ל במחט של 30 גרם בממס שנבחר (למשל, דיכלורומטאן, אצטון). מקם את קצה המזרק בשפה/מדף שנוצר בעיצוב המכשיר. פזר בזהירות את הממס לאורך השפה/המדף משני צידי ההרכבה, כדי לאפשר לממס להסתנן לממשק ההדבקה ולהגיע למחסום ה-PVA.
      הערה: בצע את כל הטיפול בממס במכסה אדים כימי עם כפפות והגנה על עיניים. פזר ממס באופן קבוע כדי למזער היווצרות בועות בממשק. זהירות: השליך ממס עודף במיכל פסולת כימית מתויג ומתאים בהתאם להנחיות המוסדיות.
  7. להפעיל לחץ ולרפא.
    1. הניחו משקל בינוני (כ-2–3 פאונד) באופן אחיד מעל המכשיר המורכב. אפשר למכשיר להתייבש לחלוטין בטמפרטורת החדר למשך 10–15 דקות.
    2. מתחת למיקרוסקופ, יש לוודא שאין בועות גדולות כדי להפחית את נקודות הכשל.
  8. הסר את שכבת הקורבן של ה-PVA. לאחר ההתקשות, זרמו מים דה-יוניים ב-80 מעלות צלזיוס דרך התעלה הנוזלית בזרימות נמוכות (1–5 מ"ל לדקה) למשך מינימום של 3 שעות כדי להמיס ולהסיר את ציפוי ה-PVA. אפשר זרימת מים של עד 24 שעות כדי להבטיח הסרה מלאה של PVA.
    1. בדוק את המכשיר ויזואלית לאיתור שארית PVA בתעלה. אם PVA ברור, חזור על זרימת המים עד שאין PVA נראה לעין.

4. קישור LDPE

  1. הכינו דפי הדבקה LDPE. לוחות פוליאתילן בצפיפות נמוכה (LDPE) חתוכים בלייזר כדי להתאים לצורת אזורי דופן התעלה. לגיליון LDPE של 100–200 מיקרון, השתמש ב-75% הספק ובמהירות של 100% עבור חותך הלייזר השולחני המוזכר (ראו טבלת החומרים).
  2. נקה את סדיני ה-LDPE.
    1. בדקו את דפי LDPE החתוכים בלייזר לאיתור אפר, שאריות או חלקיקים. שטפו היטב עם אלכוהול איזופרופיל (IPA) והניחו לו להתייבש לחלוטין.
  3. הרכיבו את המארז עם שכבות LDPE.
    1. יישר את חיתוכי ה-LDPE לדפנות הצד של תעלת הנוזל באמצעות פיני דיבל ליישור. הנח את החלק העליון של הפוליקרבונט על המכלול התחתון, ודחף את שכבות ה-LDPE למחבר ההדבקה.
  4. קשור את ההרכבה לתנור מחומם.
    1. הכניסו את המארז המורכב לתנור מתוכנת מחומם מראש על 145 מעלות צלזיוס עם חיישן טמפרטורה.
    2. יש להפעיל לחץ בינוני (2–3 פאונד לאינץ' רבוע (PSI)) על גבי ההרכבה באמצעות משקל מכויל כמו לוח מתכת.
  5. השלים את ההרכבה.
    1. אחרי שעתיים, מוציאים את הרכבה מהתנור. ודאו שקיפות אחידה של LDPE בכל שטח הפנים המחובר. אפשר למכשיר להתקרר לטמפרטורת החדר בתנאים סביבתיים.

5. איטום אטמים

  1. חתוך ומקם את האטם.
    1. חתכו את חומר חוט האטם לאורך הנדרש כדי להתאים לנתיב התעלה הנוזלית.
    2. הכניסו את כבל האטם לתוך בלוטת האטם על מארז הפוליקרבונט התחתון, כדי להבטיח התאמה הדוקה ורציף לאורך כל המסלול.
  2. הרכיבו את המארז.
    1. יישר את חלק הפוליקרבונט העליון עם החלק התחתון באמצעות ברגים ליישור. הכנס ברגים דרך השכבה העליונה אל תוך אגוז המשושה, כולל וושרים או פלטת דחיסה לפי הצורך כדי לפזר את הלחץ באופן שווה.
  3. הדק את הברגים כדי לאטום את ההרכבה.
    1. הדק ידנית כל בורג כדי להחזיק את הברגים והמכשיר במקומם.
    2. השתמש במפתח מומנט כדי להדק כל בורג, תוך תנועה בתבנית רוחבית.
    3. הדק ל-0.5 פאונד כדי למנוע סדק בשבב הסיליקון או עיוות של בית הפוליקרבונט. הדק עוד יותר לפי הצורך.
      הערה: דחיסה אחידה היא קריטית להבטחת אטימה אטומה לנוזל ולמניעת סדקים של הסיליקון.

6. יציאת יציאה (I/O)

הערה: השלבים הבאים מותאמים להערכת עיצוב המכשיר ההיברידי שלנו, כפי שמפורט בשאר הפרוטוקול. השלבים הבאים בסעיף זה אינם נדרשים לשימוש בטכניקות ההדבקה. עיצוב פורט הקלט/פלט ששימש בחלק זה נוסף לקובץ המשלים 1.

  1. תכנן וייצר את פורט הקלט/פלט המתאים לעיצוב המיקרופלואידי.
    1. תעצב יציאת קלט/פלט שיכולה להתאים לעיצוב המיקרופלואידי ולהתחבר למעגל נוזלי (כלומר, חיבור צינור, נעילת לויר).
    2. הדפסת תלת-ממד את העיצוב עם מדפסת תלת-ממד מדויקת מאוד.
      הערה: ניתן להשתמש ביציאות קלט/פלט אחרות לעיצוב, כגון יציאות קלט/פלט שנרכשו או מחברים נעולים בלואר.
  2. חבר את יציאות הקלט/פלט למכשיר המיקרופלואידי המורכב.
    1. הכינו אפוקסי לפי הוראות היצרן והניחו אותו במזרק בנפח 1 מ"ל עם מחט של 27 גרון.
    2. יש לשחרר 100–200 מיקרוליטר על פני יציאות הקלט/פלט, תוך זהירות שלא להכניס אפוקסי למסלול הזרימה, וחבר את יציאות הקלט/פלט ליציאות המיקרופלואידי. תן ל-24 שעות להתייבש.

7. בדיקת המכשיר

  1. חבר את המכשיר ההיברידי למעגל נוזלי.
    1. באמצעות צינורות משאבת פריסטלטיים (ראו טבלת החומרים), מחברים מאגר מים, משאבת גלגל, חיישן לחץ ומכשיר מיקרופלואידי היברידי בטור.
    2. מקם את חיישן הלחץ קרוב ככל האפשר לכניסת המכשיר כדי להבטיח מדידות לחץ מדויקות.
  2. בדיקות לחץ ודליפות
    1. לשאוב מים דרך המעגל בקצב זרימה התחלתי של 10 מ"ל לדקה.
    2. הגדל את קצב הזרימה בהדרגה של 10 מ"ל לדקה בכל דקה.
    3. מדדו ורשמו את הלחץ בכל קצב זרימה. אם נדרש לחץ נוסף, הוסף הגבלת מחט במורד המכשיר כדי להגדיל את התנגדות המעגל.
    4. הגדר את הלחץ המדורג כלחץ שבו מתרחשת הדליפה הראשונה הנראית לעין.
  3. בדיקת נפילת לחץ
    1. באמצעות אותו מעגל, הכנס חיישן לחץ שני מיד במורד הזרם של המכשיר.
    2. זרימת מים בקצב זרימה נבחר (10 מ"ל לדקה במחקר זה).
    3. חשב את נפילת הלחץ על פני המכשיר כהפרש בין מדידות לחץ לפני ואחרי המכשיר.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

איור 1 מסכם את רצף ההרכבה הכולל של שלוש גישות ההדבקה שנבדקו במחקר זה. ארכיטקטורת המכשיר כללה שתי שכבות פוליקרבונט מעובדות, שכל אחת מהן כללה תעלה נוזלית. אלמנט סיליקון חובר לכל שכבה כדי להשלים חצי ממסלול הזרימה המיועד. אסטרטגיות האיטום שנבחרו שימשו לחיבור שתי מערכות הפוליקרבונט, ובכך לסגור את המיקרו-ערוץ. מדדי ביצועים לכל תצורה מוצגים בטבלה 1, כולל לחץ מקסימלי בר-קיימא לפני דליפה, נפילת לחץ שנמדדת ב-10 מ"ל לדקה, ומדידות גובה תעלה לאחר ההדבקה<...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

מעטפת ואיטום אמינים ממשיכים להוות אתגרים משמעותיים במערכות מיקרופלואידיות היברידיות, במיוחד כאשר יש לשמור על שלמות מבנית במהלך הפעלה בלחץ. ייצור התקני מיקרופלואיד סטנדרטי השתמש במגוון רחב של אסטרטגיות הדבקה, כולל ריתוך לייזר, הדבקה תרמית, שכבות דבק ושינוי כימי על פני השטח, בהתאם לחומר וליישום 42,43,44,45. טכניקות קישור מבוססות יעילות בדרך כלל במבני פולימר יחיד;...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

SR הוא מייסד Silicon Kidney. NCH, DGB ו-SR הם ממציאים שותפים לפטנט זמני הקשור לטכנולוגיה המתוארת בכתב יד זה. למחברים אין אינטרסים מתחרים אחרים להצהיר עליהם.

תודות

תודה לד"ר דוריאן ליפמן מאוניברסיטת קליפורניה בברקלי על ההכוונה והמומחיות שלו בייצור מכשירים מיקרופלואידיים.

מימון: מענק המכונים הלאומיים לבריאות U01 EB025136, מענק R21 של המכונים הלאומיים לבריאות HD113527, מענק PR2104827 של משרד ההגנה, תוכנית פיתוח מדעני ילדים ומארץ אוף דיימס, המכונים הלאומיים לבריאות K12HD047349

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
.040" (1.00 ממ) Buna-N 70 O-Ring Cord StockThe O-Ring StoreN70.0401 ממ חותם המשמש בהרכבה; קוטר מתכוונן לפי עיצוב
18-8 חותם פלדת אל-חלדMcMaster90145A876משמש ליישר ב-LDPE וקשירת ממס
18-8 מכונת פלדת אל-חלדMcMaster92141A006משמש בהרכבת חותם
316 פלדת אל-חלד בעלת פרופיל נמוך במיוחד ברגה מחוררתMcMaster91223A315ברגים המשמשים בהרכבת חותם
תוכנת CADOnShape או SolidWorks (או שווה ערך)משמש לעיצוב מכשיר
חותך לייזר CO2 שולחניUniversal Laser Systems (או שווה ערך)משמש לחיתוך יריעות LDPE וקלטת דבק
דיכלורומתאן, נטול מים, 99.7+%ThermoFisher047352.M1ממס המשמש לקשירת ממס
מברג דיגיטליChecklineTSD-400משמש להחלת דחיסה מבוקרת בהרכבת חותם
שרף אפוקסי, דו-חלקיEpoxy Technology (או שווה ערך)MED-302משמש לקשירת סיליקון לפוליקרבונט
אומן, פלדת אל-חלד בעלת חוזק נמוךMcMaster90480A007משמש עם ברגים לדחיסת חותם
סרט פוליאתילן נמוך צפיפות (LDPE)McMaster8593K71100–200 מיקרון יריעת LDPE לקשירה תרמית
סרט דבק אבחון מיקרופלואידי3M9965; 9972Aמשמש כשכבת מסכה זמנית במהלך קשירת ממס
צינור משאבה פרסטלטית (גודל 16 שווה ערך)Masterflex (או שווה ערך)תואם למשאבת גלגלת המשמשת לבדיקה
דיור פוליקרבונט (מכונת)Xometry (או שווה ערך)שכבות מכשיר פוליקרבונט ממוחשבות CNC
חיישן לחץמשמש למדידת לחצים בכניסה וביציאה
תנור מעבדה ניתן לתכנותמסוגל לשמור על 145 °C לקשירת LDPE
משאבת גלגלתמשמש לבדיקת לחץ וזרימה
מצע סיליקון (שבב מוצק)MicroDicing (או שווה ערך)משמש כרכיב סיליקון מודלי
מחטי מתן פלדת אל-חלד עם Luer LockMcMaster75165A688משמשים למתן אפוקסי וממס

מקורות

  1. Yang, S. -M., Lv, S., Zhang, W., Cui, Y. Microfluidic point-of-care (POC) devices in early diagnosis: a review of opportunities and challenges. Sensors (Basel). 22 (4), 1620(2022).
  2. Kankaanpää, M., et al. Comparison of the use of comprehensive point-of-care test panel to conventional laboratory process in emergency department. BMC Emerg Med. 18 (1), 43(2018).
  3. Ingber, D. E. Human organs-on-chips for disease modelling, drug development and personalized medicine. Nat Rev Genet. 23 (8), 467-491 (2022).
  4. Baudoin, R., Griscom, L., Monge, M., Legallais, C., Leclerc, E. Development of a renal microchip for in vitro distal tubule models. Biotechnol Prog. 23 (1), 124-131 (2007).
  5. Spinelli, J. C., et al. Wearable microfluidic biosensors with haptic feedback for continuous monitoring of hydration biomarkers in workers. npj Digit Med. 8 (1), 76(2025).
  6. Pour, S. R. S., et al. Microfluidic-based non-invasive wearable biosensors for real-time monitoring of sweat biomarkers. Biosensors. 14 (1), 29(2024).
  7. S, A. D., P, S. P. A., Naveen, J., Khan, T., Khahro, S. H. Advancement in biomedical implant materials—a mini review. Front Bioeng Biotechnol. 12, 1400918(2024).
  8. Ranjan, N. Chitosan with PVC polymer for biomedical applications: a bibliometric analysis. Mater Today Proc. 81, 894-898 (2023).
  9. Szydzik, C., Brazilek, R. J., Nesbitt, W. S. A review of design considerations for hemocompatibility within microfluidic systems. Semin Thromb Hemost. 46 (5), 622-636 (2020).
  10. Xu, Y., Yu, G., Nie, R., Wu, Z. Microfluidic systems toward blood hemostasis monitoring and thrombosis diagnosis: from design principles to micro/nano fabrication technologies. VIEW. 3 (1), 20200183(2022).
  11. Blauvelt, D. G., Abada, E. N., Oishi, P., Roy, S. Advances in extracorporeal membrane oxygenator design for artificial placenta technology. Artif Organs. 45 (3), 205-221 (2021).
  12. Matellan, C., Del Río Hernández, A. E. Cost-effective rapid prototyping and assembly of poly(methyl methacrylate) microfluidic devices. Sci Rep. 8 (1), 6971(2018).
  13. Yu, H., Chong, Z. Z., Tor, S. B., Liu, E., Loh, N. H. Low temperature and deformation-free bonding of PMMA microfluidic devices with stable hydrophilicity via oxygen plasma treatment and PVA coating. RSC Adv. 5 (11), 8377-8388 (2015).
  14. Testa, G., Persichetti, G., Sarro, P. M., Bernini, R. A hybrid silicon-PDMS optofluidic platform for sensing applications. Biomed Opt Express. 5 (2), 417-425 (2014).
  15. Toniolo, F., et al. Efficient and reliable encapsulation for perovskite/silicon tandem solar modules. Nanoscale. 15 (42), 16984-16991 (2023).
  16. Chiang, C. -C., Immanuel, P. N., Chiu, Y. -H., Huang, S. -J. Heterogeneous bonding of PMMA and double-sided polished silicon wafers through H2O plasma treatment for microfluidic devices. Coatings. 11 (5), 580(2021).
  17. Moyer, J., et al. Surgical refinement of silicon nanopore membrane devices for implantable kidney replacement therapy: 7-year experience across 90 prototypes: SA-PO557. J Am Soc Nephrol. 35 (10S), (2024).
  18. Santandreu, A. G., et al. Characterization of human islet function in a convection-driven intravascular bioartificial pancreas. Bioeng Transl Med. 8 (2), e10444(2023).
  19. Kim, E. J., et al. Feasibility of an implantable bioreactor for renal cell therapy using silicon nanopore membranes. Nat Commun. 14 (1), 4890(2023).
  20. Dharia, A., et al. Silicon micropore-based parallel plate membrane oxygenator. Artif Organs. 42 (2), 166-173 (2018).
  21. Blauvelt, D. G., et al. A silicon membrane microfluidic oxygenator for use as an artificial placenta with minimal anticoagulation. Bioeng Transl Med. , e70037(2025).
  22. Aralekallu, S., Boddula, R., Singh, V. Development of glass-based microfluidic devices: a review on its fabrication and biologic applications. Mater Des. 225, 111517(2023).
  23. Carvell, T., Burgoyne, P., Fraser, A. R., Bridle, H. Categorising hybrid material microfluidic devices. Front Lab Chip Technol. 3, 1412290(2024).
  24. Yadavali, S., Jeong, H. -H., Lee, D., Issadore, D. Silicon and glass very large scale microfluidic droplet integration for terascale generation of polymer microparticles. Nat Commun. 9 (1), 1222(2018).
  25. Thompson, A. J., Ma, L. J., Plegue, T. J., Potkay, J. A. Design analysis and optimization of a single-layer PDMS microfluidic artificial lung. IEEE Trans Biomed Eng. 66 (4), 1082-1093 (2019).
  26. Tony, A., et al. The additive manufacturing approach to polydimethylsiloxane (PDMS) microfluidic devices: review and future directions. Polymers. 15 (8), 1926(2023).
  27. Gonçalves, M., et al. Polydimethylsiloxane surface modification of microfluidic devices for blood plasma separation. Polymers. 16 (10), 1416(2024).
  28. Khoo, H., Allen, W. S., Arroyo-Currás, N., Hur, S. C. Rapid prototyping of thermoplastic microfluidic devices via SLA 3D printing. Sci Rep. 14 (1), 17646(2024).
  29. Gencturk, E., Mutlu, S., Ulgen, K. O. Advances in microfluidic devices made from thermoplastics used in cell biology and analyses. Biomicrofluidics. 11 (5), 051502(2017).
  30. Islam, M. M., Loewen, A., Allen, P. B. Simple, low-cost fabrication of acrylic based droplet microfluidics and its use to generate DNA-coated particles. Sci Rep. 8 (1), 8763(2018).
  31. Giri, K., Tsao, C. -W. Recent advances in thermoplastic microfluidic bonding. Micromachines. 13 (3), 486(2022).
  32. Wan, A. M. D., Moore, T. A., Young, E. W. K. Solvent bonding for fabrication of PMMA and COP microfluidic devices. J Vis Exp. (119), e55175(2017).
  33. Ogończyk, D., Węgrzyn, J., Jankowski, P., Dąbrowski, B., Garstecki, P. Bonding of microfluidic devices fabricated in polycarbonate. Lab Chip. 10 (10), 1324-1327 (2010).
  34. Ahmed, M. A. M., Jurczak, K. M., Lynn, N. S., Mulder, J. -P. S. H., Verpoorte, E. M. J., Nagelkerke, A. Rapid prototyping of PMMA-based microfluidic spheroid-on-a-chip models using micromilling and vapour-assisted thermal bonding. Sci Rep. 14 (1), 2831(2024).
  35. Hassanpour-Tamrin, S., Sanati-Nezhad, A., Sen, A. A simple and low-cost approach for irreversible bonding of polymethylmethacrylate and polydimethylsiloxane at room temperature for high-pressure hybrid microfluidics. Sci Rep. 11 (1), 4821(2021).
  36. Zhao, Z., et al. Plastic polymers for efficient DNA microarray hybridization: application to microbiological diagnostics. J Clin Microbiol. 46 (11), 3752-3758 (2008).
  37. Nielsen, J. B., et al. Microfluidics: innovations in materials and their fabrication and functionalization. Anal Chem. 92 (1), 150-168 (2020).
  38. Washburn, A. L., Gunn, L. C., Bailey, R. C. Label-free quantitation of a cancer biomarker in complex media using silicon photonic microring resonators. Anal Chem. 81 (22), 9499-9506 (2009).
  39. Kojic, S. P., Stojanovic, G. M., Radonic, V. Novel cost-effective microfluidic chip based on hybrid fabrication and its comprehensive characterization. Sensors (Basel). 19 (7), 1719(2019).
  40. Boursier, M., Bayon, Y., Negrell, C., Pinaud, J., Caillol, S. Biocompatible glues: recent progress and emerging frontiers in surgical adhesion. Polymers. 17 (13), 1749(2025).
  41. Higgins, N. Engineering a silicon membrane oxygenator for an artificial placenta. eScholarship. , (2025).
  42. Wei, Y., et al. Rapid prototyping of multi-functional and biocompatible Parafilm®-based microfluidic devices by laser ablation and thermal bonding. Micromachines. 14 (3), 656(2023).
  43. Madadi, M., Madadi, A., Zareifar, R., Nikfarjam, A. A simple solvent-assisted method for thermal bonding of large-surface, multilayer PMMA microfluidic devices. Sens Actuators A Phys. 349, 114077(2023).
  44. Riegger, L., Strohmeier, O., Faltin, B., Zengerle, R., Koltay, P. Adhesive bonding of microfluidic chips: influence of process parameters. J Micromech Microeng. 20 (8), 087003(2010).
  45. Jung, B. -J., et al. Surface functionalization and bonding of chemically inert parylene microfluidics using Parylene-A adhesive layer. BioChip J. 16 (2), 168-174 (2022).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

תגיות

הנדסה ביו-רפואיתגיליון 233גיליון 233ערך ריקגיליוןמיקרופלואידיקהממספוליאתילן בצפיפות נמוכהאטםתרמופלסטיאיטוםחיבור
שיטות בנייה למכשירים מיקרופלואידיים היברידיים מפוליקרבונט-סיליקון
צרו קשר
המליצו לספרייה

פרטיות

תנאי שימוש

מדיניות

זכויות יוצרים © 2026 MyJoVE Corporation. כל הזכויות שמורות.