Name: שיטות אריזה של אב-טיפוס מיקרו-נוזלי בתפוקה גבוהה מהירה ובעלות נמוכה (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-12-23T13:45:00.000+00:00
Duration: 7 min 51 s
Description: למד שיטות אריזה מהירות של אב-טיפוס מיקרו-נוזלי באמצעות PDMS לחיבור צינורות מיקרו וממשקים חשמליים. טכניקות אלו מאפשרות בדיקה מהירה של שבבים מיקרו-נוזליים בלחצים שונים.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

המחברים מודים לתמיכה הכספית של NSERC וקתדרת המחקר הקנדית במכשירים רפואיים חכמים, ואסירי תודה על הכלים השונים המסופקים על ידי CMC Microsystems ו-ReSMiQ. תודה ללורן מודן, על תרומתו לעבודה זו.

1. מחבר נשלף מבוסס PDMS עבור יישומי מיקרופלואידיקה בלחץ נמוך15-16
<ol>
	<li>הכנה< />
	סעיף זה מתאר שלבים שונים להכנת הזכוכית וה-PDMS על מנת לייצר את המחבר.
	<ol>
		<li>הכן את ה-PDMS: מערבבים את ה-PDMS וחומר הריפוי ביחס (10:1).</li>
		<li>ודא שטמפרטורת התנור מיוצבת בטמפרטורה קבועה של 80 מעלות צלזיוס. בהתאם לתנור, השתמש במכשיר מדידה כדי לחוש את טמפרטורת התנור ולאחר מכן לפקח עליו ידנית.</li>
		<li>נקו היטב את צלחת הפטרי עם אתנול.</li>
		<li>נקה את פני השטח של חורי הגישה המיקרופלואידיים שבהם יוצב מחבר ה-PDMS.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>ייצור<br />
	המחבר המתואר במאמר זה הוא למעשה אטם תואם. אטם זה נוצר מ-PDMS ומכיל חורים אליהם ניתן להכניס מיקרו-צינורות. הוא נצמד בעצמו לפני השטח של שבב מיקרופלואידי, כדי ליצור איטום חסין דליפות בין המיקרו-צינור לחורי גישה למיקרו-ערוצים בשבב. 
	השתמש בשלבים הבאים כדי לייצר את המחבר.
	<ol>
		<li>יוצקים שכבה דקה (כ -2 מ"מ) של ה- PDMS (נוזל) לתוך צלחת פטרי.</li>
		<li>תנו ל-PDMS להתפלמר מעט בטמפרטורה של 80 מעלות צלזיוס בתנור למשך 12-15 דקות. הכניסו לתנור את השבב המיקרופלואידי שאליו יתבצע החיבור באותו הזמן, כך שיהיה באותה טמפרטורה.</li>
		<li>כאשר ה-PDMS מתחיל להתפלמר, הוציאו אותו מתנור הריפוי.</li>
		<li>השתמש באגרוף ביופסיה כדי ליצור חורים בקוטר הרצוי במשטח השבב המיקרופלואידי.</li>
		<li>בעזרת הלהב חותכים את חתיכת ה-PDMS הנדרשת. 
		הערה: מומלץ לגזור בתחילה פיסת חומר גדולה יותר מזו שתידרש בסופו של דבר. כדי להימנע משימוש במספר מחברים, רצוי שכל מחבר PDMS נתון ייחתך לצורה מרובעת, וניקוב חורים, כדי להתאים למספר המקסימלי האפשרי של חורים בשבב המשתמש.</li>
		<li>שמור על החורים מעט קטנים יותר מהקוטר החיצוני של המיקרו-צינור.</li>
		<li>הסר במהירות את ה-PDMS מצלחות הפטרי והנח אותו על השבב המיקרופלואידי.</li>
		<li>ודא שאין אבק על ה-PDMS או על השבב וודא שחורי הגישה בשבב המיקרו-נוזלי מיושרים לאלה של PDMS.</li>
		<li>באמצעות מיקרו-מיקום, הכנס צינורות (למשל צינורות טפלון) דרך מחבר ה-PDMS. הצינורות צריכים להיות 110% מקוטר חור הגישה המיקרופלואידית כדי למנוע דליפת נוזלים. ניתן לחבר את אותם צינורות למערכת הזרקת הנוזלים בהתאם ליישום המשתמש. 
		הערה: הנח תמיד את הצינורות באמצעות מיקרופוזיציה, שכבת ה-PDMS אינה עבה במיוחד וניתנת לניתוק אם הצינורות מעוותים.</li>
		<li>במידת הצורך, הוסף אפוקסי בין הצינור ל-PDMS להיצמדות טובה יותר. 
		דוגמה למחבר שהושלם מוצגת באיורים וב-Ghallab ו-Badawy2.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. חיבור מיקרו-צינורות ביישומים מיקרופלואידיים עם אפוקסי17 
בעת ייצור מחבר, ודא שקצה המיקרו-צינור נחתך כהלכה. השתמש בלהב חד חדש כדי לחתוך את קצה המיקרו-צינור ישר וכדי להבטיח שהמגע בין המיקרו-צינורות לחור הגישה אחיד.
<ol>
	<li>בעזרת המיקרו-מיקום, הנח בזהירות את המיקרו-צינור בחור הגישה של השבב המיקרו-נוזלי.</li>
	<li>הפעל לחץ קטן על מתקן האפוקסי כדי להפקיד אפוקסי על חורי הגישה או למקם אותו ידנית.</li>
	<li>אפשר לאפוקסי להתרפא באמצעות השלבים הבאים:
	<ol>
		<li>אפוקסי הניתן לריפוי UV: חשוף את אפוקסי ה-UV למקור UV למשך 3-10 דקות, תלוי בכמות האפוקסי המשמשת. לפרטים נוספים, עיין במפרט האפוקסי.</li>
		<li>אפוקסי סטנדרטי: אם יש להשתמש במצע המיקרופלואידי רק ב-RT, שמור על ריפוי אפוקסי במשך 24 שעות ב-RT. אם המצע נדרש לעמוד בטמפרטורות גבוהות, יש למצק במהירות את האפוקסי על ידי חשיפתו ל-100 מעלות צלזיוס באמצעות תנור או תנור חימום, בהתאם ליישום. לפרטים נוספים, עיין במפרט האפוקסי.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. טכניקת הרכבה לשבבים מיקרופלואידיים לשימוש חוזר עם ממשק חשמלי17
<ol>
	<li>הרכבת הרכיבים 
	איור 2 מציג את הקישורים בין המחברים החשמליים על ה-PCB לבין הרפידות החשמליות על השבב המיקרו-נוזלי. כדי להרכיב את רכיבי ה-PCB/שבב מיקרופלואידי/פרספקס, בצע את השלבים הבאים: 
	זהירות: הימנע מלחץ דחיסה מוגזם, שעלול לשבור את השבב המיקרופלואידי.
	<ol>
		<li>הלחמו את המחברים החשמליים מרובי הפינים להרכבה על פני השטח ל-PCB.</li>
		<li>אם יש זיהום פני השטח על הרפידות החשמליות של השבב המיקרופלואידי, נקה עם חמצן פלזמה; אחרת נקה את הרפידות עם אתנול.</li>
		<li>השתמש בלהב חד כדי לחתוך את הסרט המוליך לחתיכות קטנות בעלות מידות זהות לרפידות החשמליות של השבב המיקרופלואידי, כפי שמוצג באיורים 1 ו-2.</li>
		<li>בעזרת מלקחיים, הנח את הסרט המוליך על רפידות החשמל של PCB.</li>
		<li>יישר ולאחר מכן הנח את השבב המיקרופלואידי על ה-PCB. 
		הערה: לדיוק המיקום, השתמש במכונת יישור.</li>
		<li>הנח שכבת בידוד (כגון נייר) על ה-PCB כדי למנוע קצר חשמלי לפני התקנת תושבות המתכת, בהתאם למיקום עקבות ה-PCB.</li>
		<li>חבר את תושבת המתכת באמצעות ברגי מכונה ואומים.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>פירוק
	<ol>
		<li>הסר את ברגי המכונה, האומים ותושבות המתכת.</li>
		<li>הפרד בעדינות את השבב המיקרופלואידי וה-PCB.</li>
		<li>השתמש באתנול כדי להסיר את דבק הסרט המוליך מרפידות החשמל על ה-PCB והשבב המיקרו-נוזלי לפני ההרכבה מחדש.</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>

אין מה לחשוף.

מחבר ה-PDMS מיועד עבור יישומי לחץ נמוך, יש למנוע זליגת נוזל לתוך חור הגישה לשבב כאשר מחבר ה-PDMS ממוקם לאחר מכן על חור הגישה. לכן, העובי המומלץ של PDMS הוא פחות מ-2 מ"מ. עובי גדול יותר יכול לגרום להדבקה חלשה של ה-PDMS למשטח השבב המיקרופלואידי ואינו מומלץ. ניסוי לא מוצלח נעשה בעובי של 4 מ"מ. עבודה זו מתמקדת בהיצמדות מחבר ה-PDMS לזכוכית בעוד משאבות מזרק שולטות בהזרקת הנוזל. דליפת תמיסה מתייחסת לאובדן הדבקות, המגביל את קצב זרימת הנוזל המרבי. לפיכך, דליפת התמיסה מתייחסת לקצב זרימת הנוזל המקסימלי שניתן להשתמש בו עם מחבר ה-PDM...

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.

<table><tbody><tr><td>אפוקסי 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 אפוקסי</td><td>Epotek</td><td>OG159</td><td></td></tr><tr><td>מיקרו-משאבה</td><td>הרווארד מכשיר</td><td>PHD אולטרה</td><td></td></tr><tr><td>PCB</td><td>מעגלים</td><td></td><td></td>מתקדמים</tr><tr><td>פרספקס</td><td>Ecole Polytechnique</td><td></td><td></td></tr><tr><td>דבק מוליך סרט</td><td>3M</td><td>9703</td><td></td></tr></tbody></table>

שיטות אריזה של אב-טיפוס מיקרו-נוזלי בתפוקה גבוהה מהירה ובעלות נמוכה

High Throughput Microfluidic Rapid and Low Cost Prototyping Packaging Methods

בעבודה זו מוצגות 3 טכניקות אריזה והרכבה שונות. ניתן לסווג אותם לשתי קטגוריות: שימוש חד פעמי וטכניקות אריזה לשימוש חוזר.
טכניקת האריזה החד-פעמית משתמשת באפוקסי מבוסס UV וריפוי טמפרטורה כדי לחבר מיקרו-צינורות לחורי גישה, הדבקת חוטים לחיבורי מעגלים משולבים ואפוקסי כסף לחיבורים חשמליים. שיטה זו מבוססת על טכניקת הרכבה חזקה שיכולה לתמוך בלחץ גבוה יחסית קרוב ל-1 psi ואינה זקוקה לתמיכה כלשהי כדי לחזק את הארכיטקטורה המיקרופלואידית.
טכניקות אריזה לשימוש חוזר מורכבות ממחברי מיקרו-צינורות מבוססי PDMS וסרטי דבק אנזוטרופיים עבור חיבורים חשמליים. מכשירים אלה רגישים ושבריריים יותר. כתוצאה מכך, תמיכת פרספקס מתווספת למבנה המיקרופלואידית כדי לשפר את המגע החשמלי בעת שימוש בסרטי דבק אנזוטרופיים, וגם כדי לחזק את הארכיטקטורה המיקרופלואידית. בנוסף, יש צורך במיקרומניפולטור לתחזוקת צינורות תוך שימוש בשכבת PDMS דקה כדי לחבר אותם לחורי הגישה. עובי שכבת PDMS שונה, הנעים בין 0.45-3 מ"מ, נבדקים כדי להשוות את ההיצמדות הטובה ביותר לעומת שיעורי ההזרקה. קצבי ההזרקה המיושמים נעים בין 50-300 מיקרוליטר לשעה עבור שכבות PDMS של 0.45-3 מ"מ, בהתאמה. טכניקות אלו ישימות בעיקר עבור יישומי לחץ נמוך. עם זאת, ניתן להרחיב אותם עבור אלה בלחץ גבוה באמצעות תהליך פלזמה-חמצן כדי לאטום לצמיתות את ה-PDMS למצעי זכוכית. היתרון העיקרי של טכניקה זו, מלבד העובדה שהיא ניתנת לשימוש חוזר, מורכב משמירה על המכשיר ניתן לצפייה כאשר אורך המיקרו-ערוץ קצר מאוד (בטווח של 3 מ"מ ומטה).

איור 3 ממחיש סכימה מפורטת של טכניקת האריזה המוצעת. תמיסת האריזה נבחנה עם מספר עוביים וגדלים של PDMS כדי לאפיין תהליך אריזה שקוף ויעיל עבור מיקרו-מערכות היברידיות של מיקרו-אלקטרוניקה ומיקרו-פלואידיקה, כפי שמוצג באיורים 4 ו5. ממדיה של שכבת מחבר ה-PDMS שתוכננה הן 6 mm x 6 mm והיא משמשת לחיבור שני חורי גישה. עם זאת, באמצעות מחברים נפוצים הזמינים מסחרית, לא ניתן לחבר יותר מחור אחד בתוך ממדים אלו אם המרווח בין חורי הגישה הוא 5 mm או פחות. לכן, אפוקסי ו-PDMS הם הבחירות הטובות ב...

במאמר זה אנו מתארים טכניקות שונות עבור פלטפורמות אב טיפוס מהירות מיקרופלואידיות. הטכניקות המוצעות מבוססות על אפוקסי אולטרה סגול (UV) וריפוי טמפרטורה, צינורות מבוססי פולידימתילסילוקסן (PDMS), הדבקת חוטים וסרטי דבק אנזוטרופיים. הליכי ההרכבה המוצגים פותחו הן עבור מכשירים לשימוש חד פעמי והן עבור מערכות מיקרופלואידיות לשימוש חוזר.

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

המטרה הכוללת של הליך זה היא להציג אפשרויות שונות עבור פלטפורמות אב טיפוס מהירות מיקרופלואידיות. זה מושג על ידי ייצור תחילה של מחבר נשלף באמצעות PDMS. השלב השני הוא אבטחת צינורות מיקרו במחבר או ישירות לשבב המיקרופלואידי.לאחר מכן, השבבים המיקרופלואידיים מורכבים ומחוברים לממשק חשמלי. בסופו של דבר, נוזל מוזרם דרך המחבר לתוך השבב המיקרופלואידי במהירויות שונות. כדי להעריך את חוזק מחבר ה-PDMS, היה לי לראשונה רעיון לשיטה זו בעת תכנון שבב מיקרופלואידית עם פלט כניסה חשמלי גבוה, והייתי זקוק למחבר נשלף בקלות כדי לבדוק דפוס שונה של התפשטות שדה חשמלי של ערוץ ENC עם מספר רב של אלקטרודות ערוץ ENC.כדי להתחיל להכין את ה-PDMS על ידי ערבוב ה-PDMS וחומר הריפוי ביחס של 10 ל-1, ולאחר מכן להסיר את התערובת על ידי הנחתה תחת ואקום נמוך למשך 60 דקות. לאחר מכן, מחממים מראש וטמפרטורת התנור ל 80 מעלות צלזיוס ומחכים שהטמפרטורה תתייצב בזמן שהתנור מתחמם. נקה את פני השטח של השבב המיקרופלואידי שבו יוצב מחבר ה-PDMS באמצעות אתנול.הניחו לו להתייבש באזור נטול אבק. העבירו את צלחת ה- PDMS לתנור שחומם מראש ותנו ל- PDMS להתפלמר מעט בחום של 80 מעלות צלזיוס למשך 12 עד 15 דקות, הכניסו את השבב המיקרופלואידי אליו יבוצע החיבור לתנור עם שכבת ה- PDMS כך שיהיה באותה טמפרטורה לאחר 15 דקות. הסר את ה-PDMS ואת השבב המיקרו-נוזלי מתנור הריפוי.לאחר מכן השתמש בסכין גילוח כדי לחתוך חתיכה של חמישה על חמישה מילימטר של PDMS. לאחר מכן נקב שני חורים של שני מילימטר דרך שכבת ה-PDMS. הסר את ה-PDMS מצלחות הפטרי והנח אותו מעל השבב המיקרו-נוזלי.הקפד ליישר במדויק את החורים ולאחר מכן ללחוץ בעדינות על ה-PDMS למקומו. כשהמחבר במקומו, חתוך צינורות טפלון בקוטר שני מילימטר בקוטר פנימי של 100 מיקרון, באמצעות להב חדש כך שקצה צינור המיקרו ייחתך בסופו של דבר בניצב לאורכו. הצינור צריך להיות ארוך מספיק כדי לחבר אותו למשאבת מזרק מבלי להפעיל לחץ על המחבר.באמצעות מיקרו מיקום הכנס צינורות דרך שכבת מחבר ה-PDMS במידת הצורך, הוסף אפוקסי בין הצינור ל-PDMS להיצמדות טובה יותר. לאחר מכן חבר את הקצה השני של הצינורות למערכת הזרקת הנוזלים. כחלופה למחברים מבוססי PDMS ניתן להשתמש באפוקסי כדי לאבטח לצמיתות את צינורות המיקרו למקומם.כדי להשיג זאת, השתמש במיקום המיקרו כדי למקם בזהירות את צינור המיקרו בחור הגישה של השבב המיקרופלואידי. לאחר מכן מרחו אפוקסי UV או סטנדרטי סביב חורי הגישה ורפא אותו בהתאם למפרט היצרן. כדי להתחיל בהלחמה, הרכבה משטחית, הכפל את הפינים של מחברים חשמליים ללוח מעגלים מודפסים.לאחר מכן בדוק את הרפידות החשמליות של השבב המיקרופלואידי, ונקה כל זיהום פני השטח על ידי חשיפה לחמצן פלזמה למשך כ-10 דקות עם פחות או יותר זמן, תלוי בכמות הניקוי הנדרשת. אם לא נמצא זיהום פני השטח, פשוט נקה את הרפידות באתנול. לאחר מכן, השתמש בלהב חד כדי לחתוך סרט מוליך לחתיכות קטנות של שני מילימטר על מילימטר אחד כך שיהיו באותם מידות כמו השבבים המיקרופלואידיים.רפידות חשמל. לאחר מכן השתמש במלקחיים נקיים כדי להניח את הסרט המוליך על המעגל המודפס מעל רפידות החשמל. יישר את השבב המיקרו-נוזלי עם המחבר שכבר נמצא במקומו מעל המעגל המודפס.באמצעות מכונת יישור, הנח שכבת בידוד כגון נייר על המעגל המודפס כדי למנוע קצר חשמלי, ולאחר מכן חבר את תושבת המתכת באמצעות ברגי מכונה ואומים כשההרכבה הושלמה. התחל לבדוק את ההגדרות הבודדות על ידי הזרמת מים נטולי יונים דרך משאבת המזרק. הגדל את מהירות המשאבה לאט עד שהמערכת מתחילה לדלוף, ובשלב זה הושג הלחץ המרבי.לאחר הניסוי שלך, הסר את אומי הברגים של המכונה ואת תושבות המתכת. לאחר מכן הפרד בעדינות את השבב המיקרופלואידי ואת המעגל המודפס. לבסוף, השתמש באתנול כדי להסיר את דבק הסרט המוליך מרפידות החשמל בלוח המעגלים המודפסים ובשבב המיקרופלואידי לפני ההרכבה מחדש.שלוש טכניקות שונות של חיבור צינורות בין-מחברים מושווים בטבלה המוצגת כאן. מחבר ה-PDMS מוצע לשימוש עם יישומי לחץ נמוך כאשר יש לחשוף את התכן המיקרו-נוזלי ודורש בניית אב-טיפוס מהיר. אפוקסי סטנדרטי ואפוקסי UV מספקים חיבור חזק וניתן להשתמש בהם עבור יישומי לחץ נמוך וגבוה כאחד, אך יוצרים אטימה קבועה עם ההתקן, שעשויה להיות לא רצויה.מחברי ה-PDMS מוצגים כאן בהשוואה לכמה מההגדרות הנפוצות יותר של מחברים. מחבר ה-PDMS בעובי מילימטר אחד יכול לעמוד בלחץ פי שלושה מהלחץ של מחבר בעובי 0.45 מילימטר. זה מתייחס פי חמישה מקצב הזרימה עבור המחבר בעובי מילימטר אחד בהשוואה למחבר 0.45 מילימטר לאחר שליטה, ניתן להשלים טכניקה זו תוך 10 עד 20 דקות אם היא נעשית כראוי.

high-throughput-microfluidic-rapid-low-cost-prototyping-packaging

Research

JoVE Journal

Bioengineering

הנדסה ביולוגית

שיטות אריזה של אב-טיפוס מהיר, זול ומבוסס מיקרו-נוזלים בתפוקה גבוהה

Droplet מבוססי פלטפורמות microfluidic הם המועמדים המבטיחים לניסויים תפוקה גבוהה שכן הם מסוגלים להפיק, picoliter עצמית מידור כלי ובזול בשיעורים קילוהרץ. באמצעות שילוב עם מהירות, רגישות גבוהה שיטות ספקטרוסקופיות ברזולוציה פלואורסצנטי, כמויות גדולות של מידע שנוצר בתוך מערכות אלה ניתן לחלץ ביעילות, לרתום ולנצל אותו.

שיטות גילוי הקרינה לפלטפורמות אגל microfluidic

אנו מציגים גישת microfluidic לביטוי של מערכי חלבון. המכשיר מורכב מאלף תאי תגובה הנשלטים על ידי מייקרו שסתומים מכאניים. מכשיר microfluidic הוא הזדווגו לספריית גן microarray-מודפסת. גנים אלו אז מתועתקים ומתורגמים על שבב, וכתוצאה מכך מערך חלבון מוכן לשימוש ניסיוני.

גנרטור ביטוי חלבון תפוקה גבוהה באמצעות פלטפורמת Microfluidic

אנחנו פיתחתי שיטה בעלות נמוכה ודיגום מהיר של מכשירי הזרקת גומי אלסטומר נוזל יצוקים באמצעות מדפסות 3D הדוגמנות בתצהיר התמזגו לעיצוב עובש וייבוש שונה כמערכת הזרקת נוזל.

דיגום מהיר ועלות נמוכה של מכשירים רפואיים באמצעות 3D מודפס תבניות להזרקת נוזלים

כאן, אנו מציגים פרוטוקול לבידוד ותרבות תאים בודדים עם פלטפורמה מיקרופלואידית, המשתמשת בתפיסת עיצוב מיקרו-באר חדשה כדי לאפשר בידוד תא בודד ביעילות גבוהה ותרבית משובטת לטווח ארוך.

פלטפורמת Microfluidic עבור בידוד תפוקה גבוהה מתא בודד ותרבות

כאן אנו מציגים פרוטוקול כדי לעצב והרכיבו מכשירים מיקרופלואידים מותאמים אישית עם השקעה פיננסית וזמן מינימלי. המטרה היא להקל על אימוץ טכנולוגיות microflu, מעבדות מחקר ביו והגדרות חינוכיות.

ייצור מהיר של התקני מיקרופלואידיג מותאמים אישית למחקר וליישומים חינוכיים

אנו מציגים מערכת מיקרופלואידית למחקרי תפוקה גבוהה על מכונות חיים מורכבות, המורכבת מ-1500 יחידות תרבות, מערך של משאבות פריסטליות משופרות ומודולוס ערבוב באתר. השבב המיקרופלואידי מאפשר ניתוח של התנאים המיקרו-סביבתיים המורכבים והדינמיים ביותר ב-vivo.

יצירת תנאי סביבה דינמיים באמצעות מכשיר מיקרופלואידי בעל תפוקה גבוהה

Microfluidics הוא כלי רב עוצמה לפיתוח בדיקות אבחון. עם זאת, ציוד וחומרים יקרים, כמו גם טכניקות ייצור וטיפול מייגע, נדרשים לעתים קרובות. כאן אנו מפרטים את פרוטוקול הייצור של התקן מיקרופלואידי אקרילי עבור אימונו-אנליזות מגנטיות מבוססות מיקרו וננו-חלקיקים בסביבה זולה ופשוטה לשימוש.

מיקרומילינג בקרה נומרי ממוחשב של מכשיר אקרילי מיקרופלואידי עם הגבלה מדורגת עבור בדיקות חיסוניות מבוססות ננו-חלקיקים מגנטיים

הייצור של התקן דו-שכבתי מבוסס פולידימתילסילוקסאן (PDMS) לייצור ספריות קומבינטוריות בתחליבים של מים בשמן (תקעים) מוצג כאן. החומרה והתוכנה הדרושים לאוטומציה של ייצור תקעים מפורטים בפרוטוקול, ומודגם גם ייצור ספרייה כמותית של תקעים פלואורסצנטיים.

התקן מיקרופלואידי דו-שכבתי לייצור תקע קומבינטורי

שיטה חדשנית לייצור מכשירים מיקרופלואידיים באמצעות למינציה של פוליאתילן טרפתלט (PET) מפחיתה משמעותית את העלות והמורכבות של לכידה והדמיה של עוברי דג זברה חיים מרובים.

תכני מיקרופלואידיקה למינציה פוליאתילן טרפתלט בעלות נמוכה עבור הדמיית דג זברה מרובה

פרוטוקול זה מפרט את התכנון והייצור של מכשיר מיקרופלואידי, המתאים לחקירת מכניקת פולימרים מיקרו-צינוריים. הסינתזה של מיקרו-ייצור, בקרת זרימה אוטומטית וטכניקות מידול חישוביות מאפשרת מערכת גמישה המתאימה באופן אידיאלי לחקירת השלד התאי במבחנה.

פיתוח גישה מבוססת מיקרופלואידיקה לחקר מכניקת פולימרים מיקרו-צינוריים

למד שיטות אריזה מהירות של אב-טיפוס מיקרו-נוזלי באמצעות PDMS לחיבור צינורות מיקרו וממשקים חשמליים. טכניקות אלו מאפשרות בדיקה מהירה של שבבים מיקרו-נוזליים בלחצים שונים.

שיטות אריזה של אב-טיפוס מיקרו-נוזלי בתפוקה גבוהה מהירה ובעלות נמוכה

גלה סרטונים נוספים