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Articolo metodologico

Metodi di costruzione per dispositivi microfluidici ibridi policarbonato-silicio

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DOI:

10.3791/69640

28 luglio 2026

In questo articolo

Sommario

Questo protocollo descrive tre metodi di sigillatura semplici per la fabbricazione di un dispositivo microfluidico ibrido che integra componenti in policarbonato e silicio. Implementando strategie di legame con solventi, compressione termica e compressione meccanica, consentiamo tecniche di sigillatura affidabili a bassa temperatura che evitano apparecchiature specializzate per dispositivi ibridi microfluidici.

Abstract

I dispositivi ibridi microfluidici che combinano termoplastiche con substrati rigidi, come silicio e vetro, permettono applicazioni biologiche avanzate ma sono difficili da collegare a causa delle differenze nelle proprietà termiche e meccaniche. Queste sfide rendono inadatti i metodi convenzionali ad alta temperatura e alta pressione, motivando la necessità di strategie alternative di sigillatura. Qui presentiamo tre strategie di sigillatura relativamente a basso costo per dispositivi microfluidici policarbonato-silicio: legame solvente con mascheratura protettiva per preservare la geometria del canale; strato di legame termico a bassa temperatura utilizzando uno strato interstrato in polietilene a bassa densità (LDPE) da 100 μm; e compressione meccanica con un cavo a O-ring che funge da guarnizione. Ogni approccio richiede passaggi di progettazione e assemblaggio su misura per garantire guarnizioni a tenuta di perdite. Queste strategie non richiedono attrezzature specializzate né infrastrutture costose, rendendole particolarmente adatte per prototipare dispositivi microfluidici ibridi in laboratori di ricerca accademica e ambienti con risorse limitate. Il legame solvente ha prodotto la massima resistenza alle perdite (fino a 692 mmHg) con un'interfaccia robusta policarbonato–policarbonato, mentre la compressione delle guarnizioni ha prodotto le guarnizioni più riproducibili e visivamente pulite con una caduta di pressione minima (2 mmHg a 10 mL/min). Al contrario, il legame LDPE ha mostrato intrusione di canale, aumento della perdita di pressione (196 mmHg) e episodi di delaminazione.

Introduzione

I sistemi microfluidici consentono la manipolazione controllata di piccoli volumi di fluidi e sono diventati strumenti essenziali nelle applicazioni biomediche, tra cui diagnostica punto di cura 1,2, piattaforme organ-on-chip 3,4 e tecnologiesensori 5,6. Nonostante la diversità delle loro applicazioni, questi dispositivi condividono esigenze ingegneristiche fondamentali: selezione appropriata dei materiali, strategie di fabbricazione riproducibili e biocompatibilitàsostenuta 7,8. Questi requisiti diventano più severi nei sistemi di contatto con il sangue, dove materiali e architetture di dispositivi devono garantire l'emocompatibilità, formare una sigillatura solida del fluido e mantenere parametri fisiologici di flusso come lo stress di taglio e i gradientidi pressione 9,10,11.

I sistemi microfluidici ibridi integrano termoplastiche con substrati rigidi come silicio e vetro, ampliando la funzionalità dei dispositivi biomedici (Figura Supplementare S1)12,13,14,15,16,17. Questo approccio è particolarmente interessante per applicazioni di contatto con il sangue, dove componenti meccanicamente fragili ma altamente precisi in silicio o vetro sono accoppiati a alloggiamenti polimerici a basso costo per consentire progetti scalabili ebiocompatibili 18,19,20,21,22,23,24 . Sebbene i PDMS e i microdispositivi termoplastici rimangano prevalenti grazie alla loro semplicità di fabbricazione, questi materiali limitano la resistenza chimica, la durabilità meccanica e l'incorporazione di materiali funzionali rigidi, stimolando lo sviluppo di architettureibride 25,26,27,28. Nonostante i vantaggi dei dispositivi ibridi, assemblare materiali dissimili presenta sfide intrinseche. Le differenze nell'espansione termica e nelle proprietà meccaniche possono compromettere l'integrità della tenuta, e le condizioni di fabbricazione devono essere strettamente controllate per preservare l'emocompatibilità, mantenere la geometria dei canali e prevenire danni alle strutture fragili di silicio o vetro. L'implementazione di successo dei sistemi ibridi, quindi, dipende da scelte deliberate delle proprietà dei materiali con strategie di fabbricazione appropriate.

I materiali termoplastici, inclusi policarbonato e poli(metilmetacrilato) (PMMA), sono ampiamente utilizzati nei sistemi microfluidici perché offrono resistenza meccanica, biocompatibilità, efficienza dei costi e sono compatibili con strategie di fabbricazione scalabili come il legame con solventi, la termocompressione e gliadesivi 12,29,30,31,32,33,34,35. Al contrario, i substrati di silicio e vetro offrono una resistenza chimica migliorata e geometrie ad alta precisione, eppure la loro integrazione con i termoplastici rimane tecnicamente difficile a causa delle disparità nella chimica superficiale e nelle proprietàmeccaniche 36,37,38,39. Il legame termocompressione convenzionale può sottoporre componenti fragili al silicio o al vetro a pressioni elevate, aumentando il rischio di crepe. In alternativa, gli approcci basati su adesivi possono ridurre lo stress meccanico ma introdurre variabilità nell'uniformità del legame o sollevare preoccupazioni riguardo alla biocompatibilità a lungotermine 40.

Il nostro laboratorio sta sviluppando dispositivi a contatto con il sangue destinati a funzioni di sostituzione degli organi, inclusi ossigenatori edemofiltri 17,21. Questi sistemi integrano membrane nanoporose di silicio come elementi funzionali attivi con alloggiamenti in policarbonato che stabiliscono il percorso del flusso sanguigno e forniscono supportomeccanico 18,19,21. Ottenere una fabbricazione robusta e scalabile di queste piattaforme dipende da un legame affidabile tra questi materiali diversi.

Questo lavoro valuta tre approcci di legame sviluppati per affrontare i vincoli dei metodi convenzionali di assemblaggio ad alta temperatura e alta pressione utilizzati nei sistemi microfluidici ibridi policarbonato–silicio. Il design della piattaforma deriva dagli sforzi in corso per sviluppare componenti modulari per un ossigenatore a membranaextracorporea microfluidica 17. Il dispositivo incorpora un alloggiamento rigido in policarbonato che garantisce stabilità meccanica e definisce un canale di flusso sanguigno lavorato, integrato con una membrana semipermeabile in silicio pensata per facilitare lo scambio gasso. Per isolare le prestazioni di legame durante i test, è stato utilizzato un substrato di silicio non poroso al posto della membrana funzionale.

I tre approcci di legame valutati erano: 1) un metodo a base di solvente che evita carichi meccanici ad alta temperatura e significativi con una strategia di mascheramento protettivo per preservare la geometria del canale, 2) una tecnica di legame termico a bassa temperatura che incorpora uno strato interstrato di polietilene a bassa densità (LDPE) da 100 μm tra piastre di policarbonato, e 3) una configurazione meccanicamente sigillata utilizzando un cavo a guarnizione O-ring posizionato attorno al canale fluidico. Queste strategie sono state confrontate sistematicamente per determinarne la fattibilità e l'affidabilità per la prototipazione rapida di dispositivi microfluidici ibridi in un contesto di ricerca di laboratorio. Tutti i metodi sono stati progettati per consentire l'assemblaggio a bassa temperatura sostenendo pressioni di funzionamento moderate (10–700 mmHg) e condizioni di flusso rilevanti per i sistemi microfluidici a contatto sanguigno. L'articolo seguente si basa su un capitolo della tesi del primoautore 41.

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Protocollo

1. Progettazione del dispositivo: modifiche all'alloggiamento in policarbonato

NOTA: Ogni strategia di bonding richiedeva modifiche mirate al design dell'alloggiamento in policarbonato. La disposizione microfluidica di base è stata quindi adattata per facilitare l'implementazione semplice ed efficace di diversi approcci di bonding per i nostri dispositivi ibridi. I file di progettazione del dispositivo sono forniti nel File Supplementare 1.

  1. Progettazione generale delle abitazioni
    1. Progetta lo strato di policarbonato includendo un sedile incassato per il chip di silicio con una vasca perimetrale interna per contenere adesivo epossidico.
  2. Considerazioni progettuali per il bonding LDPE
    1. Includere fori per perni a perno nel design della carcassa per consentire un allineamento preciso degli strati di policarbonato e del foglio LDPE.
    2. Considera l'altezza aggiuntiva del canale creata dallo spessore dello strato LDPE.
    3. Assicurarsi che le caratteristiche finali del progetto LDPE siano le seguenti: superficie sigillata: ~15cm 2, altezza canale bersaglio: 200 μm.
  3. Considerazioni progettuali per il legame con solventi
    1. Includere fori per perni per perni per consentire l'allineamento tra gli strati di policarbonato.
    2. Regolare l'altezza del canale per compensare la possibile riduzione dell'altezza dopo il legame con il solvente.
    3. Crea un bordo o una sporgenza incassando i bordi di un pezzo di policarbonato. Questo facilita l'evacuazione del solvente all'interfaccia di legame.
    4. Assicurarsi che le caratteristiche finali del design del solvente siano le seguenti: superficie sigillata: ~11cm 2, altezza canale bersaglio: 200 μm.
  4. Considerazioni progettuali per il bonding a compressione a guarnizione
    1. Progetta un ghiaccio per guarnizione per un cavo che segue il percorso del canale fluidico. Dimensiona la ghiappa per ottenere circa il 25% di compressione della sezione trasversale della guarnizione selezionata.
    2. Includere la ghiaccia della guarnizione nel pezzo inferiore in policarbonato; progetta la superficie superiore in policarbonato per essere piatta.
    3. Aggiungi dei fori per i bulloni intorno al perimetro per permettere l'uso delle viti. Per ottenere una compressione uniforme, usa rondelle o piastre di compressione resistenti. Usa bulloni per l'allineamento degli strati durante l'assemblaggio, invece dei perni a perno.
    4. Assicurarsi che le caratteristiche finali del design della guarnizione siano le seguenti: superficie sigillata: ~3cm 2, altezza del canale bersaglio: 200 μm.

2. Fabbricazione e preparazione degli strati del dispositivo

  1. Fabbrica la carcassa in policarbonato.
    1. Fabbricare gli strati di policarbonato secondo le specifiche di progettazione utilizzando un metodo appropriato (ad esempio, fresatura CNC). Per seguire questo protocollo, si effettua la lavorazione CNC per ottenere una superficie di legame piatta e una rugosità superficiale di 0,8 μm.
      NOTA: La stampa 3D è stata anch'essa valutata, ma ha causato un incurvamento, riducendo l'area effettiva di adesione.
  2. Pulisci le custodie in policarbonato e i chip di silicio.
    1. Ispezionare e pulire le alloggiate fabbricate per detriti, frese o residui di lavorazione sotto ingrandimento ottico. Risciacqua accuratamente le parti con alcol isopropilico e lascia asciugare completamente a temperatura ambiente.
    2. Ispeziona e pulisci i chip di silicio per eventuali difetti o residui in eccesso. Pulisci se necessario usando alcol isopropilico per rimuovere i residui di particelle.
      NOTA: Non è stata incorporata alcuna ulteriore preparazione superficiale ai fini di questa valutazione.
  3. Prepara adesivo epossidico.
    1. Mescola una resina epossidica a due parti secondo le istruzioni del produttore. Lascia che l'epossidica indurisca parzialmente a temperatura ambiente fino a raggiungere una viscosità più spessa, adatta a un'applicazione precisa.
  4. Applica l'epossidica e monta il chip di silicio.
    1. Carica l'epossidica viscosa in una siringa dotata di un ago dispensatorio. Applica una goccia controllata di epossidica nella scomparsa che circonda il sedile a trucioli.
    2. Posiziona delicatamente il chip di silicone nel sedile incassato, assicurandoti un pieno contatto con l'epossidica e senza bolle d'aria intrappolate. Applica ulteriore resina epossidica se necessario per riempire eventuali lacune.
      NOTA: L'uso di epossidica viscosa parzialmente polimerizzata minimizza il trabocco oltre l'area di legame. Tuttavia, le bolle intrappolate possono creare punti di rottura, quindi considera lo sgazsaggio o il ritiro delle bolle residue dalla sacchierata.
  5. Cura il legame primario.
    1. Lascia asciugare l'insieme a temperatura ambiente o a bassa temperatura (<40 °C).
      NOTA: Evitare un riscaldamento eccessivo, poiché il policarbonato ha una bassa temperatura di transizione vitrea (150 °C), che può causare deformazione o curvatura.
  6. Sigilla le fessure residue.
    1. Prepara un nuovo lotto di epossidica e caricalo in una siringa dotata di un ago sottile (ago da 27–30 G). Fai passare una sottile perla di epossidica lungo la giuntura perimetrale tra la custodia in silicio e policarbonato, permettendo all'epossidica di riempire le crepe. Lascia asciugare completamente lo strato di epossidica sigillante prima di maneggiarlo ulteriormente.

3. Legame a solventi

  1. Applica del nastro adesivo per definire le pareti dei canali. Nastro adesivo tagliato al laser per adattarsi alla forma delle pareti dei canali.
    NOTA: Il nastro diagnostico microfluidico è stato utilizzato per le pareti temporanee dei canali (vedi la Tabella dei Materiali).
  2. Rimuovi uno strato di rivestimento dal nastro. Allinea e applica il nastro sulle superfici delle pareti del canale usando perni a perno per l'allineamento.
  3. Rivestire il canale fluidico con alcol polivinilico (PVA). Aggiungi abbastanza soluzione PVA all'1% per coprire l'intera area del canale fluidico. Lascia asciugare completamente la soluzione PVA a temperatura ambiente.
    NOTA: Il PVA non si dissolve facilmente nel diclorometano, proteggendo quindi epossidica, silicio, così come rivestimenti come PDMS e PEG.
  4. Togli la maschera adesiva. Una volta che lo strato di PVA è completamente indurito, rimuovere con cura l'adesivo a doppia faccia, lasciando un canale fluidico rivestito di PVA. Ispezionare e, se necessario, pulire eventuali residui di adesivo dai muri del canale.
  5. Assembla gli strati di policarbonato. Allinea le alloggiate in policarbonato superiore e inferiore usando perni a perno.
  6. Applica il solvente lungo l'interfaccia di adesione.
    1. Riempi una siringa da 5 mL con un ago da 30 G con il solvente scelto (ad esempio, diclorometano, acetone). Posiziona la punta della siringa sul bordo o sul bordo creato nel design del dispositivo. Distribuire con attenzione il solvente lungo il bordo o la sporgenza su entrambi i lati dell'assemblaggio, permettendo al solvente di entrare nell'interfaccia di legame e raggiungere la barriera PVA.
      NOTA: Esegui tutta la gestione dei solventi in una cappa chimica indossando guanti e protezione per gli occhi. Dispensa il solvente in modo costante per minimizzare la formazione di bolle all'interfaccia. ATTENZIONE: Smaltire il solvente in eccesso in un contenitore di rifiuti chimici etichettato e appropriato in conformità con le linee guida istituzionali.
  7. Applica pressione e polimerizza.
    1. Posiziona un peso moderato (circa 2–3 libbre) in modo uniforme sopra il dispositivo assemblato. Lascia asciugare completamente il dispositivo a temperatura ambiente per 10–15 minuti.
    2. Al microscopio, assicurati che non siano presenti bolle grandi per ridurre i punti di rottura.
  8. Rimuovi lo strato sacrificale PVA. Dopo l'indurimento, si fa scorrere acqua deionizzata a 80 °C attraverso il canale fluidico a basse portate (1–5 mL/min) per almeno 3 ore per dissolversi e rimuovere il rivestimento PVA. Consentire fino a 24 ore di flusso d'acqua per garantire la completa rimozione del PVA.
    1. Ispeziona visivamente il dispositivo per eventuali residui di PVA nel canale. Se è evidente PVA, ripetere il flusso d'acqua finché non è visivamente percepibile alcun PVA.

4. Legame LDPE

  1. Prepara i fogli di adesione con LDPE. Fogli di polietilene a bassa densità (LDPE) tagliati al laser per adattarsi alla forma delle aree delle pareti del canale. Per un foglio LDPE da 100–200 μm, si utilizza il 75% di potenza e il 100% di velocità per il taglio laser desktop di riferimento (vedi la Tabella dei Materiali).
  2. Pulisci i fogli LDPE.
    1. Ispeziona i fogli di LDPE tagliati al laser per la presenza di cenere, residui o particelle. Risciacquo accuratamente con alcol isopropilico (IPA) e lascia asciugare completamente.
  3. Assembla la custodia con strati di LDPE.
    1. Allinea i squacci in LDPE sulle pareti laterali del canale del fluido usando perni a perno per l'allineamento. Posiziona il pezzo superiore in policarbonato sull'assemblaggio inferiore, incastrando gli strati di LDPE all'interfaccia di adesione.
  4. Unisci l'insieme in un forno riscaldato.
    1. Inserire la custodia assemblata in un forno programmabile preriscaldato impostato a 145 °C con un sensore di temperatura.
    2. Applicare una pressione moderata (2–3 libbre per pollice quadrato (PSI)) sulla parte superiore dell'insieme utilizzando un peso calibrato come una piastra metallica.
  5. Completa l'assemblaggio.
    1. Dopo 2 ore, rimuovi l'assemblaggio dal forno. Assicurati una trasparenza uniforme con LDPE su tutta la superficie incollata. Lascia raffreddare il dispositivo a temperatura ambiente in condizioni ambientali.

5. Sigillatura della guarnizione

  1. Taglia e posiziona la guarnizione.
    1. Taglia il materiale del cavo della guarnizione alla lunghezza richiesta per adattarsi al percorso del canale fluidico.
    2. Inserisci il cavo della guarnizione nella ghiaccia sulla carcassa inferiore in policarbonato, assicurando un adattamento stretto e continuo lungo tutto il percorso.
  2. Assembla la custodia.
    1. Allinea il pezzo superiore in policarbonato con quello inferiore usando bulloni per l'allineamento. Inserire i bulloni attraverso lo strato superiore e nel dado esagonale, inclusi rondelle o una piastra di compressione secondo necessità per distribuire la pressione in modo uniforme.
  3. Stringi i bulloni per sigillare l'insieme.
    1. Stringi a mano ogni vite per tenere in posizione bulloni e dispositivo.
    2. Usa una chiave dinamometrica per stringere ogni vite, muovendosi in forma di croce.
    3. Stringi a 0,5 lb-in per evitare di crepare il chip di silicio o deformare la carcassa in policarbonato. Stringi ancora di più se necessario.
      NOTA: La compressione uniforme è fondamentale per garantire una tenuta ermetica e per evitare crepe nel silicio.

6. Porta di ingresso-uscita (I/O)

NOTA: I seguenti passaggi sono stati ottimizzati per valutare il design del nostro dispositivo ibrido, come illustrato nel resto del protocollo. I seguenti passaggi in questa sezione non sono necessari per l'uso delle tecniche di legame. Il design della porta I/O utilizzato in questa parte è stato aggiunto al Supplemental File 1.

  1. Progettare e fabbricare la porta I/O appropriata per il progetto microfluidico.
    1. Progetta una porta I/O che possa adattarsi al design microfluidico e collegarsi a un circuito fluidico (cioè, raccordo per tubi, luer lock).
    2. Stampa 3D del design con una stampante 3D ad alta precisione.
      NOTA: Altre porte I/O possono essere utilizzate per il progetto, come porte I/O acquistate o connettori a bloccaggio luer.
  2. Collega le porte I/O al dispositivo microfluidico assemblato.
    1. Prepara la resina epossidica secondo le istruzioni del produttore e inseriscila in una siringa da 1 mL con un ago da 27 G.
    2. Erogare 100–200 μL sulla faccia delle porte I/O, facendo attenzione a non far intraparare epossidica nel percorso di flusso, e collegare le porte I/O alle porte del dispositivo microfluidico. Lascia asciugare per 24 ore.

7. Test del dispositivo

  1. Collega il dispositivo ibrido microfluidico a un circuito fluidico.
    1. Utilizzando tubi della pompa peristaltica (vedi la Tabella dei Materiali), collega in serie un serbatoio d'acqua, una pompa a rulli, un sensore di pressione e il dispositivo ibrido microfluidico.
    2. Posizionare il sensore di pressione il più vicino possibile all'ingresso del dispositivo per garantire misurazioni di pressione accurate.
  2. Test di pressione e perdite
    1. Pompa acqua attraverso il circuito a una portata iniziale di 10 mL/min.
    2. Aumentare la portata a incrementi di 10 mL/min ogni minuto.
    3. Misura e registra la pressione a ogni portata di portata. Se è necessaria una pressione aggiuntiva, si aggiunge una restrizione dell'ago a valle del dispositivo per aumentare la resistenza del circuito.
    4. Definisci la pressione nominale come la pressione alla quale si verifica la prima perdita visibile.
  3. Test di caduta di pressione
    1. Utilizzando lo stesso circuito, inserire un secondo sensore di pressione immediatamente a valle del dispositivo.
    2. Scorre l'acqua a una portata selezionata (10 mL/min in questo studio).
    3. Calcola la caduta di pressione attraverso il dispositivo come la differenza tra le misurazioni di pressione pre- e post-dispositivo.

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Risultati

La Figura 1 riassume la sequenza complessiva di assemblaggio per i tre approcci di legame valutati in questo studio. L'architettura del dispositivo consisteva in due strati di policarbonato lavorato, ciascuno incorporato con un canale fluidico. Un elemento di silicio veniva incollato a ciascun strato per completare metà del percorso di flusso previsto. Le strategie di sigillatura selezionate sono state poi utilizzate per unire i due assemblaggi in policarbon...

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Discussione

Un involucro e una sigillatura affidabili continuano a presentare sfide significative nei sistemi microfluidici ibridi, in particolare quando l'integrità strutturale deve essere mantenuta durante il funzionamento pressurizzato. La fabbricazione standard di dispositivi microfluidici ha sfruttato una vasta gamma di strategie di adesione, tra cui saldatura laser, legame termico, strati adesivi e modifiche chimiche della superficie, a seconda del materiale e dell'appl...

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Dichiarazioni

SR è il fondatore di Silicon Kidney. NCH, DGB e SR sono co-inventori di un brevetto provvisorio relativo alla tecnologia descritta in questo manoscritto. Gli autori non hanno altri interessi concorrenti da dichiarare.

Ringraziamenti

Grazie al dottor Dorian Liepmann dell'UC Berkeley per la sua guida e la sua competenza nella fabbricazione di dispositivi microfluidici.

Finanziamento: Sovvenzione U01 EB025136 dei National Institutes of Health, Borsa R21 HD113527 dei National Institutes of Health, PR2104827 del Dipartimento della Difesa, Programma di Sviluppo degli Scienziati Pediatrici & March of Dimes, Istituti Nazionali di Salute K12HD047349

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Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
.040" (1.00 mm) Buna-N 70 O-Ring Cord StockThe O-Ring StoreN70.040Guarnizione da 1 mm utilizzata nell'assemblaggio; diametro regolabile per design
18-8 Stainless Steel Dowel PinMcMaster90144A876Usato per l'allineamento in LDPE e incollaggio con solvente
18-8 Stainless Steel WasherMcMaster92141A006Usato nell'assemblaggio della guarnizione
316 Stainless Steel Ultra-Low-Profile Socket Head ScrewMcMaster91223A315Viti utilizzate nell'assemblaggio della guarnizione
CAD SoftwareOnShape o SolidWorks (o equivalente)Usato per il design del dispositivo
Desktop CO2 Laser CutterUniversal Laser Systems (o equivalente)Usato per il taglio di fogli LDPE e nastro adesivo
Dichloromethane, anhydrous, 99.7+%ThermoFisher047352.M1Solvente usato per l'incollaggio con solvente
Digital Torque ScrewdriverChecklineTSD-400Usato per applicare una compressione controllata nell'assemblaggio della guarnizione
Epoxy Resin, two-partEpoxy Technology (o equivalente)MED-302Usato per l'incollaggio del silicone al policarbonato
Hex Nut, Low-Strength SteelMcMaster90480A007Usato con viti per la compressione della guarnizione
Low-Density Polyethylene (LDPE) FilmMcMaster8593K71Foglio LDPE da 100-200 µm per l'incollaggio termico
Microfluidic Diagnostic Adhesive Tape3M9965; 9972AUsato come strato di mascheratura temporaneo durante l'incollaggio con solvente
Peristaltic Pump Tubing (Size 16 equivalent)Masterflex (o equivalente)Compatibile con la pompa rotante usata nei test
Polycarbonate Housing (machined)Xometry (o equivalente)Strati di dispositivo in policarbonato lavorati a CNC
Pressure SensorUsato per misurare le pressioni di ingresso e di uscita
Programmable Laboratory OvenCapace di mantenere 145 °C per l'incollaggio LDPE
Roller PumpUsato per test di pressione e flusso
Silicon Substrate (solid chip)MicroDicing (o equivalente)Usato come componente siliconico modello
Stainless Steel Dispensing Needles with Luer LockMcMaster75165A688Usate per l'erogazione di epossidico e solvente

Riferimenti

  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).

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