Name: High Throughput Microfluidic rapido ed economico prototipazione metodi a basso Packaging (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-12-23T13:45:00.000+00:00
Duration: 7 min 51 s
Description: Scopri tecniche di prototipazione rapida per microfluidica utilizzando interconnettori rimovibili in PDMS. Questo metodo consente di assemblare sistemi microfluidici monouso o riutilizzabili per applicazioni biologiche.

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Gli autori riconoscono il sostegno finanziario del NSERC e della Canada Research Chair in Smart Medical Devices e sono grati per i vari strumenti forniti da CMC Microsystems e ReSMiQ. Si ringrazia Laurent Mouden per il suo contributo a questo lavoro.

1. Interconnettore rimovibile basato su PDMS per applicazioni microfluidiche a bassa pressione15-16
<ol>
	<li>Preparazione 
	Questa sezione descrive i diversi passaggi per preparare il vetro e il PDMS al fine di produrre l'interconnettore.
	<ol>
		<li>Preparare il PDMS: Mescolare il PDMS e l'agente indurente con un rapporto (10:1).</li>
		<li>Assicurarsi che la temperatura del forno sia stabilizzata a una temperatura costante di 80 °C. A seconda del forno, utilizzare un dispositivo di misurazione per rilevare la temperatura del forno e quindi monitorarla manualmente.</li>
		<li>Pulire accuratamente la capsula di Petri con etanolo.</li>
		<li>Pulire la superficie dei fori di accesso microfluidici dove verrà posizionato l'interconnettore PDMS.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Fabbricazione 
	L'interconnettore descritto in questo documento è essenzialmente una guarnizione conforme. Questa guarnizione è formata da PDMS e contiene fori in cui possono essere inseriti i microtubi. Si autoaderisce alla superficie di un chip microfluidico, per formare una tenuta a prova di perdite tra il microtubo e i fori di accesso ai microcanali nel chip. 
	Utilizzare i seguenti passaggi per fabbricare l'interconnettore.
	<ol>
		<li>Versare uno strato sottile (circa 2 mm) di PDMS (liquido) in una capsula di Petri.</li>
		<li>Lasciare polimerizzare leggermente il PDMS ad una temperatura di 80 °C in forno per 12-15 min. Posizionare contemporaneamente il chip microfluidico a cui verrà effettuato il collegamento nel forno, in modo che sia alla stessa temperatura.</li>
		<li>Quando il PDMS inizia a polimerizzare, rimuoverlo dal forno di polimerizzazione.</li>
		<li>Utilizzare un punzone per biopsia per formare fori del diametro desiderato nella superficie microfluidica del chip.</li>
		<li>Utilizzando la lama, tagliare il pezzo richiesto di PDMS. 
		NOTA: Si consiglia di tagliare inizialmente un pezzo di materiale più grande di quello che sarà eventualmente necessario. Per evitare l'uso di connettori multipli, è auspicabile che un dato interconnettore PDMS sia tagliato in una forma quadrata e che i fori siano perforati, in modo da conformarsi al numero massimo possibile di fori sul chip dell'utente.</li>
		<li>Mantenere i fori leggermente più piccoli del diametro esterno del microtubo.</li>
		<li>Rimuovere rapidamente il PDMS dalle piastre di Petri e posizionarlo sul chip microfluidico.</li>
		<li>Assicurarsi che non vi sia polvere sul PDMS o sul chip e assicurarsi che i fori di accesso sul chip microfluidico siano allineati con quelli del PDMS.</li>
		<li>Utilizzando un microposizionatore, inserire i tubi (ad es. tubi in teflon) attraverso l'interconnettore PDMS. I tubi devono avere un diametro del foro di accesso microfluidico pari al 110% per evitare perdite di liquido. Gli stessi tubi possono essere collegati al sistema di iniezione del liquido a seconda dell'applicazione dell'utente. 
		nota: Posizionare sempre le provette utilizzando un microposizionatore, lo strato PDMS non è molto spesso e può essere staccato se le provette sono attorcigliate.</li>
		<li>Se necessario, aggiungere resina epossidica tra il tubo e il PDMS per una migliore aderenza. 
		Un esempio dell'interconnettore completato è mostrato nelle figure e in Ghallab e Badawy2.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. Interconnessione di microtubi in applicazioni microfluidiche con resina epossidica17 
Quando si fabbrica un interconnettore, assicurarsi che il bordo del microtubo sia tagliato correttamente. Utilizzare una nuova lama affilata per tagliare il bordo del microtubo dritto e per garantire che il contatto tra i microtubi e il foro di accesso sia uniforme.
<ol>
	<li>Utilizzando il microposizionatore, posizionare con cura il microtubo nel foro di accesso del chip microfluidico.</li>
	<li>Applicare una piccola pressione sull'erogatore di resina epossidica per depositare la resina epossidica sui fori di accesso o posizionarla manualmente.</li>
	<li>Lasciare indurire la resina epossidica utilizzando i seguenti passaggi:
	<ol>
		<li>Epossidica polimerizzabile con raggi UV: Esporre la resina epossidica UV a una fonte UV per 3-10 minuti, a seconda della quantità di resina epossidica utilizzata. Per maggiori dettagli, fare riferimento alle specifiche epossidiche.</li>
		<li>Epossidico standard: se il substrato microfluidico deve essere utilizzato solo a RT, mantenere l'indurimento epossidico per 24 ore a RT. Se il substrato deve resistere alle alte temperature, solidificare rapidamente la resina epossidica esponendola a 100 °C utilizzando un forno o un riscaldatore, a seconda dell'applicazione. Per maggiori dettagli, fare riferimento alle specifiche epossidiche.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. Tecnica di assemblaggio per chip microfluidici riutilizzabili con interfaccia elettrica17
<ol>
	<li>Assemblaggio dei componenti 
	La Figura 2 mostra i collegamenti tra i connettori elettrici sul PCB e le piazzole elettriche sul chip microfluidico. Per assemblare i componenti PCB/chip microfluidico/plexiglas, attenersi alla seguente procedura: 
	cautela: Evitare un'eccessiva pressione di compressione, che può rompere il chip microfluidico.
	<ol>
		<li>Saldare i connettori elettrici multipin a montaggio superficiale al PCB.</li>
		<li>In caso di contaminazione superficiale sui pad elettrici del chip microfluidico, pulirli con ossigeno al plasma; altrimenti pulire i pad con etanolo.</li>
		<li>Utilizzare una lama affilata per tagliare il nastro conduttivo in piccoli pezzi con le stesse dimensioni dei cuscinetti elettrici del chip microfluidico, come mostrato nelle Figure 1 e 2.</li>
		<li>Usando una pinza, posizionare il nastro conduttivo sulle piastre elettriche del PCB.</li>
		<li>Allineare e quindi posizionare il chip microfluidico sul PCB. 
		nota: Per una precisione di posizionamento, utilizzare una macchina di allineamento.</li>
		<li>Posizionare uno strato isolante (come la carta) sul PCB per evitare cortocircuiti prima di installare le staffe metalliche, a seconda della posizione delle tracce del PCB.</li>
		<li>Fissare la staffa metallica utilizzando viti a macchina e dadi.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Smontaggio
	<ol>
		<li>Rimuovere le viti della macchina, i dadi e le staffe metalliche.</li>
		<li>Separare delicatamente il chip microfluidico e il PCB.</li>
		<li>Utilizzare l'etanolo per rimuovere l'adesivo del nastro conduttivo dalle pastiglie elettriche sul PCB e sul chip microfluidico prima del riassemblaggio.</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>
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<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>

Non c'è nulla da rivelare.

L'interconnettore PDMS è destinato ad applicazioni a bassa pressione, è necessario evitare perdite di liquido nel foro di accesso del chip quando l'interconnettore PDMS viene successivamente posizionato sul foro di accesso. Pertanto, lo spessore consigliato del PDMS è inferiore a 2 mm. Uno spessore maggiore può indurre una debole adesione del PDMS alla superficie microfluidica del chip e non è consigliato. Una prova senza successo è stata effettuata utilizzando uno spessore di 4 mm. Questo lavoro si concentra sull'aderen...

I recenti progressi nella microfabbricazione hanno portato a dispositivi microfluidici più complessi, tra cui un gran numero di elettrodi e diversi tipi di algoritmi di controllo. Tuttavia, questi progressi hanno evidenziato nuove sfide nel settore degli imballaggi. Inoltre, Lab-on-Chip (LoC) è un concetto multidisciplinare in cui dispositivi microfluidici, sistemi microelettromeccanici (MEMS), chip microelettronici e altre parti sono collegati tra loro. Di conseguenza, è impossibile sviluppare un processo di imballaggio senza considerare i diversi vincoli dei componenti LoC, come la sensibilità e la protezione dei circuiti microelettronici, i tubi e gli aspetti meccanici. Inoltre, l'imballaggio dei componenti di una determinata LoC è strettamente correlato all'applicazione1,2. Ad esempio, nelle applicazioni ottiche, la trasparenza del dispositivo è fondamentale, soprattutto a scopo di test. Pertanto, è importante monitorare il comportamento del sistema mantenendo il dispositivo osservabile. Nelle applicazioni legate alla manipolazione di celle o particelle, l'utilizzo di tecniche a bassa tensione è più attraente, con l'emergere di nuove tecnologie di microfabbricazione che facilitano la riduzione delle dimensioni degli elettrodi (da pochi micrometri a scala submicronica3-5) ma aumentano considerevolmente il numero di elettrodi a 100 o più.
D'altra parte, i LoC dedicati all'analisi chimica e biologica richiedono un'osservazione a lungo termine. Pertanto, l'imballaggio del sistema e il banco di prova devono evitare la contaminazione biologica e qualsiasi guasto nei dispositivi elettronici di LoC, oltre a mantenere il sistema osservabile.
Negli articoli pubblicati di recente, la microfluidica e i MEMS sono le parti principali di un LoC, ma altri moduli possono essere utilizzati per il monitoraggio del sistema. Di conseguenza, il test e la convalida delle architetture microfluidiche sono diventati una questione impegnativa con i nuovi approcci di microfabbricazione e le architetture ad alta complessità e produttività. Fino ad oggi non esistono piattaforme di collaudo standard o supporti per sistemi microfluidici, come avviene per gli stampi per microelettronica.
I ricercatori hanno proposto diverse tecniche di imballaggio per usi specifici, come Xie et al.6 che ha progettato un imballaggio bio-microfluidico che include un chip microelettronico per controllare la separazione del DNA nei canali microfluidici. Beebe et al.7 ha progettato un canale microfluidico con serbatoi di fluido integrati e valvole in idrogel sensibili agli stimoli per manipolare campioni di fluido. Altri sistemi propongono l'uso di sensori di flusso basati su bolle elettrolitiche per rilevare le pressioni attraverso un campo elettrico per generare bolle d'aria e misurare la pressione corrispondente8. Il sistema di rilevamento misura l'impedenza della bolla e quindi determina la pressione, il che richiede un imballaggio speciale progettato per evitare di introdurre qualsiasi interferenza nelle misure. In un altro lavoro, è stato introdotto un metodo di imballaggio microfluidico a temperatura ambiente basato sul processo di attivazione sequenzialedel plasma 9. Nonostante il fatto che questo processo possa portare a un dispositivo fortemente assemblato, presenta dei limiti quando viene utilizzato a scopo di prototipazione o quando il dispositivo viene utilizzato più volte. Quest'ultimo può comportare la sostituzione frequente di alcune parti del sistema. Inoltre, Lee et al. hanno introdotto una nuova tecnica di confezionamento, chiamata Biolab-on-IC, basata sull'utilizzo di campi magnetici per la manipolazione individuale di biglie magnetiche, in cui l'architettura microfluidica è progettata sulla parte superiore del circuito integrato10. Inoltre, l'affidabilità del packaging e l'integrazione dei sistemi microfluidici, considerando le dimensioni del sistema, gli aspetti ottici e le parti di connessione, sono questioni critiche, come dettagliato da Han e Frazier11. Quest'ultimo lavoro riflette un approccio tipico per i sistemi LoC, in cui diversi parametri devono essere fissati e misurati con precisione durante l'imballaggio.
Di conseguenza, l'imballaggio microfluidico è un problema impegnativo per la nuova generazione di dispositivi microfluidici. L'imballaggio include parti eterogenee come tubi, collegamenti elettrici e supporto microfluidico. Per i tubi, il problema principale è lo spazio molto limitato a disposizione per collegare i tubi per accedere ai fori microfluidici. Il diametro degli attuali connettori disponibili in commercio è nell'ordine di 6 mm; Tuttavia, la distanza tra i due fori di accesso si riduce con la riduzione degli ingombri dell'impianto12-13. Pertanto, abbiamo proposto una tecnica di tubazione basata su PDMS. Questo processo di tubatura è appositamente elaborato per la fase di prototipazione. Infatti, a causa del vincolo chimico, la sostituzione del tubo di connessione dopo ogni utilizzo è obbligatoria per evitare e ridurre al minimo la fuoriuscita di liquido all'interno della microstruttura e per pulire i microcanali. A tal fine, il processo descritto in questo documento è particolarmente applicabile per un progetto di prototipazione rapida.
D'altra parte, le connessioni elettriche sono fondamentali per i dispositivi microfluidici che utilizzano la manipolazione o la misurazione elettrica diretta o indiretta. A causa dell'ampia gamma di applicazioni microfluidiche, le dimensioni, la forma e il numero di contatti elettrici del dispositivo possono variare notevolmente. Pertanto, è necessario un metodo versatile, che può essere utilizzato per diverse applicazioni. Kaler et al. hanno riportato i risultati della loro piattaforma di prototipazione rapida microfluidica, che si basa su connettori ZIF (forza di inserzione zero)14. Invece di questi connettori successivi, i metodi presentati utilizzano una pellicola conduttiva adesiva anisotropa, che può essere facilmente adattata a qualsiasi forma.
Molti ricercatori non prendono in considerazione i vincoli di test quando progettano il loro dispositivo microfluidico. Nella microelettronica, ci sono molti supporti utilizzati per la prototipazione e il test, che sono chiamati supporti IC. Questi sono progettati principalmente per ridurre i tempi di prototipazione e test e offrono a ricercatori e ingegneri un modo semplice per sostituire i dispositivi in caso di guasto. Analogamente alla microelettronica, stiamo anche proponendo un nuovo pacchetto di test per dispositivi microfluidici limitato a una dimensione del dispositivo di 45 mm x 90 mm.
Le nostre tecniche proposte mirano a coprire un gran numero di dispositivi e applicazioni microfluidiche. Questi metodi possono essere adattati, estesi e aggiornati ad altre applicazioni. Il nostro obiettivo è quello di fornire uno dei primi metodi di confezionamento versatili per dispositivi microfluidici ottimizzati per le manipolazioni microfluidiche. Ad esempio, un'applicazione finale per i dispositivi confezionati con queste tecniche è la separazione di microsfere modificate in polistirene e carbossile con liquido cerebrospinale artificiale. Tuttavia, possono essere utilizzati in altre applicazioni con soluzioni diverse.
Nel resto di questo articolo, vengono presentate e confrontate tre diverse tecniche di tubi, 2 metodi di connessione elettrica e un metodo di imballaggio microfluidico.

<table><tbody><tr><td>Epossidico 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 Epossidico</td><td>Epotek</td><td>OG159</td><td></td></tr><tr><td>Micropompa</td><td>Harvard Apparecchio</td><td>PHD Ultra</td><td></td></tr><tr><td>PCB</td><td>Circuiti avanzati Plexiglass</td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td>Ecole Polytechnique</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Adesivo conduttivo pellicola</td><td>3M</td><td>9703</td><td></td></tr></tbody></table>

high throughput microfluidic rapido ed economico prototipazione metodi a basso packaging

High Throughput Microfluidic Rapid and Low Cost Prototyping Packaging Methods

In questo lavoro, vengono presentate 3 diverse tecniche di imballaggio e assemblaggio. Possono essere classificati in due categorie: tecniche di imballaggio monouso e riutilizzabili.
La tecnica di imballaggio monouso utilizza resine epossidiche a base UV e termopolimerizzanti per collegare i microtubi ai fori di accesso, il wire-bonding per le connessioni dei circuiti integrati e la resina epossidica d'argento per le connessioni elettriche. Questo metodo si basa su una robusta tecnica di assemblaggio in grado di supportare una pressione relativamente alta vicina a 1 psi e non necessita di alcun supporto per rafforzare l'architettura microfluidica.
Le tecniche di imballaggio riutilizzabili consistono in interconnettori per microtubi basati su PDMS e pellicole adesive anisotropiche per connessioni elettriche. Questi dispositivi sono più sensibili e fragili. Di conseguenza, alla struttura microfluidica viene aggiunto un supporto in plexiglas per migliorare il contatto elettrico quando si utilizzano pellicole adesive anisotrope, e anche per rafforzare l'architettura microfluidica. Inoltre, è necessario un micromanipolatore per la manutenzione dei tubi utilizzando un sottile strato PDMS per collegarli ai fori di accesso. Diversi spessori di strato PDMS, compresi tra 0,45 e 3 mm, vengono testati per confrontare la migliore aderenza rispetto ai tassi di iniezione. Le velocità di iniezione applicate variano rispettivamente da 50 a 300 μl/ora per strati PDMS da 0,45 a 3 mm. Queste tecniche sono applicabili principalmente per applicazioni a bassa pressione. Tuttavia, possono essere estesi per quelli ad alta pressione attraverso il processo plasma-ossigeno per sigillare in modo permanente il PDMS su substrati di vetro. Il vantaggio principale di questa tecnica, oltre al fatto di essere riutilizzabile, consiste nel mantenere il dispositivo osservabile quando la lunghezza del microcanale è molto corta (nell'ordine di 3 mm o inferiore).

La Figura 3 illustra uno schema dettagliato della tecnica di imballaggio proposta. La soluzione di imballaggio è stata testata con diversi spessori e dimensioni PDMS per caratterizzare un processo di imballaggio trasparente ed efficiente per microsistemi ibridi/microfluidici come mostrato nelle Figure 4 e 5. Le dimensioni dello strato di interconnessione PDMS progettato sono 6 mm x 6 mm e viene utilizzato per collegare due fori di accesso. Tuttavia, con i principali conn...

In questo articolo descriviamo diverse tecniche per le piattaforme di prototipazione rapida microfluidica. Le tecniche proposte si basano su resine epossidiche sensibili ai raggi ultravioletti (UV) e termopolimerizzanti, tubi a base di polidimetilsilossano (PDMS), wire-bonding e film adesivi anisotropi. Le procedure di assemblaggio presentate sono sviluppate sia per dispositivi monouso che per sistemi microfluidici riutilizzabili.

High Throughput Microfluidic rapido ed economico prototipazione metodi a basso Packaging

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

L'obiettivo generale di questa procedura è quello di presentare diverse opzioni per le piattaforme di prototipazione rapida microfluidica. Ciò si ottiene fabbricando prima un interconnettore rimovibile utilizzando PDMS. Il secondo passo consiste nel fissare direttamente i microtubi nell'interconnettore o al chip microfluidico.Successivamente, i chip microfluidici vengono assemblati e collegati a un'interfaccia elettrica. Alla fine, il fluido viene fatto fluire attraverso l'interconnettore e nel chip microfluidico a velocità diverse. Per valutare la forza dell'interconnettore PDMS, ho avuto l'idea di questo metodo durante la progettazione di un chip microfluidico ad alto ingresso elettrico e avevo bisogno di un interconnettore facilmente rimovibile per testare diversi modelli di propagazione del campo elettrico del canale ENC con un gran numero di elettrodi del canale ENC.Per iniziare, preparare il PDMS mescolando il PDMS e l'agente indurente in un rapporto di 10 a uno, quindi degassare la miscela mettendola sotto vuoto per 60 minuti. Successivamente, preriscaldare la temperatura del forno a 80 gradi Celsius e attendere che la temperatura si stabilizzi mentre il forno si riscalda. Pulire la superficie del chip microfluidico in cui verrà posizionato l'interconnettore PDMS utilizzando etanolo.Lasciarlo asciugare in un luogo privo di polvere. Trasferire la teglia di PDMS nel forno preriscaldato e lasciare che il PDMS polimerizzi leggermente a 80 gradi Celsius per 12-15 minuti, posizionare il chip microfluidico a cui verrà effettuato il collegamento nel forno con lo strato PDMS in modo che sia alla stessa temperatura dopo 15 minuti. Rimuovere il PDMS e il chip microfluidico dal forno di polimerizzazione.Quindi usa una lama di rasoio per ritagliare un pezzo di PDMS di cinque per cinque millimetri. Quindi praticare due fori da due millimetri attraverso lo strato PDMS. Rimuovere il PDMS dalle piastre di Petri e posizionarlo sopra il chip microfluidico.Fare attenzione ad allineare con precisione i fori, quindi premere delicatamente il PDMS in posizione. Con l'interconnettore in posizione, tagliare tubi in teflon di due millimetri di diametro con un diametro interno di 100 micron, utilizzando una nuova lama in modo che il bordo del microtubo finisca tagliato perpendicolarmente alla sua lunghezza. Il tubo deve essere sufficientemente lungo da poter essere collegato a una pompa a siringa senza applicare alcuna sollecitazione all'interconnettore.Utilizzando un micro posizionatore, inserire i tubi attraverso lo strato di interconnessione PDMS, se necessario, aggiungere resina epossidica tra il tubo e il PDMS per una migliore aderenza. Quindi collegare l'altra estremità dei tubi al sistema di iniezione del liquido. In alternativa all'interconnettore basato su PDMS, è possibile utilizzare la resina epossidica per fissare in modo permanente i microtubi in posizione.A tale scopo, utilizzare il microposizionatore per posizionare con cura il microtubo nel foro di accesso del chip microfluidico. Quindi applicare una resina epossidica standard o polimerizzabile ai raggi UV attorno ai fori di accesso e polimerizzarla secondo le specifiche del produttore. Per iniziare a saldare i connettori elettrici a pin multipli a montaggio superficiale su un circuito stampato.Quindi ispezionare le pastiglie elettriche del chip microfluidico e pulire qualsiasi contaminazione superficiale esponendola all'ossigeno al plasma per circa 10 minuti con più o meno tempo, a seconda della quantità di pulizia richiesta. Se non viene rilevata alcuna contaminazione superficiale, è sufficiente pulire i tamponi con etanolo. Quindi, usa una lama affilata per tagliare il nastro conduttivo in piccoli pezzi di due millimetri per un millimetro in modo che abbiano le stesse dimensioni dei chip microfluidici.Pastiglie elettriche. Quindi utilizzare una pinza pulita per posizionare il nastro conduttivo sul circuito stampato sopra i cuscinetti elettrici. Allineare il chip microfluidico con l'interconnettore già posizionato sopra il circuito stampato.Utilizzando una macchina di allineamento, posizionare uno strato isolante come la carta sul circuito stampato per evitare cortocircuiti, quindi fissare la staffa metallica utilizzando viti e dadi a macchina con il gruppo completo. Iniziare a testare le singole configurazioni facendo scorrere acqua deionizzata attraverso la pompa a siringa. Aumentare lentamente la velocità della pompa fino a quando il sistema inizia a perdere, a quel punto è stata raggiunta la pressione massima.Dopo l'esperimento, rimuovere i dadi delle viti a macchina e le staffe metalliche. Quindi separare delicatamente il chip microfluidico e il circuito stampato. Infine, utilizzare l'etanolo per rimuovere l'adesivo del nastro conduttivo dalle pastiglie elettriche sul circuito stampato e sul chip microfluidico prima del riassemblaggio.Nella tabella riportata di seguito vengono confrontate tre diverse tecniche di fissaggio dei tubi di interconnessione. L'interconnettore PDMS è consigliato per l'uso con applicazioni a bassa pressione quando il design microfluidico deve essere scoperto e richiede una prototipazione rapida. La resina epossidica standard e UV fornisce una forte interconnessione e può essere utilizzata sia per applicazioni a bassa che ad alta pressione, ma crea una tenuta permanente con il dispositivo, che potrebbe essere indesiderata.Gli interconnettori PDMS sono mostrati qui confrontati con alcune delle configurazioni di interconnettore più comuni. L'interconnettore PDMS di un millimetro di spessore può resistere a una pressione tre volte superiore rispetto all'interconnettore di 0,45 millimetri di spessore. Ciò si riferisce a cinque volte la portata per l'interconnettore di un millimetro di spessore rispetto all'interconnettore da 0,45 millimetri Una volta padroneggiata, questa tecnica può essere completata in 10-20 minuti se eseguita correttamente.

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