Name: ハイスループットマイクロ流体の迅速かつ低コストのプロトタイピング包装方法 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-12-23T13:45:00.000+00:00
Duration: 7 min 51 s
Description: 学ぶマイクロ流体デバイスの迅速プロトタイピング手法。PDMSを用いた着脱可能なインターコネクタの作製と、マイクロチューブの固定、電気インターフェースへの接続方法を解説。低圧用途での高速プロトタイピングに適した実用的な技術です。

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著者らは、NSERCとCanada Research Chair in Smart Medical Devicesからの財政的支援に感謝し、CMC MicrosystemsとReSMiQが提供するさまざまなツールに感謝しています。この仕事での彼の貢献に対して、Laurent Moudenに感謝します。

1. 低圧マイクロ流体アプリケーション用の取り外し可能なPDMSベースのインターコネクタ15-16
<ol>
	<li>準備 
	このセクションでは、インターコネクタを製造するためにガラスとPDMSを準備するさまざまな手順について説明します。
	<ol>
		<li>PDMSの準備:PDMSと硬化剤を(10:1)の比率で混合します。</li>
		<li>オーブンの温度が80°Cの一定温度で安定していることを確認します。オーブンによっては、測定装置を使用してオーブンの温度を感知し、手動で監視します。</li>
		<li>エタノールでペトリ皿を徹底的に洗浄します。</li>
		<li>PDMSインターコネクトが配置されるマイクロ流体アクセスホールの表面を清掃します。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>ファブリケーション 
	このホワイトペーパーで説明する相互接続器は、基本的に準拠したガスケットです。このガスケットはPDMSから形成され、マイクロチューブを挿入できる穴が含まれています。マイクロ流体チップの表面に自己接着し、マイクロチューブとチップ内のマイクロチャネルへのアクセス穴との間に漏れ防止シールを形成します. 
	インターコネクタを作成するには、次の手順に従います。
	<ol>
		<li>PDMS(液体)の薄層(約2 mm)をペトリ皿に注ぎます。</li>
		<li>PDMSをオーブンで80°Cの温度で12〜15分間わずかに重合させ、接続を行うマイクロ流体チップを同時にオーブンに入れて、同じ温度になるようにします。</li>
		<li>PDMSが重合し始めたら、硬化オーブンから取り出します。</li>
		<li>生検パンチを使用して、マイクロ流体チップ表面に目的の直径の穴を形成します。</li>
		<li>ブレードを使用して、必要なPDMS をカットします
		注:最初は、最終的に必要になるよりも大きな材料を切り取ることをお勧めします。複数のコネクタを使用しないようにするには、任意のPDMSインターコネクトを正方形に切断し、ユーザーのチップ上の最大穴数に適合するように穴を開けることが望ましいです。</li>
		<li>穴はマイクロチューブの外径よりわずかに小さくしてください。</li>
		<li>PDMSをペトリ皿からすばやく取り出し、マイクロ流体チップに置きます。</li>
		<li>PDMSまたはチップにほこりがないことを確認し、マイクロ流体チップのアクセスホールがPDMSのアクセスホールと位置合わせされていることを確認してください。</li>
		<li>マイクロポジショナーを使用して、PDMSインターコネクタを介してチューブ(テフロンチューブなど)を挿入します。チューブは、液体の漏れを防ぐために、マイクロ流体アクセス穴の直径の110%である必要があります。ユーザーの用途に応じて、同じチューブを液体注入システムに接続できます. 
		手記： 常にマイクロポジショナーを使用してチューブを配置し、PDMS層はそれほど厚くなく、チューブがねじれると剥がれる可能性があります。</li>
		<li>必要に応じて、チューブとPDMSの間にエポキシを追加して、密着性を高めます. 
		完成したインターコネクトの例は、図とGhallabおよびBadawy2に示されています。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. エポキシによるマイクロ流体アプリケーションにおけるマイクロチューブの相互接続17 
インターコネクタを製造するときは、マイクロチューブの端が正しく切断されていることを確認してください。新しい鋭利な刃を使用して、マイクロチューブの端をまっすぐに切断し、マイクロチューブとアクセス穴の接触が均一になるようにします。
<ol>
	<li>マイクロポジショナーを使用して、マイクロチューブをマイクロ流体チップのアクセスホールに慎重に配置します。</li>
	<li>エポキシディスペンサーに小さな圧力を加えて、エポキシをアクセス穴に堆積させるか、手動で配置します。</li>
	<li>次の手順を使用してエポキシを硬化させます。
	<ol>
		<li>UV硬化型エポキシ:使用するエポキシの量に応じて、UVエポキシをUVソースに3〜10分間さらします。詳細については、エポキシの仕様を参照してください。</li>
		<li>標準エポキシ:マイクロ流体基板をRTでのみ使用する場合は、RTで24時間エポキシ硬化させてください。基板が高温に耐える必要がある場合は、用途に応じてオーブンまたはヒーターを使用してエポキシを100°Cにさらし、エポキシを急速に固化させます。詳細については、エポキシの仕様を参照してください。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. 電気インターフェースを用いた再利用可能なマイクロ流体チップの組立技術17
<ol>
	<li>コンポーネントの組み立て 
	図2は、PCB上の電気コネクタとマイクロ流体チップ上の電気パッドとの間のリンクを示しています。PCB /マイクロ流体チップ/プレキシガラスコンポーネントを組み立てるには、次の手順に従います: 
	注意： マイクロ流体チップを破損する可能性のある過度の圧縮圧力は避けてください。
	<ol>
		<li>表面実装マルチピン電気コネクタをPCBにはんだ付けします。</li>
		<li>マイクロ流体チップの電気パッドに表面が汚れている場合は、プラズマ酸素で洗浄し、そうでない場合はエタノールで洗浄してください。</li>
		<li>図1および図2に示すように、鋭利な刃を使用して、導電性テープをマイクロ流体チップの電気パッドと同じ寸法の小片に切断します。</li>
		<li>鉗子を使用して、導電性テープをPCB電気パッドに置きます。</li>
		<li>マイクロ流体チップを位置合わせしてPCBに配置します. 
		手記： 配置精度のために、アライメントマシンを使用してください。</li>
		<li>PCBトレースの位置によっては、金属ブラケットを取り付ける前に短絡を避けるために、PCB上に絶縁層(紙など)を配置します。</li>
		<li>小ネジとナットを使用して金属ブラケットを取り付けます。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>分解
	<ol>
		<li>小ネジ、ナット、金属ブラケットを取り外します。</li>
		<li>マイクロ流体チップとPCBをそっと分離します。</li>
		<li>再組み立てする前に、エタノールを使用して、PCBおよびマイクロ流体チップの電気パッドから導電性テープ接着剤を取り除きます。</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>

開示することは何もありません。

PDMSインターコネクタは低圧アプリケーションを対象としており、PDMSインターコネクタをその後アクセスホールに配置する際にチップアクセスホールへの液体漏れを防ぐ必要があります。したがって、PDMSの推奨厚さは2mm未満です。厚みが大きいと、マイクロ流体チップ表面へのPDMSの接着が弱くなる可能性があるため、推奨されません。4 mm の厚さを使用して失敗した試験が行われました。この研究は、シリンジポンプが液体注入を制御している間、PDMSインターコネクタのガラスへの接着に焦点を当てています。溶液漏れとは、液体の最大流量を制限する接着力の喪失を指します。したがって、溶液漏れとは、設計PDMSインターコネクタで使用できる最大液体流量を指します。
この方法で説明されているインターコネクタは、マイクロ流体チップまたはシステムのプロトタイピング段階で、取り外し可能なインターコネクタが必要な場合、理想的ではない可能性があります。このインターコネクタは使い捨てであることが多く、マイクロ流体チップから取り外すと、同じ初期接着で元の位置に戻すことが難しく、新しいものと交換する必要があります。ただし、...

近年の微細加工の進歩により、多数の電極やさまざまな種類の制御アルゴリズムを含む、より複雑なマイクロ流体デバイスが登場しています。しかし、これらの進歩は、パッケージングにおける新たな課題を浮き彫りにしました。さらに、Lab-on-Chip(LoC)は、マイクロ流体デバイス、マイクロエレクトロメカニカルシステム(MEMS)、マイクロエレクトロニクスチップなどの部品が接続された学際的な概念です。したがって、マイクロエレクトロニクス回路の感度と保護、チューブ、機械的側面など、LoCコンポーネントのさまざまな制約を考慮せずにパッケージングプロセスを開発することは不可能です。さらに、特定のLoCのコンポーネントのパッケージ化は、アプリケーション1,2と密接に関連しています。例えば、光学アプリケーションでは、特にテスト目的では、デバイスの透明性が重要です。したがって、デバイスを監視可能に保つことでシステムの動作を監視することが重要です。細胞または粒子の操作に関連するアプリケーションでは、低電圧技術の使用がより魅力的であり、電極寸法の縮小(数μmからサブミクロンスケール3〜5)を容易にする新しい微細加工技術の出現により、電極の数が100以上に大幅に増加します。
一方、化学的および生物学的分析専用のLoCは、長期的な観察が必要です。したがって、システムのパッケージングとテストベンチは、システムを監視可能に保つだけでなく、LoCの電子デバイスの生物学的汚染や故障を回避する必要があります。
最近発表された論文では、マイクロ流体とMEMSがLoCの主要部分ですが、システムの監視には他のモジュールが使用されることもあります。その結果、マイクロ流体アーキテクチャのテストと検証は、新しい微細加工アプローチと高複雑性およびスループットアーキテクチャにより、困難な問題になりました。これまで、マイクロエレクトロニクスダイの場合のように、マイクロ流体システム用の標準的なテストプラットフォームやサポートはありませんでした。
研究者たちは、Xieらのように、特定の用途に対して異なるパッケージング技術を提案しました。6 マイクロ流体チャネルでのDNA分離を制御するマイクロエレクトロニクスチップを含むバイオマイクロ流体パッケージを設計した人。ビービー他。図7は、流体サンプルを操作するために、流体リザーバーと刺激応答性ハイドロゲルバルブを統合したマイクロ流体チャネルを設計しました。他のシステムでは、電界を介して圧力を検出し、気泡を生成し、対応する圧力を測定するために、電解気泡ベースのフローセンサーの使用を提案しています8. センシングシステムは、気泡のインピーダンスを測定し、次に圧力を決定します。これには、測定に干渉が入らないように特別に設計された特別なパッケージが必要です。また、別の研究では、逐次プラズマ活性化プロセス9に基づく室温マイクロ流体パッケージング法を紹介した。このプロセスにより、強力に組み立てられたデバイスが作成される可能性があるにもかかわらず、プロトタイピングの目的で使用する場合や、デバイスを数回使用する場合は制限があります。後者は、システムの一部を頻繁に交換することを意味する場合があります。さらに、Leeらは、マイクロ流体アーキテクチャが集積回路10の上部に設計されている、個々の磁気ビーズ操作に磁場を使用することに基づく、Biolab-on-ICと呼ばれる新しいパッケージング技術を導入した。さらに、システムのサイズ、光学的側面、および接続部品を考慮したマイクロ流体システムのパッケージングと統合の信頼性は、Han と Frazier11 が詳述しているように重要な問題です。この後者の作業は、パッケージング中にいくつかのパラメータを正確に固定して測定する必要があるLoCシステムの典型的なアプローチを反映しています。
したがって、マイクロ流体パッケージングは、新世代のマイクロ流体デバイスにとって困難な問題です。パッケージには、チューブ、電気接続、マイクロ流体サポートなどの異種部品が含まれます。チューブの場合、主な問題は、チューブを接続してマイクロ流体の穴にアクセスするために利用できるスペースが非常に限られていることです。現在市販されているコネクタの直径は6mmの範囲です。しかし、2つのアクセスホール間の距離は、システム全体の寸法12〜13の縮小に伴って小さくなっている。そこで、PDMSをベースとしたチューブ技術を提案しました。このチューブプロセスは、プロトタイピング段階のために特別に精巧に作られています。実際、化学的制約のため、微細構造内の液体漏れを回避および最小限に抑え、マイクロチャネルを洗浄するために、使用するたびに接続チューブを交換することが義務付けられています。これらの目的のために、このホワイトペーパーで説明するプロセスは、ラピッドプロトタイピング設計に特に適用できます。
一方、直接的または間接的な電気的操作または測定を利用するマイクロ流体デバイスにとって、電気接続は重要です。マイクロ流体の用途は多岐にわたるため、デバイスの寸法、形状、および電気接点の数は大幅に異なる場合があります。したがって、さまざまなアプリケーションに使用できる汎用性の高い方法が必要です。Kalerらは、ゼロ挿入力(ZIF)コネクタ14に基づくマイクロ流体ラピッドプロトタイピングプラットフォームからの結果を報告しました。これらの後のコネクタの代わりに、提示された方法は異方性接着剤導電性フィルムを使用し、これは任意の形状に容易に適合させることができる。
多くの研究者は、マイクロ流体デバイスを設計する際にテストの制約を考慮していません。マイクロエレクトロニクスでは、プロトタイピングの目的やテストに使用される多くのサポートがあり、これらはICホルダーと呼ばれます。これらは主に、プロトタイピングとテストの時間を短縮し、研究者やエンジニアが故障した場合にデバイスを簡単に交換できるように設計されています。マイクロエレクトロニクスと同様に、45 mm x 90 mmのデバイスサイズに制限されたマイクロ流体デバイス用の新しいテストパッケージも提案しています。
私たちの提案する技術は、多数のマイクロ流体デバイスとアプリケーションをカバーすることを目標としています。これらの方法は、他のアプリケーションに適応、拡張、アップグレードできます。私たちは、マイクロ流体操作に最適化されたマイクロ流体デバイス向けの最初の汎用性の高いパッケージング方法の1つを提供することを目指しています。例えば、これらの技術でパッケージ化されたデバイスの最終用途の1つは、人工脳脊髄液によるポリスチレンおよびカルボキシル修飾ミクロスフェアの分離です。それにもかかわらず、それらは異なるソリューションで他のアプリケーションで使用できます。
この記事の残りの部分では、3つの異なるチューブ技術、2つの電気接続方法、および1つのマイクロ流体パッケージング方法を提示し、比較します。

<table><tbody><tr><td>エポキシ 731</td><td>Epotek</td><td>731</td><td></td></tr><tr><td>PDMS</td><td>ダウ コーニング</td><td>SYLGARD 184</td><td></td></tr><tr><td>UV エポキシ</td><td>Epotek</td><td>OG159</td><td></td></tr><tr><td>マイクロポンプ</td><td>ハーバード装置</td><td>PHD ウルトラ</td><td></td></tr><tr><td>PCB</td><td>アドバンスド回路</td><td></td><td></td></tr><tr><td>プレキシガラス</td><td>エコール ポリテクニーク</td><td></td><td></td></tr><tr><td>接着剤 導電性映画</td><td>3M</td><td>9703</td><td></td></tr></tbody></table>

ハイスループットマイクロ流体の迅速かつ低コストのプロトタイピング包装方法

High Throughput Microfluidic Rapid and Low Cost Prototyping Packaging Methods

本研究では、3種類のパッケージングとアセンブリ技術が提示されています。一回限りの使用および再使用可能なパッケージング技術：彼らは、2つのカテゴリに分類することができる。 1回使用パッケージング技術は、電気的接続のためのUVベースおよび温度の穴にアクセスするためにマイクロチューブを接続するためにエポキシ樹脂を硬化、集積回路接続用のワイヤボンディング、及び銀エポキシを使用する。この方法は、1 PSIに近い比較的高い圧力をサポートすることができ、マイクロ流体アーキテクチャを強化する任意のサポートを必要としない堅牢な組立技術に基づいています。 再利用可能なパッケージング技術は、PDMSベースのマイクロチューブのインターコネクタとの電気的接続のための異方性接着フィルムで構成されています。これらのデバイスは、より敏感かつ脆弱である。従って、プレキシガラス支持体は、異方性接着フィルムが使用されるときに電気的接触を改善するために、また、strengtheするマイクロ流体構造に追加されるNマイクロ流体アーキテクチャ。また、マイクロマニピュレータは、アクセスホールに接続すること薄いPDMS層を使用しながら、チューブを維持するために必要とされる。 0.45〜3ミリメートルの範囲の異なるPDMS層の厚さは、注入速度に対する最良の付着を比較するために試験される。応用注入速度は、それぞれ0.45〜3ミリメートルのPDMS層のために50〜300μL/時まで変化させている。これらの技術は、低圧の用途に主に適用可能である。しかしながら、それらは永久にガラス基板にPDMSを密封するために酸素プラズマ処理を介して高圧もののために拡張することができる。この技術の主な利点は、それが再使用可能であるという事実に加えて、マイクロチャネルの長さ（3mm以上低いの範囲）が非常に短い場合には観察可能な装置を保つからなる。

図3に、提案するパッケージング技術の詳細な概略図を示します。ハイブリッド・マイクロエレクトロニクス/マイクロ流体マイクロシステムの透明かつ効率的なパッケージングプロセスを特性評価するため、複数のPDMS厚さとサイズを用いてパッケージング溶液の検討を行い、その結果を図4および図5に示しました。設計したPDMSインターコネクタ層の寸法は6 mm x 6 mmであり、2つのアクセスホールを接続するために使用されます。しかし、市販の主要なコネクタでは、アクセスホール間の間隔が5 mm以下の場合、この寸法内で2つ以上のホールを接続することは不可能です。したがって、本ケースにおけるチューブの接続には、エポキシ樹脂とPDMSが最適です。PDMSインターコネクタの厚さについて、0.45 mm、1 mm、1.75 mmなどの異なる条件で検討を行いました。その結果、薄いPDMS層（0.45 mm）で最高の密着性が得られました。最終的に、PDMSベースのインターコネクタの作製には約20分を要します。
液...

この記事では、マイクロ流体ラピッドプロトタイピングプラットフォームのさまざまな手法について説明します。提案された技術は、紫外線(UV)に敏感で温度硬化性のエポキシ、ポリジメチルシロキサン(PDMS)ベースのチューブ、ワイヤーボンディング、および異方性接着フィルムに基づいています。提示された組み立て手順は、1回限りの使用デバイスと再利用可能なマイクロ流体システムの両方に対して開発されています。

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

この手順の全体的な目標は、マイクロ流体ラピッドプロトタイピングプラットフォームのさまざまなオプションを提示することです。これは、最初にPDMSを使用して取り外し可能な相互接続器を製造することによって実現されます。2番目のステップは、マイクロチューブをインターインターコネクトまたはマイクロ流体チップに直接固定することです。次に、マイクロ流体チップを組み立てて電気インターフェースに接続します。最終的に、流体はインターコネクタを通ってマイクロ流体チップに異なる速度で流れ込みます。PDMSインターコネクターの強度を評価するために、高電気入力出力のマイクロ流体チップを設計する際に最初にこの方法のアイデアを持ち、多数のENCチャネル電極を使用してENCチャネル電界伝搬のさまざまなパターンをテストするために、簡単に取り外し可能なインターコネクトが必要でした。まず、PDMSと硬化剤を10対1の比率で混合してPDMSを調製し、その後、混合物を低真空下で60分間置いて脱気します。次に、予熱してオーブンの温度を摂氏80度にし、オーブンが加熱される間、温度が安定するのを待ちます。PDMSインターコネクトが配置されるマイクロ流体チップの表面をエタノールを使用して清掃します。ほこりのない場所で乾かしてください。PDMSの皿を予熱したオーブンに移し、PDMSを摂氏80度で12〜15分間わずかに重合させ、接続を行うマイクロ流体チップをPDMS層のあるオーブンに入れます15分後に同じ温度になるようにします。PDMSとマイクロ流体チップを硬化オーブンから取り出します。次に、カミソリの刃を使用して、5 x 5 mm の PDMS を切り取ります。次に、PDMSレイヤーに2つの2mmの穴を開けます。PDMSをペトリ皿から取り出し、マイクロ流体チップの上に置きます。穴の位置を正確に合わせるように注意してから、PDMSを所定の位置にそっと押し込みます。インターインターコネクターを取り付けた状態で、新しいブレードを使用して、内径100ミクロンの直径2mmのテフロンチューブをトリミングし、マイクロチューブの端がその長さに対して垂直にカットされるようにします。チューブは、インターコネクタにストレスをかけずにシリンジポンプに接続できる長さにする必要があります。必要に応じて、マイクロポジショナーインサートチューブをPDMSインターコネクトレイヤーに通し、チューブとPDMSの間にエポキシを追加して密着性を高めます。次に、チューブのもう一方の端を液体注入システムに接続します。PDMSベースのインターコネクトの代替として、エポキシを使用してマイクロチューブを所定の位置に恒久的に固定することができます。これを実現するには、マイクロポジショナーを使用して、マイクロチューブをマイクロ流体チップのアクセス穴に慎重に配置します。次に、アクセス穴の周りにUV硬化型または標準エポキシを塗布し、メーカーの仕様に従って硬化させます。はんだ表面実装を開始するには、プリント回路基板へのマルチピン電気コネクタ。次に、マイクロ流体チップの電気パッドを検査し、必要な洗浄量に応じて、プラズマ酸素に約10分間さらして表面の汚染を洗浄します。表面の汚れが見つからない場合は、パッドをエタノールで洗浄するだけです。次に、鋭利な刃物で導電性テープを2mm×1mmの小さなピースにカットし、マイクロ流体チップと同じ寸法にします。電気パッド。次に、清潔な鉗子を使用して、導電性テープをプリント回路基板の電気パッドの上に置きます。マイクロ流体チップを、プリント回路基板の上にすでに配置されているインターインターコネクタに合わせます。アライメントマシンを使用して、短絡を防ぐためにプリント基板に紙などの絶縁層を配置し、組み立てが完了したら小ネジとナットを使用して金属ブラケットを取り付けます。シリンジポンプに脱イオン水を流すことにより、個々のセットアップのテストを開始します。システムが漏れ始めるまでポンプ速度をゆっくりと上げ、その時点で最大圧力に達します。実験後、小ネジナットと金属ブラケットを取り外します。次に、マイクロ流体チップとプリント回路基板を静かに分離します。最後に、再組み立てする前に、エタノールを使用して、プリント回路基板とマイクロ流体チップの電気パッドから導電性テープ接着剤を取り除きます。ここに示す表では、3 つの異なるインターインターコネクター チューブの取り付け方法が比較されています。PDMSインターコネクトは、マイクロ流体設計を明らかにする必要があり、迅速なプロトタイピングが必要な場合に、低圧アプリケーションで使用することをお勧めします。標準エポキシとUVエポキシは強力な相互接続を提供し、低圧と高圧の両方のアプリケーションに使用できますが、デバイスとの永久的なシールを作成するため、望ましくない場合があります。ここでは、PDMS インターコネクタを、一般的なインターコネクト セットアップの一部と比較しています。厚さ 1 mm の PDMS インターコネクタは、厚さ 0.45 mm のインターコネクタの 3 倍の圧力に耐えることができます。これは、0.45ミリメートルのインターコネクトと比較して、厚さ1ミリメートルのインターコネクトの流量の5倍に相当し、一度習得すると、この技術は適切に行われれば10〜20分で完了することができます。

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