ハイブリッドポリカーボネート-シリコンマイクロ流体デバイスの構造方法

私たちの研究は、学術実験室での試作のためのハイブリッドマイクロ流体デバイスの結合に焦点を当てています。私たちは、ハイブリッドマイクロ流体チャネルにおける低コストかつ最適な結合戦略とは何かという問いに答えようとしています。ハイブリッドマイクロ流体で熱可塑性樹脂を剛性基板に接合することは困難であり、従来の高温・高圧法は適していません。

このプロトコルは、実用的に研究に適した結合アプローチを提供します。まず、平らな接合面を持つポリカーボネートハウジングを入手します。ポリカーボネートハウジングの凹んだチップシートにエポキシを注入し、洗浄したシリコンチップを所定の位置に配置します。

組み立てが硬化し、隙間を新しいエポキシで塞ぎます。接着テープをレーザーで切断し、チャネル壁の形状に合わせて仕上げました。粘着テープを貼るには、テープからライナーの層を一層剥がしてください。

その後、ダボピンを使ってテープをチャンネル壁面に合わせて貼り付けます。流体チャネル部分を覆うために十分な1%ポリビニルアルコール溶液を加えます。その後、コーティングされたチャンネルを室温で完全に乾燥させます。

接着マスクを除去するには、ポリビニールアルコール層が完全に硬化したら、両面接着剤を慎重に剥がし、ポリビニールアルコールコーティングされた流体チャネルを残します。必要に応じて溝壁の接着剤を点検し、除去してください。ダボピンを使って上下のポリカーボネートシリコンハイブリッドハウジングのハーフプレートを揃えます。

ジクロロメタンまたはアセトンを含む5ミリリットルの注射器の30ゲージ針先を装置の縁や足場に位置させます。次に溶媒を両側に撒き、結合界面に溶媒が吸い込まれ、ポリビニルアルコールバリアに到達するようにします。次に、組み立てた装置の上に約2〜3ポンドの適度な重りを均等に置き、室温で10〜15分間完全に硬化させます。

故障箇所を減らすために大きな気泡がないことを確認してください。硬化後、80度の脱イオン水が流体チャネルを1〜5ミリリットル毎分の低流量で最低3時間流れます。装置を視覚的に検査し、チャネル内にポリビニールアルコールの残留がないか確認し、水の流れを繰り返してポリビニルアルコールが目に見えなくなるまで繰り返します。

デスクトップレーザーカッターを使い、低密度ポリエチレンシートをレーザーカットしてチャネル壁の形状に合わせました。レーザー切断された低密度ポリエチレンシートの灰、残留物、粒子状物質を検査してください。シーツはイソプロピルアルコールでしっかりすすいで、完全に乾かします。

ダボピンを使ってLDPEカットアウトを流体チャネルの側面壁に合わせます。上部のポリカーボネート材を下部アセンブリに置き、接合界面にLDPE層と流体チャネルを作ります。組み立てを接着するには、組み立てたハウジングを温度センサー付きのプログラム可能なオーブンに145度設定します。

次に、金属板などの校正済み重りをアセンブリの上に置き、2〜3ポンド毎平方インチの適度な圧力をかけます。2時間後、オーブンから組み立て物を取り出します。LDPEが結合された表面積全体で均等に透明であることを確認し、その後、装置を室温まで冷却します。

ガスケットコードの素材を流体チャネル経路に合わせて必要な長さに切断します。ガスケットコードを下部ポリカーボネートハウジングのガスケットグランドに差し込み、全体にわたってぴったりと連続的にフィットするようにします。上のポリカーボネートのパーツを下のパーツと合わせます。

次に、ボルトを上層から六角ナットに差し込み、必要に応じてワッシャーや圧縮板を追加して圧力を均等に分散させます。デバイスを固定するために、各ネジを手で締めてください。その後、トルクレンチでネジをクロスパターンに締めます。

シリコンチップの割れやポリカーボネートハウジングの変形を防ぐために、最初は0.5ポンドインチに締め、追加のシーリングが必要な場合はトルクを増やしてください。ハイブリッドマイクロ流体装置を、蠕動ポンプチューブを使って流体回路に接続する準備をしてください。水タンク、ローラーポンプ、圧力センサー、ハイブリッドマイクロフルイディックデバイスを直列に接続します。

正確な圧力測定を確保するために、圧力センサーを機器の入口にできるだけ近づけてください。回路に水を1分間10ミリリットルの初期流量でポンプで送ります。流量を60秒ごとに毎分10ミリリットル増加させ、各流量で圧力を記録します。

追加の圧力が必要な場合は、装置の下流に針制限を追加して回路抵抗を増加させます。定格圧力を、最初に目に見える漏れが発生する圧力と定義します。最後に、同じ回路を使って装置のすぐ下流に2つ目の圧力センサーを挿入します。

水を10ミリリットル毎分の選択流量で流し、装置前と装置後の圧力測定値の差として装置全体の圧力降下を計算します。3つの結合法では異なる性能結果が示されました。溶剤結合装置は漏れ前に692ミリメートルの水銀まで最高定格圧力を維持しましたが、一部の装置では空気の閉じ込めやわずかな光学ヘイズが見られました。

LDPE結合装置は、10ミリリットル毎分で196ミリメートルの水銀という高い圧力降下を示し、効果が低下しました。試験された技術の中で、ガスケットシール法は最も高い再現性と最もきれいな視覚的インターフェースを示しました。ガスケットベースの構成は漏れ前に最大239ミリの水銀柱の圧力を維持でき、3ミリの低い圧力降下を示しました。

このプロトコルにより、研究者は実験室環境でハイブリッドマイクロ流体デバイスの結合に適した低コストの接合モダリティを研究できます。このプロトコルを実行する際に最も重要な考慮事項は、設計、製造、層の整列において、リークタイトな界面と十分な接合表面積を確保することです。今後の研究では、接着方法ごとの天井表面積を比較し、脆性や多様な基材材料を組み込んだハイブリッドマイクロ流体システムへの適用性を評価することができます。