December 23rd, 2013
이 기사에서는 미세 유체 래피드 프로토 타이핑 플랫폼을위한 다양한 기술에 대해 설명합니다. 제안된 기술은 자외선(UV) 민감성 및 온도 경화 에폭시, 폴리디메틸실록산(PDMS) 기반 튜브, 와이어 본딩 및 이방성 접착 필름을 기반으로 합니다. 제시된 조립 절차는 일회용 장치와 재사용 가능한 미세유체 시스템 모두를 위해 개발되었습니다.
이 절차의 전반적인 목표는 미세유체 래피드 프로토타이핑 플랫폼에 대한 다양한 옵션을 제시하는 것입니다. 이는 먼저 PDMS를 사용하여 탈착식 인터커넥터를 제작함으로써 달성됩니다. 두 번째 단계는 마이크로 튜브를 인터커넥터 또는 미세유체 칩에 직접 고정하는 것입니다.
다음으로, 미세유체 칩을 조립하여 전기 인터페이스에 연결합니다. 궁극적으로 유체는 인터커넥터를 통해 다양한 속도로 미세유체 칩으로 흐릅니다. PDMS 인터커넥터의 강도를 평가하기 위해 고전기 입력 출력 미세유체 칩을 설계할 때 이 방법에 대한 아이디어를 처음 떠올렸고, 많은 수의 ENC 채널 전극으로 다양한 패턴의 ENC 채널 전기장 전파를 테스트하기 위해 쉽게 제거할 수 있는 인터커넥터가 필요했습니다.
먼저 PDMS와 경화제를 10:1 비율로 혼합하여 PDMS를 준비한 다음 혼합물을 60분 동안 저진공 상태에서 두어 가스를 제거합니다. 그런 다음 오븐 온도를 섭씨 80도로 예열하고 오븐이 가열되는 동안 온도가 안정될 때까지 기다립니다. PDMS 인터커넥터가 배치될 미세유체 칩의 표면을 에탄올을 사용하여 청소합니다.
먼지가 없는 곳에서 말리십시오. PDMS 접시를 예열 된 오븐에 옮기고 PDMS를 섭씨 80도에서 12-15 분 동안 약간 중합시킨 다음 15 분 후에 같은 온도가되도록PDMS 층이있는 오븐에 연결할 미세 유체 칩을 놓습니다. 경화 오븐에서 PDMS와 미세유체 칩을 제거합니다.
그런 다음 면도날을 사용하여 5 x 5mm 크기의 PDMS 조각을 잘라냅니다. 그런 다음 PDMS 레이어에 두 개의 2mm 구멍을 뚫습니다. 페트리 접시에서 PDMS를 제거하고 미세유체 칩 위에 놓습니다.
구멍을 정확하게 정렬한 다음 PDMS를 제자리에 부드럽게 누릅니다. 인터커넥터를 장착한 상태에서 새 블레이드를 사용하여 내경이 100미크론인 2mm 직경의 테프론 튜브를 잘라 마이크로 튜브의 가장자리가 길이에 수직으로 절단되도록 합니다. 튜브는 인터커넥터에 스트레스를 가하지 않고 주사기 펌프에 연결할 수 있을 만큼 충분히 길어야 합니다.
필요한 경우 마이크로 포지셔너를 사용하여 PDMS 인터커넥터 층을 통해 튜브를 삽입하고 튜브와 PDMS 사이에 에폭시를 추가하여 접착력을 높입니다. 그런 다음 튜브의 다른 쪽 끝을 액체 주입 시스템에 연결합니다. PDMS 기반 인터커넥터의 대안으로 에폭시를 사용하여 마이크로 튜브를 제자리에 영구적으로 고정할 수 있습니다.
이를 위해 마이크로 포지셔너를 사용하여 마이크로 튜브를 미세유체 칩의 액세스 구멍에 조심스럽게 끼워 넣으십시오. 그런 다음 액세스 구멍 주위에 UV 경화성 또는 표준 에폭시를 바르고 제조업체 사양에 따라 경화합니다. 먼저 납땜 표면 실장, 다중 핀 전기 커넥터를 인쇄 회로 기판에 연결합니다.
그런 다음 미세유체 칩의 전기 패드를 검사하고 필요한 세척량에 따라 약 10분 동안 플라즈마 산소에 노출시켜 표면 오염을 청소합니다. 표면 오염이 발견되지 않으면 에탄올로 패드를 청소하기만 하면 됩니다. 다음으로, 날카로운 날을 사용하여 전도성 테이프를 2mm x 1mm 크기의 작은 조각으로 잘라 미세 유체 칩과 동일한 치수가 되도록 합니다.
전기 패드. 그런 다음 깨끗한 집게를 사용하여 전기 패드 위의 인쇄 회로 기판에 전도성 테이프를 놓습니다. 미세유체 칩을 인쇄 회로 기판 위에 이미 있는 인터커넥터에 맞춥니다.
얼라인먼트 머신을 사용하여 인쇄 회로 기판에 종이와 같은 절연층을 놓아 단락을 방지하고 조립이 완료되면 기계 나사와 너트를 사용하여 금속 브래킷을 부착합니다. 주사기 펌프를 통해 탈이온수를 흘려보내 개별 설정 테스트를 시작합니다. 시스템이 누출되기 시작할 때까지 펌프 속도를 천천히 높이십시오.이 시점에서 최대 압력에 도달했습니다.
실험 후 기계 나사, 너트 및 금속 브래킷을 제거합니다. 그런 다음 미세 유체 칩과 인쇄 회로 기판을 부드럽게 분리합니다. 마지막으로, 재조립하기 전에 에탄올을 사용하여 인쇄 회로 기판 및 미세 유체 칩의 전기 패드에서 전도성 테이프 접착제를 제거합니다.
세 가지 다른 인터커넥터 튜브 부착 기술이 여기에 표시된 표에 비교되어 있습니다. PDMS 인터커넥터는 미세유체 설계를 밝혀야 하고 빠른 프로토타이핑이 필요한 경우 저압 응용 분야에 사용하는 것이 좋습니다. 표준 및 UV 에폭시는 강력한 상호 연결을 제공하며 저압 및 고압 응용 분야 모두에 사용할 수 있지만 원치 않을 수 있는 장치에 영구적인 밀봉을 생성합니다.
PDMS 인터커넥터는 보다 일반적인 인터커넥터 설정과 비교하여 여기에 나와 있습니다. 1mm 두께의 PDMS 인터커넥터는 0.45mm 두께의 인터커넥터보다 3배 높은 압력을 견딜 수 있습니다. 이는 0.45mm 인터커넥터에 비해 1mm 두께의 인터커넥터의 유속이 5배 더 빠르다는 것과 관련이 있습니다. 이 기술을 마스터하면 제대로 수행하면 10-20분 안에 완료할 수 있습니다.
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본 논문에서는 마이크로유체 소형화 프로토타입 플랫폼을 위한 다양한 기술을 소개하고, PDMS 및 기타 재료 사용에 중점을 둡니다. 설명된 방법들은 일회용 및 재사용 가능한 마이크로유체 시스템 모두의 조립을 용이하게 합니다.
Rapid and cost-effective microfluidic prototyping is critical for accelerating early-stage assay development and device validation in biopharma R&D. The described packaging methods enable flexible, scalable assembly of microfluidic platforms, supporting iterative design and functional testing. These capabilities directly impact the speed and reliability of preclinical workflows and device-based screening strategies.
These packaging methods position microfluidic prototyping at the intersection of early discovery, assay development, and preclinical device validation.