Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.

Methodenartikel

Constructiemethoden voor hybride polycarbonaat-silicium microfluidische apparaten

463 weergaven

⸱

DOI:

10.3791/69640

⸱

28 juli 2026

 ,  ,  , 
1Department of Bioengineering and Therapeutic Sciences, University of California, San Francisco, 2Department of Pediatrics, Division of Neonatology, University of California, San Francisco, 3Department of Pediatrics, Nemours Children's Health, 4Department of Pediatrics, Sidney Kimmel Medical College at Thomas Jefferson University

In dit artikel

Samenvatting

Dit protocol beschrijft drie eenvoudige afdichtingsmethoden voor het vervaardigen van een hybride microfluïdisch apparaat dat polycarbonaat- en siliciumcomponenten integreert. Door het implementeren van oplosmiddelbindingen, thermische compressie en mechanische compressiestrategieën maken we betrouwbare, laagtemperatuurafdichtingstechnieken mogelijk die gespecialiseerde apparatuur voor hybride microfluidische apparaten vermijden.

Samenvatting

Hybride microfluïdische apparaten die thermoplasten combineren met stijve substraten, zoals silicium en glas, maken geavanceerde biologische toepassingen mogelijk, maar zijn moeilijk te binden vanwege verschillen in thermische en mechanische eigenschappen. Deze uitdagingen maken conventionele hoge- en hogedrukmethoden ongeschikt, wat de noodzaak van alternatieve afdichtingsstrategieën aanwakkert. Hier presenteren we drie relatief goedkope afdichtingsstrategieën voor polycarbonaat–silicium microfluïdische apparaten: oplosmiddelbinding met beschermende maskering om kanaalgeometrie te behouden; laagtemperatuur-thermische bindingslaag met een 100 μm laagdichtheid polyethyleen (LDPE) tussenlaag; en mechanische compressie met een O-ring koord dat als pakking fungeert. Elke aanpak vereist op maat gemaakte ontwerp- en assemblagestappen om lekdichte afdichtingen te garanderen. Deze strategieën vereisen geen gespecialiseerde apparatuur of dure infrastructuur, waardoor ze goed geschikt zijn voor het prototypen van hybride microfludiïdische apparaten in academische onderzoekslaboratoria en omgevingen met beperkte middelen. Oplosmiddelbinding leverde de hoogste lekbestendigheid op (tot 692 mmHg) met een robuuste polycarbonaat–polycarbonaat-interface, terwijl pakkingcompressie de meest reproduceerbare, visueel zuivere afdichtingen opleverde met minimale drukval (2 mmHg bij 10 mL/min). Daarentegen vertoonde LDPE-bindingen kanaalintrusie, verhoogde drukval (196 mmHg) en gevallen van delaminatie.

Inleiding

Microfluidische systemen maken gecontroleerde manipulatie van kleine vloeistofvolumes mogelijk en zijn essentiële hulpmiddelen geworden in biomedische toepassingen, waaronder point-of-care diagnostiek 1,2, orgaan-op-chip platforms 3,4 en sensortechnologieën 5,6. Ondanks de diversiteit van hun toepassingen delen deze apparaten kerntechnische eisen: juiste materiaalkeuze, reproduceerbare fabricagestrategieën en duurzame biocompatibiliteit 7,8. Deze eisen worden strenger in bloedcontactsystemen, waar materialen en apparaatarchitecturen hemocompatibiliteit moeten waarborgen, robuuste vloeistofafdichting moeten vormen en fysiologische stroomparameters zoals schuifspanning en drukgradiënten 9,10,11 moeten behouden.

Hybride microfluidische systemen integreren thermoplasten met stijve substraten zoals silicium en glas, waardoor de functionaliteit van biomedische apparaten wordt uitgebreid (Aanvullende Figuur S1)12,13,14,15,16,17. Deze aanpak is vooral interessant voor bloedcontacttoepassingen, waarbij mechanisch fragiele maar zeer precieze silicium- of glascomponenten worden gekoppeld aan goedkope polymeerbehuizingen om schaalbare, biocompatibele ontwerpen mogelijk te maken 18,19,20,21,22,23,24. Hoewel PDMS en thermoplastische microapparaten nog steeds veel voorkomen vanwege hun eenvoud in de fabricage, beperken deze materialen de chemische weerstand, mechanische duurzaamheid en de integratie van stijve functionele materialen, wat de ontwikkeling van hybride architecturenmotiveert 25,26,27,28. Ondanks de voordelen van hybride apparaten brengt het assembleren van verschillende materialen inherente uitdagingen met zich mee. Verschillen in thermische uitzetting en mechanische eigenschappen kunnen de integriteit van de afdichting ondermijnen, en de fabricageomstandigheden moeten streng worden gecontroleerd om hemocompatibiliteit te behouden, de kanaalgeometrie te behouden en schade aan brosse silicium- of glasstructuren te voorkomen. Succesvolle implementatie van hybride systemen hangt daarom af van bewuste keuzes van materiaaleigenschappen met passende fabricagestrategieën.

Thermoplastische materialen, waaronder polycarbonaat en poly(methylmethacrylaat) (PMMA), worden veel gebruikt in microfluidische systemen omdat ze mechanische sterkte, biocompatibiliteit, kostenefficiëntie bieden en compatibel zijn met schaalbare fabricagestrategieën zoals oplosmiddelbinding, thermocompressie en lijmen12,29,30,31,32,33,34,35. Daarentegen bieden silicium- en glassubstraten verbeterde chemische weerstand en hoogprecisiegeometrieën, maar hun integratie met thermoplasten blijft technisch uitdagend vanwege verschillen in oppervlaktechemie en mechanische eigenschappen 36,37,38,39. Conventionele thermocompressiebinding kan brosse silicium- of glascomponenten blootstellen aan verhoogde drukken, wat het risico op scheuren verhoogt. Alternatief kunnen op lijm gebaseerde benaderingen de mechanische spanning verminderen, maar kunnen ze variabiliteit in bindingsuniformiteit introduceren of zorgen oproepen over langetermijnbiocompatibiliteit40.

Ons laboratorium ontwikkelt bloedcontactapparaten bedoeld voor orgaanvervangingsfuncties, waaronder oxygenators en hemofilters 17,21. Deze systemen integreren siliciumnanoporiemembranen als actieve functionele elementen met polycarbonaatbehuizingen die het bloedstroompad vastleggen en mechanische ondersteuning bieden 18,19,21. Het bereiken van robuuste en schaalbare fabricage van deze platforms is afhankelijk van betrouwbare verbindingen tussen deze verschillende materialen.

Dit werk evalueert drie bindingsbenaderingen die zijn ontwikkeld om de beperkingen van conventionele hogetemperatuur- en hogedrukassemblagemethoden te adresseren die worden gebruikt voor hybride polycarbonaat–silicium microfluidische systemen. Het platformontwerp is afgeleid van voortdurende inspanningen om modulaire componenten te ontwikkelen voor een microfluidische extracorporale membraan oxygenator17. Het apparaat bevat een stijve behuizing van polycarbonaat die mechanische stabiliteit biedt en een bewerkte bloedstroomkanaal definieert, geïntegreerd met een semi-permeabel siliciummembraan bedoeld om gasuitwisseling te vergemakkelijken. Om de bindingsprestaties tijdens het testen te isoleren, werd een niet-poreus siliciumsubstraat gebruikt in plaats van het functionele membraan.

De drie geëvalueerde bindingsbenaderingen waren: 1) een oplosmiddelgebaseerde methode die hoge temperaturen en aanzienlijke mechanische belasting vermijdt met een beschermende maskeringsstrategie om kanaalgeometrie te behouden, 2) een laagtemperatuur-thermische bindingstechniek met een 100 μm laagdichtheidspolyethyleen (LDPE) tussenlaag tussen polycarbonaatplaten, en 3) een mechanisch afgesloten configuratie met een O-ring pakkingkoord dat rond het vloeistofkanaal is geplaatst. Deze strategieën werden systematisch vergeleken om hun haalbaarheid en betrouwbaarheid voor snelle prototyping van hybride microfludiïdische apparaten in een laboratoriumonderzoeksomgeving te bepalen. Alle methoden waren ontworpen om lagetemperatuurassemblage mogelijk te maken, terwijl ze matige bedrijfsdrukken (10–700 mmHg) en doorstroomcondities ondersteunen die relevant zijn voor bloedcontacterende microfluidische systemen. Het volgende artikel bouwt voort op een hoofdstuk uit het proefschrift van de eerste auteur41.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

1. Apparaatontwerp: aanpassingen aan polycarbonaatbehuizingen

OPMERKING: Elke bondingstrategie vereiste gerichte ontwerpaanpassing aan de polycarbonaatbehuizing. De basismicrofludiïde indeling werd daarom aangepast om eenvoudige en effectieve implementatie van verschillende bondingbenaderingen voor onze hybride apparaten mogelijk te maken. Apparaatontwerpbestanden worden verstrekt in Supplemental File 1.

  1. Algemeen huisontwerp
    1. Ontwerp de polycarbonaatlaag met een verzonken zitting voor de siliciumchip met een binnenste omtrekgoot om epoxylijm te bevatten.
  2. Ontwerpoverwegingen voor LDPE-bonding
    1. Voeg deuvelpinnen in het ontwerp van de behuizing toe om een nauwkeurige uitlijning van de polycarbonaatlagen en de LDPE-plaat mogelijk te maken.
    2. Houd rekening met de extra kanaalhoogte die wordt veroorzaakt door de dikte van de LDPE-laag.
    3. Zorg ervoor dat de definitieve LDPE-ontwerpkenmerken als volgt zijn: afgedicht oppervlak: ~15 cm2, doelkanaalhoogte: 200 μm.
  3. Ontwerpoverwegingen voor oplosmiddelbindingen
    1. Voeg deuvelpin gaatjes toe om uitlijning tussen polycarbonaatlagen mogelijk te maken.
    2. Pas de kanaalhoogte aan om mogelijke hoogtevermindering na solventbinding te compenseren.
    3. Maak een rand of richel door de randen van één stuk polycarbonaat te verzonken. Dit vergemakkelijkt de oplossing bij het verbindingsinterface.
    4. Zorg ervoor dat de definitieve ontwerpkenmerken van het oplosmiddel als volgt zijn: afgedicht oppervlak: ~11 cm2, doelkanaalhoogte: 200 μm.
  4. Ontwerpoverwegingen voor pakkingcompressiebonding
    1. Ontwerp een pakkingversleutel voor een pakkingkoord die het vloeibaar kanaalpad volgt. Dimensioner de wartel zo dat ongeveer 25% compressie van de geselecteerde pakkingdoorsnede wordt bereikt.
    2. Voeg de pakkingversleuteling toe aan het onderste polycarbonaatstuk; Ontwerp het bovenste polycarbonaatoppervlak plat.
    3. Voeg boutgaten rond de omtrek toe om schroeven te kunnen plaatsen. Om gelijkmatige compressie te bereiken, gebruik je ringen of sterke compressieplaten. Gebruik bouten voor het uitlijnen van lagen tijdens de montage, in plaats van deuvelpennen.
    4. Zorg ervoor dat de definitieve ontwerpkenmerken van de pakking als volgt zijn: afgedicht oppervlak: ~3 cm2, doelkanaalhoogte: 200 μm.

2. Fabricage en voorbereiding van apparaatlagen

  1. Fabriceer de polycarbonaatbehuizing.
    1. Fabriceer de polycarbonaatlagen volgens de ontwerpspecificaties met een geschikte methode (bijvoorbeeld CNC-frezen). Om dit protocol te volgen, voer je CNC-bewerking uit om een vlakke verbindingslaag en een oppervlakteruwheid van 0,8 μm te verkrijgen.
      OPMERKING: 3D-printen werd ook geëvalueerd, maar resulteerde in krommingen, wat het effectieve bondinggebied verminderde.
  2. Maak de polycarbonaatbehuizingen en siliciumchips schoon.
    1. Inspecteer en maak de gefabriceerde behuizingen schoon op vuil, boren of bewerkingsresten onder optische vergroting. Spoel de onderdelen grondig af met isopropylalcohol en laat ze volledig drogen op kamertemperatuur.
    2. Inspecteer en maak de siliciumchips schoon op defecten of overtollig residu. Maak indien nodig schoon met isopropylalcohol om deeltjes te verwijderen.
      OPMERKING: Er is geen verdere oppervlaktevoorbereiding toegevoegd voor deze evaluatie.
  3. Maak epoxylijm klaar.
    1. Meng een tweecomponenten epoxy volgens de instructies van de fabrikant. Laat de epoxy gedeeltelijk uitharden bij kamertemperatuur totdat het een dikkere viscositeit bereikt die geschikt is voor nauwkeurige toepassing.
  4. Breng epoxy aan en monteer de siliciumchip.
    1. Laad de viskeuze epoxy in een spuit met een doseernaald. Breng een gecontroleerde druppel epoxy aan in de trog rondom de chipstoel.
    2. Plaats de siliconen chip voorzichtig in de verzonken zitting, zodat je volledig contact hebt met de epoxy en geen opgesloten luchtbellen. Breng indien nodig extra epoxy aan om eventuele gaten op te vullen.
      OPMERKING: Het gebruik van gedeeltelijk uitgeharde, viskeuze epoxy minimaliseert overloop buiten het hechtingsgebied. Gevangen belletjes kunnen echter faalpunten creëren, dus overweeg om te ontgassen of restbellen uit de trog te prikken.
  5. Genees de primaire band.
    1. Laat de assemblage uitharden bij kamertemperatuur of lage temperatuur (<40 °C).
      OPMERKING: Vermijd overmatige verwarming, want polycarbonaat heeft een lage glasovergangstemperatuur (150 °C), wat kan leiden tot kromtrekken of doorbuigen.
  6. Sluit de resterende kieren af.
    1. Bereid een verse lading epoxy voor en laad deze in een spuit met een dunne naald (27–30 G) naald. Voer een dun laagje epoxy langs de randnaad tussen de silicium- en polycarbonaatbehuizing, zodat epoxy de scheuren kan vullen. Laat de sealant-epoxylaag volledig uitharden voordat je verder gaat gebruiken.

3. Oplosmiddelbinding

  1. Breng lijmtape aan om de kanaalwanden te definiëren. Lasergeknipte lijmtape om de vorm van de kanaalwanden aan te passen.
    OPMERKING: Microfluïdisch diagnostisch tape werd gebruikt voor tijdelijke kanaalwanden (zie de Materiaaltabel).
  2. Verwijder één laag liner van de tape. Lijn de tape uit en breng het aan op de kanaalwandoppervlakken met deuvelpennen voor uitlijning.
  3. Bedek het vloeibaar kanaal met polyvinylalcohol (PVA). Voeg genoeg 1% PVA-oplossing toe om het hele fluidische kanaalgebied te bedekken. Laat de PVA-oplossing volledig drogen bij kamertemperatuur.
    OPMERKING: PVA lost niet gemakkelijk op in dichloormethaan en beschermt daardoor epoxy, silicium en coatings zoals PDMS en PEG.
  4. Verwijder het kleefmasker. Zodra de PVA-laag volledig is uitgehard, pel je voorzichtig de dubbelzijdige lijm af, waardoor er een met PVA gecoate vloeistofkanaal overblijft. Inspecteer en verwijder indien nodig eventuele restlijm van de kanaalwanden.
  5. Zet de polycarbonaatlagen samen. Lijn de boven- en onderbehuizingen van polycarbonaat uit met behulp van deuvelpennen.
  6. Breng oplosmiddel aan langs de verbindingsgrens.
    1. Vul een 5 mL spuit met een 30 G naald met het gekozen oplosmiddel (bijv. dichloormethaan, aceton). Plaats de spuittip op de rand/rand die in het apparaatontwerp is ontstaan. Doseer het oplosmiddel voorzichtig langs de rand/rand aan beide zijden van de constructie, zodat het oplosmiddel in het verbindingsinterface kan trekken en de PVA-barrière kan bereiken.
      OPMERKING: Voer alle oplosmiddelbehandeling uit met een chemische dampkap met handschoenen en oogbescherming. Doseer het oplosmiddel gestaag om de vorming van bellen aan het grensvlak te minimaliseren. VOORZICHTIG: Voer overtollig oplosmiddel af in een gelabelde, geschikte container voor chemisch afval in overeenstemming met de institutionele richtlijnen.
  7. Druk uitoefenen en uitharden.
    1. Plaats een matig gewicht (ongeveer 1–1,5 kg) gelijkmatig over het gemonteerde apparaat. Laat het apparaat volledig uitharden op kamertemperatuur gedurende 10–15 minuten.
    2. Zorg er onder een microscoop voor dat er geen grote belletjes aanwezig zijn om faalpunten te verminderen.
  8. Verwijder de PVA-offerlaag. Na het uitharden laat je 80 °C gedeïoniseerd water door het vloeikanaal stromen met lage stromingen (1–5 mL/min) gedurende minimaal 3 uur om de PVA-coating op te lossen en te verwijderen. Laat tot 24 uur waterstroming toe om volledige PVA-verwijdering te garanderen.
    1. Controleer het apparaat visueel op resterende PVA in het kanaal. Als PVA zichtbaar is, herhaal dan de waterstroom totdat er geen PVA meer zichtbaar is.

4. LDPE-binding

  1. Maak LDPE-bonding-formulieren klaar. Lasergesneden laagdichtheidspolyethyleen (LDPE) platen om de vorm van de kanaalwandgebieden te evenaren. Voor een 100–200 μm LDPE-vel gebruik je 75% vermogen en 100% snelheid voor de genoemde desktop lasercutter (zie de Materiaaltabel).
  2. Maak de LDPE-lakens schoon.
    1. Inspecteer de lasergesneden LDPE-platen op as, residu of deeltjes. Spoel grondig af met isopropylalcohol (IPA) en laat het volledig drogen.
  3. Zet de behuizing samen met LDPE-lagen.
    1. Lijn de LDPE-uitsparingen uit op de zijwanden van het vloeistofkanaal met behulp van deuvelpennen voor uitlijning. Plaats het bovenste polycarbonaatstuk op de onderste assemblage, waarbij de LDPE-lagen op het verbindingsvlak worden geplaatst.
  4. Verbind de constructie in een verwarmde oven.
    1. Plaats de gemonteerde behuizing in een voorverwarmde programmeerbare oven die op 145 °C staat met een temperatuursensor.
    2. Oefen matige druk uit (2–3 pond per vierkante inch (PSI)) bovenop de constructie met een gekalibreerd gewicht zoals een metalen plaat.
  5. Maak de assemblage af.
    1. Na 2 uur haal je de constructie uit de oven. Zorg voor een gelijkmatige LDPE-transparantie over het gehele gebonden oppervlak. Laat het apparaat koelen tot kamertemperatuur onder omgevingsomstandigheden.

5. Pakkingafdichting

  1. Knip en plaats de pakking.
    1. Knip het materiaal van het pakkingkoord tot de vereiste lengte om overeen te komen met het vloeiende kanaalpad.
    2. Plaats het pakkingkoord in de pakkingverkroes op de onderste polycarbonaatbehuizing, zodat het hele pad strak en continu past.
  2. Zet de behuizing in elkaar.
    1. Lijn het bovenste polycarbonaatstuk uit met het onderste stuk met bouten voor uitlijning. Steek bouten door de bovenste laag en in de inbusmoer, inclusief ringen of een compressieplaat indien nodig om de druk gelijkmatig te verdelen.
  3. Draai de bouten aan om de constructie af te dichten.
    1. Draai elke schroef met de hand vast om de bouten en het apparaat op hun plaats te houden.
    2. Gebruik een momentsleutel om elke schroef aan te draaien, terwijl je in een kruispatroon beweegt.
    3. Draai aan tot 0,5 lb-in om te voorkomen dat de siliciumchip scheurt of de polycarbonaatbehuizing vervormt. Trek het verder aan indien nodig.
      OPMERKING: Zelfs compressie is cruciaal om een vloeistofdichte afdichting te garanderen en scheuren in het silicium te voorkomen.

6. Inlaat-uitlaat (I/O) poort

OPMERKING: De volgende stappen zijn geoptimaliseerd voor het evalueren van ons hybride apparaatontwerp, zoals uiteengezet in de rest van het protocol. De volgende stappen in deze sectie zijn niet vereist voor het gebruik van de hechtingstechnieken. Het I/O-poortontwerp dat in dit deel wordt gebruikt, is toegevoegd aan Supplemental File 1.

  1. Ontwerp en fabriceer de juiste I/O-poort voor het microfluïdische ontwerp.
    1. Ontwerp een I/O-poort die past bij het microfluidische ontwerp en aansluit op een fluidisch circuit (bijv. buisaansluiting, luer lock).
    2. 3D-print het ontwerp met een hoogprecisie 3D-printer.
      OPMERKING: Andere I/O-poorten kunnen voor het ontwerp worden gebruikt, zoals gekochte I/O-poorten of luer-locked connectoren.
  2. Verbind de I/O-poorten aan het gemonteerde microfluïdische apparaat.
    1. Bereid epoxy volgens de instructies van de fabrikant en plaats het in een 1 mL spuit met een 27 G naald.
    2. Doseer 100–200 μL op de I/O-poorten, waarbij je oplet dat er geen epoxy in het stroompad komt, en verbind de I/O-poorten aan de poorten van het microfluïdische apparaat. Laat het 24 uur uitharden.

7. Het testen van het apparaat

  1. Verbind het hybride microfludiïdisch apparaat met een fluidisch circuit.
    1. Met behulp van peristaltische pompbuizen (zie de Materiaaltabel) verbind je een waterreservoir, rolpomp, druksensor en het hybride microfluidische apparaat in serie.
    2. Plaats de druksensor zo dicht mogelijk bij de inlaat van het apparaat om nauwkeurige drukmetingen te garanderen.
  2. Druk- en lektesten
    1. Pomp water door het circuit met een initiële debiet van 10 mL/min.
    2. Verhoog de debiet in stappen van 10 mL/min per minuut.
    3. Meet en registreer de druk bij elke debietsnelheid. Als extra druk nodig is, voeg dan een naaldbeperking stroomafwaarts van het apparaat toe om de circuitweerstand te verhogen.
    4. Definieer de nominale druk als de druk waarbij het eerste zichtbare lek optreedt.
  3. Drukvaltesten
    1. Met hetzelfde circuit plaats je direct stroomafwaarts van het apparaat een tweede druksensor.
    2. Laat het water stromen bij een geselecteerde debiet (10 mL/min in deze studie).
    3. Bereken de drukval over het apparaat als het verschil tussen drukmetingen vóór en na het apparaat.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

Figuur 1 vat de totale assemblagevolgorde samen voor de drie bindingsbenaderingen die in deze studie zijn geëvalueerd. De apparaatarchitectuur bestond uit twee bewerkte polycarbonaatlagen, elk met een vloeibaar kanaal. Een siliciumelement werd aan elke laag gebonden om de helft van het beoogde stroompad te voltooien. De geselecteerde afdichtingsstrategieën werden vervolgens gebruikt om de twee polycarbonaatassemblages te verbinden, waardoor het microkanaal w...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

Betrouwbare behuizing en afdichting blijven aanzienlijke uitdagingen vormen in hybride microfluidische systemen, vooral waar de structurele integriteit tijdens drukwerking moet worden gehandhaafd. De fabrikatie van standaard microfluidische apparaten maakt gebruik van een breed scala aan verbindingsstrategieën, waaronder laserlassen, thermische binding, kleeflagen en chemische aanpassing van het oppervlak, afhankelijk van het materiaal en de toepassing 42,43,44,45...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

SR is de oprichter van Silicon Kidney. NCH, DGB en SR zijn mede-uitvinders van een voorlopig octrooi dat verband houdt met de technologie die in dit manuscript wordt beschreven. De auteurs hebben geen andere concurrerende belangen om aan te geven.

Dankbetuigingen

Dank aan Dr. Dorian Liepmann van UC Berkeley voor zijn begeleiding en expertise in de fabricage van microfluïdische apparaten.

Financiering: National Institutes of Health Grant U01 EB025136, National Institutes of Health Grant R21 HD113527, Department of Defense Grant PR2104827, Pediatric Scientist Development Program & March of Dimes, National Institutes of Health K12HD047349

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
.040" (1.00 mm) Buna-N 70 O-Ring Cord StockThe O-Ring StoreN70.0401 mm pakking gebruikt in assemblage; diameter instelbaar per ontwerp
18-8 roestvrijstalen aspenMcMaster90145A876Gebruikt voor uitlijning in LDPE en solvent bonding
18-8 roestvrijstalen sluitringMcMaster92141A006Gebruikt in pakkingcompressieassemblage
316 roestvrijstalen ultra-laagprofiel kogelkopschroefMcMaster91223A315Schroeven gebruikt in pakkingassemblage
CAD-softwareOnShape of SolidWorks (of equivalent)Gebruikt voor apparaatdesign
Desktop CO2-lasersnijderUniversal Laser Systems (of equivalent)Gebruikt voor het snijden van LDPE-vellen en kleefband
Dichloormethaan, watervrij, 99,7+%ThermoFisher047352.M1Solvent gebruikt voor solvent bonding
Digitale koppelschroevendraaierChecklineTSD-400Gebruikt om gecontroleerde compressie in pakkingassemblage toe te passen
Tweedelig epoxyharsEpoxy Technology (of equivalent)MED-302Gebruikt voor het verlijmen van silicium op polycarbonaat
Zeskantmoer, laag-sterkte staalMcMaster90480A007Gebruikt met schroeven voor pakkingcompressie
Polyethyleen met lage dichtheid (LDPE) folieMcMaster8593K71100–200 µm LDPE-vel voor thermische bonding
Microfluidische diagnostische kleefband3M9965; 9972AGebruikt als tijdelijke maskeringslaag tijdens solvent bonding
Peristaltische pompslang (grootte 16 equivalent)Masterflex (of equivalent)Compatibel met rolpomp gebruikt bij testen
Polycarbonaat behuizing (gefreesd)Xometry (of equivalent)CNC-gefreesde polycarbonaat apparaatlagen
DruksensorGebruikt om inlaat- en uitlaatdrukken te meten
Programmeerbare laboratoriumovenIn staat om 145 °C te handhaven voor LDPE bonding
RollerpompGebruikt voor druk- en stromingstesten
Silicion substraat (vaste chip)MicroDicing (of equivalent)Gebruikt als model silicium component
Roestvrijstalen doseerspuitjes met Luer LockMcMaster75165A688Gebruikt voor het doseren van epoxy en solvent

Referenties

  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).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Tags

BioengineeringEditie 233Editie 233Lege waardeEditiemicrofluidicaOplosmiddelLage-dichtheidpolyethyleenPakkingThermoplastAfdichtingBonding
Constructiemethoden voor hybride polycarbonaat-silicium microfluidische apparaten
Neem contact met ons op
Aanbevelen aan de bibliotheek

Privacy

Gebruiksvoorwaarden

Beleidsoverzicht

Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. Alle rechten voorbehouden.