Name: Wysokowydajne, mikroprzepływowe, szybkie i tanie metody prototypowania (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-12-23T13:45:00.000+00:00
Duration: 7 min 51 s
Description: Poznaj techniki mikroprzepływowego szybkiego prototypowania z wykorzystaniem PDMS do tworzenia wymiennych złączy. Metoda umożliwia montaż zarówno jednorazowych, jak i wielokrotnego użytku układów mikroprzepływowych.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Autorzy dziękują za wsparcie finansowe ze strony NSERC i Canada Research Chair in Smart Medical Devices i są wdzięczni za różne narzędzia dostarczone przez CMC Microsystems i ReSMiQ. Podziękowania należą się Laurentowi Moudenowi za jego wkład w tę pracę.

1. Wymienny interkonektor oparty na PDMS do niskociśnieniowych zastosowań mikroprzepływowych15-16
<ol>
	<li>Przygotowanie 
	W tej sekcji opisano różne etapy przygotowania szkła i PDMS w celu wytworzenia interkonektora.
	<ol>
		<li>Przygotuj PDMS: Wymieszaj PDMS i utwardzacz w proporcji (10:1).</li>
		<li>Upewnij się, że temperatura piekarnika jest ustabilizowana na stałym poziomie 80 °C. W zależności od piekarnika użyj urządzenia pomiarowego, aby wykryć temperaturę piekarnika, a następnie ręcznie ją monitoruj.</li>
		<li>Dokładnie oczyść szalkę Petriego etanolem.</li>
		<li>Oczyść powierzchnię otworów dostępowych mikroprzepływowych, w których zostanie umieszczony interkonektor PDMS.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Produkcja 
	Łącznik międzysystemowy opisany w tym artykule jest zasadniczo uszczelką zgodną z przepisami. Uszczelka ta jest utworzona z PDMS i zawiera otwory, do których można włożyć mikrorurki. Samoczynnie przylega do powierzchni chipa mikroprzepływowego, tworząc szczelne uszczelnienie między mikrorurką a otworami dostępowymi do mikrokanałów w chipie. 
	Wykonaj następujące kroki, aby wyprodukować połączenie międzysystemowe.
	<ol>
		<li>Wlać cienką warstwę (około 2 mm) PDMS (cieczy) na szalkę Petriego.</li>
		<li>Pozwól PDMS lekko spolimeryzować w temperaturze 80 °C w piekarniku przez 12-15 minut. Chip mikroprzepływowy, do którego zostanie wykonane połączenie, umieść w piekarniku w tym samym czasie, tak aby był w tej samej temperaturze.</li>
		<li>Gdy PDMS zacznie polimeryzować, wyjmij go z pieca do utwardzania.</li>
		<li>Użyj stempla do biopsji, aby uformować otwory o pożądanej średnicy w powierzchni chipa mikroprzepływowego.</li>
		<li>Za pomocą ostrza wytnij wymagany kawałek PDMS. 
		Uwaga: Zaleca się początkowo wycięcie większego kawałka materiału, niż ostatecznie będzie to wymagane. Aby uniknąć stosowania wielu złączy, pożądane jest, aby każdy łącznik PDMS został przycięty do kwadratowego kształtu, a otwory wybite, tak aby były zgodne z maksymalną możliwą liczbą otworów w chipie użytkownika.</li>
		<li>Otwory powinny być nieco mniejsze niż zewnętrzna średnica mikroprobówki.</li>
		<li>Szybko wyjmij PDMS z szalek Petriego i umieść go na chipie mikroprzepływowym.</li>
		<li>Upewnij się, że ani na PDMS, ani na chipie nie ma kurzu i upewnij się, że otwory dostępowe w chipie mikroprzepływowym są wyrównane z otworami w chipie PDMS.</li>
		<li>Za pomocą mikropozycjonera wprowadzić rurki (np. rurki teflonowe) przez interkonektor PDMS. Rurki powinny mieć średnicę 110% średnicy otworu dostępowego do mikroprzepływów, aby zapobiec wyciekom cieczy. Te same rurki mogą być podłączone do systemu wtrysku cieczy w zależności od zastosowania użytkownika. 
		nuta: Zawsze umieszczaj rurki za pomocą mikropozycjonera, warstwa PDMS nie jest zbyt gruba i można ją oderwać, jeśli rurki są skręcone.</li>
		<li>W razie potrzeby dodaj żywicę epoksydową między rurkę a PDMS, aby uzyskać lepszą przyczepność. 
		Przykład ukończonego interkonektora pokazano na rysunkach oraz w Ghallab i Badawy2.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. Łączenie mikrorurek w zastosowaniach mikroprzepływowych za pomocą żywicy epoksydowej17 
Podczas produkcji interkonektora upewnij się, że krawędź mikrorurki jest prawidłowo przycięta. Użyj nowego ostrego ostrza, aby przeciąć krawędź mikrorurki prosto i upewnić się, że kontakt między mikroprobówkami a otworem dostępowym jest równomierny.
<ol>
	<li>Za pomocą mikropozycjonera ostrożnie umieść mikrorurkę w otworze dostępowym chipa mikroprzepływowego.</li>
	<li>Lekko dociśnij dozownik żywicy epoksydowej, aby nałożyć żywicę epoksydową na otwory dostępowe lub umieść ją ręcznie.</li>
	<li>Poczekaj, aż żywica epoksydowa utwardzi się, wykonując następujące czynności:
	<ol>
		<li>Żywica epoksydowa utwardzana promieniami UV: Wystaw żywicę epoksydową UV na działanie źródła UV przez 3-10 minut, w zależności od ilości użytej żywicy epoksydowej. Aby uzyskać więcej informacji, zapoznaj się ze specyfikacjami żywicy epoksydowej.</li>
		<li>Standardowa żywica epoksydowa: Jeśli podłoże mikroprzepływowe ma być używane tylko w temperaturze pokojowej, należy kontynuować utwardzanie żywicy epoksydowej przez 24 godziny w temperaturze pokojowej. Jeśli wymagane jest, aby podłoże wytrzymało wysokie temperatury, należy szybko zestalić żywicę epoksydową, wystawiając ją na działanie temperatury 100 °C za pomocą pieca lub grzejnika, w zależności od zastosowania. Aby uzyskać więcej informacji, zapoznaj się ze specyfikacjami żywicy epoksydowej.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. Technika montażu wielorazowych chipów mikroprzepływowych z interfejsem elektrycznym17
<ol>
	<li>Montaż komponentów 
	Rysunek 2 przedstawia połączenia między złączami elektrycznymi na płytce drukowanej a padami elektrycznymi na chipie mikroprzepływowym. Aby zmontować elementy PCB/mikroprzepływowego/pleksi, wykonaj następujące kroki: 
	ostrożność: Unikaj nadmiernego ciśnienia ściskania, które może spowodować uszkodzenie chipa mikroprzepływowego.
	<ol>
		<li>wielostykowe złącza elektryczne do montażu powierzchniowego na płytce drukowanej.</li>
		<li>Jeśli na elektropadach układu mikroprzepływowego znajduje się zanieczyszczenie, wyczyść je tlenem plazmowym, w przeciwnym razie wyczyść elektrody etanolem.</li>
		<li>Użyj ostrego ostrza, aby pociąć taśmę przewodzącą na małe kawałki o takich samych wymiarach jak elektropady chipa mikroprzepływowego, jak pokazano na rysunkach 1 i 2.</li>
		<li>Za pomocą kleszczy umieść taśmę przewodzącą na podkładkach elektrycznych PCB.</li>
		<li>Wyrównaj, a następnie umieść chip mikroprzepływowy na płytce drukowanej. 
		nuta: Aby uzyskać precyzję umieszczania, użyj maszyny do wyrównywania.</li>
		<li>Umieść warstwę izolacyjną (taką jak papier) na płytce drukowanej, aby uniknąć zwarć przed zainstalowaniem metalowych wsporników, w zależności od lokalizacji ścieżek PCB.</li>
		<li>Przymocuj metalowy wspornik za pomocą maszynowych i nakrętek.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Demontaż
	<ol>
		<li>Wykręć maszynowe, nakrętki i metalowe wsporniki.</li>
		<li>Delikatnie oddziel chip mikroprzepływowy i płytkę drukowaną.</li>
		<li>Użyj etanolu, aby usunąć klej z taśmy przewodzącej z podkładek elektrycznych na płytce drukowanej i chipie mikroprzepływowym przed ponownym montażem.</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>

Nie ma nic do ujawnienia.

Interkonektor PDMS jest przeznaczony do zastosowań niskociśnieniowych, należy zapobiegać wyciekom cieczy do otworu dostępowego do chipów, gdy interkonektor PDMS jest następnie umieszczany na otworze dostępowym. Dlatego zalecana grubość PDMS jest mniejsza niż 2 mm. Większa grubość może powodować słabą przyczepność PDMS do powierzchni chipa mikroprzepływowego i nie jest zalecana. Nieudaną próbę wykonano przy użyciu grubości 4 mm. Prace te koncentrują się na przyleganiu interkonektora PDMS do szkła, podczas gdy pompy strzyk...

Ostatnie postępy w mikroprodukcji doprowadziły do powstania bardziej złożonych urządzeń mikroprzepływowych, w tym dużej liczby elektrod i różnych typów algorytmów sterowania. Postępy te uwypukliły jednak nowe wyzwania w dziedzinie opakowań. Co więcej, Lab-on-Chip (LoC) to multidyscyplinarna koncepcja, w której urządzenia mikroprzepływowe, systemy mikroelektromechaniczne (MEMS), chipy mikroelektroniczne i inne części są ze sobą połączone. W związku z tym niemożliwe jest opracowanie procesu pakowania bez uwzględnienia różnych ograniczeń elementów LoC, takich jak czułość i ochrona obwodów mikroelektronicznych, rurki i aspekty mechaniczne. Ponadto pakowanie składowych danej Deklaracji Zgodności jest ściśle związane z aplikacją1,2. Na przykład w zastosowaniach optycznych przezroczystość urządzenia ma kluczowe znaczenie, zwłaszcza do celów testowych. Dlatego ważne jest, aby monitorować zachowanie systemu, utrzymując urządzenie w obserwowalnym zakresie. W zastosowaniach związanych z manipulacją ogniwami lub cząstkami, stosowanie technik niskonapięciowych jest bardziej atrakcyjne, wraz z pojawieniem się nowych technologii mikrowytwarzania, które umożliwiają zmniejszenie wymiarów elektrod (z kilku mikrometrów do submikronowej skali3-5), ale znacznie zwiększają liczbę elektrod do 100 lub więcej.
Z drugiej strony, LoC przeznaczone do analizy chemicznej i biologicznej wymagają długoterminowej obserwacji. W związku z tym opakowanie systemu i stanowisko testowe muszą unikać skażenia biologicznego, a także wszelkich awarii urządzeń elektronicznych LoC, a także zapewniać obserwowność systemu.
W ostatnio opublikowanych artykułach, mikroprzepływowość i MEMS są głównymi elementami LoC, ale inne moduły mogą być używane do monitorowania systemu. W związku z tym testowanie i walidacja architektur mikroprzepływowych stały się wyzwaniem ze względu na nowe podejścia do mikrofabrykacji oraz architektury o wysokiej złożoności i przepustowości. Do tej pory nie ma standardowych platform testowych ani podpór dla układów mikroprzepływowych, jak ma to miejsce w przypadku matryc mikroelektronicznych.
Badacze zaproponowali różne techniki pakowania do konkretnych zastosowań, takich jak Xie i inni.6 WHO zaprojektowali opakowanie bio-mikroprzepływowe, w tym chip mikroelektroniczny do kontroli separacji DNA w kanałach mikroprzepływowych. Beebe i wsp.W ramach projektu 7 zaprojektowano kanał mikroprzepływowy ze zintegrowanymi zbiornikami płynów i reagującymi na bodźce zaworami hydrożelowymi do manipulowania próbkami płynów. Inne systemy proponują zastosowanie elektrolitycznych pęcherzykowych czujników przepływu do wykrywania ciśnień za pomocą pola elektrycznego w celu wytworzenia pęcherzyków powietrza i zmierzenia odpowiedniego ciśnienia8. System czujników mierzy impedancję pęcherzyka, a następnie określa ciśnienie, co wymaga specjalnego opakowania zaprojektowanego tak, aby uniknąć wprowadzania jakichkolwiek zakłóceń do pomiarów. W innej pracy wprowadzono metodę pakowania mikroprzepływowego w temperaturze pokojowej opartą na sekwencyjnym procesie aktywacji plazmy9. Pomimo tego, że proces ten może prowadzić do powstania mocno zmontowanego urządzenia, ma on ograniczenia, gdy jest używany do celów prototypowania lub gdy urządzenie jest używane kilka razy. To ostatnie może oznaczać częstą wymianę niektórych części systemu. Co więcej, Lee i in. wprowadzili nową technikę pakowania, zwaną Biolab-on-IC, opartą na wykorzystaniu pól magnetycznych do indywidualnej manipulacji kulkami magnetycznymi, w której architektura mikroprzepływowa jest zaprojektowana na górze układu scalonego10. Ponadto niezawodność pakowania i integracji systemów mikroprzepływowych, biorąc pod uwagę rozmiar systemu, aspekty optyczne i części łączące, są krytycznymi kwestiami, które szczegółowo opisali Han i Frazier11. Ta ostatnia praca odzwierciedla typowe podejście do systemów LoC, w których kilka parametrów musi być precyzyjnie ustalonych i zmierzonych podczas pakowania.
W związku z tym, pakowanie mikroprzepływów stanowi wyzwanie dla nowej generacji urządzeń mikroprzepływowych. Opakowanie obejmuje niejednorodne części, takie jak rurki, połączenia elektryczne i wsparcie mikroprzepływowe. W przypadku przewodów głównym problemem jest bardzo ograniczona przestrzeń dostępna do podłączenia rurek w celu uzyskania dostępu do otworów mikroprzepływowych. Średnica obecnie dostępnych na rynku złączy mieści się w zakresie 6 mm; Jednak odległość między dwoma otworami dostępowymi zmniejsza się wraz ze zmniejszeniem całkowitych wymiarów systemu12-13. Dlatego zaproponowaliśmy technikę rurkową opartą na PDMS. Ten proces jest specjalnie opracowany dla fazy prototypowania. W rzeczywistości, ze względu na ograniczenia chemiczne, wymiana rurki łączącej po każdym użyciu jest obowiązkowa, aby uniknąć i zminimalizować wyciek cieczy do wnętrza mikrostruktury oraz oczyścić mikrokanaliki. W tym celu proces opisany w tym artykule ma szczególne zastosowanie w przypadku szybkiego projektowania prototypów.
Z drugiej strony, połączenia elektryczne są kluczowe dla urządzeń mikroprzepływowych, które wykorzystują bezpośrednią lub pośrednią manipulację elektryczną lub pomiar. Ze względu na szeroki zakres zastosowań mikroprzepływowych, wymiary, kształt i liczba styków elektrycznych urządzenia mogą się znacznie różnić. Dlatego wymagana jest wszechstronna metoda, którą można wykorzystać do różnych zastosowań. Kaler i in. przedstawili wyniki swojej platformy szybkiego prototypowania mikroprzepływowego, która opiera się na złączach o zerowej sile wprowadzania (ZIF)14. Zamiast tych późniejszych łączników, w prezentowanych metodach wykorzystuje się anizotropową warstwę przewodzącą klej, którą można łatwo dostosować do dowolnego kształtu.
Wielu badaczy nie bierze pod uwagę ograniczeń testowych podczas projektowania swojego urządzenia mikroprzepływowego. W mikroelektronice istnieje wiele podpór używanych do celów prototypowania i testowania, które nazywane są uchwytami układów scalonych. Mają one na celu głównie skrócenie czasu prototypowania i testowania oraz oferują badaczom i inżynierom łatwy sposób wymiany urządzeń w przypadku awarii. Podobnie jak w przypadku mikroelektroniki, proponujemy również nowy pakiet testowy dla urządzeń mikroprzepływowych ograniczonych do rozmiaru urządzenia 45 mm x 90 mm.
Proponowane przez nas techniki mają na celu pokrycie dużej liczby urządzeń i zastosowań mikroprzepływowych. Metody te można dostosowywać, rozszerzać i ulepszać do innych zastosowań. Naszym celem jest zapewnienie jednej z pierwszych wszechstronnych metod pakowania urządzeń mikroprzepływowych, które są zoptymalizowane pod kątem manipulacji mikroprzepływowych. Na przykład jednym z końcowych zastosowań urządzeń wyposażonych w te techniki jest oddzielanie mikrosfer modyfikowanych polistyrenem i karboksylem za pomocą sztucznego płynu mózgowo-rdzeniowego. Niemniej jednak mogą być wykorzystywane w innych aplikacjach z różnymi rozwiązaniami.
W dalszej części tego artykułu przedstawiono i porównano trzy różne techniki łączenia przewodów, 2 metody połączeń elektrycznych i jedną metodę pakowania mikroprzepływowego.

<table><tbody><tr><td>Epoxy 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 Epoxy</td><td>Epotek</td><td>OG159</td><td></td></tr><tr><td>Mikropompa</td><td>Aparat Harvard</td><td>PHD Ultra</td><td></td></tr><tr><td>PCB</td><td>Zaawansowane obwody</td><td></td><td></td></tr><tr><td>pleksi</td><td>Ecole Polytechnique</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Klej przewodzący folia</td><td>3M</td><td>9703</td><td></td></tr></tbody></table>

wysokowydajne, mikroprzepływowe, szybkie i tanie metody prototypowania

High Throughput Microfluidic Rapid and Low Cost Prototyping Packaging Methods

W tej pracy przedstawione są 3 różne techniki pakowania i montażu. Można je podzielić na dwie kategorie: techniki pakowania jednorazowego użytku i wielokrotnego użytku.
Technika jednorazowego pakowania wykorzystuje epoksydy na bazie UV i utwardzane temperaturowo do łączenia mikrorurek w celu uzyskania dostępu do otworów, łączenia przewodów do połączeń układów scalonych oraz srebrnej żywicy epoksydowej do połączeń elektrycznych. Metoda ta opiera się na solidnej technice montażu, która może wytrzymać stosunkowo wysokie ciśnienie bliskie 1 psi i nie wymaga żadnego wsparcia w celu wzmocnienia architektury mikroprzepływowej.
Techniki pakowania wielokrotnego użytku składają się z interkonektorów mikrorurkowych opartych na PDMS i anizotropowych folii klejących do połączeń elektrycznych. Urządzenia te są bardziej wrażliwe i delikatne. W związku z tym do struktury mikroprzepływowej dodaje się nośnik z pleksiglasu, aby poprawić kontakt elektryczny, gdy stosowane są anizotropowe folie samoprzylepne, a także wzmocnić architekturę mikroprzepływową. Ponadto mikromanipulator jest potrzebny do konserwacji rurek przy użyciu cienkiej warstwy PDMS do połączenia ich z otworami dostępowymi. Różne grubości warstw PDMS, w zakresie od 0,45 do 3 mm, są testowane w celu porównania najlepszej przyczepności w porównaniu z szybkością wtrysku. Stosowane dawki iniekcji wahają się od 50 do 300 μl/h odpowiednio dla warstw PDMS o grubości 0,45-3 mm. Techniki te mają zastosowanie głównie w zastosowaniach niskociśnieniowych. Można je jednak rozszerzyć na wysokociśnieniowe za pomocą procesu plazmowo-tlenowego, aby trwale uszczelnić PDMS do podłoży szklanych. Główną zaletą tej techniki, oprócz tego, że jest ona wielokrotnego użytku, jest to, że urządzenie jest obserwowalne, gdy długość mikrokanalika jest bardzo krótka (w zakresie 3 mm lub mniej).

Rysunek 3 przedstawia szczegółowy schemat proponowanej techniki pakowania. Rozwiązanie pakujące przetestowano przy kilku grubościach i rozmiarach PDMS, aby opracować przezroczysty i efektywny proces pakowania dla hybrydowych mikrosystemów mikroelektronicznych/mikrofluidycznych, co pokazano na Rysunkach 4 i 5. Wymiary zaprojektowanej warstwy łącznika z PDMS wynoszą 6 mm x 6 mm i jest ona wykorzystywana do połączenia dwóch otworów dostępowych. Jednak w przypadku głównych d...

W tym artykule opisujemy różne techniki dla platform szybkiego prototypowania mikroprzepływów. Proponowane techniki opierają się na epoksydach wrażliwych na promieniowanie ultrafioletowe (UV) i utwardzanych temperaturowo, rurkach na bazie polidimetylosiloksanu (PDMS), łączeniu drutem i anizotropowych foliach adhezyjnych. Przedstawione procedury montażu zostały opracowane zarówno dla urządzeń jednorazowego użytku, jak i systemów mikroprzepływowych wielokrotnego użytku.

Wysokowydajne, mikroprzepływowe, szybkie i tanie metody prototypowania

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

Ogólnym celem tej procedury jest przedstawienie różnych opcji dla platform szybkiego prototypowania mikroprzepływowego. Osiąga się to poprzez najpierw wyprodukowanie wymiennego interkonektora za pomocą PDMS. Drugim krokiem jest zamocowanie mikrorurek w interkonektorze lub bezpośrednio do chipa mikroprzepływowego.Następnie chipy mikroprzepływowe są montowane i podłączane do interfejsu elektrycznego. Ostatecznie płyn przepływa przez łącznik i do układu mikroprzepływowego z różnymi prędkościami. Aby ocenić wytrzymałość interkonektora PDMS, po raz pierwszy wpadłem na pomysł tej metody podczas projektowania układu mikroprzepływowego o wysokim poborze mocy wyjściowej i potrzebowałem łatwo demontowalnego interkonektora, aby przetestować różne wzorce propagacji pola elektrycznego kanału ENC z dużą liczbą elektrod kanału ENC.Aby rozpocząć, przygotuj PDMS od zmieszania PDMS i utwardzacza w stosunku 10 do jednego, a następnie odgazuj mieszaninę, umieszczając ją w niskiej próżni na 60 minut. Następnie rozgrzej piekarnik i rozgrzej go do 80 stopni Celsjusza i poczekaj, aż temperatura się ustabilizuje, podczas gdy piekarnik się nagrzeje. Oczyść powierzchnię chipa mikroprzepływowego, w którym zostanie umieszczony interkonektor PDMS, za pomocą etanolu.Pozostaw do wyschnięcia w miejscu wolnym od kurzu. Przenieś naczynie PDMS do nagrzanego piekarnika i pozwól PDMS lekko polimeryzować w temperaturze 80 stopni Celsjusza przez 12 do 15 minut, umieść chip mikroprzepływowy, do którego zostanie wykonane połączenie, w piekarniku z warstwą PDMS tak, aby po 15 minutach osiągnął tę samą temperaturę. Wyjmij PDMS i chip mikroprzepływowy z pieca do utwardzania.Następnie użyj żyletki, aby wyciąć kawałek PDMS o wymiarach pięć na pięć milimetrów. Następnie przebij dwa dwumilimetrowe otwory przez warstwę PDMS. Usuń PDMS z szalek Petriego i umieść go na chipie mikroprzepływowym.Zwróć uwagę, aby dokładnie wyrównać otwory, a następnie delikatnie wciśnij PDMS na miejsce. Po założeniu interkonektora przytnij rurki teflonowe o średnicy dwóch milimetrów i średnicy wewnętrznej 100 mikronów, używając nowego ostrza, tak aby krawędź mikrorurki została przecięta prostopadle do jej długości. Rurka powinna być wystarczająco długa, aby można ją było podłączyć do pompy strzykawkowej bez wywierania naprężeń na łącznik.Używając mikropozycjonera Włóż rurki przez warstwę łącznika PDMS, jeśli to konieczne, dodaj żywicę epoksydową między rurkę a PDMS, aby uzyskać lepszą przyczepność. Następnie podłącz drugi koniec rurek do układu wtrysku cieczy. Jako alternatywę dla interkonektorów opartych na PDMS, żywica epoksydowa może być stosowana do trwałego mocowania mikrorurek na miejscu.Aby to osiągnąć, użyj mikropozycjonera, aby ostrożnie umieścić mikrorurkę w otworze dostępowym chipa mikroprzepływowego. Następnie nałóż utwardzalną promieniami UV lub standardową żywicę epoksydową wokół otworów dostępowych i utwardź ją zgodnie ze specyfikacją producenta. Aby rozpocząć, wielopinowe złącza elektryczne do montażu powierzchniowego na płytce drukowanej.Następnie sprawdź elektroklocki układu mikroprzepływowego i oczyść wszelkie zanieczyszczenia powierzchniowe, wystawiając tlen plazmowy na około 10 minut z mniej lub bardziej krótkim czasem, w zależności od wymaganej ilości czyszczenia. Jeśli nie zostanie znalezione żadne zanieczyszczenie powierzchni, po prostu wyczyść klocki etanolem. Następnie za pomocą ostrego ostrza pokrój taśmę przewodzącą na małe kawałki o wymiarach dwa na dwa milimetry na jeden milimetr, tak aby miały takie same wymiary jak chipy mikroprzepływowe.Klocki elektryczne. Następnie użyj czystych kleszczy, aby umieścić taśmę przewodzącą na płytce drukowanej nad podkładkami elektrycznymi. Dopasuj chip mikroprzepływowy do łącznika międzysystemowego znajdującego się już nad płytką drukowaną.Za pomocą maszyny do wyrównywania umieść warstwę izolacyjną, taką jak papier, na płytce drukowanej, aby uniknąć zwarć, a następnie przymocuj metalowy wspornik za pomocą maszynowych i nakrętek z kompletnym zespołem. Rozpocznij testowanie poszczególnych konfiguracji, przepuszczając dejonizowaną wodę przez pompę strzykawkową. Powoli zwiększaj prędkość pompy, aż system zacznie przeciekać, w którym to momencie zostanie osiągnięte maksymalne ciśnienie.Po eksperymencie usuń maszynowe, nakrętki i metalowe wsporniki. Następnie delikatnie oddziel chip mikroprzepływowy i płytkę drukowaną. Na koniec użyj etanolu, aby usunąć klej z taśmy przewodzącej z podkładek elektrycznych na płytce drukowanej i chipie mikroprzepływowym przed ponownym montażem.W przedstawionej tutaj tabeli porównano trzy różne techniki mocowania rur interkonektorowych. Interkonektor PDMS jest sugerowany do stosowania w zastosowaniach niskociśnieniowych, gdy konstrukcja mikroprzepływowa musi zostać odkryta i wymaga szybkiego prototypowania. Żywica epoksydowa standardowa i UV zapewniają silne połączenie i mogą być używane zarówno do zastosowań niskociśnieniowych, jak i wysokociśnieniowych, ale tworzą trwałe uszczelnienie z urządzeniem, co może być niepożądane.Połączenia międzysystemowe PDMS są pokazane tutaj w porównaniu z niektórymi bardziej popularnymi konfiguracjami połączeń międzysystemowych. Interkonektor PDMS o grubości jednego milimetra może wytrzymać trzykrotnie większe ciśnienie niż interkonektor o grubości 0,45 milimetra. Odnosi się to do pięciokrotnie większego natężenia przepływu dla interkonektora o grubości jednego milimetra w porównaniu z interkonektorem o grubości 0,45 milimetra Po opanowaniu tej techniki można wykonać w ciągu 10 do 20 minut, jeśli zostanie wykonana prawidłowo.

high-throughput-microfluidic-rapid-low-cost-prototyping-packaging

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bioinżynieria

Wysoka wydajność metod prototypowania mikrofluidycznego, szybkie i niskobudżetowe metody pakowania

Mikrofluidyczne platformy kropelkowe są obiecującymi narzędziami do eksperymentów wysokoprzepustowych, ponieważ umożliwiają one niskokosztowe generowanie piko-litrowych, samoczynnie odseparowanych komór z częstotliwością rzędu kHz. Dzięki integracji z szybkimi, czułymi i wysokorozdzielczymi metodami spektroskopii fluorescencyjnej, duże ilości informacji generowanych w tych systemach mogą być efektywnie wydobywane, przetwarzane i wykorzystywane.

Metody detekcji fluorescencyjnej dla mikroprzepływowych platform kroplkowych

Przedstawiamy podejście mikrofluidyczne do ekspresji macierzy białkowych. Urządzenie składa się z tysięcy komór reakcyjnych sterowanych za pomocą mikromechanicznych zaworów. Urządzenie mikrofluidyczne jest połączone z biblioteką genów naniesioną w formie mikromacierzy. Geny te są następnie transkrybowane i translacyjne bezpośrednio na chipie, co pozwala na otrzymanie macierzy białkowej gotowej do zastosowań eksperymentalnych.

Generator wysokoprzepustowej ekspresji białek z wykorzystaniem platformy mikroprzepływowej

Opracowaliśmy metodę taniego i szybkiego prototypowania urządzeń do formowania wtryskowego płynnego elastomeru, używając drukarek 3D do modelowania osadzania topionego do projektowania form i zmodyfikowanego eksykatora jako systemu wtrysku cieczy.

Szybkie i tanie prototypowanie wyrobów medycznych przy użyciu drukowanych w 3D form do formowania wtryskowego cieczy

Tutaj prezentujemy protokół izolacji i hodowli pojedynczych komórek za pomocą platformy mikroprzepływowej, który wykorzystuje nową koncepcję projektowania mikrostudzienek, aby umożliwić wysokowydajną izolację pojedynczych komórek i długoterminową hodowlę klonalną.

Platforma mikroprzepływowa do wysokowydajnej izolacji i hodowli pojedynczych komórek

Tutaj prezentujemy protokół do projektowania i produkcji niestandardowych urządzeń mikroprzepływowych przy minimalnym nakładzie finansowym i czasowym. Celem jest ułatwienie przyjęcia technologii mikroprzepływowych w biomedycznych laboratoriach badawczych i placówkach edukacyjnych.

Szybka produkcja niestandardowych urządzeń mikroprzepływowych do zastosowań badawczych i edukacyjnych

Prezentujemy system mikroprzepływowy do wysokoprzepustowych badań nad złożonymi maszynami życia, który składa się z 1500 jednostek hodowlanych, szeregu ulepszonych pomp perystaltycznych i modułu mieszania na miejscu. Chip mikroprzepływowy pozwala na analizę wysoce złożonych i dynamicznych warunków mikrośrodowiskowych in vivo.

Generowanie dynamicznych warunków środowiskowych za pomocą wysokowydajnego urządzenia mikroprzepływowego

Mikrofluidyka to potężne narzędzie do tworzenia testów diagnostycznych. Jednak często wymagany jest drogi sprzęt i materiały, a także pracochłonne techniki wytwarzania i obsługi. W tym miejscu szczegółowo opisujemy protokół wytwarzania akrylowego urządzenia mikroprzepływowego do magnetycznych testów immunologicznych opartych na mikro- i nanocząsteczkach w tanich i prostych w użyciu.

Mikromielenie mikroprzepływowe urządzenia akrylowego sterowane numerycznie z ograniczeniem naprzemiennym dla testów immunologicznych opartych na nanocząstkach magnetycznych

Prezentacja dwuwarstwowego urządzenia opartego na polidimetylosiloksanie (PDMS) do produkcji bibliotek kombinatorycznych w emulsjach (korkach) typu woda w oleju jest przedstawiona. Niezbędny sprzęt i oprogramowanie wymagane do automatyzacji produkcji zatyczek jest szczegółowo opisane w protokole, a także pokazano produkcję ilościowej biblioteki zatyczek fluorescencyjnych.

Dwuwarstwowe urządzenie mikroprzepływowe do kombinatorycznej produkcji korków

Innowacyjna metoda wytwarzania urządzeń mikroprzepływowych wykorzystujących laminowanie politereftalanu etylenu (PET) znacznie zmniejsza koszty i złożoność chwytania i obrazowania wielu żywych zarodków danio pręgowanego.

Tanie projekty mikrofluidyki laminacji politereftalanu etylenu do multipleksowanego obrazowania danio pręgowanego

Ten protokół szczegółowo opisuje projekt i wykonanie urządzenia mikroprzepływowego odpowiedniego do badania mechaniki polimerów mikrotubul. Synteza technik mikrowytwarzania, zautomatyzowanej kontroli przepływu i modelowania obliczeniowego umożliwia stworzenie elastycznego systemu idealnie nadającego się do sondowania cytoszkieletu komórkowego in vitro.

Opracowanie opartego na mikrofluidyce podejścia do badania mechaniki polimerów mikrotubul

Poznaj techniki mikroprzepływowego szybkiego prototypowania z wykorzystaniem PDMS do tworzenia wymiennych złączy. Metoda umożliwia montaż zarówno jednorazowych, jak i wielokrotnego użytku układów mikroprzepływowych.

Wysokowydajne, mikroprzepływowe, szybkie i tanie metody prototypowania

Przeglądaj więcej filmów