Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.

Методическая статья

Методы строительства гибридных микрофлюидных устройств из поликарбоната и кремния

463 просмотров

⸱

DOI:

10.3791/69640

⸱

28 июля 2026 г.

 ,  ,  , 
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

В этой статье

Краткое содержание

Этот протокол описывает три простых метода герметизации для изготовления гибридного микрофлюидного устройства, интегрирующего компоненты поликарбоната и кремния. Внедряя стратегии соединения растворителями, термического сжатия и механического сжатия, мы обеспечиваем надёжные методы уплотнения при низких температурах, избегая специализированного оборудования для гибридных микрофлюидных устройств.

Аннотация

Гибридные микрофлюидные устройства, сочетающие термопластики с жёсткими подложками, такими как кремний и стекло, обеспечивают передовые биологические применения, но их сложно связывать из-за различий в тепловых и механических свойствах. Эти трудности делают традиционные методы с высокими температурами и высоким давлением неподходящими, что порождает необходимость альтернативных методов герметизации. Здесь мы представляем три относительно недорогие стратегии герметизации поликарбонатно-кремниевых микрофлюидных устройств: соединение растворителем с защитным маскированием для сохранения геометрии канала; низкотемпературный тепловой слой с использованием промежуточного слоя полиэтилена низкой плотности 100 мкм; и механическое сжатие с помощью уплотнительного кольца, который служит прокладкой. Каждый подход требует индивидуальных этапов проектирования и сборки для обеспечения герметичности. Эти стратегии не требуют специализированного оборудования или дорогостоящей инфраструктуры, что делает их отлично подходящими для прототипирования гибридных микрофлюидических устройств в академических исследовательских лабораториях и условиях с ограниченными ресурсами. Соединение растворителем обеспечивало наивысшую устойчивость к протечкам (до 692 мм рт. ст.) с прочным интерфейсом поликарбонат–поликарбонат, а сжатие прокладки обеспечивало наиболее воспроизводимые, визуально чистые уплотнения с минимальным падением давления (2 мм рт. ст. при 10 мл/мин). В отличие от этого, LDPE-соединение выявило интрузию канала, повышенное падение давления (196 мм рт. ст.) и случаи деламинации.

Введение

Микрофлюидные системы позволяют управлять небольшими объёмами жидкости и стали необходимыми инструментами в биомедицинских приложениях, включая диагностику в местах оказанияпомощи 1,2, платформыорган-на-чипе 3,4 и сенсорные технологии 5,6. Несмотря на разнообразие применений, эти устройства разделяют основные инженерные требования: правильный выбор материалов, воспроизводимые стратегии изготовления и устойчивуюбиосовместимость 7,8. Эти требования становятся более строгими в системах контакта с кровью, где материалы и архитектуры устройств должны обеспечивать гемосовместимость, обеспечивать прочную герметизацию жидкостей и поддерживать физиологические параметры потока, такие как сдвиговое напряжение и градиентыдавления 9,10,11.

Гибридные микрофлюидные системы интегрируют термопластики с жёсткими субстратами, такими как кремний и стекло, расширяя функциональность биомедицинских устройств (Дополнительный рисунок S1)12,13,14,15,16,17. Этот подход особенно интересен для приложений с контактом с кровью, где механически хрупкие, но высокоточные кремниевые или стеклянные компоненты соединяются с недорогими полимерными корпусами для обеспечения масштабируемых, биосовместимыхконструкций 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24. Хотя PDMS и термопластические микроустройства остаются широко распространены благодаря простоте изготовления, эти материалы ограничивают химическую устойчивость, механическую прочность и использование жёстких функциональных материалов, что стимулирует развитие гибридных архитектур25, 26, 27, 28. Несмотря на преимущества гибридных устройств, сборка разнородных материалов сопряжена с внутренними трудностями. Различия в тепловом расширении и механических свойствах могут подорвать целостность уплотнения, поэтому условия изготовления должны строго контролироваться для сохранения гемосовместимости, сохранения геометрии канала и предотвращения повреждений хрупких кремниевых или стеклянных конструкций. Успешная реализация гибридных систем зависит от осознанного выбора свойств материалов с соответствующими стратегиями изготовления.

Термопластичные материалы, включая поликарбонат и поли(метилметакрилат) (PMMA), широко используются в микрофлюидных системах, поскольку обеспечивают механическую прочность, биосовместимость, экономичность и совместимы с масштабируемыми стратегиями производства, такими как склеивание растворителями, термокомпрессия иклеи 12, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35. В отличие от этого, кремниевые и стеклянные подложки обладают повышенной химической устойчивостью и высокой точностью геометрии, однако их интеграция с термопластами остаётся технически сложной из-за различий в поверхностной химии и механическихсвойствах 36,37,38,39. Традиционные термокомпрессионные соединения могут подвергать хрупкие кремниевые или стеклянные компоненты повышенному давлению, увеличивая риск трещин. Альтернативно, подходы на основе клея могут снизить механические напряжения, но могут вызвать вариабельность однородности связей или вызвать опасения относительно долгосрочнойбиосовместимости 40.

Наша лаборатория разрабатывает устройства для контакта с кровью, предназначенные для замещения органов, включая оксигенаторы игемофильтры 17,21. Эти системы интегрируют кремниевые нанопорные мембраны как активные функциональные элементы с поликарбонатными корпусами, которые устанавливают путь кровотока и обеспечивают механическуюподдержку 18,19,21. Достижение надёжного и масштабируемого производства этих платформ зависит от надёжного соединения между этими разными материалами.

В данной работе рассматриваются три подхода к соединению, разработанные для решения ограничений традиционных методов сборки при высоких температурах и высоком давлении, используемых в гибридных поликарбонатно-кремниевых микрофлюидных системах. Дизайн платформы основан на продолжающихся усилиях по разработке модульных компонентов для микрофлюидного экстракорпорального мембранного оксигенатора17. Устройство оснащено жёстким поликарбонатным корпусом, обеспечивающим механическую устойчивость и определяющим обработанный канал кровотока, интегрированный с полупроницаемой кремниевой мембраной, предназначенной для облегчения газообмена. Для выделения характеристик соединения во время испытаний вместо функциональной мембраны использовалась непористая кремниевая подложка.

Три рассматриваемых метода соединения включали: 1) метод на основе растворителей, который избегает высоких температур и значительных механических нагрузок с защитной маскировкой для сохранения геометрии канала, 2) метод термического соединения при низких температурах с использованием 100 мкм низкоплотного полиэтиленового (LDPE) промежутка между поликарбонатными пластинами, и 3) механически герметичная конфигурация с использованием уплотнительного прокладки, расположенного вокруг жидкостного канала. Эти стратегии систематически сравнивались для определения их осуществимости и надёжности для быстрого прототипирования гибридных микрофлюидных устройств в лабораторных исследованиях. Все методы были разработаны для обеспечения сборки при низких температурах при поддержке умеренного рабочего давления (10–700 мм рт. ст.) и условий потока, соответствующих кровяно-контактным микрофлюидным системам. Следующая статья основана на главе из диссертации первогоавтора 41.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

1. Конструкция устройства: модификации корпуса из поликарбоната

ПРИМЕЧАНИЕ: Каждая стратегия склеивания требовала целенаправленных изменений в конструкции корпуса поликарбоната. Поэтому базовая микрофлюидная схема была адаптирована для простого и эффективного внедрения различных методов соединения для наших гибридных устройств. Файлы проектирования устройств приведены в Дополнительном файле 1.

  1. Общий дизайн корпуса
    1. Спроектировать поликарбонатный слой с углублённым сиденьем для кремниевой чипа с внутренним желобом по периметру для содержания эпоксидного клея.
  2. Конструктивные особенности для LDPE-соединения
    1. Добавить отверстия для штифтов в конструкцию корпуса для точного выравнивания слоев поликарбоната и листа LDPE.
    2. Учтите дополнительную высоту канала, создаваемую толщиной слоя LDPE.
    3. Убедитесь, что окончательные конструктивные характеристики LDPE следующие: площадь герметичной поверхности: ~15см 2, высота целевого канала: 200 мкм.
  3. Конструктивные особенности для соединения растворителем
    1. Добавьте отверстия для штифтов для выравнивания слоев поликарбоната.
    2. Отрегулируйте высоту канала, чтобы компенсировать возможное снижение высоты после соединения растворителем.
    3. Создайте выступ или выступ, втопив края одного из поликарбонатных деталей. Это облегчает ввод растворителя на интерфейсе соединения.
    4. Убедитесь, что окончательные конструктивные характеристики растворителя следующие: площадь герметичной поверхности: ~11см 2, высота целевого канала: 200 мкм.
  4. Конструктивные особенности сжатия прокладки
    1. Спроектировать прокладочный шнур прокладки, который будет следовать по пути жидкостного канала. Размеры слива, чтобы достичь примерно 25% сжатия выбранного сечения прокладки.
    2. Включите ввод прокладки в нижний поликарбонатный элемент; Спроектируйте верхнюю поликарбонатную поверхность ровной.
    3. Добавьте отверстия для болтов по периметру для установки винтов. Для равномерного сжатия используйте шайбы или прочные компрессионные пластины. При сборке используйте болты для выравнивания слоя вместо штифтовых штифтов.
    4. Убедитесь, что окончательные конструктивные характеристики прокладки следующие: площадь герметичной поверхности: ~3см 2, высота целевого канала: 200 мкм.

2. Изготовление и подготовка слоёв устройств

  1. Изготавливайте поликарбонатный корпус.
    1. Изготовление слоёв поликарбоната согласно проектным спецификациям с использованием соответствующего метода (например, фрезерной обработки с ЧПУ). Чтобы следовать этому протоколу, выполните обработку с использованием ЧПУ, чтобы получить плоскую поверхность соединения и шероховатость поверхности 0,8 мкм.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Также оценивалась 3D-печать, но она привела к изгибу, что уменьшило эффективную площадь сцепления.
  2. Очистите поликарбонатные корпуса и кремниевые чипы.
    1. Осмотрите и очистите изготовленные корпуса на наличие мусора, зарезов или остатков обработки под оптическим увеличением. Тщательно промыйте детали изопропиловым спиртом и дайте полностью высохнуть при комнатной температуре.
    2. Осмотрите и очистите кремниевые чипы на наличие дефектов или лишних налётов. По мере необходимости очищайте изопропиловым спиртом для удаления частиц мусора.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Дальнейшая подготовка поверхности для целей этой оценки не была включена.
  3. Приготовьте эпоксидный клей.
    1. Смешайте эпоксидку из двух компонентов согласно инструкции производителя. Дайте эпоксидке частично затвердеть при комнатной температуре, пока она не достигнет более толстой вязкости, подходящей для точного нанесения.
  4. Нанесите эпоксидку и закрепите кремниевой чип.
    1. Загрузите вязкую эпоксидку в шприц с дозирующей иглой. Нанесите контролируемую каплю эпоксидки в желоб, окружающий седло для отщепления.
    2. Аккуратно поместите кремниевой чип в утопленное сиденье, чтобы полностью контактировать с эпоксидкой и не застрять в воздухе. При необходимости наносите дополнительную эпоксидку, чтобы заполнить зазоры.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Использование частично затвердевшей, вязкой эпоксидки минимизирует переполнение за пределами зоны соединения. Однако запертые пузырьки могут создавать точки разрушения, поэтому рассмотрите возможность дегазации или вытаскивания остатков из желоба.
  5. Исцелить первичную связь.
    1. Дайте сборке затвердеть при комнатной температуре или при низком нагреве (<40 °C).
      ПРИМЕЧАНИЕ: Избегайте чрезмерного нагрева, так как поликарбонат имеет низкую температуру перехода стекла (150 °C), что может привести к деформации или изгибу.
  6. Запечатайте остаточные щели.
    1. Подготовьте свежую партию эпоксидки и заполните её в шприц с тонкой иглой (27–30 G). Проведите тонкую каплю эпоксидки вдоль периметра между кремниевым и поликарбонатным корпусом, чтобы можно было заполнить трещины. Дайте слою эпоксидного герметика полностью затвердеть перед дальнейшим обращением.

3. Bonding с растворителем

  1. Наклейте клейкую ленту, чтобы подчеркнуть стенки канала. Клейкая лента, вырезанная лазером, чтобы соответствовать форме стенок канала.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Для временных стенок каналов использовалась микрофлюидная диагностическая лента (см. Таблицу материалов).
  2. Снимите один слой лайнера с ленты. Выровняйте и прикрепляйте ленту к поверхностям стенок канала с помощью штифтов для выравнивания.
  3. Покрыть жидкий канал поливиниловым спиртом (ПВА). Добавьте достаточно 1% раствора ПВА, чтобы покрыть всю область жидкого канала. Дайте раствору ПВА полностью высохнуть при комнатной температуре.
    ПРИМЕЧАНИЕ: ПВА не растворяется легко в дихлорметане, поэтому защищает эпоксидку, кремний, а также покрытия, такие как PDMS и PEG.
  4. Снимите клейкую маску. Когда слой PVA полностью затвердеет, аккуратно снимите двухсторонний клей, оставив жидкий канал с покрытием PVA. Осмотрите и, при необходимости, очистите остатки клея на стенках канала.
  5. Соберите слои поликарбоната. Выровняйте верхний и нижний корпуса поликарбоната с помощью штифтов.
  6. Нанесите растворитель вдоль интерфейса соединения.
    1. Наполните шприц объёмом 5 мл иглой 30 г выбранным растворителем (например, дихлорметаном, ацетоном). Разместите кончик шприца у края или выступа, созданный в конструкции устройства. Аккуратно распределяйте растворитель вдоль края и выступа с обеих сторон сборки, позволяя растворителю проникнуть в интерфейс соединения и достичь ПВА-барьера.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Выполняйте все обращения с растворителями в вытяжке с химическими парами, надевая перчатки и защиту для глаз. Постепенно подавайте растворитель, чтобы минимизировать образование пузырьков на границе. ВНИМАНИЕ: Утилизировать избыточный растворитель в маркированный, подходящий контейнер для химических отходов в соответствии с институциональными рекомендациями.
  7. Приложите давление и лечение.
    1. Равномерно разместите умеренный вес (примерно 2–3 фунта) на собранное устройство. Дайте устройству полностью затвердеть при комнатной температуре в течение 10–15 минут.
    2. Под микроскопом убедитесь, что нет крупных пузырьков, чтобы уменьшить точки разрушения.
  8. Удалите жертвенный слой PVA. После отверждения пропустите деионизированную воду с температурой 80 °C через жидкий канал при низких расходах (1–5 мл/мин) минимум 3 часа для растворения и снятия ПВА-покрытия. Дайте до 24 часов потоку воды для полного удаления ПВА.
    1. Визуально осмотрите устройство на наличие остаточного PVA в канале. Если ПВА заметна, повторяйте поток воды, пока ПВА не исчезнет визуально.

4. LDPE-бондинг

  1. Подготовьте LDPE-лепящие листы. Листы низкоплотного полиэтилена (LDPE) лазерным нарезом соответствуют форме областей стенок канала. Для листа LDPE диаметром 100–200 мкм используйте 75% мощности и 100% скорость для упомянутого настольного лазерного резака (см. Таблицу материалов).
  2. Очистите листы LDPE.
    1. Проверьте лазерно вырезанные листы LDPE на наличие золы, остатков или частиц. Тщательно смойте изопропиловым спиртом (IPA) и дайте полностью высохнуть.
  3. Соберите корпус с помощью слоёв LDPE.
    1. Выровняйте вырезы LDPE на боковых стенках жидкостного канала с помощью штифтовых штифтов для выравнивания. Положите верхнюю поликарбонатную деталь на нижний узл, уложив слои LDPE на границе соединения.
  4. Соедините сборку в нагретой духовке.
    1. Поместите собранный корпус в заранее разогреваемую программируемую духовку с температурой 145 °C с датчиком температуры.
    2. Прикладывайте умеренное давление (2–3 фунта на квадратный дюйм (PSI)) поверх сборки с помощью калиброванного веса, например, металлической пластины.
  5. Завершите сборку.
    1. Через 2 часа вынимите сборку из духовки. Обеспечьте равномерную прозрачность LDPE по всей склеенной поверхности. Дайте устройству остыть до комнатной температуры в условиях окружающей среды.

5. Герметизация прокладки

  1. Разрежьте и поставьте прокладку.
    1. Отрежьте материал прокладки до нужной длины, чтобы соответствовать пути жидкого канала.
    2. Вставьте шнур прокладки в влаз прокладки на нижнем поликарбонатном корпусе, обеспечив плотное и непрерывное прилегание по всему пути.
  2. Собери корпус.
    1. Выровняйте верхнюю поликарбонатную деталь с нижней с помощью болтов для выравнивания. Вставляйте болты через верхний слой и в шестигранную гайку, включая шайбы или компрессионную пластину по мере необходимости, чтобы равномерно распределять давление.
  3. Затяните болты, чтобы герметизировать сборку.
    1. Затягивайте каждый винт вручную, чтобы удерживать болты и устройство на месте.
    2. Используйте динамометрический ключ, чтобы затянуть каждый винт, двигаясь поперечно.
    3. Затяните до 0,5 фунта-дюйма, чтобы избежать трещин кремниевой чипа или деформации поликарбонатного корпуса. Затягивайте ещё сильнее по необходимости.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Даже сжатие критически важно для обеспечения герметичности и предотвращения трещин кремния.

6. Вход-выход (I/O) порт

ПРИМЕЧАНИЕ: Следующие шаги оптимизированы для оценки дизайна нашего гибридного устройства, как описано в остальной части протокола. Следующие шаги в этом разделе не требуются для использования техники связывания. Дизайн портов ввода-вывода, использованный в этой части, был добавлен в Дополнительный файл 1.

  1. Спроектировать и изготовить подходящий порт ввода/вывода для микрофлюидической конструкции.
    1. Спроектировать порт ввода-вывода, который подойдёт к микрофлюидической конструкции и подключён к жидкой цепи (например, фитинг трубки, замок люэра).
    2. 3D-печать дизайна с помощью высокоточного 3D-принтера.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Для проектирования могут использоваться и другие порты ввода-вывода, например, купленные порты ввода/вывода или разъёмы с luer-locking.
  2. Подключите порты ввода/вывода к собранному микрофлюидному устройству.
    1. Подготовьте эпоксидку согласно инструкции производителя и поместите её в шприц объёмом 1 мл с иглой на 27 G.
    2. Нанесите 100–200 мкл на лицевой сторону портов ввода-вывода, стараясь не попадать эпоксидки в поток, и подключите порты ввода/вывода к портам микрофлюидных устройств. Дайте отверсти 24 часа.

7. Тестирование устройства

  1. Подключите гибридное микрофлюидное устройство к жидкостной цепи.
    1. Используя трубку перистальтического насоса (см. Таблицу материалов), последовательно соедините водяной резервуар, роликовый насос, датчик давления и гибридное микрофлюидное устройство.
    2. Расположите датчик давления как можно ближе к входу устройства, чтобы обеспечить точные измерения давления.
  2. Тестирование на давление и утечки
    1. Перекачивайте воду по цепи с начальным расходом 10 мл/мин.
    2. Увеличивайте расход с шагом на 10 мл/мин каждую минуту.
    3. Измеряйте и фиксируйте давление при каждой скорости расхода. Если требуется дополнительное давление, добавьте ограничительное ограничение иглой ниже по устройству для увеличения сопротивления цепи.
    4. Определите номинальное давление как давление, при котором происходит первая видимая утечка.
  3. Испытания на падение давления
    1. Используя ту же схему, вставьте второй датчик давления сразу после устройства.
    2. Проток воды при выбранной скорости расхода (10 мл/мин в данном исследовании).
    3. Рассчитайте падение давления по всему устройству как разницу между измерениями давления до и после установки.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

Рисунок 1 обобщает общую последовательность сборки для трёх методов соединения, оценённых в данном исследовании. Архитектура устройства состояла из двух обработанных слоёв поликарбоната, каждый из которых включал флюидный канал. К каждому слою прикреплялся кремниевой элемент, чтобы заполнить половину запланированного пути потока. Выбранные стратегии герметизации затем использовались для соединения двух поликарбонатных сборок, тем самым замкнув микроканал. По...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

Надёжное укрытие и герметизация по-прежнему представляют значительные трудности в гибридных микрофлюидных системах, особенно там, где необходимо сохранять структурную целостность при работе под давлением. Стандартное производство микрофлюидных устройств использует широкий спектр стратегий склеивания, включая лазерную сварку, термическое склеивание, нанесение клеевых слоёв и химическую модификацию поверхности, в зависимости от материала иприменения 42, <...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

SR является основателем Silicon Kidney. NCH, DGB и SR являются соавторами предварительного патента, связанного с технологией, описанной в этой рукописи. У авторов нет других конкурирующих интересов, чтобы заявить.

Благодарности

Благодарим доктора Дориана Липманна из Калифорнийского университета в Беркли за его руководство и экспертизу в производстве микрофлюидных устройств.

Финансирование: Грант Национальных институтов здравоохранения U01 EB025136, грант Национальных институтов здравоохранения R21 HD113527, грант Министерства обороны PR2104827, Программа развития педиатрических учёных и March of Dimes, Национальные институты здравоохранения K12HD047349

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
.040" (1.00 мм) Buna-N 70 O-Ring Cord StockThe O-Ring StoreN70.040Применяется уплотнительная прокладка 1 мм; диаметр регулируется по конструкции
Шпиндельно-упорный штифт из нержавеющей стали 18-8McMaster90145A876Используется для выравнивания в LDPE и соединения растворителями
Шайба из нержавеющей стали 18-8McMaster92141A006Используется в уплотнительной компрессионной сборке
Сверло с головой под шестогранный ключ из нержавеющей стали 316 с низким профилемMcMaster91223A315Болты, используемые в уплотнительной сборке
Программное обеспечение CADOnShape или SolidWorks (или эквивалент)Используется для проектирования устройства
Настольный CO2 лазерный резакUniversal Laser Systems (или эквивалент)Используется для резки листов LDPE и клейкой ленты
Бесводный дихлорметан, 99.7+%ThermoFisher047352.M1Растворитель, используемый для соединения растворителями
Цифровой ключ-моментChecklineTSD-400Используется для применения контролируемой компрессии в уплотнительной сборке
Двухкомпонентная эпоксидная смолаEpoxy Technology (или эквивалент)MED-302Используется для соединения кремния с поликарбонатом
Шестогранный гай из низкопрочной сталиMcMaster90480A007Используется с болтами для компрессии уплотнения
Пленка из полиэтилена низкой плотности (LDPE)McMaster8593K71Лист LDPE толщиной 100–200 мкм для термического соединения
Микрофлюидная диагностическая клейкая лента3M9965; 9972AИспользуется в качестве временного защитного слоя при соединении растворителями
Трубка для перистальтического насоса (эквивалент размера 16)Masterflex (или эквивалент)Совместим с роликовым насосом, используемым в тестировании
Корпус из поликарбоната (обработанный)Xometry (или эквивалент)Корпуса устройств из поликарбоната, обработанных с ЧПУ
Датчик давленияИспользуется для измерения входного и выходного давления
Программируемая лабораторная печьСпособна поддерживать 145 °C для соединения LDPE
Роликовый насосИспользуется для тестирования давления и расхода
Силициевый субстрат (твердый чип)MicroDicing (или эквивалент)Используется в качестве модельного силициевой компоненты
Иглы для дозирования из нержавеющей стали с замком ЛюэраMcMaster75165A688Используется для дозирования эпоксидной смолы и растворителя

Ссылки

  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).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Теги

Биоинженериявыпуск 233выпуск 233пустое значениевыпускмикрофлюидикарастворительполиэтилен низкой плотностипрокладкатермопластгерметизациябондирование
Методы строительства гибридных микрофлюидных устройств из поликарбоната и кремния
Связаться с нами
Порекомендовать библиотеке

Конфиденциальность

Условия использования

Политики

© 2026 MyJoVE Corporation. Все права защищены.