Растворитель Связующие для изготовления ПММА и КС микрожидком устройств

Summary

Растворитель соединения представляет собой простой и универсальный способ изготовления термопластичных микрожидкостных устройств с высоким качеством связи. Мы опишем протокол для достижения сильных, оптически четкие связи в ПММА и КС микрожидкостных устройств, которые сохраняют детали microfeature, с помощью продуманного сочетания давления, температуры, подходящего растворителя и геометрии устройства.

Abstract

Термопластичные микрожидкостных устройства предлагают много преимуществ по сравнению, изготовленные из силиконовых эластомеров, но процедуры скрепления должны быть разработаны для каждого термопласта интерес. Растворитель соединения представляет собой простой и универсальный метод, который может быть использован для изготовления устройств из различных пластиков. Соответствующий растворитель добавляют между двумя слоями устройства, подлежащего соединению, и тепло, и давление, применяются к устройству для облегчения сцепления. С помощью соответствующей комбинации растворителя, пластика, тепла и давления, устройство может быть запечатан с высоким качеством связи, характеризуются как имеющие высокий уровень охвата облигаций, прочность связи, оптическую прозрачность, прочность с течением времени, и низкую деформацию или повреждение microfeature геометрия. Мы опишем процедуру скрепления устройств, изготовленных из двух популярных термопластов, поли (метил-метакрилата) (PMMA) и цикло-олефиновых полимеров (КС), а также различные методы, чтобы охарактеризовать качество полученных облигаций и стратегий Труbleshoot низкого качества связи. Эти методы могут быть использованы для разработки новых растворителей протоколы Адгезионные покрытия для других систем пластиком растворителей.

Introduction

Микрофлюидикс возникла в течение последних двадцати лет , как технология хорошо подходит для изучения химии и физики на микроуровне ^1, и с растущим обещанием внести существенный вклад в исследования биологии ^{2 - 4.} Большинство устройств микрофлюидальных исторически были сделаны из поли (диметилсилоксана) (PDMS), силиконового эластомера , который прост в использовании, недорогие, и предлагает возможность репликации высокого качества ^5. Тем не менее, PDMS хорошо документированы недостатки и несовместим с изготовлением больших объемов обрабатывает ^6,7, и как таковой, наблюдается растущая тенденция к фабрикации микрожидкостных устройств из термопластичных материалов, из - за их потенциала для массового производства и , следовательно , коммерциализации.

Одним из главных препятствий для более широкого внедрения пластиковых микротехнологий было достижение легко, высокое качество склеивания пластиковых устройств. Современные стратегии используют тHermal, клей, и методы растворителей для склеивания, но многие страдают от серьезных проблем. Термоскрепление увеличивает аутофлуоресценция ⁸ и часто деформируется Microchannel геометрий ^{9 - 11,} в то время как клеевые методы требуют трафареты, тщательного выравнивания, и в конечном итоге оставить толщину клея подвергается микроканала ^10. Растворитель склеивание привлекателен благодаря своей простоте, перестройки частоты и низкой стоимостью ^{10,12 - 14.} В частности, его перестройки частоты позволяет оптимизировать для различных пластмасс, который может дать последовательное, высокое качество склеивания , что сводит к минимуму деформацию microfeatures ^14.

Во время приклеивания растворителя, воздействием растворителей увеличивает подвижность полимерных цепей вблизи поверхности пластика, что дает возможность взаимной диффузии цепей через границу раздела приклеивания. Это приводит к запутанности через механическое сцепление диффундирующего цепей, и приводит к арhysical облигаций ^10. Термоскрепление работает аналогичным образом, но зависит от повышенной температуры в покое, чтобы увеличить подвижность цепи. Таким образом, тепловые методы требуют температуры около или выше температуры стеклования полимера, в то время как использование растворителей может значительно снизить температуру, необходимую для склеивания, и тем самым уменьшить нежелательную деформацию.

Мы предлагаем специальный протокол для связывания как ПММА и КС устройств. Тем не менее, этот протокол и метод описывает простой, общий подход к растворителя склеивания термопластичных микрожидкостных устройств, которые могут быть приспособлены для других пластиковых материалов, растворителей и имеющегося оборудования. Описаны многочисленные методы оценки качества облигаций (например, покрытие облигаций, прочность связи, прочность связи, а также деформация microfeature геометрии), а также обеспечить подходы по устранению неполадок для решения этих общих проблем.

Protocol

Обратите внимание, что все шаги, описанные ниже, были разработаны и выполнены в среде без чистых помещений. Растворитель шаги склеивание, безусловно, может быть выполнена в чистой комнате, если таковая имеется, но это не является обязательным.

1. Подготовка слоев устройства Термопласт микрожидком

1. Проектирование и изготовления слоев микрожидкостных устройств из термопластика выбора, с использованием соответствующего способа изготовления (например, micromilling ^15, тиснение фольгой ^{16 - 18,} литье под давлением).
2. Осмотреть слои устройства , чтобы убедиться , что края "чистыми" (то есть, заусенец или гребни остаточному материала от процесса изготовления). Для достижения наилучших результатов, проверьте все механически обработанные края микро-функция в дополнение к внешним краям устройства под оптическим микроскопом.
3. Если оставшийся материал найден во время визуального осмотра, используйте лезвие или скальпель, чтобы тщательно удалить любой матПерс, который предотвращает слои от устройств лежа друг против друга так, что интерфейсы слоев вступают в контакт конформной.
4. Очистите устройство поверхностей с лабораторным мылом и водой и высушить сжатым воздухом. Submerge слоев устройства в 2-пропанола в течение 2 мин и сжатым воздухом.

2. Растворитель Bonding

1. Приготовьте горячий пресс (для ПММА) или конфорку (для КС).
   1. Для PMMA (акрила, температура стеклования ~ 100-110 ° C) ¹⁸ предварительного нагрева пресса до 70 ° C, и позволяют стабилизации температуры.
   2. Для КС (температура стеклования 102 ° C, от производителя), предварительно нагреть конфорку до 25 ° C, и позволяют стабилизации температуры.
2. Подготовка растворителя для процесса склеивания.
   1. Для ПММА, измерения 0,5 мл этанола на квадратный дюйм площади скрепления.
   2. Для КС, готовят смесь 65:35 2-пропанола и циклогексана, остроумиега общий объем 0,5 мл смеси на квадратный дюйм площади приклеивания.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Для КС, использовать стеклянные пипетки и контейнеры, а циклогексан растворится общий полипропилен лабораторное оборудование. Выполните все смешивание и склеивание в вытяжном шкафу, так как циклогексан является токсичным.
3. Разлить 0,1 мл растворителя на квадратный дюйм площади склеивания между очищаемых пластиковых слоев и довести слои вместе. Визуальный осмотр на наличие пузырьков воздуха на границе склеивания, которые являются общими, и должны быть удалены как можно больше.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Это выгодно работать быстро, как только растворитель было обойтись, так как летучие растворители начнут испаряться (и, следовательно, смеси растворителей будет меняться в композиции).
   1. Если имеются пузырьки, скользят два пластмассовых сло вдоль границы раздела скрепления таким образом, что они почти отделиться (но остаются в контакте), а затем вставьте их обратно вместе.
4. Совместите слои устройства с выравниванием штифтами,обычай джиг, или просто вручную (смотрите раздел Обсуждение для получения более подробной информации).
   1. При использовании установочные штифты, совместите отверстия для штифтов, и вставьте штырьки в стек устройства.
   2. При использовании пользовательского кондуктор, вставьте стек устройства в кондуктор и затянуть вокруг устройства.
   3. Если выравнивание вручную, используйте пальцы, чтобы выровнять внешние края устройства.
5. Поместите устройство с растворителем в предварительно нагретый пресс (для ПММА) или на предварительно разогретой конфорки (для КС).
   1. Для ПММА, применяют 2.300 кПа давления в течение 2 мин.
   2. Для КС, применять 350 кПа давления. Повышение температуры от 25 ° С до 70 ° С со скоростью 5 ° С / мин. После достижения 70 ° С (через 9 мин), св зь в течение еще 15 мин.
6. Используйте пинцет, чтобы безопасно удалить горячий прибор для осмотра. Связующие завершена.
7. Удалите оставшуюся жидкость в устройстве (в микроканалов или других featurэс).
   1. Для ПММА, удалите оставшуюся жидкость с сжатым воздухом. Для КС, поместите присоединенную устройство на плитке и выпекать при температуре 45 ° С в течение 24 ч, чтобы удалить остатки циклогексана.

Representative Results

Схема общего растворителя процедуры связывания показан на рисунке 1. Самый простой способ для оценки качества облигаций является визуальный осмотр покрытия облигаций, так как недостаточный охват связь хорошо видна как области несвязанной пластика, а также свидетельствует о слабой связи. Такие районы , как правило , вблизи свободного края (например, периферия устройства, или вблизи открытых портов или микроканалы), а также могут часто появляются вокруг любых частиц грязи или пыли на поверхности приклеивания. Плохое покрытие облигаций из - за слабой связи , как правило , рассматривается на стадии разработки протокола, до того были найдены оптимальные композиции растворителей и склеивание условий, а также примеры показаны на рисунке 2А. Как правило, слабая связь предполагает необходимость в одной или более из следующего : (I) , более агрессивным растворителем (т.е., более высокой концентрации раствора или другого растворителя), (II) более высокой температуры , склеивание, и (III) более высокой склеивание прEssure.

И наоборот, при слишком агрессивных условиях связь может привести к превосходной покрытия связи с высокой прочностью связи, но также поврежденные или запечатанный microfeatures, как показано на фигуре 2В. Это наиболее часто из-за растворителя слишком агрессивным, хотя и при высокой температуре (приближением к температуре стеклования пластика) также может привести к значительной деформации.

Высокое качество, хорошо-стружечных устройство имеет как хорошее покрытие облигаций и минимальную деформацию microfeatures, как показано на рисунке 2C. В зависимости от растворителя и температуры выбора, это может быть трудно достичь хорошего покрытия облигаций вблизи свободных краев устройства, если растворителем является очень летучим и, таким образом, быстро испаряется. В таких ситуациях, добавляя небольшие микродорожек к конструкции устройства, по краям интерес, может помочь уменьшить испарение растворителя и, таким образом,улучшить покрытие облигаций, как показано на рисунке 2D. Как правило, мы используем канавки с сечением размерами 500 х 500 мкм, помещают 300 мкм от края. ¹⁴

В дополнение к общей визуальной инспекции покрытия облигаций, как деструктивные и неразрушающие испытания должны быть использованы для дальнейшего изучения качества сцепления и повреждения microfeature. Два разрушающие испытания, которые полезны на стадии разработки протокола являются (я) кросс-секционирования и (II) заклинивание помимо облигационных устройств, чтобы оценить геометрию microfeature и прочность связи, соответственно. Мы предпочитаем используя micromilling раздел наши устройства, как мы находим это предлагает хорошее сочетание удобства, точности и относительно чистых поверхностей. При отсутствии фрезерного станка другие подходы могут быть использованы, хотя они будут представлены различные проблемы. Примеры включают резки алмазной пилы или ленточной пилы (листья шероховатые поверхности), тщательно щелкаяустройство вдоль выигранных линий (может быть затруднено из-за толщины, и напряжение сдвига может вызвать устройство расслаиваться), или просто шлифовка прочь часть устройства (трудоемкого). Грубые поверхности от резки могут быть сглажены с помощью песка.

Независимо от используемого метода, устройства должны быть разрезали перпендикулярно microfeatures интереса, и может быть визуально с помощью оптического микроскопа. Размер и форма microfeature сечений будет указывать, сколько деформация произошла из-за связей. Менее агрессивные растворители, и более низкие температуры и давления, будет лучше сохранить острые углы и прямые стены, в то время как более агрессивные условия будут вызывать округление углов и стен, а также уменьшение площади поперечного сечения из-за полимерного набухания. Изображения типичных результатов представлены на рисунке 3.

Прочность связи может быть измерена с помощью частичногоLY заклинивание разбирают соединенные слои с подкладкой и измеряя расстояние от края опорной пластины к краю области расслаивания. Прочность связи может быть вычислен с этого расстояния, толщины слоев и опорной пластины, а также модуль упругости пластика. ^14,19 Если конкретное значение прочности соединения не имеет значения, заклинивание слои друг от друга обеспечивает качественный метод оценки того , является ли достаточно сильным для типичных сил и работы с устройством будут сталкиваться в ходе экспериментов связь.

Неразрушающие тесты полезны для проверки качества устройства, оставляя его пригодным для использования по прямому назначению. Простой и полезный метод для проверки с помощью микроскопии, ориентируясь в первую очередь на покрытие облигаций вблизи microfeature края или на небольших участках скрепления. Не склеенных областей появляются немного темнее , чем соединенных областей из - за тонкого воздушного зазора между слоями пластика, и , как показано на рисунке 4 </ Сильный>, должен быть заметен при тщательном осмотре с помощью микроскопа. Нахождение области несвязанной пластика может помочь направить вторую итерацию локализованной связи для герметизации критических частей устройства перед использованием.

Полезный метод для достижения прочных связей с агрессивным растворителем, но при сведении к минимуму повреждения микроканалы, является добавление бороздки с портами доступа к конструкции прибора, и только добавить растворитель, в канавках (вместо того, чтобы заливая поверхность сцепления с растворителем). Это значительно уменьшает контакт между микроканалов и жидкий растворитель (пар до сих пор входит микроканала), и , следовательно , уменьшает деформацию , как показано на рисунке 5.

В зависимости от применения используемое устройство, может потребоваться более долгосрочные испытания прочности. Например, многие из наших устройств используются для биологических экспериментов, и может находиться в клетке инкубатора ENVIсреды (37 ° C, 100% влажности) в течение нескольких недель. Прочность может быть оценена путем размещения тестовых устройств в требуемых условиях в течение требуемого времени, и проверены позже для визуального уменьшения охвата связи (отслоение устройства), или ослабляется прочность связи, что позволяет устройству быть легко зажатый друг от друга. Примеры приведены на рисунке 6, и указывают на необходимость изменения процедуры скрепления для достижения более высокой прочности сцепления.

Рисунок 1: Схема Bonding процесса. Общего растворителя процесс соединения показан. Жидкий растворитель добавляют между двумя термопластических слоев устройства подвергаемых соединению. Слои сведены вместе и пузырьки удаляются из жидкости на границе раздела фаз приклеивания. Давление и тепло применяются к устройству в течение требуемого времени, и связанный устройство является полным. Любое повторноежидкость может остальной ее можно удалить из открытых портов. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 2: Визуальные Примеры изменяемых Bond качества. (A) общая проблема с большим количеством жидких растворителей подходов скрепления является то , что быстрое испарение происходит вблизи свободных краев устройства во время стадии нагретого связующего из - за растворителя летучесть. Это часто приводит к областям несвязанной материала вблизи этих краев, что приводит к плохим покрытием связи, вытекающей микрофлюидальных признаков, а также низкой общей прочности связи. Эти области видны как светлые пятна с цветными интерференционных полос (желтые стрелки). (В) С другой стороны , чрезмерно агрессивные выходы растворителей склеивание превосходное покрытие связью, но и может привести к значительным DamaGE в microfeatures, тем самым деформируя или перекрывая каналы устройства (желтые стрелки). (C) Оптимизированная система растворителей из пластика обеспечивает хорошее покрытие облигаций и прочность, и сводит к минимуму повреждения microfeatures при этом должным образом их герметизации. (D) В некоторых случаях добавление удерживания растворителя канавки параллельно краям устройства (желтая стрелка) может помочь улучшить покрытие облигаций и должным образом запечатать microfeatures. Канавки могут быть необходимы, если требуется большее покрытие связью, но это нежелательно, чтобы увеличить силу растворителя (благодаря результирующему увеличению повреждения microfeatures). Масштабные полоски = 1 мм. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 3: сечениям Сплетенных устройств. Растворитель ча процесс соединениян деформировать microfeatures, если растворитель является слишком агрессивным, или если температура склеивание или давление слишком высоки. Проверка сечения связанных устройств позволит выявить случаи microfeature деформации. Выполнение таких проверок для каждой конкретной системы пластиком растворителя может помочь установить оптимальные параметры для достижения желаемого качества микроканальных. Представитель изображения приведены для сечений 500 мкм квадратного канала ПММА связанных с соответствующими (слева) и чрезмерно агрессивные (справа) смеси растворителей. Два показателя степени деформации растворителя индуцированных являются округление углов и прямых стен, а толщина растворителя богатого слоем пластика на поверхностях, которые были в контакте с растворителем (желтые стрелки). Шкала бар = 200 мкм. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 4: Неразрушающий контроль с помощью микроскопии. Тщательное обследование с помощью оптического микроскопа может идентифицировать области несвязанной пластика, особенно вблизи microfeature кромок, или на небольших участках скрепления. Безосновных области (красные стрелки) появляются немного темнее, чем соединенных областей из-за тонкого воздушного зазора между слоями пластика, и цветные интерференционные полосы иногда также видны в этих областях. Определение областей плохой связи может указывать на необходимость второй итерации связывания с растворителем локально добавлены в проблемные места. Шкала бар = 1 мм.

Рисунок 5: Сведение к минимуму Повреждение каналов путем добавления растворителя Только Grooves. Микроскопическое изображение показывает поперечное сечение ПММА канала, окруженного двумя канавками. Растворитель может быть добавлен к GroovЕ. С. в то время как два слоя устройства прижимаются друг к другу, а не заливая интерфейса сращивания растворителем. Это существенно минимизирует контакт растворителя с внутренней стороны микроканала, и, таким образом, сводит к минимуму деформацию растворителя индуцированный. Этот подход полезен, когда агрессивный растворитель необходим, чтобы обеспечить высокую прочность и покрытие, но контакт между растворителем и микроканалов должно быть сведено к минимуму. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 6: Прочность и сравнение с (Plasma-Assisted) термоскрепления. Растворитель склеивание (А) дает лучшее качество сцепления , чем с помощью плазмы термического соединения (В) или термическое соединение методов (С), а также более продолжительному сроку службы в камереУсловия инкубатор (37 ° C, 100% влажности). Обе термические методы обычно оставляют значительное "ореолы" несвязанных пластиковых окружающих microfeatures с плазменным способом термоскрепления быть лучше, чем обычные термоскрепления. Эти облигации также деградируют с течением времени, с несвязанных областей увеличивается в размерах. В то время как растворитель связанный КС устройство не показало никаких изменений в связи в течение 48 часов в инкубаторе (А), термическая плазма, связанный устройства отслаивают полностью (B). Регулярное термический связанный устройство начала расслаиваться в течение 10 мин в условиях окружающей среды (C), а также полностью отслаивают в инкубаторе. Масштабные полоски = 5 мм. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

пластик	растворитель		Давление (кПа)	Продолжительность (мин)	Заметки
ПММА	100% Этанол	70	+2300	2	Лучший вариант, если подогреваемый пресса доступна (требуется для высокого давления). Последовательно дает отличное покрытие облигаций (без использования растворителей канавок удержания), с низкой деформацией microfeatures. Требует очень мало растворителя, и очень нечувствительным к образованию пузырьков и пыли / грязи на границе склеивания из-за высокого давления.
ПММА	75% ацетон / 25% воды	40	30	20	Низший консистенции к описанным выше способом и занимает больше времени, но не требует нагретого пресса (может быть сделано с конфорки и свободными весами). Покрытие облигаций значительно способствовало использование растворителей канавок крепления.
COP 35% циклогексан / 65% 2-пропанола	25 -> 70 *	350	15 *	Мы обнаружили, что предварительный нагрев конфорки вызывает слишком много первоначальное испарение, а также приводит к отбеливанию пластика. Вместо этого мы поместить устройство на комнатной температуре конфорки, а затем повышают температуру до 70 ° C (градиент скорости 5 ° С / мин). После того, как температура стабилизируется при 70 ° C (в 9 мин), мы облигации при этой температуре в течение еще 15 мин.

Таблица 1: Параметры растворителей склеивание. Резюме комбинаций из полимерных материалов, растворителей, температуры и давления для ПММА и КС растворителя протокола соединения.

Discussion

Технико-экономическое обоснование возможных стратегий связывания зависит от имеющегося оборудования. В то время как конфорки являются довольно распространенным явлением, и свободные веса можно приобрести недорого, стратегии высокого давления потребуется применение нагретого пресса. Например, наш оптимальный рецепт ПММА склеивание требует высокого давления , чтобы связь с этанолом (таблица 1), и требуемое давление не достижимы для типичных размеров устройств с использованием свободных весов. Таким образом, если только плитке и веса доступны, ПММА может вместо того, чтобы быть соединены друг с другом растворителе (75% ацетона в воде). Кроме того, использование растворителей, которые требуют вытяжку также может ограничить возможности, особенно если необходимо высокое давление, поскольку такие стратегии, потребует использование нагретый пресс и необходимость использования на прессе в вытяжном шкафу. Эти соображения могут помочь растворителя выбора при разработке новых растворителей пластиковых систем, при этом предпочтение отдается менее вредных растворителей и более низком давленииs, которые до сих пор обеспечивают высокое качество склеивания.

После того, как метод растворителей склеивание оптимизирован для конкретного пластика, могут быть нерешенные проблемы с плохим покрытием связи вблизи краев устройств, из-за испарения эффектов в процессе склеивания. Как уже упоминалось в результатах разделе представителя, одна стратегия , которая может смягчить эти проблемы является добавление растворителя удержания канавки , которая проходит параллельно краям интерес (т.е. внешний край устройства, а также рядом с любыми каналами или портами , которые обычно демонстрируют склейка сложности). Кроме того, два или более сквозных отверстия портов могут быть добавлены к каждому пазу (и / или канавки могут быть соединены), таким образом, что растворитель может быть добавлен непосредственно в пазы с пипеткой. Это имеет два потенциальных применений: (I) растворитель может быть добавлен к канавкам , а не заливая интерфейса сращивания, что в значительной степени сводит к минимуму контакт между растворителем и стенками микроканалов (рисунок 5),и (б) если начальная попытка соединения оставляет некоторые участки с плохим покрытием связи, более растворитель может быть добавлен на местном уровне для второго раунда связи, которые часто герметизирует все оставшиеся критические области вокруг microfeatures. Стоит отметить, что канавки могут добавить к времени изготовления, а так как они занимают место на устройстве, не могут быть пригодны для некоторых конструкций с высокой плотностью.

Одна общая проблема со стратегиями скрепления является выравнивание слоев устройства во время соединения. Возможно несколько стратегий, в зависимости от требований к точности. Если выравнивание не имеет решающего значения (то есть, если все microfeatures находятся на одном слое, который связан с плоской подстилающим слоем подложки), то ручное выравнивание вручную достаточно. Для более требовательных требований выравнивания, выравнивание руки все еще может быть достаточно, хотя это в некоторой степени зависит от мастерства отдельного исследователя. Мы можем регулярно достичь точности выравнивания с точностью до 100 мкм, и умные решенияв устройстве конструкции могут ослабить требования к точности выравнивания (т.е. путем разработки допусков в microfeatures устройства , если это возможно, так что небольшие перекосы не влияют на производительность устройства). Полезный метод, чтобы помочь с выравниванием вручную заключается в использовании в качестве растворителя мало, насколько это возможно, чтобы покрыть поверхность сцепления. С чрезмерным количеством растворителя, пластические слои "поплавок" на тонком слое жидкости, и не поддерживают их выравнивание, когда устройство переходит к плитке или нагретом прессе. В отличие от этого, очень тонкий слой растворителя помогает "вставить" пластиковые слои вместе и поддерживать выравнивание после того, как они настраиваются вручную.

Если требуется более точное выравнивание, возможные стратегии включают в себя L-образные угловые кронштейны для удержания слоев устройства вместе, установочные штифты, которые идут через слои устройства, с помощью липкой ленты на внешней стороне устройства, чтобы обеспечить позиции слоя или заказные кондукторы, что может держать тон устройство во время стадии скрепления. Для всех этих стратегий, обратите внимание, что аппаратное выравнивание должно быть, как правило, короче, чем общая высота стопки устройства таким образом, что давление может быть приложено к торцу устройства во время соединения.

Задача для связывания растворителя, как правило, не ширина, но глубина микроканалов, потому что мелкие микроканалы могут быть свернуты по чрезмерно агрессивным растворителем или чрезмерно высоких температур и давлений. Для заданной глубины, более широкие каналы более подвержен разрушению, чем узкие каналы. Несмотря на то, что мы не сфабрикованы каналы ниже 50 мкм в ширину (из-за ограничений нашего фрезерного станка с ЧПУ, которые ограничивают минимальный диаметр концевой фрезы можно использовать), мы обычно связаны каналы, которые разделены на расстояния порядка 25 мкм. С точки зрения глубины, мы также успешно соединены очень неглубокие каналы (~ 15 мкм), используя этот метод.

И, наконец, сравнениежидкой фазы склеивание растворителем для других методов связи является оправданным. Три другие способы скрепления общей паровой фазы склеивание растворителем, термодиффузия склеивание и плазмы при содействии термодиффузия склеивание. Парофазовые растворителей склеивание имеет много общих характеристик жидкой фазы соединения растворителя, но в нашем опыте более трудно выполнить, и менее перестраиваемый, что приводит к менее стабильных результатов. Применение растворителя в паровой фазе требует или вакуумную камеру или камеру паров с удерживающим устройством, и мы находим процесс менее управляемы, чем с использованием жидкости. Кроме того, пара методы фазы редко поддаются для использования с смесей растворителей, так как почти все смеси являются неазеотропная, и, таким образом, изменит их состав из жидкого состояния в газовой фазе, в зависимости от давления окружающей среды и температуры.

Тепловое диффузионной сварки включает прессование слоев устройства вместе при повышенной температуре, близкой к температуре стеклования(Т _г) из пластмассы. Высокая температура увеличивает подвижность полимерной цепи, что позволяет цепи к interdiffuse через интерфейс склеивания и образуют связь. ¹⁰ Тем не менее, так как все устройство нагревается до той же температуры, подвижность цепи увеличивается везде, и microfeatures деформироваться и закругленный ^9,10. Таким образом, увеличение прочности сцепления (за счет более высокой температуры склеивания) происходит при непосредственном стоимости ущерба microfeatures. Одна из модификаций для термического упрочнения является использование предварительно связующий обработки поверхности кислородной плазмы, что снижает локальную (поверхность) T _г полимера ^20. Таким образом , эта плазменным способом термоскрепления обеспечивает склеивание происходит при более низких температурах, дальше от объемной Т _г. В то время как это действительно уменьшает количество деформации до microfeatures по сравнению с термическим соединением, мы обнаружили, что начальное покрытие связью и сила по-прежнему значительно ниже по сравнению с растворителем склеивание, и имportantly, облигации деградируют в течение последующих часов. Как показано на фиг.6, с помощью плазмы термические скрепленные устройства показали значительные потери покрытия облигаций в течение 48 часов в инкубаторе клеток, в то время как растворитель скрепленные устройства не показали каких - либо изменений.

Здесь мы описали простой и эффективный протокол, который опирается на жидкой основе соединения растворителя для достижения качества связи для ПММА и КС микрожидкостных устройств. Наши результаты показали, что конкретные шаги для ПММА и КС связей будет приводить к сильным и оптически прозрачных связей с незначительной деформацией microfeatures, и что использование канавок и аппаратного выравнивания могут обойти общие практические вопросы во время процедуры растворителя склеивания. Включение этого метода в процесс изготовления ускорит развитие ПММА и КС на основе микрожидкостных устройств, а также позволит исследователям более легко принять термопласты в их микрофлюидальных конструкции устройства.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
COP	Zeonor	604Z1020R080	20 kg COP Pellets - 1020R. Multiple suppliers can be used, but may affect bonding characteristics.
PMMA	McMaster Carr	8560K173	1.5 mm sheet thickness for our typical applications. Multiple suppliers can be used, but may affect bonding characteristics.
Cyclohexane	Sigma-Aldrich	227048	Cyclohexane, anhydrous, 99.5%. Multiple suppliers can be used. Toxic, requires fumehood.
Ethanol	Sigma-Aldrich	24102	Ethanol, absolute, ≥99.8% (GC). Multiple suppliers can be used.
Acetone	Sigma-Aldrich	179124	Acetone, ACS reagent, ≥99.5%. Multiple suppliers can be used.
2-Propanol	Sigma-Aldrich	278475	2-Propanol, anhydrous, 99.5%. Multiple suppliers can be used.
Hot plate(s)	Torrey Pines Scientific	HP60	Fully programmable digital hotplate. Multiple suppliers can be used.
Free weights	Cap Barbell	RPG#2	Standard cast iron plate. Multiple suppliers and different weights can be used.
Heated press	Carver	Auto CH	Auto series heated hydraulic press. Multiple suppliers can be used. A press that fits in a fumehood would allow the most flexibility (this model does not).
CNC Milling Machine	Tormach	PCNC 770	3 Axis CNC mill. Multiple suppliers can be used.
Endmills	Various	Various	Required sizes depend on designs. Multiple suppliers can be used.