Summary
溶剤結合は、高品質の結合を有する熱可塑性マイクロ流体デバイスを製造するための簡単で汎用性の高い方法です。私たちは、PMMAに強い、光学的に透明な債券や圧力、温度、適切な溶媒、およびデバイスの幾何学的形状の賢明な組み合わせによって、微細の詳細を保存するCOPマイクロ流体デバイスを実現するためのプロトコルについて説明します。
Abstract
熱可塑性マイクロ流体デバイスは、シリコーンエラストマーから作られたものよりも多くの利点を提供していますが、ボンディング手順は、関心のある各熱可塑性のために開発されなければなりません。溶剤接着は、プラスチックの様々なデバイスを製造するために使用することができる単純で汎用性の高い方法です。適当な溶媒は、接合すべき2つのデバイス層の間に追加され、熱および圧力は、ボンディングを容易にするために、デバイスに適用されます。溶媒、プラスチック、熱及び圧力の適切な組み合わせを使用することにより、装置は、高品質の結合で密封することができ、微細に高い接着被覆、接着強度、光学的透明性、経時的耐久性、及び低変形または損傷を有することを特徴とジオメトリ。我々は、接合2つの一般的な熱可塑性樹脂から作られたデバイス、ポリ（メチルメタクリレート）（PMMA）、およびシクロオレフィンポリマー（COP）、ならびに得られた結合の品質を特徴付けるための種々の方法、および戦略のための手順を記述しトゥルへ低品質の結合をbleshoot。これらの方法は、他のプラスチック、溶媒系のための新たな溶剤結合プロトコルを開発するために使用することができます。
Introduction
4 -マイクロフルイディクスは、マイクロスケール1で、大幅生物学研究に2を貢献する成長約束で化学と物理学を研究するのに適し技術として、過去20年間に浮上しています。マイクロ流体デバイスの大部分は、歴史的に、（PDMS）、ポリ（ジメチルシロキサン）から、使いやすく安価なシリコーンエラストマーを行い、高品質の特徴の複製5が提供されています。しかし、PDMSはよく文書欠点を有しており、高容量の製造は6,7を処理すると互換性がありません、そのようなものとして、ため大量生産、したがって、商業化のための彼らの潜在的なのは、熱可塑性材料からマイクロ流体デバイスを作製するに向かって成長している傾向がありました。
プラスチック微細加工の広い普及に対する大きな障壁の一つは、プラスチック装置の容易な、高品質の接合を達成されています。現在の戦略はトンを採用しますhermal、接着剤、溶媒結合技術は、多くの重要な課題に悩まされます。接着剤技術はステンシル、慎重な位置合わせを必要とし、最終的にマイクロ流路10に露出した接着剤の厚さを残しながら、11 -熱結合は自己蛍光8が増大し、多くの場合、マイクロチャネルの形状9を変形させます。 14 -溶剤接着は、そのシンプルさ、同調性、および低コスト10,12に魅力的です。具体的には、その同調性は、マイクロ構造14の変形を最小限に抑え、一貫性のある高品質な接合を得ることができる様々なプラスチックのための最適化を可能にします。
溶剤接合時、溶媒露出が接合界面を横切る鎖の相互拡散を可能にする、プラスチックの表面付近のポリマー鎖の移動度を増大させます。これは、拡散チェーンの機械的連結を介して絡み合いを生じ、およびAPにおける結果hysicalボンド10。熱接合は、同様に機能するが、連鎖移動性を増加させるだけで、高温に依存します。溶媒の使用が大幅に結合するために必要な温度を低下させる、従って、不要な変形を低減することができ、一方、このように、熱的方法は、ポリマーのガラス転移点付近またはそれ以上の温度を必要とします。
私たちは、PMMAとCOPデバイスの両方を結合するための特定のプロトコルを提供します。しかしながら、このプロトコルおよび方法は、溶媒、他のプラスチック材料に適合させることができる熱可塑性マイクロ流体デバイスのボンディング、溶剤、および利用可能な機器のための簡単な、一般的な方法を記載しています。私たちは、債券の品質を評価するための多数の方法を説明する（ 例えば 、結合カバレッジ、接着強度、接着耐久性、及び微細形状の変形）、およびこれらの共通の課題に対処するためのトラブルシューティングのアプローチを提供します。
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Protocol
以下で説明する手順のすべてを開発し、非クリーンルーム環境で行われていることに注意してください。溶剤結合ステップは、利用可能な場合に必ず、クリーンルームで行うことができるが、これは必須ではありません。
熱可塑性マイクロ流体デバイス層の調製
- 設計および適切な製造方法を用いて、選択した熱可塑性のマイクロ流体デバイス層を作製する（ 例えば 、16エンボス、15マイクロミリング- 18、射出成形）。
- 視覚的にエッジが「クリーン」であることを確認するために、デバイス層を検査する（ すなわち 、製造工程から無バリや残りの材料の隆起部）。最良の結果を得るために、光学顕微鏡下でデバイスの外側のエッジに加えて、すべての機械加工されたマイクロフィーチャエッジをチェックしてください。
- 残りの材料を目視検査中に発見された場合、カミソリの刃を使用し、またはメスを十分に行い、マットを削除するには層の界面がコンフォーマルに接触するように互いに対して平らに横たわっているからデバイス層を防ぎerial。
- クリーンデバイスは、実験室の石鹸と水と圧縮空気で乾燥して表面。 2分間の2-プロパノールにデバイス層を水没し、圧縮空気で乾燥しました。
2.溶剤接着
- 加熱（PMMA用）プレス又は（COP用）ホットプレートを準備します。
- PMMA（キャストアクリル、〜100〜110℃のガラス転移温度）18予熱プレスを70℃、そして温度を安定させます。
- （メーカーから102℃のガラス転移温度）COPのために、25℃にホットプレートを予熱し、温度が安定します。
- ボンディング工程のための溶媒準備します。
- PMMAのために、接合面積の平方インチ当たり0.5mlのエタノールを測定します。
- COPは、2-プロパノール、シクロヘキサン、ウィットの65:35混合物を調製接合面積の平方インチ当たりの混合物を0.5mlのHA全容積。
注：シクロヘキサンは、一般的なポリプロピレンの実験器具を溶解するようCOPについては、ガラスピペットとコンテナを使用します。シクロヘキサンは有毒であるとして、ヒュームフード内のすべての混合との結合を実行します。
- 清浄プラスチック層の間の接着面積の平方インチ当たり溶媒を0.1ml分配し、層を一緒にもたらします。視覚的に共通であり、可能な限り除去する必要があり、接合界面での気泡、点検します。
注：揮発性溶媒が蒸発を開始します（したがって、溶媒の混合物が組成物に変更されます）溶媒としては、分配された後に迅速に作業することが有益です。- 気泡が存在する場合、それらはほぼ離れて来るように、接合界面に沿った2つのプラスチック層をスライドさせ（ただし、接触したまま）、その後、戻って一緒にそれらをスライドさせます。
- 位置合わせピンとデバイスの層を合わせ、カスタム治具、あるいは単に手で（詳細については、議論のセクションを参照）。
- 位置合わせピンを使用している場合、ピン用の穴を合わせて、デバイススタックにピンを挿入します。
- カスタム治具を使用している場合は、治具にデバイススタックを挿入し、装置の周囲で締めます。
- 手で揃える場合は、デバイスの外側のエッジを揃えるために指を使用しています。
- （PMMA）または（COP用）予備加熱したホットプレート上に予備加熱したプレス内に溶剤を持つデバイスを配置します。
- PMMAの場合は、2分間の圧力の2300キロパスカルを適用します。
- COPは、圧力の350キロパスカルを適用します。 5℃/分の速度で70℃まで25℃の温度を上げます。 70°C（10分後）に到達した後、さらに15分間の結合。
- 安全検査のためのホットデバイスを削除するには、ピンセットを使用します。接合が完了しました。
- マイクロチャネルまたは他のfeaturで（デバイスに残っている液体を除去エス）。
- PMMAの場合は、圧縮空気で、残りの液体を除去します。 COPは、任意の残りのシクロヘキサンを除去するために、24時間45℃でホットプレートやベークに貼り付けデバイスを配置します。
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Representative Results
一般的な溶剤結合手順の概略を図1に示されています。接合品質を評価するための最も簡単な方法は、貧弱な結合カバレッジは未結合のプラスチックの領域のように簡単に表示されているので、視覚的に、債券のカバレッジを検査することであり、弱い結合の指標です。このような領域は、典型的には、近くの自由端（ 例えば 、デバイスの周辺、または開いているポートまたはマイクロチャネルに近い）であり、また多くの場合、接合界面にゴミやほこりの任意の粒子の周囲に表示されことができます。弱い結合の乏しい接着被覆は、最適な溶媒組成および結合条件が発見される前に、典型的には、プロトコルの開発段階中に見られ、および実施例は、 図2Aに示されています。 （I）は、より積極的な溶媒（ すなわち 、高濃度の溶液、または異なる溶剤）、（II）より高い結合温度、および（iii）より高い結合PR：一般的に、弱い結合は、一つ以上の必要性を示唆していますessure。
逆に、過度に攻撃的な接合条件は、 図2（b）に示すように 、高い接合強度と優れた接着被覆をもたらすだけでなく、マイクロ構造を損傷または密封することができます。高温（プラスチックのガラス転移温度に近づく）もかなりの変形を引き起こすことができるが、これは、最も頻繁に溶剤が過度に攻撃的であることに起因します。
図2Cに示すように、高品質で、よく結合装置は、良好な結合の範囲及び微小特徴の最小の変形の両方を有します。選択の溶媒および温度に応じて、溶媒は極めて揮発性であり、従って、迅速に蒸発する場合、装置の自由縁の近くに良好な結合カバレッジを達成することは困難であり得ます。このような状況では、興味のあるエッジに沿って、デバイスの設計に小さなマイクログルーブを添加、溶媒の蒸発を軽減し、したがってことができ図2Dに示すように、ボンド・カバレッジを向上させます。当社は通常、500×500μmの断面寸法との溝を使用したエッジから300ミクロンを置きました。 14
結合被覆の一般的な目視検査に加えて、破壊及び非破壊の両方のテストがさらに結合品質と微細損傷を調査するために使用されるべきです。プロトコルの開発段階中に有用である二つの破壊試験は、（i）クロス切片および（ii）は、それぞれ、微細形状および結合強度を評価するために、離れた結合デバイスをくさびています。私たちは、これは利便性、正確性、および比較的清浄な表面の良い組み合わせを提供しています見つけるように我々は、セクションに私たちのデバイスをマイクロミリングを使用して好みます。それらは別の問題を提示するが、フライス盤の非存在下では他の手法を用いることができます。例としては、（粗い表面を残す）ダイヤモンドソーやバンドソーで切断慎重にスナップ含みますスコア線に沿った装置（原因厚みに困難である可能性があり、せん断応力は、デバイスが剥離する可能性があり）、または単にデバイス（時間がかかる）の一部を離れてサンディング。切断からの粗い表面を研磨して平滑化することができます。
どのような使用方法、デバイスは、対象のマイクロ構造に対して垂直に切片化されるべきであり、目視、光学顕微鏡を用いて検査することができます。微細断面の大きさや形状は、接合のために発生しているどのくらいの変形が示されます。より積極的な条件は、ポリマーの膨潤にコーナーや壁の丸めと同様に、断面積の減少の原因となりますしながら、攻撃性の低い溶剤、低い温度及び圧力は、より良い、鋭いコーナーとストレートの壁を保持します。典型的な結果の画像は、 図3に示されています。
結合強度は、部分によって測定することができますLYシムと接合層を離れて押し込むと、剥離領域の端部にシムのエッジからの距離を測定します。結合強度は、この距離は、層の厚さとシム、及びプラスチックの弾性率から計算することができます。 14,19特定の結合強度の値が重要でない場合、離れて層をくさびと、結合は、典型的な力とハンドリング装置は、実験中に遭遇するために十分な強度があるかどうかを評価するための定性的な方法を提供します。
非破壊試験は、その意図された目的のために使用可能な、それを残したまま、デバイスの品質を検証するために有用です。シンプルかつ有用な方法は、マイクロフィーチャエッジ付近ボンド・カバレッジ上、または小さな接合領域に主に焦点を当て、顕微鏡を介して検査することです。アンボンド領域は<プラスチック層の間に薄い空気のギャップに起因する接合領域よりも少し暗く表示され、 図4に示すように、/ strong>の、顕微鏡を用いて慎重に検査することによって顕著であるべきです。未結合のプラスチックの領域を見つけることは、使用する前に、デバイスの重要な部分を密封するためにローカライズされたボンディングの第2の反復を指示することができます。
積極的な溶剤で強い結合を達成するための有用な技術が、マイクロチャネルへの損傷を最小限に抑えながら、デバイス設計にはアクセスポートとの溝を追加し、のみ（代わりに溶剤で接着面にあふれるの）溝に溶剤を追加することです。これは非常にマイクロチャネルおよび液体溶剤（蒸気がまだマイクロチャネルに入る）との間の接触を減少させ、 図5に示すように、結果としての変形を低減します。
意図されたデバイスの用途に応じて、長期耐久性試験が必要とされ得ます。例えば、我々のデバイスの多くは、生物学的実験のために使用され、そして細胞インキュベータ境に存在することができます数週間までのためのronment（37℃、湿度100％）。耐久性が必要な期間に必要な条件で試験装置を配置することにより評価し、（デバイスの層間剥離）視覚的結合カバレッジの低下を後検査、またはデバイスが容易に離れて押し込まれることを可能にする結合強度を弱めることができます。例としては、 図6に示されており、より高い結合強度を達成するために、結合手順を変更する必要性を示しています。
図1：接合プロセスの模式図。一般的な溶剤結合処理が示されています。液体溶剤が結合される2つの熱可塑性デバイス層との間に追加されます。層が一緒にされ、気泡が接合界面で液体から除去されます。圧力および熱が必要な期間中に機器に適用され、結合装置が完了する。任意の再maining液が開いているポートから除去することができます。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
図2：変ボンド品質のビジュアル例。 （A）は、多くの液体溶剤接着アプローチと共通の課題は、急速な蒸発は、揮発性溶媒による加熱接合工程中にデバイスの自由縁部付近で発生していることです。これは、多くの場合、貧しいボンドカバレッジ、リーキーマイクロ流体機能、および全体的に低い接着強度が得られ、これらのエッジの近くに結合されていない材料の領域につながります。これらの領域は、色の干渉縞（黄色の矢印）と軽量化のパッチとして表示されます。 （B）逆に、過度に攻撃的な溶剤接着利回り優れたボンド・カバレッジだけでなく、かなりの玉を引き起こす可能性がありますGEマイクロ構造、それによって変形またはデバイスのチャネル（黄色の矢印）を閉鎖します。 （C）最適化された溶剤プラスチック系は、良好な結合のカバレッジと強度を実現し、更にそれらを適切にシールしながら、マイクロ構造への損傷を最小限に抑えることができます。いくつかの場合において、（D）は 、溶媒の保持を添加して結合範囲を改善し、適切にマイクロ構造を封止することができ、デバイスのエッジ（黄色の矢印）に対して平行な溝。より良い結合カバレッジが必要な場合、溝が必要になることがあり、（マイクロ構造の結果として生じる増加した損傷に起因する）、溶媒強度を増加させることは望ましくありません。スケールバー= 1mmです。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
図3：保税デバイスの断面。溶剤接合プロセスCA接合温度または圧力が高すぎる場合、溶媒があまりにも積極的である場合、またはnは微小特徴を変形します。接合装置の断面を検査する微細変形の事件を明らかにします。各特定のプラスチック製の溶媒系のためのそのような検査を行うことにより、所望のマイクロチャネル品質を達成するための最適なパラメータを確立することができます。代表的な画像は、（右）適切な（左）と、過度に攻撃的な溶媒混合物と結合した500μmの正方形のPMMAチャネルの断面のために示されています。溶剤による変形の程度の2つのインジケータは、コーナーとストレートの壁の丸め、および溶剤（黄色の矢印）と接触した表面でプラスチックの溶媒リッチ層の厚さです。スケールバー=200μmです。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
図4：顕微鏡を介した非破壊検査。光学顕微鏡で慎重な検査は、特に微細エッジ付近、または小さな接合領域に、未結合のプラスチックの領域を識別することができます。アンボンド領域（赤い矢印）が原因でプラスチック層の間に薄いエアギャップに接合領域よりも少し暗く表示され、色の干渉縞はまた時々これらの領域に表示されます。局所的に問題点を追加溶媒で接合不良の領域を特定することは、ボンディングの2回目の反復の必要性を示すことができます。スケールバー= 1ミリメートル。
図5：グルーブのみに溶剤の追加によって、チャネルへのダメージを最小限に抑えます。顕微鏡画像は、二つの溝に囲まれたPMMAのチャネルの断面を示しています。溶媒をgroovに追加することができますESは、2つのデバイス層はむしろ溶媒との接合界面をフラッディングよりも、一緒に押されています。これは非常にマイクロチャネルの内側と溶剤の接触を最小限に抑え、したがって、溶剤による変形を最小限に抑えることができます。攻撃的な溶媒は、高い接着強度とカバレッジを確保するために必要とされる場合、このアプローチは有用であるが、溶媒とマイクロチャネルとの間の接触を最小限にする必要があります。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
図6：耐久性との比較（プラズマアシスト）熱接着します。溶剤結合（A）は、セル内のプラズマ支援熱接合（B）または熱接合（C）技術よりも良好な接合品質、およびより良好な耐久性が得られますインキュベーター条件（37℃、湿度100％）。両方の熱技術は、日常的にプラズマ支援熱結合は、通常の熱結合よりも優れていると、結合していないプラスチック周囲の微小特徴の重要な "ハロー"を残します。これらの結合はまた、非接合領域が大型化して、時間の経過とともに劣化します。溶媒結合COP装置は、インキュベーター（A）で48時間にわたって結合の変化を示さなかったが、プラズマ熱結合装置（B）完全に剥離します。定期的な熱接合装置は、周囲条件（C）で10分以内に剥離し始めた、ともインキュベーター内で完全に剥離し。スケールバー= 5ミリメートル。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
| プラスチック | 溶媒 | | 圧力（kPaの） | 所要時間（分） | ノート | | ||
| PMMA | 100％エタノール | 70 | 2300 | 2 | （高圧のために必要）加熱したプレスが利用可能である場合に最良の選択肢。一貫してマイクロ構造の低変形して、（溶剤保持溝を使用せずに）優れた接着カバレッジをもたらします。非常に少ない溶剤を必要とし、高い圧力に接合界面での気泡やほこり/汚れに非常に鈍感です。 | ||
| PMMA | 75％アセトン/ 25％水 | 40 | 30 | 20 | 上記の方法に劣る一貫性とは時間がかかりますが、（ホットプレート、フリーウェイトで行うことができます）を加熱プレスを必要としません。ボンドカバレッジが大幅に溶剤保持溝を使用することによって支援されます。 | ||
| COP 35％シクロヘキサン/ 65％2-プロパノール | 25 - > 70 * | 350 | 15 * | 我々は、予熱ホットプレートは、あまりにも多くの初期の蒸発を引き起こし、また、プラスチックの白色化をもたらすことを発見しました。その代わりに、我々は、室温のホットプレート上でデバイスを配置し、70°C（5℃/分のランプ速度）に温度を上昇させます。温度が70°C（10分）で安定した後、我々は、さらに15分間、この温度で結合します。 | |||
表1：溶剤接着パラメータ。プラスチック、溶媒、温度、およびPMMAとCOP溶剤ボンディングプロトコルの圧力の組合せの要約。
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Discussion
潜在的なボンディング戦略の実現可能性は、利用可能な機器に依存します。ホットプレートは、比較的一般的であり、フリーウェイトが安価に購入することができますが、高圧戦略は、加熱プレス機の使用が必要になります。例えば、我々の最適なPMMA結合レシピエタノール（ 表1参照）と結合するために高い圧力を必要とし、必要な圧力は、フリーウェイトを使用する典型的な装置サイズに達成可能ではありません。唯一のホットプレートと重みが利用可能な場合にこのように、PMMAは、代わりに別の溶媒（水中75％アセトン）で接合することができます。このような戦略は、加熱プレスを使用し、ドラフトの内側にプレスに合わせて必要性の両方を必要とするようさらに、ヒュームフードを必要とする溶媒の使用はまた、高い圧力が必要とされる場合は特に、実現可能性を制限することができます。これらの考慮事項は、以下の有害な溶媒で好みと低い圧力で、新しい溶剤プラスチックシステムを開発する際に、溶媒の選択を手助けすることができます依然として高品質の接合を提供していますの。
溶剤結合法は、特定のプラスチックのために最適化された後、ボンディングプロセス中に蒸発効果によるデバイスの縁の近くに乏しい結合カバレッジと残りの課題が存在してもよいです。代表的な結果のセクションで説明したように、これらの問題を軽減することができる1つの戦略は（ すなわち 、デバイスの外縁、および一般的に示す任意のチャネルまたはポートと一緒に関心のエッジに平行に走る溶剤保持溝の追加ですボンディング困難）。さらに、2つ以上の貫通ポートは、溶媒をピペットで溝に直接添加することができるように、（および/または溝を接続することができる）、各溝に添加することができます。これは、2つの潜在的な用途を有する：（I）を溶媒の代わりに大幅溶媒とマイクロチャネルの壁との間の接触を最小限に接合界面を、洪水の溝に添加することができる（ 図5参照します ）、接合時の初期の試みが悪い債券カバレッジの一部の地域を離れた場合と、（ii）、複数の溶媒は、多くの場合、マイクロ構造の周りに残っている重要な領域を封止接合の第二ラウンドのために局所的に追加することができます。溝は、製造時に追加できることは注目に値する、と彼らはデバイス上のスペースを取るので、いくつかの高密度設計に適していない可能性があります。
ボンディング戦略の一つの共通の課題は、接合時のデバイス層のアラインメントです。いくつかの戦略は、精度要件に応じて、可能です。整列が重要でない場合（ すなわち、全てのマイクロ構造は、平坦な下地基板層に接合される一方の層の上にある場合）は、手による手動位置合わせで十分です。これは、個々の研究者のスキルに多少依存するが、より厳しいアラインメント要件については、手の位置合わせは、まだ、十分であり得ます。私たちは日常的には100μm以内の位置合わせ精度を達成し、巧妙な意思決定を行うことができます（わずかなミスアライメントがデバイスの性能に影響を与えないように、可能な場合は、デバイスの微小特徴に公差を設計することにより、 すなわち ）デバイスにデザインがアライメント精度に対する要求を緩和することができます。手の位置合わせを支援するための有用な技術は、接合面を覆うように、可能な限り少ない溶媒を使用することです。溶剤の過剰量と、プラスチック層の液体の薄層の「フロート」、およびデバイスはホットプレートまたは加熱プレスに移送されたときに自分の位置合わせを維持していません。対照的に、溶媒の非常に薄い層が一緒にプラスチックの層を「スティック」、それらを手で調整された後、アライメントを維持するのに役立ちます。
より正確な位置合わせが必要な場合、可能な戦略は、L字状のコーナーブラケットを含み、一緒に層位置を固定するために、デバイスの外側にテープを使用して、デバイス層を通過する整列ピンをデバイス層を保持する、またはその特注ジグしますトンを保持することができます接合工程の間に、彼の装置。これらの戦略のすべてについて、アライメントのハードウェアは、通常、圧力は、接合時にデバイスの表面に適用することができるように、デバイスの合計スタック高さよりも短くなければならないことに注意してください。
浅いマイクロチャネルが過度に攻撃的な溶剤により、または過度に高い温度と圧力によって崩壊することができますので、溶剤接着のための課題は、通常幅が、マイクロチャネルの深さではありません。所定の深さのために、より広いチャネルは、狭いチャネルよりも崩壊の影響を受けやすくなります。我々は（これは私たちが使用できる最小のエンドミル径を制限する私たちのCNCフライス盤の制限のために）幅が50ミクロン以下のチャンネルを作製していないが、我々は日常的に25μmオーダーの距離で分離されているチャンネルを結合しています。深さの面では、我々はまた、正常にこのメソッドを使用して、非常に浅いチャンネル（〜15μm）を接合しています。
最後に、比較液相の他の接合技術に溶剤接着が保証されています。三他の一般的な接合技術は、気相溶剤結合、熱拡散接合、プラズマ支援熱拡散接合です。蒸気液相溶剤接着の特性の多くの相溶剤接着株式が、あまり一貫性のある結果をもたらす、私たちの経験により行うことが困難と少ない調整可能です。蒸気相中の溶媒を適用することにより、真空チャンバまたはデバイスホルダーとの蒸気室のいずれかを必要とし、我々は、プロセスは、液体を使用するよりも制御可能である見つけます。ほぼ全ての混合物が非共沸であるため、周囲圧力及び温度に依存して、液体から気相への組成を変更するので、また、気相技術は、溶媒混合物で使用するためのまれ適しています。
熱拡散接合は、ガラス転移温度付近の高温で一緒にデバイス層を押圧することを含みますプラスチックの（T gで）。高温鎖が接合界面を横切って相互拡散と結合を形成することができ、ポリマー鎖の移動度を増大させます。デバイス全体が同じ温度に加熱されるので、10しかし 、連鎖移動性はどこにでも増加し、微小特徴が歪むと9,10丸いです 。従って、（より高いボンディング温度に）結合強度を増加させるとマイクロ構造への損傷の直接の犠牲になっています。熱接合の一変形は、ポリマー20の局所（表面） の T gを低下させる前の接合酸素プラズマ表面処理の使用です。このプラズマ支援熱結合は、このように遠く離れたバルクの T gから、より低い温度で発生する接合を可能にします。これは、熱結合と比較して、我々は、溶剤結合と比較した場合、初期接着カバレッジ及び強度はまだはるかに低いことを発見したときにマイクロ構造に変形量を減少させる、およびIMないがportantly、結合は、その後の時間と共に劣化します。 図6に示すように溶剤接合装置は全く変化を示さなかったが、プラズマ支援熱結合デバイスは、細胞インキュベーター中で48時間かけて結合カバレッジの有意な減少を示しました。
ここでは、PMMAおよびCOPマイクロ流体デバイスのための高品質の結合を達成するために、液体ベースの溶媒結合に依存している、シンプルで効率的なプロトコルを説明しました。我々の結果は、PMMAとCOPの接合のための具体的な手順は無視できる微小特徴の変形、および溶剤接着手順の間に共通の実用的な問題を回避することができ、溝とアライメントハードウェアの使用に強く、光学的に透明な債券につながることを実証しました。製造プロセスの中に、この方法を組み込むことは、PMMAおよびCOPベースのマイクロ流体デバイスの開発を加速し、より簡単に、マイクロ流体デバイスの設計に熱可塑性樹脂を採用する研究者を可能にします。
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Disclosures
著者は、彼らが競合する金融利害関係を持たないことを宣言します。
Acknowledgments
私たちは、自然科学とカナダの工学研究評議会（NSERC、＃436117から2013）、癌研究学会（CRS、＃20172）、骨髄腫カナダ、グランドチャレンジカナダからの財政支援を認めます。
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. |
References
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