Summary
在这里，我们提出一个协议，以最小的财务和时间投资设计和制造定制微流体器件。其目的是促进在生物医学研究实验室和教育环境中采用微流体技术。
Abstract
微流体设备允许在纳米到亚毫米尺度的通道中操作流体、颗粒、细胞、微型器官或生物体。在生物科学中，这种技术的使用迅速增加，这促使人们需要各种研究团体都能使用的方法。目前的制造标准（如 PDMS 粘合）需要昂贵且耗时的光刻和粘接技术。一个可行的替代方法是使用易于经济实惠、需要极少专业知识且能够快速迭代设计的设备和材料。在本工作中，我们描述了用于设计和生产 PET 层压板 （PETL） 的协议，这种微流体器件价格低廉，易于制造，并且比其他微流体技术方法的生成时间少得多。它们由热粘结膜片组成，其中通道和其他特征使用工艺切割机定义。PETL 可解决特定于现场的技术挑战，同时显著减少采用的障碍。这种方法有助于微流体设备在研究和教育环境中的可及性，为新的调查方法提供了一个可靠的平台。
Introduction
微流体在小尺度上实现流体控制，体积范围从微升（1 x 10-6 L）到比奥利特（1 x 10-12 L）。这种控制之所以成为可能，部分是由于微处理器工业1所采用的微制造技术的应用。使用微型通道和腔室网络，用户可以利用小尺寸特征的明显物理现象。例如，在微米尺度上，流体可以使用层流进行操作，其中粘性力主导惯性力。因此，扩散传输成为微流体学的突出特征，可以定量和实验地进行研究。这些系统可以使用菲克定律、布朗运动理论、热方程和/或纳维尔-斯托克斯方程正确理解，它们是流体力学和运输现象2领域的重要推导。
由于生物科学中的许多团体在微观层面上研究复杂的系统，最初认为微流体装置会对生物学2、3的研究应用产生立竿见影和重大的影响。这是因为扩散在小分子在膜或细胞内传输中占主导地位，细胞和微生物的尺寸是亚毫米系统和设备的理想匹配。因此，在加强细胞和分子实验的方式方面有着巨大的潜力。然而，生物学家广泛采用微流体技术，已经落后于预期4。缺乏技术转让的一个简单原因可能是工程师和生物学家之间的学科界限。定制设备设计和制造一直超出了大多数生物研究组的能力，因此依赖于外部的专业知识和设施。不熟悉潜在的应用程序、成本和设计迭代所需的时间也是新采用者面临的重大障碍。这些障碍很可能破坏了创新，阻碍了微流体学在生物科学中应对挑战的广泛应用。
一个例子：自20世纪90年代末以来，软光刻一直是微流体器件制造的首选方法。PDMS（聚二甲基硅氧烷，一种硅基有机聚合物）是一种广泛使用的材料，因为它的物理特性，如透明度，变形性和生物相容性5。该技术取得了巨大的成功，芯片上的实验室和片上的器官器件不断在这个平台上开发。然而，大多数从事这些技术研究的团体都存在于工程部门，或与它们有着密切的联系。光刻通常需要洁净室来制造模具和专门的粘接设备。对于许多组来说，由于资本成本和提前期，标准 PDMS 设备不太理想，尤其是在需要重复修改设计时。此外，对于普通生物学家和无法进入专业工程实验室的学生来说，这项技术大多无法获得。有人建议，要广泛采用微流体装置，必须模仿生物学家常用材料的一些特性。例如，用于细胞培养和生物测定的聚苯乙烯价格低廉，一次性，适合大规模生产。相比之下，基于PDMS的微流体的工业制造由于机械柔软性、表面处理不稳定性和气体渗透性而一直未能实现。由于这些限制，并旨在解决技术挑战使用定制设备内置"内部"，我们描述了一种替代方法，利用xrxxxxxx7，8，9协议和热层压。该方法在资金和时间投入少时即可采用。
PETL 是使用聚乙烯对苯二甲酸酯 （PET） 薄膜制造的，薄膜上涂有热粘性乙烯醋酸乙烯 （EVA）。这两种材料都广泛用于消费品，具有生物相容性，并且以最低的价格为10。"PET/EVA 薄膜可以以层压袋或卷筒的形式获得。使用在业余爱好者或工艺商店中常见的计算机控制的工艺切割机，从一张薄膜片中剪出通道，以定义设备的架构11。然后，通过应用使用（办公室）热层压（图 1A） 粘合的附加薄膜（或玻璃）层来密封通道。增加了穿孔、自粘的乙烯基保险杠，以方便进入通道。制造时间从 5 分钟到 15 分钟不等，因此可以快速进行设计迭代。用于制造 PETL 的所有设备和材料都是商业上可及且经济实惠的（<350 美元起拍成本，而光刻的 USD 为数千美元）。因此，PETL为传统微流体引起的两个主要问题提供了一种新解决方案：可负担性和时间有效性（参见补充表1、2中的PDMS/PETL比较）。
除了为研究人员提供设计和制造自己设备的机会外，PETL 还可以轻松地在课堂上采用，因为它们使用简单直观。PETLs可以包括在高中和大学课程8，其中他们被用来帮助学生更好地了解物理，化学和生物的概念，如扩散，层流，微混合，纳米粒子合成，梯度形成和化学。
在本工作中，我们将说明制造具有不同复杂程度的 PETL 模型芯片的总体工作流程。第一个装置用于促进小室中细胞和微器官的成像。第二种更复杂的装置由多层和材料组成，用于研究微化学9。最后，我们构建了一个用于教育目的的装置，用于显示多个流体动力学概念（流体动力学对焦、层流、扩散传输和微混合）。此处介绍的工作流程和设备设计可轻松定制，用于研究和课堂环境中的各种用途。
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Protocol
1. 设计
- 确定设备的应用程序，并列出所需的通道/腔室组件。
注：所有设备都需要输入和输出通道。用于显微镜的设备需要成像室。更复杂的设备需要位于多层的通道和腔室。 - 首先手动绘制每个图层，考虑设备的功能如何受到图层叠加的影响。
- 使用任何允许绘制线条和形状的软件在计算机上绘制最终设计。
- 使用没有阴影的黑色、实线和形状分别绘制每个图层。建议线厚度为 6 点或更多。在此阶段，通道和腔室特征的尺寸不如整体比例重要。
- 创建要素和叠加图层时，请使用复制和粘贴功能。有关图层图纸的示例，请参阅图 1B。
- 将每一层导入工艺切割机软件 （图 1C）。为此，请对绘制的设计进行屏幕截图，并使用拖放方法。
- 在工艺切割机软件中创建新文档（免费下载）。将图像文件放在显示的垫子上。该软件将识别大多数图像文件。
- 放大图像，通过从角拉出来简化处理。现在，软件可以使用跟踪功能识别该设计。
注：用户可以直接在此软件上生成 de novo 设计（在设计调色板中使用绘图工具）。
- 要跟踪设计，请选择窗口右侧的"跟踪"图标（蝴蝶形状），然后完全选择导入的设计。
- 选择标记为"轮廓"的"跟踪预览"选项。调整（如果需要）阈值和缩放设置以调整黄色跟踪以匹配设计。
- 黄色跟踪与设计匹配后，从"跟踪"菜单中选择"跟踪"。通道现在显示为红色轮廓。如果红色轮廓与设计匹配，则可以选择和删除导入的图像。现在已导入设计，并准备好调整大小。
- 通过选择跟踪设计并使用软件提供的网格调整设备的大小。拉动以更改通道和腔室的宽度和长度。
注：该软件提供测量，可以临时绘制小线（使用窗口左侧的设计调色板）来测量设备内的尺寸。功能通道宽度尺寸范围从100μm到900μm。尺寸可能需要在测试初始原型后进行调整。重要的是，所有图层的大小都成比例，以确保在装配过程中正确对齐。- 正确调整设计尺寸后，选择形状绘图菜单上的方形工具，以在设备的每一层周围绘制一个正方形/矩形。对于所有图层，此形状的大小应相同。有关示例，请参阅图 1C。
- 创建包含对通道的访问端口的单独顶层。简单的设计将包括主（中间）通道层、底部密封层（通常是玻璃层）和顶层，该层应包含圆形穿孔以进入通道（入口/出口）。
注：包含三个以上层的设计需要多个层的入口/出口穿孔（参见图1C，图5A）。这些穿孔可能已包含在设计中，也可以此时添加。- 选择屏幕左侧的绘图工具。在设计入口和出口口上画圆圈。
- 复制并粘贴原始设计和圆形。从基础设备擦除通道。
注： 这会使入口/出口端口处于与原始设计相对应的正确位置。也可以将形状添加到每个图层的外围，以帮助对齐。
- 将要剪切的所有图层排列在显示的垫子上。设备现已准备好进行切割。
2. 切割
- 在胶粘剂切割垫上涂抹一块首选厚度（3 mil 标准）的 PET/EVA 薄膜（或其他材料）。确保胶粘剂（哑光）侧朝上，塑料（闪亮）侧朝下。
注意：使用干净的手套，避免将油和微粒引入层。 - 将薄膜平平在垫子上（图1D），去除所有可能被困的空气。这可以用戴手套的手或滚筒来完成。
- 将切割垫的边缘与刀具上指示的线对齐。按刀具上的负载垫来装载垫子。根据薄膜厚度，将切割刀片上的设置保持在 3 到 5 之间。
- 将刀具 USB 电缆连接到计算机。
- 选择"发送"选项卡并选择切割设置。
注： 级联菜单上有多种设置可用。-标签纸，透明- 是一种与厚度为 3~5 mil （75–125 μm） 的 PET/EVA 薄膜配合良好的设置。修改不同材质的设置，并保存自定义设置以供将来使用。
- 选择"发送"选项卡并选择切割设置。
- 单击"发送"。切割将开始 （图 1E）.确保刀具背面有足够的空间让垫子畅通无阻地移动。刀具完成后，通过选择"在刀具上卸载"来卸载垫。卸载前不要将垫子拉出。
3. 对齐
- 将切割垫放在干净的表面旁边。用戴手套的手，使用一对钳子将微流体装置的每一层从切割垫上提起（图1F）。在通道中转弯和弯曲时要特别小心;这些是特别微妙的，容易撕裂和翘曲。
- 将微流体装置的层放在干净的表面上。根据设备中的从上到下位置对其进行排序（图 1G、图2A、图 5A和图 7A）。
- 切割小件（±3 毫米 x 10 毫米）的双面胶带，用于暂时将层连接在一起。
- 逐个叠加图层，从底部图层开始。将一小块双面胶带添加到层之间的一个角上，远离任何通道或入口/出口（图1G，箭头）。磁带虽然不是必需的，但会固定层，并确保它们不会在层压过程中移动。使用线形夹具促进具有 4 个以上层的设备中的层对齐（补充图 3）。
- 确保薄膜的胶粘剂（哑光-EVA）侧始终面向设备的内部（层内部分）。
注意：裸露的粘合剂会熔化压片的内部部件并粘附在层压器上，不仅导致设备丢失，还会影响层压器的未来性能。 - 叠加所有图层后，检查设备。所有图层之间应至少有一个 EVA 侧，并且不应公开 EVA。在引入非 EVA 涂层材料（例如聚氯乙烯 （PVC） 薄膜、玻璃时，可能需要两侧涂有 EVA 的薄膜，尤其是对于更复杂的设备（图 5）。
4. 层压
- 打开，并将层压器设置为所需的厚度设置。有些层压器提供 3 和 5 mil 设置，而有些则不提供。对于任何具有 4 个或更多图层的设备，请使用 5 mil 设置。
- 一旦层压器准备就绪，通过层压辊运行器件（图1H+I）。放置已添加双面胶带的末端，以获得最佳效果。
注： 制造五层或更多层的设备时，它们可能会多次通过层压器运行。 - 恢复层压设备。
注意：建议设备足够大，以便从层压器中轻松恢复。这种考虑不会影响通道或芯片架构的大小，它只是要求一个"帧"，可以很容易地通过层压器，而无需留在里面。
5. 入口/出口口
- 使用旋转工具和 1/32 in. 钻头在家具保险杠中心切割一个小孔。或者，使用 1 mm 活检冲孔穿孔保险杠。
注：建议使用钻床。虽然尺寸不同，但建议使用 2 mm x 6 mm 直径的保险杠。避免简单地"刺伤"保险杠。除非拆下材料，否则保险杠将再次密封 （补充图 1）。如上所述的穿孔用于与聚苯乙烯 （PEEK） 管、移液器和尖端或钝针 （16-18 G） 接口。使用旋转冲孔钳可以实现更大的穿孔 （补充图 1）。当保险杠用作液体或其他生物的"储液罐"时，这些非常有用。 - 通过用一对小钳子清除任何碎屑（由钻孔或冲孔引起），确保孔完全清晰。
- 成功清除入口/出口口后，小心地将保险杠与层压设备上的进气/出口口对齐（图 1J+K）。此步骤对于液体正确进出设备至关重要。握住设备后面的保险杠，将面向打开入口/出口的粘合面定位在设备上，然后对齐并粘住。设备组件现已完成。
6. 测试
- 通过穿孔保险杠（端口）访问通道/腔室架构。关于如何在设备中引入流体和生物物，有多种选择。
- 将实验室或医疗/手术管连接到塑料接头（例如 Luer 适配器）或钝针，使用实验室或医疗/外科管。也可以使用没有适配器的标准移液器和吸头或PEEK管（补充图2）。
- 使用注射器或蠕动泵使用注射器和管道进行输液或抽液。
注：市场上有很多选择，在撰写本文时从300美元起。 - 根据设备和实验设置不同的流速设置。
注： 我们通常使用 0.01–100 μL/min 范围内的流速设置，但可以使用其他速率。
图1：制造。（A） 办公室层压机和工艺切割机是制造所需的仅有的两件设备。两者都可在线或工艺品/办公用品商店。其他必需的工具包括剪刀和钳子。（B） 通道和腔室架构可以使用任何包含绘图工具的软件程序以数字方式组成（某些用户可能首选矢量图形，但不是必需的）。线条和形状以黑色绘制，背景为白色。通过拖放，可以将设计的文件或屏幕截图导入工艺切割机软件。（C） 工艺切割机软件可免费下载，并需要控制切割机。该软件获取设计并允许修改，如大小调整。它还提供绘图工具。（D） 切割垫带有用于切割的薄膜.它稍微粘附，允许切割材料的固定性。图中显示了四种准备装载的材料：3 密厚 PET/EVA 薄膜（顶部）、5 密耳厚的 PET/EVA 薄膜（中间）、6 密厚 EVA/PET/EVA（左下）和 PVC 薄膜（右下）。（E） 切割机可打开以显示刀片（黑色）单元和已装载的垫子。（F） 切割后，使用钳子提起各个层。通道和腔室的切口仍附着在垫子上，随后被移除并丢弃。（G） 单个层对齐并叠加进行层压。小块双面胶带（箭头）通常用于帮助对齐和防止层在层压过程中移动。（H，I）设备在层压器顶部进料，并通过插槽恢复。层压提供坚固的密封，使通道路径保持打开状态。（J， K）为了进入通道，有必要添加穿孔，自粘乙烯基保险杠。（J） 中的图像显示"反向"对齐方法，其中保险杠从背面放置，允许入口/出口与保险杠穿孔进行视觉对齐。请点击此处查看此图的较大版本。
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Representative Results
除了低成本和快速迭代外，PETL 技术还可以轻松定制，以解决特定挑战。首先，我们描述了一个简单的设备，由玻璃盖玻片、造型室层、通道层和入口/出口层组成（图2）。该装置旨在方便在恒流下对细胞和微器官进行成像。培养基以低流速补充，以鼓励营养和气体交换。圆形腔室采用玻璃底部，允许使用倒置显微镜进行成像。此设备中使用玻璃至少有两个原因。第一个是光学。PET 和 EVA 是用于光学透明度和灵活性的热塑性塑料，可用作成像接口（尤其是在低放大倍率9时）。在可见光谱中，PET的光透射范围为87至90%12。然而，玻璃具有更好的光学性能，是生物成像中使用的标准。使用玻璃的第二个原因是，到目前为止测试的细胞（哺乳动物细胞系），往往更容易附着到它比（未经处理）PET/EVA。
图2：用于倒置显微镜的简单腔室。（A） 该装置由一个玻璃层和三个 PET/EVA 层（3 mil 厚）组成。玻璃盖玻片（24 毫米 x 60 毫米）是底层。下一层具有成像室的底部。下一层具有造型室的上半部分，并将其连接到进入/出口通道。因此，通道的高度仅为 75 μm，而造型室的高度为 150 μm。通道的宽度由用户确定（此处显示 500 μm）。顶层密封造型室/通道路径，并提供对入口/出口的访问。叠加的图层显示在右侧。（B） 成品设备被注入红色染料进行可视化。如图所示，可以使用微移液器和吸头、实验室或医疗/外科管进行装载，该管配有钝针或 PEEK 管。（C） 通道/腔室设计可在单个设备中迭代（例如，便于观察多个单个试样）。请点击此处查看此图的较大版本。
此器件中的通道和腔室的尺寸值得描述。PETL 中的高度始终是薄膜或层厚度的函数。市售的 PET/EVA 的厚度以千分之一英寸（1 mil = 25 μm）为单位。因此，通道和腔室高度通常是 25 μm 的倍数。标准 PETL 使用 3 或 5 mil PET/EVA 薄膜构建，因此具有 75 或 125 μm 的高度。图 2所示的器件具有高度为 75 μm 的通道，以及由两层定义的腔室，总高度为 150 μm。然而，应当指出，层可以由不同的材料（如玻璃、铝箔、PVC、纸张）组成，并且可能呈现不同的厚度，通常从25至250μm不等。
图3：细胞成像。（A） 简单腔室PETL可用于粘附细胞的短期培养。细胞粘附在腔室中暴露的玻璃上，可以使用倒置显微镜观察。（B） 大鼠嗜血杆菌被染色，在倒置共聚焦显微镜上，用Hoechst（蓝色）和血浆膜（红色）荧光染料进行可视化。（C） 简单腔室装置中细胞的明亮场图像。（D） 相位对比度图像.白色刻度条为 200 μm。请点击此处查看此图的较大版本。
PETL 制造的性质使流体路径设计具有显著的复杂性。简单的造型室装置由四层组成，这些层包含 z 轴的两个级别（通道和造型室顶部位于一个级别，第二层腔室底部）。PETL 提供的一个优势是可以轻松构建三维通道/腔室架构。通过三维连接多层，可以添加冷却或加热通道、透析膜、电路或压力管路等功能（参见图 5）。到目前为止，遇到的一个警告是可层压层数的限制。在总厚度超过 800 μm 的器件中，EVA 固化所需的传热发现不足。在某些设备中可以解决此限制。在许多情况下，每次添加新层时都可能发生层压。当新层需要热粘接 （EVA） 面对设备外部时，这是不可能的。
图4：微器官成像。（A） 简单室PETL用于成像果蝇黑色素细胞胚胎的翼盘（2倍放大倍率）。翼盘尺寸约为 90 μm x 250 μm x 500 μm。一个或多个器官可以通过盖玻片窗口成像。另一个翼盘的放大倍数显示在 （B） 20x/0.75-air、（C） 40x/1.30 油和 （D） 100x/1.49-油目标中，使用旋转盘共聚焦显微镜。请点击此处查看此图的较大版本。
研究培养细胞得益于提供动态状态条件（如恒流或机械刺激）的工具。图 3提供了一个示例，其中哺乳动物细胞系在简单的腔室设备中培养和成像。介质可以在成像过程中不断交换，不仅有助于保持理想的生长条件，还可用于实时成像时受控地引入化学刺激。前活体微器官的成像也是如此，如图4所示。通道和腔室结构可以设计有特定尺寸，以适应不同的生物标本，从器官或组织到整个生物体（例如，果蝇胚胎和象形圆盘或C.
图5：梅查诺-佩特利。通过添加压缩室来修改简单腔室 PETL。（A） 该器件由七层组成，包括四种不同材料：玻璃底层（盖玻片，未显示）、四个 PET/EVA 3 mil 层（通道/腔室层、垫片层和入口/出口层）、EVA/PET/EVA 6 mil 层（通道/腔室密封和 PVC 粘附）和可变形 PVC 层（用于压缩）。（B， C）使用红色染料可视化试样通道/腔室路径。压缩通道/腔室路径仅包含空气。（D） 气压手动（或机械）施加到压缩路径上，导致腔室顶部的 PVC 薄膜膨胀。膨胀使室内染料被取代。请点击此处查看此图的较大版本。
生物标本的机械扰动提高了我们对细胞生理学的理解，并揭示了胚胎发育和分化等过程。图 5描述了由简单通道/腔室阵列和压缩室组成的 PETL 器件。它由六层（最简单的形式）组成，其中一层是PVC薄膜。施加气压时，PVC 薄膜偏转，导致其压缩造型室内的试样。该装置是PET/EVA以外的材料使用的例子，它已被成功地用于替换PDMS/玻璃设备，用于研究果蝇微器官13的机械负载（如图6所示）。PETL 设备可重复使用。然而，由于制造成本低，占地面积更小，并且在连续操作或洗涤后有可能分层，我们建议在每个程序开始时使用新设备。
图6：化学生物学成像。（A） DE-cadherin：：GFP 表示果蝇翼盘在 Mechano-PETL 中成像，使用旋转盘共聚焦显微镜，放大倍数为 20 倍。（B） 通过腔室上方膜的压力可通过手动激活充满空气的注射器或使用注射器泵施加。理想的气体定律用于估计施加在膜9上的力量。光盘袋面积（白色虚线）增加约30%（红色虚线），应用+4 psi。请点击此处查看此图的较大版本。
由于 PETL 设备的制造方便，我们探索了它们在化学、生物和工程教室以及教学实验室等教育环境中的用途。图 7显示了教育 PETL 的示例。该器件旨在显示微尺度流体流动的一些基本特征（例如层流）。它由四层 5 mil PET/EVA 薄膜（图 7A）和通道架构组成，包括三个收敛输入通道和蛇形结构。循环"凹陷"或"下降"步骤已添加到路径，以促进微混合14。使用注射器泵，苯酚红色溶液通过外部端口注入，而pH 9溶液通过中心端口注入。水动力聚焦15是可视化的，外部流体流动迫使内部流动进入较小的流（图7C）。器件中的层流可防止对流混合，并沿通道长度（箭头）显示逐渐扩散混合。所示设备可用于教授流体动力学和生物运输中的概念（例如扩散、层流）。或者，可以邀请学生设计和制造他们自己的设备，这个项目可以在持续两到三个小时的常规实验室会议上进行。
图7：教室里的PETL。（A） 该装置采用四层 5 mil PET/EVA 薄膜制造。第二层（从右到左）具有圆形腔室，将放置在通道路径下方。（B） 成品设备已装载 pH 指示灯苯酚红色（2 mM、黄色）和透明 pH 9 溶液（中心通道）。当与基本溶液接触时，苯酚红变成洋红色。框表示 （C） 到 （F） 中显示的区域。（C） 流体动力学对焦.（D， E） 层流和扩散.（E， F） 微混合.白刻度条在所有面板中为 2 mm。请点击此处查看此图的较大版本。
补充图1：保险杠/端口穿孔。（A） 握持旋转工具的钻床装置便于保险杠穿孔。使用尺寸为 1/32" 和 3/64" 的钻头。（B） 这个过程是有效的，大量的保险杠可以在短时间内处理。（C） 活检冲孔穿孔是钻井的替代方法.（D） 旋转冲孔钳用于更大的穿孔.这些穿孔可用于装载大型试样（通过液体抽取而不是输注）或作为介质储液罐。请点击此处下载此图。
补充图2：管。（A） 实验室或医用/手术管（1/32" ID，3/32" OD） 是较简单的选择。它灵活且易于切割。它需要使用（18G）钝针。（B） 其中一个针头使用（粉红色）Luer 适配器连接到注射器上，该适配器从第二根针中取出，以便安装在管上。（C） 已经熟悉 PEEK 管（0.010" ID，1/32" OD） 的研究人员可能会将其与 PETL 一起使用。（D） PEEK 配件.（E） 注射器泵的设置对于两种类型的管道都是相同的.（F） 实验室或医用/手术管设置将需要带有 3/64" 钻头的穿孔，而 PEEK 管需要 1/32" 穿孔。使用 1 mm 活检冲床进行的穿孔可以容纳两套管道。请点击此处下载此图。
补充图3：使用线形夹具进行校准。设备的设计可以包括穿孔，可以作为几个层对齐的参考线。线动臂的市售价格约为20美元。请点击此处下载此图。
补充图4：大小限制。虽然工艺切割机能够切割宽度为 ±100 μm（A） 的直通道，但对于测量 150 μm 或更少 （B） 的要素，切割模式的精度会大大降低。形状旁边的尺寸表示通道宽度。请点击此处下载此图。
补充表1：PDMS微流体芯片制造的时间和成本。•晶圆/模具随时可用且PDMS可使用烤箱固化的制造时间。任何设计修改都表示几天的延迟。请点击此处下载此表。
补充表2：PETL微流体芯片的制造时间和成本。请点击此处下载此表。
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Discussion
虽然微流体越来越多地存在于世界各地的实验室的工具箱中，但鉴于微流体具有积极影响的潜力，采用速度令人失望。微流体器件制造成本低、效率高，对于加速在普通研究实验室中采用该技术至关重要。此处描述的方法使用多个胶片层以光刻方法所需的时间和成本的一小部分创建两维和三维设备。标准光刻启动成本高达数千美元，需要数天时间才能制作，PETL 制造启动成本不到 350 美元，设备只需几分钟即可制造。这不仅有助于在研究实验室中采用，而且有助于在快速迭代有利（例如，标准 PDMS 设备原型设计）或需要工业化生产廉价一次性设备的环境中采用。例如，PETL 可以使用可生物降解材料制造，并可适用于医疗保健领域，使其成为诊断工具的理想选择。它们可用于课堂，或作为预制学习材料或作为创造性挑战，学生设计、制造和测试自己的设备。
PETL 制造是简单的。但是，确定此技术的关键步骤和当前限制是很有帮助的。一些用户会发现，与 PDMS 设备相比，PETL 设备中的气体交换减少了，在实验过程中，PDMS 器件通过连续的介质流动来弥补。另一个限制是大小调整。小于 150 μm 的通道和其他功能低于刀具的分辨率限制（补充图 4）。我们建议使用宽度在 200-900 μm 的通道。这些限制是灵活的，并且往往在阈值上限时会有所不同。例如，当通道宽度为 950 μm 或更多时，高度为 75 μm 的通道将折叠，但如果高度增加，则保持打开状态。尽管器件的架构会因应用而异，但我们通常使用高度为 75 或 125 μm、宽度为 400–600 μm 的通道。
对齐图层和保险杠时注意细节非常重要。PETL 制造引起的少数并发症大多数都是对齐问题的结果。层压时暴露的 EVA 会粘附在内部滚轮上，使其无法使用。液体输注可能被位置不当的保险杠堵塞。幸运的是，PETL 不仅价格便宜，而且快速构建，因此故障设备可以轻松更换或修改。
PETL 可以承受类似于其他微流体设备中使用的输注流速。虽然 0.01 到 100 μL/min 是我们组使用的范围，但可以使用高达 500 μL/min 的流速（使用手动驱动微移液器时可能更高）。我们发现，PETL可以承受30至57 psi8的压力。建议在大多数实验设置中使用注射器泵，尽管它们不是绝对要求。在教室里，布列特被用来测试学生的设备15。蠕动泵在某些环境（如细胞培养）中非常有用，特别是因为气体交换在PETL中是有限的。PDMS在这方面可能更有利，虽然浸出可能是一个问题5。我们曾试图生产混合 PET/EVA-PDMS，但 EVA 不会直接遵循 PDMS;后者的表面改性（例如，血浆处理或表面活性剂处理）有可能解决这个问题。与PETL相比的另一种方法是使用CO2激光消融17，18PMMA对通道进行微加工。我们发现激光切割与 PET/EVA 薄膜不相容，因为产生的热量往往会固化 EVA 并产生不均匀的通道边缘。使用适当的激光设备也可能大大增加制造成本。
总之，与现有技术相比，PETL 具有多种优势：（i） 由于使用消费级材料和设备，成本明显低于传统方法，使研究人员和学生都能轻松访问。（ii） 设备可在几分钟内进行设计、切割和组装，从而实现快速原型迭代，并便于进行时间有效的实验。（iii） 可同时制造多个器件，实现高产量生产。（四） 可以采用各种材料，增加多功能性，并允许广泛的定制。使用该技术的新功能的当前和未来开发取决于新用户的创造力和要求。随着用户开发适合其特定需求的新设计和新方法，大量采用 PETL 微流体器件可能会导致采用新材料和配置。
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Disclosures
费尔南多·翁蒂格罗斯正在推出PETL FLUIDICS（LLC），该公司将为这项技术商业化并提供咨询服务。共同作者没有什么可透露的。
Acknowledgments
本手稿中的作品部分得到了美国国家科学基金会（NSF）的支持。CBET-1553826）（及相关的ROA补充）和国家卫生研究院（NIH）（授权号R35GM124935） 到 J.Z.，以及圣母院梅尔乔访问教师基金到 F.O.我们要感谢詹娜·斯约德马和巴萨尔·比尔吉耶提供哺乳动物细胞和培养协议，以及法比奥·萨科提供补充数字方面的援助。
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Biopsy punch (1mm) | Miltex | 33-31AA | Optional, replaces rotary tool set up |
| Blunt needles | Janel, Inc. | JEN JG18-0.5X-90 | Remove plastic and attach to Tygon tubing |
| Coverslips | Any | 24 x 60 mm are preferred | |
| Cutting Mat and blades | Silhouette America or Nicapa | www.silhouetteamerica.com/shop/blades-and-mats | Re-use/Disposables |
| Double-sided tape | Scotch/3M | 667 | Small amounts, any width or brand |
| PEEK tubing | IDEX/any | 1581L | Different configurations available. Consider using Tygon tubing intead, if not already using PEEK |
| PET/EVA thermal laminate film | Scotch/3M & Transcendia | TP3854-200,TP5854-100 & transcendia.com/products/trans-kote-pet | 3 - 6 mil (mil = 1/1000 inch) laminating pouches or rolls. |
| PVC film - Cling Wrap | Glad / Any | Food wrapping | |
| Rotary tool-drill | Dremel/Any | 200-121 or other | 1/32 and 3/64" drill bits from Dremel recommended |
| Rubber Roller | Speedball | 4126 | To facilitate adhesion, any brand will work |
| Scissors & tweezers | Any | Fiskars-Inch-Titanium-Softgrip-Scissors |Cole-Parmer –# UX-07387-12 | Quality brands are recommended |
| Silhouette CAMEO Craft cutter | Silhouette America | www.silhouetteamerica.com/shop/cameo/SILHOUETTE-CAMEO-3-4T | Preferred craft cutter |
| Silhouette Studio software | Silhouette America | www.silhouetteamerica.com/software | Controls the craft cutter and provides drawing tools (free download MAC and PC) |
| Syringe Pump | Harvard Apparatus or New Era | 70-4504 or NE-300 | Pumps are ideal, pipettes or burettes can be used. |
| Syringes | Any | 1-3mL | |
| Thermal laminator | Scotch/3M | TL906 | Standard home/office model |
| Tygon tubing (E-3603) | Cole-Parmer | EW-06407-70 | Use with blunt needle tips |
| Vinyl furniture bumpers | DerBlue/3M/ Everbilt | Clear, self-adhesive (6 x 2 mm and 8 x 3 mm) | Round bumpers are recommended |
References
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- Beebe, D. J., Mensing, G. A., Walker, G. M. Physics and Applications of Microfluidics in Biology. Annual Review of Biomedical Engineering. 4 (1), 261-286 (2002).
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