$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Mikrofabrikasyondaki son gelişmeler, çok sayıda elektrot ve farklı türde kontrol algoritmaları içeren daha karmaşık mikroakışkan cihazlara yol açmıştır. Bununla birlikte, bu gelişmeler ambalajlamadaki yeni zorlukların altını çizdi. Ayrıca, Lab-on-Chip (LoC), diğer parçaların yanı sıra mikroakışkan cihazların, mikroelektromekanik sistemlerin (MEMS), mikroelektronik çiplerin birbirine bağlandığı multidisipliner bir kavramdır. Sonuç olarak, mikroelektronik, devre hassasiyeti ve koruması, borular ve mekanik yönler gibi LoC bileşenlerinin farklı kısıtlamalarını dikkate almadan bir paketleme işlemi geliştirmek imkansızdır. Ek olarak, belirli bir LoC'nin bileşenlerinin paketlenmesi, uygulama1,2 ile yakından ilgilidir. Örnek olarak, optik uygulamalarda, cihazın saydamlığı, özellikle test amaçları için çok önemlidir. Bu nedenle, cihazı gözlemlenebilir tutarak sistem davranışını izlemek önemlidir. Hücre veya parçacık manipülasyonları ile ilgili uygulamalarda, düşük voltajlı tekniklerin kullanılması, azaltılmış elektrot boyutlarını (birkaç mikrometreden mikron altı ölçek3-5'e kadar) kolaylaştıran ancak elektrot sayısını önemli ölçüde 100 veya daha fazlasına çıkaran yeni mikrofabrikasyon teknolojilerinin ortaya çıkmasıyla daha çekici hale gelmiştir.
Öte yandan, kimyasal ve biyolojik analizlere ayrılmış LoC'ler uzun süreli gözlem gerektirir. Bu nedenle, sistem paketlemesi ve test tezgahı, sistemi gözlemlenebilir tutmanın yanı sıra biyolojik kontaminasyonun yanı sıra LoC'nin elektronik cihazlarındaki herhangi bir arızayı da önlemelidir.
Yakın zamanda yayınlanan makalelerde, mikroakışkan ve MEMS bir LoC'nin ana parçalarıdır, ancak sistemin izlenmesi için diğer modüller kullanılabilir. Sonuç olarak, mikroakışkan mimarilerin test edilmesi ve doğrulanması, yeni mikrofabrikasyon yaklaşımları ve yüksek karmaşıklık ve verim mimarileri ile zorlu bir konu haline geldi. Şimdiye kadar, mikroelektronik kalıplarda olduğu gibi, mikroakışkan sistem için standart bir test platformu veya desteği yoktur.
Araştırmacılar, Xie ve diğerleri gibi belirli kullanımlar için farklı paketleme teknikleri önerdiler.6 DSÖ, mikroakışkan kanallarda DNA ayrılmasını kontrol etmek için bir mikroelektronik çip içeren bir biyo-mikroakışkan ambalaj tasarladı. Beebe ve ark.7, sıvı örneklerini manipüle etmek için entegre sıvı rezervuarları ve uyaranlara duyarlı hidrojel valfleri olan bir mikroakışkan kanal tasarladı. Diğer sistemler, hava kabarcıkları oluşturmak ve karşılık gelen basıncı ölçmek için bir elektrik alanı boyunca basınçları tespit etmek için elektrolitik kabarcık tabanlı akış sensörlerinin kullanılmasını önermektedir8. Algılama sistemi, kabarcığın empedansını ölçer ve ardından basıncı belirler, bu da ölçümlere herhangi bir parazit girmesini önlemek için tasarlanmış özel paketleme gerektirir. Başka bir çalışmada, sıralı plazma aktivasyon işlemine dayalı olarak oda sıcaklığında bir mikroakışkan paketleme yöntemi tanıtıldı9. Bu işlemin güçlü bir şekilde monte edilmiş bir cihaza yol açabilmesine rağmen, prototipleme amacıyla kullanıldığında veya cihaz birkaç kez kullanıldığında sınırlamaları vardır. İkincisi, sistemin bazı parçalarının sık sık değiştirilmesi anlamına gelebilir. Ayrıca, Lee ve ark. mikroakışkan mimarinin entegre devre10'un üstünde tasarlandığı, bireysel manyetik boncuk manipülasyonu için manyetik alanların kullanılmasına dayanan, Biolab-on-IC adı verilen yeni bir paketleme tekniği tanıttı. Ek olarak, sistem boyutu, optik yönler ve bağlantı parçaları göz önüne alındığında, mikroakışkan sistemlerin paketlenmesi ve entegrasyonunun güvenilirliği, Han ve Frazier11 tarafından detaylandırıldığı gibi kritik konulardır. Bu son çalışma, paketleme sırasında çeşitli parametrelerin hassas bir şekilde sabitlenmesi ve ölçülmesi gereken LoC sistemleri için tipik bir yaklaşımı yansıtmaktadır.
Sonuç olarak, mikroakışkan paketleme, yeni nesil mikroakışkan cihazlar için zorlu bir konudur. Ambalaj, boru, elektrik bağlantıları ve mikroakışkan desteği gibi heterojen parçaları içerir. Borular için asıl sorun, mikroakışkan deliklere erişmek için tüpleri bağlamak için mevcut olan çok sınırlı alandır. Mevcut ticari olarak mevcut konektörlerin çapı 6 mm aralığındadır; Bununla birlikte, iki erişim deliği arasındaki mesafe, genel sistem boyutlarının12-13 azaltılmasıyla küçülmektedir. Bu nedenle, PDMS'ye dayalı bir boru tekniği önerdik. Bu boru işlemi, prototipleme aşaması için özel olarak detaylandırılmıştır. Aslında, kimyasal kısıtlama nedeniyle, mikro yapı içindeki sıvı sızıntısını önlemek ve en aza indirmek ve mikro kanalları temizlemek için her kullanımdan sonra bağlantı borusunun değiştirilmesi zorunludur. Bu amaçlar için, bu yazıda açıklanan süreç özellikle hızlı bir prototipleme tasarımı için geçerlidir.
Öte yandan, elektrik bağlantıları, doğrudan veya dolaylı elektriksel manipülasyon veya ölçüm kullanan mikroakışkan cihazlar için kritik öneme sahiptir. Çok çeşitli mikroakışkan uygulamaları nedeniyle, cihaz boyutları, şekli ve elektrik kontaklarının sayısı önemli ölçüde değişebilir. Bu nedenle, farklı uygulamalar için kullanılabilecek çok yönlü bir yöntem gereklidir. Kaler ve ark. sıfır yerleştirme kuvveti (ZIF) konektörlerine dayanan mikroakışkan hızlı prototipleme platformlarından elde edilen sonuçları bildirdiler14. Bu sonraki konektörler yerine, sunulan yöntemler, herhangi bir şekle kolayca uyarlanabilen anizotropik bir yapışkan iletken film kullanır.
Birçok araştırmacı, mikroakışkan cihazlarını tasarlarken test kısıtlamalarını dikkate almaz. Mikroelektronikte, prototipleme ve test için kullanılan ve IC tutucular olarak adlandırılan birçok destek vardır. Bunlar esas olarak prototipleme ve test sürelerini azaltmak için tasarlanmıştır ve araştırmacılara ve mühendislere arıza durumunda cihazları değiştirmenin kolay bir yolunu sunar. Mikroelektroniğe benzer şekilde, 45 mm x 90 mm cihaz boyutuyla sınırlı mikroakışkan cihazlar için yeni bir test paketi de öneriyoruz.
Önerdiğimiz teknikler çok sayıda mikroakışkan cihaz ve uygulamayı kapsamayı hedefliyor. Bu yöntemler diğer uygulamalara uyarlanabilir, genişletilebilir ve yükseltilebilir. Mikroakışkan manipülasyonlar için optimize edilmiş mikroakışkan cihazlar için ilk çok yönlü paketleme yöntemlerinden birini sağlamayı amaçlıyoruz. Örneğin, bu tekniklerle paketlenen cihazlar için bir son uygulama, polistiren ve karboksil modifiye mikrokürelerin yapay beyin omurilik sıvısı ile ayrılmasıdır. Bununla birlikte, farklı çözümlerle diğer uygulamalarda kullanılabilirler.
Bu makalenin geri kalanında, üç farklı boru tekniği, 2 elektriksel bağlantı yöntemi ve bir mikroakışkan paketleme yöntemi sunulmuş ve karşılaştırılmıştır.