Hibrit polikarbonat-silikon mikrofluidik cihazların yapım yöntemleri

Araştırmalarımız, akademik bir laboratuvar ortamında prototipleme için hibrit mikrofluidik cihazların bağlanmasına odaklanmaktadır. Hibrit mikrofluidik kanal için düşük maliyetli ama optimal bağlanma stratejileri nedir sorusunu yanıtlamayı hedefliyoruz. Hibrit mikrofluidiklerde termoplastiklerin sert substratlara bağlanması zordur ve geleneksel yüksek sıcaklık, yüksek basınçlı yöntemler uygun değildir.

Bu protokol, pratik araştırma dostu bir bağlanma yöntemi sunar. Başlamak için, düz bir bağlanma yüzeyine sahip polikarbonat muhafazayı alın. Epoksiyi polikarbonat gövdenin gömülü çip yuvasına dağıtın ve temizlenmiş silikon çipi yerine yerleştirin.

Montajın kürlenmesine izin verin, sonra boşlukları taze epoksi ile kapatın. Kanal duvarlarının şekline uyacak şekilde yapıştırıcı bandı lazerle kesin. Yapışkan bant uygulamak için, banttan bir astar tabakasını çıkarın.

Sonra bandı hizalamak için dübel pinleri kullanarak kanal duvar yüzeylerine hizalayıp uygular. Akışkan kanal alanını kaplayacak kadar %1 polivinil alkol çözeltisi ekleyin. Sonra kaplı kanalı oda sıcaklığında tamamen kuruması için kenara koyun.

Yapışkan maskeyi çıkarmak için, polivinil alkol tabakası tamamen kürleştikten sonra, çift taraflı yapıştırıcıyı dikkatlice soyarak polivinil alkol kaplı akışkan bir kanal bırakın. Gerekirse kanal duvarlarındaki yapışkan kalıntılarını inceleyin ve temizleyin. Üst ve alt polikarbonat silikon hibrit konut yarım plakalarını dübel pinleriyle hizala.

Beş mililitrelik diklorometan veya aseton içeren bir şırınganın 30 gauge iğne ucu, cihazın dudak veya çıkıntısına yerleştirin. Sonra çözücüyü her iki taraftan dağıtın, böylece bağlanma arayüzüne çekilip polivinil alkol bariyerine ulaşır. Daha sonra yaklaşık iki ila üç poundluk orta ağırlıkta monte edilen cihazın üzerine eşit bir şekilde yerleştirilin ve cihazın oda sıcaklığında 10 ila 15 dakika boyunca tamamen sertlenmesine izin verin.

Arıza noktalarını azaltmak için büyük baloncukların olmadığından emin olun. Kürlendikten sonra, sıvı kanalından 80 derece Celsius deionize suyu akın, dakikada bir ila beş mililitre kadar düşük akışta, minimum üç saat boyunca akın. Cihazı kanalda kalan polivinil alkol açısından görsel olarak inceleyin ve su akışını tekrar yapın, ta ki polivinil alkol görünmeyecek kadar görünsün.

Masaüstü lazer kesici kullanarak, kanal duvarı bölgelerinin şekline uyacak şekilde düşük yoğunluklu polietilen levhalar lazerle kesilir. Lazerle kesilen düşük yoğunluklu polietilen levhalarını kül, kalıntı veya partikül açısından inceleyin. Çarşafları izopropil alkolle iyice durulayın ve tamamen kurumasına izin verin.

LDPE kesiklerini sıvı kanalının yan duvarlarına dübel pinleri kullanarak hizalayın. Üst polikarbonat parçayı alt montaja yerleştirerek LDPE katmanlarıyla birlikte sıvı kanalı oluşturulur. Montajı bağlamak için, monte edilen muhafazayı 145 derece Celsius sıcaklığına ayarlanmış programlanabilir bir fırına ve sıcaklık sensörüne yerleştirin.

Sonra, kalibre edilmiş bir ağırlık, örneğin metal plaka, montajın üzerine yerleştirerek inç kare başına iki ila üç pound kadar orta düzeyde bir basınç uygulanır. İki saat sonra, montajı fırından çıkarın. LDPE'nin bağlanmış yüzey alanında eşit şeffaf olduğundan emin olun, ardından cihazın oda sıcaklığına soğumasına izin verin.

Conta kablosu malzemesini akışkanlık kanal yoluna uyacak şekilde gerekli uzunluğa kesin. Conta kablosunu alt polikarbonat gövdedeki conta bezine yerleştirin; böylece tüm yol boyunca sıkı ve sürekli bir uyum sağlanır. Üstteki polikarbonat parçayı alt parçayla hizalayın.

Sonra üst katmandan cıvataları altıgen somuna yerleştirin, basıncı eşit dağıtmak için gerekirse bir yıkama veya sıkıştırma plakası ekleyin. Cihazı yerinde tutmak için her vidayı elle sıkın. Sonra tork anahtarı kullanarak vidaları çapraz bir desenle sıkarsın.

Silikon çipin çatlamasını veya polikarbonat gövdenin deformasyonunu önlemek için başlangıçta 0,5 pound inç'e sıkıştırın ve sadece ek sızdırmazlık gerekirse torku artırın. Hibrit mikrofluidik cihazı peristaltik pompa boru kullanarak akışkanik devreye bağlamaya hazırlanın. Bir su rezervuarı, rulo pompası, basınç sensörü ve hibrit mikrofluidik cihazı seri olarak bağlayın.

Basınç sensörünü cihaz girişine mümkün olduğunca yakın konumlandırarak doğru basınç ölçümlerini sağlayın. Devreden dakikada 10 mililitre başlangıç akış hızıyla su pompalayın. Akış hızını dakikada 10 mililitre artırın, 60 saniyelik aralıklarla ve her akış hızında basıncı kaydedin.

Ek basınç gerekirse, cihazın aşağısında devre direncini artırmak için iğne kısıtlaması ekleyin. Nominal basıncı, ilk görünür sızıntının gerçekleştiği basınç olarak tanımlayın. Son olarak, aynı devreyi kullanarak cihazın hemen aşağısına ikinci bir basınç sensörü takın.

Seçilmiş 10 mililitre akış hızında su akışı ve cihaz öncesi ve sonrası basınç ölçümleri arasındaki fark olarak cihaz üzerindeki basınç düşüşünü hesaplayın. Üç bağlama yöntemi farklı performans sonuçları gösterdi. Çözücü bağlanmış cihazlar en yüksek nominal basıncı koruyor, sızıntıdan önce 692 milimetre cıva ulaşırken, bazı cihazlarda hapsedilmiş hava veya hafif optik sis görülüyordu.

LDPE ile bağlanmış cihazlar, dakikada 10 mililitre hızda 196 milimetre yüksek basınç düşüşü gösterdi ve bu da etkisini azalttı. Test edilen teknikler arasında, conta sızdırmazlık yöntemi en yüksek tekrarlanabilirliği ve en temiz görsel arayüzleri gösterdi. Conta tabanlı konfigürasyon, sızıntıdan önce 239 milimetreye kadar cıva basıncını sürdürüyor ve üç milimetre düşük basınç düşüşü gösteriyordu.

Bu protokol, araştırmacıların laboratuvar ortamında hibrit mikrofluidik cihazların bağlanmasına uygun farklı düşük maliyetli bağlama modalitelerini incelemelerine olanak tanır. Bu protokolü uygularken en önemli husus, hem tasarım üretiminde hem de katmanların hizalanmasında hassasiyet sağlanmasıdır; böylece sızıntı geçirmez arayüz ve yeterli bir bağ yüzey alanıdır. Gelecekteki çalışmalar, bağlanma yöntemleri arasında tavan yüzey alanlarını karşılaştırabilir ve bu protokolün kırılgan veya çeşitli alt tabaka malzemelerini içeren hibrit mikrofluidik sistemlere uygulanabilirliğini değerlendirebilir.