Bonding solvente para Fabricação de PMMA e COP microfluídicos

Summary

colagem solvente é um método simples e versátil para a fabricação de dispositivos microfluídicos termoplásticos com títulos de alta qualidade. Nós descrevemos um protocolo para alcançar laços fortes, opticamente transparentes em PMMA e dispositivos microfluídicos COP que preservam detalhes microfeature, por uma combinação judiciosa de pressão, temperatura, num solvente apropriado, e da geometria do dispositivo.

Abstract

microcanais termoplásticos oferecem muitas vantagens sobre aqueles feitos a partir de elastómeros de silicone, mas os procedimentos de ligação deve ser desenvolvida para cada um termoplástico de interesse. ligação por solvente é um método simples e versátil, que pode ser utilizado para fabricar os dispositivos a partir de uma variedade de plásticos. Um solvente apropriado é adicionado entre as duas camadas do dispositivo a ser ligado, e o calor e a pressão são aplicadas ao dispositivo, para facilitar a ligação. Através da utilização de uma combinação apropriada de solvente, de plástico, de calor e pressão, o dispositivo pode ser selado com uma ligação de alta qualidade, caracterizado por ter uma alta cobertura de ligação, força de ligação, claridade óptica, durabilidade ao longo do tempo, e baixa deformação ou danos para microfeature geometria. Descreve-se o procedimento para os dispositivos de ligação fabricados a partir de materiais termoplásticos conhecidos, poli (metil-metacrilato) (PMMA), e polímeros de ciclo-olefina (COP), bem como uma variedade de métodos para caracterizar a qualidade das ligações resultantes, e estratégias para troubleshoot títulos de baixa qualidade. Estes métodos podem ser utilizados para desenvolver novos protocolos de ligação por solvente para outros sistemas de plástico de solvente.

Introduction

Microfluídica tem emergido nos últimos vinte anos como uma tecnologia adequada para estudar química e física em microescala ^1, e com a promessa de crescimento para contribuir significativamente para a biologia da pesquisa ^2-4. A maioria dos dispositivos de microfluidos foram historicamente feita a partir de poli (dimetilsiloxano) (PDMS), um elastómero de silicone que é fácil de usar, de baixo custo, e oferece a replicação característica de alta qualidade ^5. No entanto, o PDMS tem deficiências bem documentado e é incompatível com a fabricação de alto volume processa ^6,7, e, como tal, tem havido uma tendência crescente para a fabricação de dispositivos de microfluidos de materiais termoplásticos, devido ao seu potencial para a fabricação de massa e, assim, a comercialização.

Uma das principais barreiras para a adoção mais ampla de microfabricação de plástico vem alcançando fácil ligação qualidade, alta de dispositivos de plástico. As estratégias atuais empregam tHermal, adesiva, e as técnicas de ligação de solventes, mas muitos sofrem de desafios significativos. A ligação térmica aumenta a autofluorescência ⁸ e muitas vezes deforma geometrias de microcanais ^9-11, enquanto que as técnicas adesivas requerem stencils, o alinhamento cuidadoso e, finalmente deixar a espessura do adesivo exposto ao microcanal ^10. Colagem solvente é atraente devido à sua simplicidade, tunability, e baixo custo de ^{10,12 – 14.} Em particular, a sua tunability permite a optimização para uma variedade de plásticos, que pode produzir consistente qualidade de ligação, elevada que minimiza a deformação da microcaracterísticas ^14.

Durante a ligação por solvente, a exposição a solventes aumenta a mobilidade das cadeias de polímero perto da superfície do plástico, o que permite a inter-difusão de cadeias através do interface de ligação. Isto faz com que por meio de emaranhamento de bloqueio mecânico das cadeias de difusora, e resulta em APvínculo hysical ^10. A ligação térmica funciona de uma maneira semelhante, mas baseia-se na temperatura elevada por si só para aumentar a mobilidade da cadeia. Assim, os métodos térmicos requerem temperaturas próximas ou acima da transição de vidro do polímero, ao passo que o uso de solventes pode reduzir significativamente a temperatura necessária para a ligação e, assim, reduzir a deformação indesejada.

Nós fornecemos um protocolo específico para a colagem de ambos os dispositivos COP PMMA e. No entanto, este protocolo e método descreve uma abordagem simples, genérico para a ligação de solvente de dispositivos microfluídicos termoplásticos que pode ser adaptado para outros materiais plásticos, solventes e equipamento disponível. Nós descrevemos vários métodos para avaliar a qualidade de ligações (por exemplo, a cobertura de ligação, resistência de união, durabilidade bond, e deformação das geometrias microfeature), e fornecer abordagens de solução de problemas para resolver estes desafios comuns.

Protocol

Note-se que todos os passos descritos abaixo, foram desenvolvidos e realizados num ambiente não-salas limpas. Os passos de ligação de solventes pode certamente ser realizada de uma sala limpa, se disponível, mas isso não é necessário. 1. Preparação de camadas do dispositivo termoplástico microfluídicos Concepção e fabrico de camadas Dispositivo de microfluidos da termoplástico de escolha, utilizando um método de fabricação adequado (por exemplo, microfres…

Representative Results

Um diagrama esquemático do processo de colagem por solvente geral é mostrada na Figura 1. A maneira mais fácil de avaliar a qualidade do vínculo é inspecionar visualmente a cobertura de obrigações, uma vez que a cobertura pobre ligação é facilmente visível como regiões de plástico unbonded, e é indicativo de vínculo fraco. Essas regiões são tipicamente bordas livres perto (por exemplo, periferia do dispositivo, ou próximo portas abertas ou micr…

Discussion

A viabilidade das estratégias de ligação potenciais depende de equipamentos disponíveis. Enquanto placas são relativamente comuns e pesos livres podem ser comprados a baixo custo, as estratégias de alta pressão vai requerer o uso de uma prensa aquecida. Por exemplo, a ligação óptima receita PMMA requer alta pressão para ligar-se com etanol (ver Tabela 1), e a pressão necessária não é atingível para os tamanhos dos dispositivos típicos usando pesos livres. Assim, mesmo que apenas uma pla…

Materials

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.