Lösungsmittelbindung für die Herstellung von PMMA und COP Mikrofluidiksysteme
Summary
Lösungsmittelbindung ist ein einfaches und vielseitiges Verfahren für thermoplastische Mikrofluidik-Vorrichtungen mit hoher Qualität Bindungen hergestellt wird. Wir beschreiben ein Protokoll zu erreichen, stark, optisch klare Bindungen in PMMA und COP mikrofluidischen Vorrichtungen, die Mikrostrukturdetails, durch eine sinnvolle Kombination von Druck, Temperatur, einem geeigneten Lösungsmittel und Bauteilgeometrie zu erhalten.
Abstract
Thermoplastisches mikrofluidischen Geräte bieten viele Vorteile gegenüber denen aus Silikon-Elastomeren, aber Bondverfahren müssen für jedes Thermoplast Interesse entwickelt werden. Lösungsmittelbonden ist ein einfaches und vielseitiges Verfahren, die verwendet werden können Geräte aus einer Vielzahl von Kunststoffen herzustellen. Ein geeignetes Lösungsmittel befindet sich zwischen zwei Vorrichtungsschichten zugesetzt werden, gebunden ist, und Wärme und Druck werden auf die Vorrichtung aufgebracht, um die Bindung zu erleichtern. Durch die Verwendung einer geeigneten Kombination von Lösungsmittel, Kunststoff, Hitze und Druck kann das Gerät mit einem hochwertigen Bindung abgedichtet werden, gekennzeichnet als hohe Bindung Abdeckung mit, Haftfestigkeit, optische Klarheit, Haltbarkeit im Laufe der Zeit und eine geringe Verformung oder Beschädigung von Mikrostruktur Geometrie. Wir beschreiben das Verfahren zum Verkleben von Vorrichtungen aus zwei populäre Thermoplasten, Poly (methyl-methacrylat) (PMMA) und Cycloolefin-Polymer (COP) sowie eine Vielzahl von Methoden, um die Qualität der resultierenden Bindungen zu charakterisieren und Strategien Troubleshoot niedrige Qualität Anleihen. Diese Verfahren können verwendet werden, um neue Lösungsmittelbindungsprotokolle für andere Kunststoff-Lösungsmittelsysteme zu entwickeln.
Introduction
Mikrofluidik hat sich in den letzten zwanzig Jahren als Technologie gut geeignet für das Studium der Chemie und Physik an der mikroskaligen 1, und mit wachsendem Versprechen entstanden deutlich zu Forschung Biologie beitragen 2-4. Die Mehrheit der Mikrofluidik – Vorrichtungen aus Poly (dimethylsiloxan) (PDMS), ein Silikon – Elastomer , das einfach zu bedienen, preiswert ist, historisch und bietet hohe Qualitätsmerkmal Replikation 5. Allerdings hat PDMS gut dokumentierte Nachteile und ist nicht mit hochvolumigen Herstellungs 6,7 verarbeitet und als solches besteht ein wachsender Trend zur Herstellung von mikrofluidischen Vorrichtungen aus thermoplastische Materialien, die aufgrund ihrer potentiellen Massenherstellung und damit Vermarktung gewesen.
Eines der wichtigsten Hindernisse für den verstärkten Einsatz von Kunststoff-Mikro wurde das Erreichen einfache, qualitativ hochwertige Verklebung von Kunststoff-Geräte. Aktuelle Strategien beschäftigen thermal, Klebstoff und Lösungsmittel Bindungstechniken, aber viele leiden an großen Herausforderungen. Die thermische Bindung erhöht Autofluoreszenz 8 und oft verformt Mikrokanalgeometrien 9 bis 11, während Klebetechniken erfordern Schablonen, eine sorgfältige Ausrichtung und schließlich die Dicke der auf dem Mikrokanal 10 freiliegenden Klebstoff lassen. Lösungsmittelbonden ist attraktiv wegen ihrer Einfachheit, Abstimmbarkeit und niedrige Kosten 10,12 – 14. Insbesondere ermöglicht seine Einstellbarkeit Optimierung für eine Vielzahl von Kunststoffen, die gleichbleibend hohe Qualität Bindung ergeben können , die 14 Verformung von Mikrostrukturen minimiert.
Während der Lösungsmittelbonden, erhöht die Lösungsmittelexposition, die Mobilität der Polymerketten in der Nähe der Oberfläche des Kunststoff, die Interdiffusion der Ketten über die Verbindungsgrenzfläche ermöglicht. Dies verursacht Verschlingung über mechanische Verriegelung der diffundierenden Ketten und führt in aphysical Bindung 10. Wärmebindungs arbeitet in ähnlicher Weise, sondern stützt sich auf erhöhter Temperatur allein Kettenbeweglichkeit zu erhöhen. Somit thermische Verfahren erfordern Temperaturen nahe oder oberhalb der Glasübergang des Polymers, während die Verwendung von Lösemitteln signifikant die Temperatur zum Bonden benötigt reduzieren kann und somit unerwünschte Deformierung reduzieren.
Wir stellen ein spezifisches Protokoll für beide PMMA und COP-Geräte verbunden wird. Jedoch beschreibt dieses Protokoll und Verfahren eine einfache, generischen Ansatz zur Lösungsmittel Verkleben von thermoplastischen Mikrofluidik-Vorrichtungen, die für andere Kunststoffmaterialien, Lösungsmitteln und erhältlicher Ausrüstung zugeschnitten werden können. Wir beschreiben eine Vielzahl von Methoden zur Bewertung der Qualität von Anleihen der Bewertung (zB Briefdeckung, Klebkraft, Bindung Haltbarkeit und Deformation von Mikrostrukturgeometrien) und Fehlerbehebung Ansätze bieten diese gemeinsamen Herausforderungen zu begegnen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Die Machbarkeit von möglichen Bindungsstrategien abhängig von verfügbaren Geräten. Während Platten relativ häufig und Gewichten sind kostengünstig, Hochdruck-Strategien erworben werden, um die Verwendung einer beheizten Presse erfordern. Zum Beispiel erfordert unser optimales PMMA Verklebung Rezept Hochdruck mit Ethanol zu verbinden (siehe Tabelle 1) und der erforderliche Druck ist nicht erreichbar für typische Gerätegrößen mit freien Gewichten. Wenn also nur einer Heizplatte und Gewichte vor…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Wir danken für die finanzielle Unterstützung aus den Natur- und Ingenieurwissenschaften Research Council of Canada (NSERC, # 436117-2013), der Cancer Research Society (CRS, # 20172), Myeloma Kanada und Grand Challenges Canada.
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. |
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