Collage de solvant pour la fabrication de PMMA et COP dispositifs microfluidiques
Summary
collage par solvant est une méthode simple et polyvalent pour la fabrication de dispositifs microfluidiques thermoplastiques avec des liaisons de haute qualité. Nous décrivons un protocole pour obtenir des liens solides, optiquement transparents en PMMA et dispositifs microfluidiques de la COP qui préservent les détails de microcaractéristiques, par une combinaison judicieuse de la pression, la température, un solvant approprié, et la géométrie de l'appareil.
Abstract
dispositifs microfluidiques thermoplastiques offrent de nombreux avantages par rapport à ceux fabriqués à partir d'élastomères de silicone, mais les procédures de liaison doivent être développées pour chaque thermoplastique d'intérêt. collage par solvant est une méthode simple et polyvalent qui peut être utilisé pour fabriquer des dispositifs à partir d'une variété de matières plastiques. Un solvant approprié est ajouté entre deux couches de dispositif à coller et à la chaleur et la pression sont appliquées au dispositif pour faciliter le collage. En utilisant une combinaison appropriée de solvant, le plastique, la chaleur et la pression, le dispositif peut être scellé avec une liaison de haute qualité, caractérisé comme ayant une couverture de liaison élevée, la force de liaison, la clarté optique, la durabilité au fil du temps, et une faible déformation ou des dommages à microdétail géométrie. Nous décrivons la procédure pour les dispositifs de liaison fabriqués à partir de deux matières thermoplastiques populaires, le poly (méthacrylate de méthyle) (PMMA), et des polymères de cyclo-oléfine (COP), ainsi que d'une variété de méthodes pour caractériser la qualité des obligations résultant, et des stratégies à troubleshoot obligations de faible qualité. Ces méthodes peuvent être utilisées pour développer de nouveaux protocoles de collage par solvant pour d'autres systèmes en plastique-solvant.
Introduction
Microfluidique a émergé au cours des vingt dernières années comme une technologie bien adaptée pour l' étude de la chimie et de la physique à l' échelle microscopique 1, et avec la promesse de plus en plus de contribuer de manière significative à la recherche en biologie 2-4. La majorité des dispositifs microfluidiques ont historiquement été fabriqués à partir de poly (diméthylsiloxane) (PDMS), un élastomère de silicone qui est facile à utiliser, peu coûteux, et offre fonctionnalité de réplication de haute qualité 5. Cependant, PDMS a des lacunes bien documentées et est incompatible avec grand volume de fabrication traite 6,7, et en tant que tel, il y a eu une tendance croissante à la fabrication de dispositifs microfluidiques à partir de matières thermoplastiques, en raison de leur potentiel de production de masse et donc la commercialisation.
L'un des principaux obstacles à l'adoption plus large de microfabrication en plastique a été la réalisation facile, collage de haute qualité des appareils en plastique. Les stratégies actuelles emploient tHermal, adhésif, et les techniques de collage par solvant, mais beaucoup souffrent de difficultés importantes. La liaison thermique augmente autofluorescence et 8 se déforme souvent des géométries de microcanaux 9 – 11, tandis que les techniques de collage nécessitent un alignement précis des pochoirs, et finalement laisser l'épaisseur de l'adhésif exposé au microcanal 10. Collage par solvant est attrayant en raison de sa simplicité, accordabilité, et à faible coût 10,12 – 14. En particulier, sa accordabilité permet une optimisation pour une variété de matières plastiques, ce qui peut donner cohérente, une liaison de haute qualité qui minimise la déformation de 14 microcaractéristiques.
Au cours de collage par solvant, l'exposition aux solvants augmente la mobilité des chaînes de polymère à la surface de la matière plastique, ce qui permet d'inter-diffusion des chaînes à travers l'interface de collage. Cela provoque l'enchevêtrement par verrouillage mécanique des chaînes diffusant, et se traduit par apliaison hysical 10. la liaison thermique fonctionne d'une manière similaire, mais repose sur la seule température élevée pour accroître la mobilité de la chaîne. Ainsi, les procédés thermiques nécessitent des températures proches ou au-dessus de la transition vitreuse du polymère, tandis que l'utilisation de solvants peut réduire de manière significative la température nécessaire pour le collage, et ainsi réduire la déformation indésirable.
Nous fournissons un protocole spécifique pour le collage à la fois le PMMA et les dispositifs de la COP. Cependant, ce protocole et méthode décrit une approche simple, générique pour une liaison par solvant de dispositifs microfluidiques thermoplastiques qui peut être adapté pour d'autres matières plastiques, des solvants et des équipements disponibles. Nous décrivons de nombreuses méthodes pour évaluer la qualité des obligations (par exemple, la couverture des obligations, l'adhérence, la durabilité des obligations, et la déformation des géométries de microcaractéristiques), et fournir des approches de dépannage pour relever ces défis communs.
Protocol
Representative Results
Discussion
La faisabilité des stratégies de liaison potentiels dépend de l'équipement disponible. Alors que plaques de cuisson sont relativement fréquentes et des poids libres peuvent être achetés à moindre coût, des stratégies à haute pression nécessiteront l'utilisation d'une presse chauffée. Par exemple, notre recette optimale de liaison de PMMA nécessite une pression élevée pour lier avec de l' éthanol (voir le tableau 1), et la pression requise ne peut être atteinte pour les …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Nous reconnaissons le soutien financier du Conseil de recherches en génie du Canada (CRSNG, N ° 436117-2013) en sciences naturelles et la Société de recherche sur le cancer (SRC, # 20172), Myélome Canada, et Grands Défis 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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