Растворитель Связующие для изготовления ПММА и КС микрожидком устройств
Summary
Растворитель соединения представляет собой простой и универсальный способ изготовления термопластичных микрожидкостных устройств с высоким качеством связи. Мы опишем протокол для достижения сильных, оптически четкие связи в ПММА и КС микрожидкостных устройств, которые сохраняют детали microfeature, с помощью продуманного сочетания давления, температуры, подходящего растворителя и геометрии устройства.
Abstract
Термопластичные микрожидкостных устройства предлагают много преимуществ по сравнению, изготовленные из силиконовых эластомеров, но процедуры скрепления должны быть разработаны для каждого термопласта интерес. Растворитель соединения представляет собой простой и универсальный метод, который может быть использован для изготовления устройств из различных пластиков. Соответствующий растворитель добавляют между двумя слоями устройства, подлежащего соединению, и тепло, и давление, применяются к устройству для облегчения сцепления. С помощью соответствующей комбинации растворителя, пластика, тепла и давления, устройство может быть запечатан с высоким качеством связи, характеризуются как имеющие высокий уровень охвата облигаций, прочность связи, оптическую прозрачность, прочность с течением времени, и низкую деформацию или повреждение microfeature геометрия. Мы опишем процедуру скрепления устройств, изготовленных из двух популярных термопластов, поли (метил-метакрилата) (PMMA) и цикло-олефиновых полимеров (КС), а также различные методы, чтобы охарактеризовать качество полученных облигаций и стратегий Труbleshoot низкого качества связи. Эти методы могут быть использованы для разработки новых растворителей протоколы Адгезионные покрытия для других систем пластиком растворителей.
Introduction
Микрофлюидикс возникла в течение последних двадцати лет , как технология хорошо подходит для изучения химии и физики на микроуровне 1, и с растущим обещанием внести существенный вклад в исследования биологии 2 – 4. Большинство устройств микрофлюидальных исторически были сделаны из поли (диметилсилоксана) (PDMS), силиконового эластомера , который прост в использовании, недорогие, и предлагает возможность репликации высокого качества 5. Тем не менее, PDMS хорошо документированы недостатки и несовместим с изготовлением больших объемов обрабатывает 6,7, и как таковой, наблюдается растущая тенденция к фабрикации микрожидкостных устройств из термопластичных материалов, из – за их потенциала для массового производства и , следовательно , коммерциализации.
Одним из главных препятствий для более широкого внедрения пластиковых микротехнологий было достижение легко, высокое качество склеивания пластиковых устройств. Современные стратегии используют тHermal, клей, и методы растворителей для склеивания, но многие страдают от серьезных проблем. Термоскрепление увеличивает аутофлуоресценция 8 и часто деформируется Microchannel геометрий 9 – 11, в то время как клеевые методы требуют трафареты, тщательного выравнивания, и в конечном итоге оставить толщину клея подвергается микроканала 10. Растворитель склеивание привлекателен благодаря своей простоте, перестройки частоты и низкой стоимостью 10,12 – 14. В частности, его перестройки частоты позволяет оптимизировать для различных пластмасс, который может дать последовательное, высокое качество склеивания , что сводит к минимуму деформацию microfeatures 14.
Во время приклеивания растворителя, воздействием растворителей увеличивает подвижность полимерных цепей вблизи поверхности пластика, что дает возможность взаимной диффузии цепей через границу раздела приклеивания. Это приводит к запутанности через механическое сцепление диффундирующего цепей, и приводит к арhysical облигаций 10. Термоскрепление работает аналогичным образом, но зависит от повышенной температуры в покое, чтобы увеличить подвижность цепи. Таким образом, тепловые методы требуют температуры около или выше температуры стеклования полимера, в то время как использование растворителей может значительно снизить температуру, необходимую для склеивания, и тем самым уменьшить нежелательную деформацию.
Мы предлагаем специальный протокол для связывания как ПММА и КС устройств. Тем не менее, этот протокол и метод описывает простой, общий подход к растворителя склеивания термопластичных микрожидкостных устройств, которые могут быть приспособлены для других пластиковых материалов, растворителей и имеющегося оборудования. Описаны многочисленные методы оценки качества облигаций (например, покрытие облигаций, прочность связи, прочность связи, а также деформация microfeature геометрии), а также обеспечить подходы по устранению неполадок для решения этих общих проблем.
Protocol
Representative Results
Discussion
Технико-экономическое обоснование возможных стратегий связывания зависит от имеющегося оборудования. В то время как конфорки являются довольно распространенным явлением, и свободные веса можно приобрести недорого, стратегии высокого давления потребуется применение нагретого прес?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Мы признаем финансовую поддержку со стороны естественных наук и инженерного исследовательского совета Канады (NSERC, # 436117-2013), Научно-исследовательского онкологического общества (CRS, # 20172), миеломы Канады и Гранд вызовы Канады.
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. |
References
- Beebe, D. J., Mensing, G. A., Walker, G. M. Physics and applications of microfluidics in biology. Annual Review of Biomedical Engineering. 4, 261-286 (2002).
- Situma, C., Hashimoto, M., Soper, S. a. Merging microfluidics with microarray-based bioassays. Biomolecular Engineering. 23 (5), 213-231 (2006).
- Paguirigan, A. L., Beebe, D. J. Microfluidics meet cell biology: Bridging the gap by validation and application of microscale techniques for cell biological assays. BioEssays. 30 (9), 811-821 (2008).
- Young, E. W. K., Beebe, D. J. Fundamentals of microfluidic cell culture in controlled microenvironments. Chemical Society Reviews. 39 (3), 1036-1048 (2010).
- Duffy, D. C., McDonald, J. C., Schueller, O. J. A., Whitesides, G. M. Rapid Prototyping of Microfluidic Systems in Poly(dimethylsiloxane). Analytical Chemistry. 70 (23), 4974-4984 (1998).
- Berthier, E., Young, E. W. K., Beebe, D. Engineers are from PDMS-land, Biologists are from Polystyrenia. Lab on a Chip. 12 (7), 1224-1237 (2012).
- Sackmann, E. K., Fulton, A. L., Beebe, D. J. The present and future role of microfluidics in biomedical research. Nature. 507 (7491), 181-189 (2014).
- Young, E. W. K., Berthier, E., Beebe, D. J. Assessment of enhanced autofluorescence and impact on cell microscopy for microfabricated thermoplastic devices. Analytical Chemistry. 85 (1), 44-49 (2013).
- Wallow, T. I., Morales, A. M., et al. Low-distortion, high-strength bonding of thermoplastic microfluidic devices employing case-II diffusion-mediated permeant activation. Lab on a Chip. 7 (12), 1825-1831 (2007).
- Tsao, C. W., DeVoe, D. L. Bonding of thermoplastic polymer microfluidics. Microfluidics and Nanofluidics. 6 (1), 1-16 (2009).
- Young, E. W. K., Berthier, E., et al. Rapid prototyping of arrayed microfluidic systems in polystyrene for cell-based assays. Analytical Chemistry. 83 (4), 1408-1417 (2011).
- Truckenmüller, R., Henzi, P., Herrmann, D., Saile, V., Schomburg, W. K. Bonding of polymer microstructures by UV irradiation and subsequent welding at low temperatures. Microsystem Technologies. 10 (5), 372-374 (2004).
- Tsao, C. W., Hromada, L., Liu, J., Kumar, P., DeVoe, D. L. Low temperature bonding of PMMA and COC microfluidic substrates using UV/ozone surface treatment. Lab on a Chip. 7 (4), 499-505 (2007).
- Wan, A. M. D., Sadri, A., Young, E. W. K. Liquid phase solvent bonding of plastic microfluidic devices assisted by retention grooves. Lab on a Chip. 15 (18), 3785-3792 (2015).
- Guckenberger, D. J., de Groot, T. E., Wan, A. M. D., Beebe, D. J., Young, E. W. K. Micromilling: a method for ultra-rapid prototyping of plastic microfluidic devices. Lab on a Chip. 15 (11), 2364-2378 (2015).
- Cameron, N. S., Roberge, H., Veres, T., Jakeway, S. C., John Crabtree, H. High fidelity, high yield production of microfluidic devices by hot embossing lithography: rheology and stiction. Lab on a Chip. 6 (7), 936 (2006).
- Yang, S., Devoe, D. L. Microfluidic device fabrication by thermoplastic hot-embossing. Methods in Molecular Biology. 949, 115-123 (2013).
- Konstantinou, D., Shirazi, A., Sadri, A., Young, E. W. K. Combined hot embossing and milling for medium volume production of thermoplastic microfluidic devices. Sensors and Actuators B: Chemical. 234, 209-221 (2016).
- Maszara, W. P., Goetz, G., Caviglia, A., McKitterick, J. B. Bonding of silicon wafers for silicon-on-insulator. Journal of Applied Physics. 64 (10), 4943 (1988).
- Bhattacharyya, A., Klapperich, C. M. Mechanical and chemical analysis of plasma and ultraviolet-ozone surface treatments for thermal bonding of polymeric microfluidic devices. Lab on a Chip. 7 (7), 876-882 (2007).
