Yon kat kredi-chip mikwofluidik-tamen, ki fèt pou fè mil reyaksyon chimik sou yon pike san, yo bati ak de kouch yon polymère transparan, grave ak chanèl mikwoskopik ki pi mens pase yon cheve imen. De kouch sa yo dwe kole nèt ale nan yon sèl kò ki san koule-. Pwosesis la se yon dans tèmik delika: sifas yo chofe jis nan tanperati tranzisyon an vè yo-mou ase pou fusion, men pa cho ase pou koule ak tonbe nan konplike, nanolit-karakteristik echèl yo. Plak yo chofe ki fè lyezon sa a se fè dou, cho ki sele miniskil otowout likid laboratwa a-sou-yon-chip.
Defi a Liaison nan Polymer Microfluidic Chip Faktori
Chip mikwofluidik (laboratwa-sou-a-chip aparèy) yo fabrike nan polymères tankou polymethyl methacrylate (PMMA), polikarbonat (PC), cyclic olefin copolymer (COC), oswa polydimethylsiloxane (PDMS). Pwosesis fabrikasyon an enplike:
Mikwochanèl modèl: Chanèl mikwoskopik (lajè 10-200 µm, pwofondè 5-50 µm) yo kreye sou youn oswa toude kouch polymère lè l sèvi avèk bòdi piki, Relief cho, oswa ablasyon lazè.
Aliyman: De kouch modèl yo (oswa yon kouch modèl ak yon kouch kouvèti plat) yo jisteman aliyen pou ke chanèl yo fòme rezo fluidik kontinyèl.
Liaison: Kouch ki aliye yo ansanm pou tout tan nan yon sèl aparèy ki koule -sere san yo pa bloke oswa defòme chanèl delika yo.
Lyezon se etap ki pi kritik ak defi. Adhésifs yo jeneralman evite paske yo ka mèch nan chanèl yo, chanje chimi sifas, oswa lesivaj kontaminan nan echantiyon byolojik. Lyezon sòlvan ka anfle polymère a ak defòme dimansyon chanèl. Lyezon tèmik (yo rele tou lyezon tèmik fizyon) se metòd pi pito pou anpil aparèy mikwofluidik polymère paske li pwodui yon sele pwòp, optik klè, ak chimik -rezistan lè l sèvi avèk sèlman chalè ak presyon.
Sepandan, lyezon tèmik nan chips microfluidic polymère gen yon fenèt pwosesis etwat. Tanperati a dwe wo ase pou ankouraje entèdifizyon nan chenn polymère atravè koòdone a, kreye yon kosyon fò, men ase ba yo anpeche koule gluan ki ta fèmen chanèl yo. Tanperati plak la dwe inifòm nan yon fraksyon nan yon degre nan tout zòn nan chip (souvan 25-100 cm²). Presyon an aplike dwe inifòm ak ba pou fè pou evite kraze chanèl yo.
Kouman chofe Platens pèmèt Precision Thermal Liaison
Lachofe plak polymère microfluidic chip lyezonse pwosesis te pote soti nan yon laprès tèmik presizyon. Kouch polymère ki aliye yo mete ant de plak trè poli, paralèl, chofe. Plak yo pote ansanm anba fòs kontwole, epi tanperati a monte nan pwen an fikse lyezon.
Kontwòl Tanperati: Fenèt Tranzisyon an Glass
Chak polymère gen yon tanperati tranzisyon vè (Tg) - pwen kote li chanje soti nan yon eta vit, rijid nan yon eta kaoutchou, adousi. Lyezon tèmik fèt nan yon tanperati tipikman 5-20 degre pi wo pase Tg la, men byen anba pwen k ap fonn (pou polymère semikristalin) oswa tanperati dekonpozisyon an. Pou polymère mikrofluidik komen:
| Polymère | Tanperati Tranzisyon Glass (Tg) | Tipik Tanperati Liaison |
|---|---|---|
| PMMA (akrylik) | 105 degre | 110-120 degre |
| Polikarbonat (PC) | 145 degre | 150-160 degre |
| COC (kopolimè olefin siklik) | 80-140 degre (depandan klas) | Tg + 10–15 degre |
| PS (polystyrène) | 100 degre | 105-115 degre |
Fenèt lyezon an etwat. Si tanperati a twò ba, chenn polymère yo pa interdiffuse ase, sa ki lakòz lyezon fèb ak fwit. Si tanperati a twò wo, polymère a adousi twòp, ak presyon aplike a lakòz mi chanèl yo sag oswa tonbe, pou tout tan bloke aparèy la. Platin yo chofe dwe kenbe pwen an fikse ak yon presizyon nan ± 0.5 degre oswa pi bon atravè sifas la platin antye.
Inifòmite Tanperati: Anpeche Chanèl Lokal Efondreman
Yon tanperati plak ki pa-inifòm se kòz prensipal defo lyezon yo. Yon tach cho ki menm 2-3 degre pi wo pase setpoint a ka lakòz efondreman chanèl lokalize, pandan y ap yon kote frèt ki gen menm grandè pwodui yon kosyon fèb ki pral koule pandan operasyon an.
Gwo -bon jan kalite plak chofe pou lyezon mikrofluidik reyalize inifòmite tanperati a± 0.3 degreoswa pi bon atravè zòn travay la. Sa a reyalize atravè:
Chofaj milti-zòn: Se plak la divize an zòn kontwole endepandan (egzanp, yon griy 3 × 3), yo chak ak pwòp aparèy chofaj katouch ak tèrmokapteur.
Materyèl ki wo -tèmik-kondiktivite: Platen aliminyòm oswa kwiv ofri chalè ekselan gaye, men segondè koyefisyan ekspansyon tèmik yo (CTE) ka lakòz chanjman plat ak tanperati. Pou aplikasyon kritik,ba -alyaj ekspansyon(egzanp, Invar® ak CTE < 1.5 ppm/ degre) oswaseramik(egzanp, nitrure aliminyòm oswa macor) yo itilize. Materyèl sa yo kenbe platite yo ak paralelis atravè tout seri tanperati a.
Konpansasyon kwen aktif: Bor yo nan plak la pèdi chalè pi vit pase sant la. Chofaj Edge oswa zòn kwen kontwole endepandan konpanse pou pèt sa a.
Plato a se yon pè men dou, parfe cho, ak ekskiz plat, sele venn mikwoskopik laboratwa a-sou-yon-chip san yo pa kraze yon sèl kapilè frajil.
Kontwòl presyon: dou, inifòm, ak paralèl
Presyon an aplike pa platin yo dwe:
Ba: Tipikman 0.1-1.0 MPa (15-150 psi), tou depann de polymère a. Pi wo presyon yo pa obligatwa pou lyezon tèmik ak ogmante risk pou yo tonbe nan chanèl.
Inifòm: Plak yo dwe paralèl ak nan kèk mikromèt. Nenpòt enklinezon konsantre presyon sou yon kwen nan chip la, sa ki lakòz zòn sa a tonbe pandan y ap kwen opoze a rete unbonded.
Kontwole pandan refwadisman: Se presyon an konsève kòm platin yo refwadi, kenbe chip la plat epi anpeche deformation akòz kontraksyon tèmik diferans.
Près la anjeneral ekipe ak yon transducer fòs presizyon ak mekanis ajisteman paralèl (egzanp, BEARINGS esferik oswa sistèm kwen). Plak yo tèt yo atè epi laponnen nan yon plati ki pi piti pase oswa egal a 2 µm sou zòn k ap travay la.
Sifas fini ak lage kouch
Sifas plak yo ki an kontak ak polymère a yo poli nan yon fini glas (Ra mwens pase oswa egal a 0.1 µm) pou evite transfere brutality sifas nan chip la. Yon kouch lage esansyèl pou anpeche polymère adousi nan konfòme yo ak plak metal yo. Solisyon komen yo enkli:
PTFE-kouvwi platin yo: Yo aplike yon kouch mens, dirab PTFE oswa PFA sou sifas platin yo. Pwopriyete ki pa -baton PTFE a pèmèt chip kole a fasil retire apre refwadisman.
Lage fim: Yo mete yon fim fluoropolymer jetab (pa egzanp, FEP oswa PTFE fèy) ant chak plak ak chip polymère la. Yo ranplase fim nan apre chak sik lyezon, pou asire yon sifas ki pa gen okenn kontaminasyon -.
Pou aplikasyon ultra-pwòp (egzanp, dyagnostik medikal), yo pi pito plak PTFE-kouvwi paske yo elimine fim lage konsomab la ak jenerasyon patikil ki asosye yo.
Sik tèmik Liaison: Etap pa etap
Sik lyezon konplè a ak anpil atansyon kontwole pou reyalize yon gwo -sede, san defo-kosyon.
Etap 1: Chaje ak vakyòm
Kouch polymère ki aliyen yo mete ant platin yo. Plak yo fèmen nan yon presyon kontak limyè (jis ase yo kenbe kouch yo an plas). Chanm ki antoure platin yo (oswa tout patiraj pou laprès la) evakye nan yon vakyòm tipikman 50-100 Pa (0.5-1.0 mbar). Vakyòm nan retire lè nan microchannels yo ak nan koòdone ki genyen ant de kouch yo.
Nòt pwosesis: Anviwònman vakyòm pou anpeche bul lè kwense
Lè kwense nan microchannels yo pandan Liaison elaji lè chofe Et ka swa rete tankou yon ti wonn (bloke flux likid) ou chape pa fòse yon rupture nan polymère adousi a. Tou de rezilta yo pa akseptab. Se poutèt sa, lyezon tèmik nan chips mikrofluidik toujou fèt anba vakyòm. Vakyòm nan tou retire résidus temèt nan sifas polymère a, amelyore fòs kosyon. Se vakyòm nan konsève pandan tout faz chofaj, tranpe, ak refwadisman.
Etap 2: Ranp chofaj
Plak yo chofe nan yon vitès ranp kontwole (tipikman 10-30 degre pou chak minit) nan tanperati a lyezon. Yo chwazi to ranp lan pou pèmèt polymère a rive nan ekilib tèmik san chòk tèmik. Kontwolè tanperati yo kenbe inifòmite nan tout zòn yo.
Etap 3: Liaison Tranpe
Yon fwa yo rive nan tanperati lyezon an, presyon an ogmante nan presyon final la lyezon (0.1-1.0 MPa). Tanperati a kenbe konstan pou yon peryòd tranpe nan 1-10 minit, sa ki pèmèt entèdifizyon chèn polymère atravè koòdone a. Tan tranpe a minimize pou evite ranpe twòp nan mi kanal yo.
Etap 4: Refwadisman anba presyon
Apre tranpe a, plak yo refwadi (tipikman pa sikile dlo oswa lè konprese nan chanèl refwadisman entèn) pandan y ap kenbe presyon lyezon konplè. Pousantaj refwadisman an kontwole (tipikman 10-20 degre pou chak minit) pou anpeche estrès tèmik ak deformation. Lè tanperati a tonbe pi ba pase Tg polymère a (tipikman 50-70 degre), presyon an lage, vakyòm nan vantilasyon, epi yo retire chip lye a. Chip la se kounye a yon sèl, aparèy monolitik ak konplètman sele, chanèl mikwoskal.
Presizyon Teknik: Seleksyon Materyèl pou Platens
Kondisyon yo mande pou inifòmite tanperati ak flatness kondwi chwa pou materyèl platin. Estanda zouti asye oswa plak aliminyòm sibi gwo ekspansyon tèmik (CTE nan 12-23 ppm / degre). Yon plak 100 mm chofe soti nan 20 degre a 150 degre elaji pa 0.15-0.35 mm, ki ka konpanse pa konsepsyon. Sepandan, plis pwoblèm se chanjman nan flatness: ekspansyon diferans ant figi a chofe ak figi a pi fre tounen ka lakòz plak la banza (efè bimetalik).
Pou lyezon mikrofluidik, plak yo souvan fèt ak:
Invar 36(fè -alyaj nikèl, CTE ≈ 1.2 ppm/ degre ): Kenbe tou pre - dimansyon konstan sou tanperati. Itilize pou lyezon tanperati ki wo -presizyon, modere-(jiska 200 degre). Segondè pri materyèl.
Super Invar(fè -nikèl- cobalt, CTE ≈ 0.5 ppm/ degre ): Menm pi ba ekspansyon, men pi chè ak pi difisil pou machin.
Seramik (alumina, nitrure aliminyòm, Macor): Ba CTE (4-8 ppm / degre), segondè dite, ekselan konduktiviti tèmik (pou nitrure aliminyòm). Macor se vèr machinable -seramik. Seramik yo frajil epi yo mande pou manyen atansyon.
Asye ki ba-ekspansyon (egzanp, asye zouti H13): Pou pi ba egzijans presizyon, yon plak asye epè ak kontwòl aktif milti-zòn ka reyalize inifòmite akseptab.
Pou pifò pwodiksyon lyezon mikrofluidik, Invar oswa nitrure aliminyòm platin seramik ak kouch PTFE yo se chwa ki pi pito.
Konklizyon: Bouche otowout likid mikwoskopik yo
Platin chofe a se zouti nan presizyon, dou tèmik ki fusion mond lan konplike, mikwoskopik nan yon chip mikwofluid, yon pwosesis ki mande pou ultim nan inifòmite tanperati ak kontwòl presyon. Lè yo chofe kouch polymère yo nan yon pwen egzak jis anlè tanperati tranzisyon an vè yo-tipikman 50-150 degre ak ± 0.3 degre inifòmite-plak yo adousi sifas yo ase pou entèdifizyon chèn polymère pandan y ap aplike yon presyon dou, inifòm ki evite efondre nan kanal yo{6}. Anviwònman an vakyòm anpeche bul lè bloke, pandan y ap ba -materyèl ekspansyon (Invar oswa seramik) ak kouch PTFE lage asire plat ak operasyon ki pa-. Rezilta a se yon laboratwa parfe sele, optik klè, totalman fonksyonèl-sou-yon-chip.
Tan kap vini an nan dyagnostik medikal sele pa yon plak parfe plat, cho. Nan chak pwen - nan - tès swen ki pase yon echantiyon san nan yon labirent mikwoskopik nan chanèl, lyen ki kenbe labirent sa a ansanm te fòje pa yon platin chofe-yon pè men tèmik silans, egzak ak dou.
