PDMS芯片的實(shí)驗(yàn)室工作流程

1 - 上半部分的成型

1. 否定：激光切割粘附在醋酸纖維上的膠帶。小心地移除剩余的膠帶。通道和腔室以及輸入和輸出都被切割，并且已經(jīng)創(chuàng)建了負(fù)片。有關(guān)此處涉及的協(xié)議的更多信息。



2. 成型箱?:(在我們的github中找到聚合室）。一旦產(chǎn)生負(fù)片，就應(yīng)該將乙酸酯與聚合室中的標(biāo)記對(duì)齊。根據(jù)所選的配置，將穿孔底座放在醋酸纖維的底部可能是值得的。

3. PDMS鑄造：PDMS鑄造大多數(shù)時(shí)間在實(shí)驗(yàn)室烘箱內(nèi)進(jìn)行。固化時(shí)間取決于所選擇的干燥方法。有關(guān)此處涉及的協(xié)議的更多信息。

2 - 下半部分的成型

在沒(méi)有模具的負(fù)面部分的情況下重復(fù)該過(guò)程。

3 - 固定兩半

所選擇的固定兩半的方法是等離子體粘合。有關(guān)此處涉及的協(xié)議的更多信息。

4 - 創(chuàng)建輸入和輸出

我們通常習(xí)慣用針打孔PDMS入口/出口。但我們用針內(nèi)固化PDMS作為成型的另一個(gè)負(fù)面體積。更多關(guān)于這里涉及的方案的信息。

5-將流體注入芯片

自動(dòng)控制微體積壓力泵專為我們的微流體芯片開發(fā)。泵設(shè)計(jì)的具體計(jì)劃可以在我們的github中找到。

制造PMMA芯片

雖然我們?yōu)殚_發(fā)功能性PDMS芯片實(shí)施了經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的工作流程感到自豪，但我們使用微加工技術(shù)制造了PMMA芯片。

我們的大學(xué)有一個(gè)機(jī)械車間，通常用于加工真空室，機(jī)器的金屬部件，彎曲鋁板等。我們參觀了車間，并詢問(wèn)工人們?nèi)绾挝⒓庸MMA芯片，高度接近0.2毫米，通道寬度為0.8。我們購(gòu)買了0.4毫米的尖端直徑，并使制造適用于其他可用的工具。

輸入和輸出需要修改，我們使用21G針（0.8毫米）作為入口和出口。用高效液相色譜（HPLC）0.8mm管進(jìn)行配合。它們足夠緊，以避免泄漏。

芯片內(nèi)部的流體力學(xué)行為

一旦工作流程被設(shè)計(jì)和實(shí)施，我們就專注于設(shè)計(jì)可以證明我們的系統(tǒng)正確的微流體概念。在這方面，我們想要試驗(yàn)一些流體力學(xué)概念。這就是我們創(chuàng)建以下實(shí)驗(yàn)的原因：

1. 我們的混合器：在芯片內(nèi)部，流體以層流方式運(yùn)行。關(guān)于這個(gè)主題的論文很多。我們想通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)試。這就是我們創(chuàng)建混音器的原因。我們可以研究流體在混合器條件下的表現(xiàn)。我們的混合器只是微流體元件如何小到可以串聯(lián)或并聯(lián)模塊化組裝成電子元件的一個(gè)例子。



2. 流動(dòng)分離測(cè)試：我們?cè)O(shè)計(jì)了四個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)研究不同情況下流動(dòng)的行為。流動(dòng)朝向三角形，圓形，喉部和心臟的形狀循環(huán)。這將向我們展示在特定情況下流動(dòng)的行為。其直接后果影響室的設(shè)計(jì)或任何微通道擴(kuò)寬。



3. 液滴生成測(cè)試：生成液滴是微流體的里程碑之一。液滴是小體積的樣品，以排列和諧的方式作為小液滴移動(dòng)。它不僅僅是美麗的。該芯片的主要任務(wù)是研究流體和氣壓梯度如何在同一房間內(nèi)協(xié)同工作。該設(shè)計(jì)將我們?cè)O(shè)備的可用功能推向了極限。



4. 樹和混合器測(cè)試：我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)大型PMMA芯片，作為流體分離到樹的不同分支時(shí)流體如何表現(xiàn)的樣本。這個(gè)實(shí)驗(yàn)的目的是研究層流，以及它到達(dá)中心室時(shí)的表現(xiàn)。在恰恰相反的一側(cè)，將產(chǎn)生負(fù)相對(duì)壓力以研究其在替代“負(fù)相對(duì)壓力”樹中的行為。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，芯片有兩面。它們都在實(shí)驗(yàn)上是等價(jià)的。



5. 適用于Dropsens GNP110電極的芯片：我們通過(guò)常規(guī)CNC銑削制造，適用于微加工，Dropsens GNP110電極的外殼。一篇論文證明我們的安排是有效的。我們制造了一個(gè)兩部分芯片。上部用0.4 mm工具進(jìn)行微磨，使用定制電路注入蛋白質(zhì)溶液，鐵氰化物和緩沖溶液。我們整合Dropsens電極，期待復(fù)制實(shí)驗(yàn)室中獲得的結(jié)果：

?
將適體結(jié)合到電極上

等離子鍵合

在設(shè)置微波爐用于處理具有等離子體的芯片之后，我們得到一些結(jié)果可以作為該過(guò)程的說(shuō)明。其他文檔可以在這里找到。正如我們?cè)趨f(xié)議部分中解釋的那樣，我們使用700W微波爐，根據(jù)協(xié)議部分的說(shuō)明進(jìn)行了修改，以滿足我們的要求：

我們最終將微波爐配置成近一半的功率，插入100毫升的水和20秒的處理。建立這些參數(shù)后，我們得到以下結(jié)果。

顯示等離子體正確處理PDMS的指標(biāo)之一是改變PDMS表面上的水的表面張力。

注射

第二個(gè)原型相對(duì)于初始的改進(jìn)之一是壓力系統(tǒng)。它具有以微升量級(jí)排出液體體積的能力。我們的壓力泵具有獨(dú)特的布置，其設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)實(shí)惠且精確到足以控制微流體力學(xué)中涉及的物理參數(shù)。

更多信息可以在我們的Github中找到。

進(jìn)一步改進(jìn)

雖然微流控芯片與我們認(rèn)為的最終版本非常相似，但我們希望向想要復(fù)制我們?cè)O(shè)置的任何人發(fā)出警告。

微流體并不總是像我們期望的那樣。DIY制造業(yè)接近手工業(yè)。達(dá)到預(yù)期可復(fù)制性的程度很難。掌握該技術(shù)需要大量的時(shí)間和精力。

PDMS對(duì)DIY制造商有一個(gè)非常積極的一面：它價(jià)格實(shí)惠且具有彈性。它易于理解，是學(xué)習(xí)微流體的好方法。

另一方面，PMMA微加工和精密制造涉及更高的成本和對(duì)機(jī)械車間的依賴性。您不會(huì)使用我們?yōu)镻DMS開發(fā)的工作流程，激光，等離子體粘合和聚合室，盡快實(shí)施設(shè)計(jì)。

我們很樂(lè)意與大家分享一個(gè)項(xiàng)目，以最實(shí)惠和最優(yōu)的方式復(fù)制微流體芯片。DIY工具是反復(fù)無(wú)常的，有時(shí)它們不像我們期望的那樣表現(xiàn)。

通過(guò)修復(fù)和改進(jìn)DIY工具，我們學(xué)到了很多機(jī)器設(shè)計(jì)，制造和生物設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)。我們認(rèn)為DIY是學(xué)習(xí)任何東西的最佳方式。這就是為什么我們?cè)敢夥窒砦覀兊木癫⒐膭?lì)任何有興趣的人克服這些困難并體驗(yàn)設(shè)計(jì)，制造和搜索的滿足感，超越眼前的現(xiàn)實(shí)。