PDMS芯片的實驗室工作流程

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)生負片，就應(yīng)該將乙酸酯與聚合室中的標(biāo)記對齊。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)時間在實驗室烘箱內(nèi)進行。固化時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

在沒有模具的負面部分的情況下重復(fù)該過程。

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作為成型的另一個負面體積。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)計的具體計劃可以在我們的github中找到。

制造PMMA芯片

雖然我們?yōu)殚_發(fā)功能性PDMS芯片實施了經(jīng)濟實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)有一個機械車間，通常用于加工真空室，機器的金屬部件，彎曲鋁板等。我們參觀了車間，并詢問工人們?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)計和實施，我們就專注于設(shè)計可以證明我們的系統(tǒng)正確的微流體概念。在這方面，我們想要試驗一些流體力學(xué)概念。這就是我們創(chuàng)建以下實驗的原因：

1. 我們的混合器：在芯片內(nèi)部，流體以層流方式運行。關(guān)于這個主題的論文很多。我們想通過實驗來測試。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例子。



2. 流動分離測試：我們設(shè)計了四個實驗來研究不同情況下流動的行為。流動朝向三角形，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的行為。其直接后果影響室的設(shè)計或任何微通道擴寬。



3. 液滴生成測試：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。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)計將我們設(shè)備的可用功能推向了極限。



4. 樹和混合器測試：我們設(shè)計了一個大型PMMA芯片，作為流體分離到樹的不同分支時流體如何表現(xiàn)的樣本。這個實驗的目的是研究層流，以及它到達中心室時的表現(xiàn)。在恰恰相反的一側(cè)，將產(chǎn)生負相對壓力以研究其在替代“負相對壓力”樹中的行為。在這個實驗中，芯片有兩面。它們都在實驗上是等價的。



5. 適用于Dropsens GNP110電極的芯片：我們通過常規(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。我們制造了一個兩部分芯片。上部用0.4 mm工具進行微磨，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)制實驗室中獲得的結(jié)果：

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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)果可以作為該過程的說明。其他文檔可以在這里找到。正如我們在協(xié)議部分中解釋的那樣，我們使用700W微波爐，根據(jù)協(xié)議部分的說明進行了修改，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

第二個原型相對于初始的改進之一是壓力系統(tǒng)。它具有以微升量級排出液體體積的能力。我們的壓力泵具有獨特的布置，其設(shè)計經(jīng)濟實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。

進一步改進

雖然微流控芯片與我們認為的最終版本非常相似，但我們希望向想要復(fù)制我們設(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)需要大量的時間和精力。

PDMS對DIY制造商有一個非常積極的一面：它價格實惠且具有彈性。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機械車間的依賴性。您不會使用我們?yōu)镻DMS開發(fā)的工作流程，激光，等離子體粘合和聚合室，盡快實施設(shè)計。

我們很樂意與大家分享一個項目，以最實惠和最優(yōu)的方式復(fù)制微流體芯片。DIY工具是反復(fù)無常的，有時它們不像我們期望的那樣表現(xiàn)。

通過修復(fù)和改進DIY工具，我們學(xué)到了很多機器設(shè)計，制造和生物設(shè)計設(shè)計。我們認為DIY是學(xué)習(xí)任何東西的最佳方式。這就是為什么我們愿意分享我們的精神并鼓勵任何有興趣的人克服這些困難并體驗設(shè)計，制造和搜索的滿足感，超越眼前的現(xiàn)實。