Forbedring af limningen af ​​plast i højpræcisions mikrofluidchips

Mikrofluidikteknologi kan revolutionere point-of-care medicin ved at gøre det muligt at fremstille billige, engangskortstørrelse plastik 'mikrofluidic chips', der er i stand til at diagnosticere en række tilstande på stedet fra en dråbe blod. En simpel bindingsteknik kan hjælpe med at gøre dette til en realitet.

Denne teknologi har været under udvikling i mange år, men er blevet hæmmet af den vanskelige og dyre opgave at lime plastikdelene af chipsene på en måde, der bevarer integriteten af ​​de mikrokanaler, der er nødvendige for at opnå diagnostiske funktioner.

Nu er en bindingsteknik, der overvinder mange af manglerne ved eksisterende bindingsmetoder, blevet udviklet af forskere fra A*STARs Singapore Institute of Manufacturing Technology (SIMTech) i samarbejde med kolleger fra Nanyang Technological University og Seoul National University of Science and Technology.

"En nøgleudfordring i kommercialiseringen af ​​mikrofluidiske enheder er at sænke produktionsomkostningerne, " forklarer Gary Sum Huan Ng fra SIMTech-teamet. "Bindingsprocessen for at forsegle mikrokanalerne er ofte flaskehalsen i fremstilling af mikrofluidik."

Mikrofluidiske enheder består i det væsentlige af mikrokanaler ætset ind i plastik, som dirigerer en prøve af biovæske til reservoirer af væsker eller substrater, der er aktive mod en analyt, der kan være til stede i prøven. Mange metoder bruges til at binde de forskellige dele af en mikrofluidisk enhed sammen, men de fleste er langsomme og omhyggelige, hindre masseproduktion. Ultralydssvejsning, som anvender højfrekvente vibrationer for at skabe en solid-state svejsning, lover at opskalere produktionen, fordi den er hurtig, skaber et stærkt bånd, og bruger kompakt automatiseret udstyr. Imidlertid, kvaliteten af ​​bindinger produceret ved ultralydssvejsning er vanskelig at kontrollere på grund af overdreven smeltning og indeslutning af luftbobler.

Forskerne har vist, at det er meget effektivt at forhindre luftbobler og smeltestrømning under ultralydssvejsning at sætte en kompositfilm mellem de to plastdele, der skal limes. Nøglen var at inkorporere termoplastiske mikrosfærer i kompositfilmen for at hjælpe med at begrænse og kontrollere smeltning.

"De termoplastiske mikrosfærer, som er spredt i en elastomermatrix for at danne den sammensatte film, fungere som mikroenergidirektører, der smelter og kollapser, når ultralydsenergien påføres for at skabe svejsningen, " siger Ng. "Ultralydsdirektørerne er fastholdt af den elastomere matrix, som effektivt forhindrer ukontrolleret smelteflow samt dannelsen af ​​indespærrede luftbobler. Denne metode kan overvinde det kritiske bindingsproblem i massefremstillingen af ​​mikrofluidiske enheder."