PMMA微流控芯片高效键合工艺研究

利用有限元软件对聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微流控芯片键合过程进行仿真分析,而后以缩短键合时间为目的,针对键合温度、键合压力进行了相应的实验研究。结果表明,当键合温度低于聚合物材料的玻璃化转变温度时,芯片易产生未键合区域,当键合温度高于玻璃化转变温度时,微通道随温度的升高发生严重变形,最佳键合温度值应在材料玻璃化转变温度附近进行选取;键合温度105℃,键合压力1.0 MPa时,可在5 min的键合时间内得到微通道变形较小且完全键合的微流控芯片,满足模内键合的需求,大大缩短了芯片的制造周期。     

聚合物微流控芯片键合微通道变形仿真研究

微流控芯片在化学分析、临床诊断等领域的前景应用广阔,传统热压成型和键合方法自动化程度低、制作周期长,不能满足芯片高效大批量生产的要求;提出了在模具上压缩芯片的键合方法,并利用有限元软件仿真研究了聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)在不同键合温度和芯片压缩厚度下基片内微通道的变形.结果表明:基片上微通道不能保持键合前的截面尺寸和尺寸精度,通道截面面积变小,在通道高度方向上的变形要远远大于宽度方向上的变形;变形随着温度升高和压缩厚度增加而增大,由热膨胀引起的变形较小,压缩厚度对微通道质量影响要大于键合温度.     

基于PMMA材料的键合封装技术研究

聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作为微流控芯片研制中常用的高分子材料,其键合封装工艺是制作微流控芯片的重要组成部分。为了简捷有效地实现PMMA间的键合封装,研究了一种可在普通实验室开展的便捷、低成本且高效的PMMA键合封装方法。通过正交试验设计深入研究了键合时间、温度以及压力对PMMA键合强度的影响,从而确定最优工艺参数组合。实验结果表明,在115℃,70 min,60 N条件下可实现4.44 MPa的键合强度,且微流路通道变形较小(小于10%),可满足常规PMMA微流控芯片键合封装的要求,并可在普通微流控实验室有效开展。     

基于PMMA材料的微通道快速加工技术

近年来,基于聚合物的微加工制造技术已经成为微细加工领域的研究热点,已广泛应用于制备芯片实验室和微流控芯片。以热压技术为基础,研究利用加热电阻丝制备微流控芯片微通道的快速加工技术,并最终实现了基于聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材料的微通道快速加工,获得了电阻丝压印微通道的最优条件,在电流1. 8 A、时间5s、压力为44. 59 N条件下获得的微通道宽度变形率约为8. 5%,深度变形量约为8. 9%,可以在2 h左右制备完成PMMA微流控芯片。最后,利用该加工技术制作了十字型流动聚焦型微流控芯片,可稳定生成34～74 nL范围内的微液滴,实验结果显示利用本快速加工技术所获得的微通道圆润光滑、性能稳定、键合密封牢固。     

聚合物微流控芯片微通道复制成型技术

阐述了复制成型技术在实现微流控芯片批量化生产过程中的重要意义。分析了微流控芯片对材料的要求,介绍了常用于制作微流控芯片的聚合物材料及其模塑性能。比较了目前常用的加工复制成型模具凸模微结构的加工方法。综述了热压成型、注射成型以及浇铸成型在微流控芯片微通道成型中的应用,并对其进行了比较分析,展望了未来微流控芯片复制成型技术的发展趋势。     

基于PDMS-PMMA材料的微流控芯片等离子体键合工艺研究

为了提高聚二甲基硅氧烷(PDMS)盖片和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)基片的复合式微流控芯片键合的稳定性,开展了微流控芯片等离子处理特性的时间因素的研究。利用红外光谱和扫描电镜对处理前后的PMMA进行表征,确定硅烷化等离子方法的可行性;同时对PDMS、PMMA和硅烷化PMMA不同等离子处理时间的接触角及接触角恢复情况进行测量,采用正交试验法得到了最大键合力所需的最佳等离子处理时间以及有效操作时域,研究结果为确定微流控芯片的等离子体键合工艺参数提供借鉴。     

微流控芯片注射成型流动平衡数值模拟分析

针对微流控芯片模内键合的动作要求,设计了浇注系统,并进行了微流控芯片流动平衡的充填仿真研究,对模具的浇注系统的尺寸进行了优化,研究结果表明:盖片的浇口尺寸对流动平衡的影响非常小,基片分流道高度对流动平衡影响较显著。随着基片分流道高度的减小,基片与盖片的充填时间越来越接近,当基片分流道高度降至1.5mm时,基片与盖片的充填时间只相差0.003 1 s,流动不平衡率仅有2.5%。     

微流控芯片超声振动注射成型模具设计

针对目前微流控芯片注射成型中微通道充填困难、成型精度低等问题,研究超声振动辅助注射成型微流控芯片的方法,设计出微流控芯片超声振动模具。创新性地引入热流道系统,实现了超声振动系统与注射成型模具的有效集成;独特的流道和型腔布置实现了芯片的基片和盖片同模同时成型;改进的二次顶出机构实现了芯片的无损脱模。     

微流控芯片UV固化微流道复制精度研究

研究了一种改进型紫外光(UV)固化注射成型装置,利用线型紫外光源辐照加工微流控芯片,并对微流控芯片上的微流道的复制精度进行研究。结果表明,该工艺成型的微结构制品复制精度较好,在相同工艺条件下,制品上的微结构轮廓曲线重合度高;光源的扫描速率对制品的成型精度有重要的影响,适当的光源扫描速率下,制品的微结构轮廓复制精度较高;充模压力的大小对制品的复制精度也有一定影响。     

PDMS微流控芯片-光纤传感器系统测定载脂蛋白apoB 100

以聚二甲基硅氧烷(PDMS)材料为研究对象,在微流控反应芯片内通过氧等离子体处理和聚乙烯亚胺-戊二醛交联法修饰PDMS微通道表面,实现了芯片内apoB 100的快速捕获和检测。设计了分立的集成了光纤传感器和"U"型PDMS微流控芯片的检测体系,根据催化反应前后颜色变化测定apoB 100浓度,消除了复杂的生物化学环境对光学检测的干扰。测试结果表明,由于微通道具有的较大的表面积/体积比,微流控免疫芯片把整个免疫反应及检测过程缩短至1h以内。该方法的检测限为1ng/mL,线性范围在1~20ng/mL。因此微流控免疫芯片-光纤传感器检测系统在临床应用和现场检测领域具有较大的发展潜力。     

PMMA微流控芯片最佳注射成型工艺的实验研究

以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为原料,通过注塑加工的方式制备微流控芯片,经过多次注塑实验得出影响PMMA微流控芯片成型质量的主要因素是:模具温度、保压压力、熔体温度和注射速度.在其他参数不变的情况下,通过正交实验和极差分析确定了PMMA微流控芯片注射成型的最佳工艺:熔体温度260℃,模具温度50℃,保压压力60 MPa...     

Analysis of mold insert fabrication for the processing of microfluidic chip

The microfluidic chip has been used as an example to discuss different mold insert materials by micro hot‐embossing molding. For the mold insert, this study uses the SU‐8 photoresist to coat on the silicon wafer, then uses UV light to expose the pattern on the surface of SU‐8 photoresist, and coat the seed layer on the SU‐8 structure using thermal evaporation. The micro electroforming technology has been combined to fabricate the mold inserts (Ni, Ni‐Co) followed by replicating the microstructure from the metal mold insert by micro‐hot embossing molding. Different processing parameters (Embossing temperature, embossing pressure, embossing time, and demolding temperature) for the properties of COP film of microfluidic chip have been discussed. The results show that the most important parameter is the embossing temperature for replication properties of molded microfluidic chip. The demolding temperature is the most important parameter for surface roughness of the molded microfluidic chip. The Ni‐Co mold insert is the most suitable mold material for molded microfluidic chip by microhot embossing molding. The bonding temperature is the most important factor for the bonding strength of sealed microfluidic chip by tensile bonding test. POLYM. ENG. SCI., 2009. © 2008 Society of Plastics Engineers     

Microinjection molding of plastic microfluidic chips including circular microchannels

In this study, a microfluidic chip prototype having circular microchannels was replicated by microinjection molding process, employing a modularized and sectioned micromold system (MSMS). In the viewpoint of microfluidic manipulation, a microchannel with circular cross‐section shows several advantages over a conventional rectangular and/or square microchannel. To achieve a mass production of the microchannels with circular or round cross‐sections, the micromold was designed and fabricated based on the concept of MSMS. It consisted of several micromold modules, each having half‐circular cross‐sectional microstructures on its one‐side surface. The modules were precisely manufactured by a deep X‐ray lithography using a synchrotron radiation and a subsequent nickel electroforming process. Then, the MSMS for a microinjection molding process was constructed by assembling the nickel modules. After the molding of plastic plate with open microchannels of half‐circular cross‐section, a thermal bonding of microinjection‐molded plates was carried out to produce the microfluidic chip prototype including the circular microchannels. Observation of the surface quality, measurement of cross‐sectional profiles, and microfluidic test were carried out, which verified the usefulness of the present fabrication process. POLYM. ENG. SCI., 54:42–50, 2014. © 2013 Society of Plastics Engineers     

基于CAE分析的工艺参数对微结构复制程度的影响

针对注射成型中微流控芯片中微结构复制不完全的情况,采用单因素法,利用Moldflow软件对微流控芯片抽象物理模型进行仿真分析,考察熔体温度、模具温度、保压压力、注射压力等4个工艺参数对微结构复制情况的影响。结果表明,熔体温度与模具温度的影响较大,保压压力的影响次之,注射压力的影响不显著。     

智能微流控检测芯片的构建及其Pb2+检测性能

通过将具有Pb²⁺响应性的聚（N-异丙基丙烯酰胺-共聚-苯并-18冠-6丙烯酰胺）智能微凝胶与H型微通道相结合，构建了一种能便捷、灵敏、可视化检测水溶液中Pb²⁺浓度的新型智能Pb²⁺检测微流控芯片。该微流控检测芯片主要由软光刻技术构建，并结合紫外光照聚合在H型微通道中原位构建智能微凝胶。基于该微凝胶的Pb²⁺响应性体积相变和H型微通道中的流体流动，该微流控检测芯片能将Pb²⁺浓度信号有效转换为易于检测读取的、可视化的H型微通道中指示液覆盖的指示柱数目的变化信号。通过光学显微镜便捷观察测量指示液覆盖的指示柱数目的变化，实现了对水溶液中痕量Pb²⁺浓度的超灵敏定量检测。该微流控检测芯片为水环境中的痕量Pb²⁺浓度的便捷、灵敏、可视化检测提供了新策略。     

三维复杂微流体纺丝芯片的封装研究

为了拓展微流体芯片的应用领域,以一种具有三层结构的多功能集成微流体纺丝芯片为例,利用去离子水和再生丝素蛋白水溶液,比较了环氧树脂粘合剂、硅胶粘合剂以及压敏胶对聚二甲基硅氧烷(PDMS)和纤维素膜的粘合效果,探讨了等离子处理、封装方式等三维复杂微流体芯片的封装技术,实现了多功能集成微流体纺丝芯片的有效封装,对具有类似结构的三维复杂微流体芯片的封装提供参考。     

Liquid flow pattern around Taylor bubbles in an etched rectangular microchannel

Liquid flow around Taylor bubbles and the motion of bubble interface in a rectangular microchannel etched on a microfluidic chip were investigated using a three-dimensional particle tracking method. The Taylor bubbles were generated by releasing the dissolved air in working the liquid (water) through heating the microfluidic chip to 35–55 °C and had low velocities (15–1500 μm/s). Three-dimensional velocity distributions of liquid recirculation flows surrounding the Taylor bubble head and tail were obtained by tracking submicron fluorescent particles seeded in the working liquid and the motion of the bubble interface was analyzed by monitoring the motions of the particles attached on the bubble interface. The high velocity film flow through the microchannel corners acted as a liquid jet in front of bubble head and drainage into the corners behind the bubble tail to drive the liquid recirculation flows. The bubble interface near the microchannel corners was also moved by the strong liquid shear induced from the high velocity liquid flow in the microchannel corners. This high velocity liquid flow through the corners could be considered to be driven by the pressure drop over the Taylor bubble. The pressure drop resulted from the decrease of bubble surface mobility due to tracer surfactant in the gas–liquid interface.     

不同模具结构模仁尺寸对模仁变形的影响

利用有限元方法,以方形塑件为例,同时考虑温度场和压力场等因素,对不同模具结构的模仁进行了变形分析。并考虑刚度和成本因素,优化了成型该塑件的模仁结构尺寸。结果表明,相同条件下,该塑件三板模模仁变形比两板模小,模仁宽度对两种模具结构的模仁变形的影响都较大,下模仁高度对下模仁变形影响较大,而上模仁高度对上模仁变形的影响较小。