Kuinka kuumennettuja levyjä käytetään mikrofluidisirujen lämpöhitsauksessa?

Mikrofluidisiru valmistetaan kirkkaan polymeerin kahdesta sivusta, joka on leikattu hiusta pienemmillä kanavilla, jotka on liitettävä tiukasti. Se on herkkä lämpötanssi. Kaksi kappaletta pakotetaan yhteen ja lämmitetään tarkkuuslevyillä tarkalleen siihen aikaan, jolloin pinnat tuskin alkavat pehmetä. Nämä kaksi osaa sulautuvat yhdeksi, vuodattomaksi-rungoksi ilman, että yksikään mikroni tärkeimmistä sisäkanavista romahtaa. Tämä kontrolloitu menetelmä sanelee lämmitettyjen levymikrofluidisirujen lämpöhitsauksen onnistumisen.

Mikrofluidiliitos lämpöhitsausmekanismilla.
Lämpöhitsaus on kiinteässä olomuodossa tapahtuva liimausprosessi, ja se eroaa liimasidos- tai liuotinliittämisestä. Tässä menetelmässä polymeeripinnat kuumennetaan juuri lasittumislämpötilan (Tg) yläpuolelle, jolloin molekyyliketjun liikkuvuus paranee ilman täyttä sulavirtausta.

Nyt sirupuolikkaan vastakkaisilla puolilla olevat polymeeriketjut diffuusoituvat rajapinnan poikki. Jäähdytyspaineen alaisena muodostuu pysyvä sidos, joka muuttaa kaksi erillistä komponenttia yhdeksi monoliittiseksi rakenteeksi säilyttäen samalla sisäisen mikrokanavan geometrian.

Lämmitetyn levyn toiminta ja muotoilu
Lämmitetyt levyt ovat pääjärjestelmä energian ja paineen kohdistamiseen. Ylä- ja alalevyt on yleensä valmistettu tarkkuus-hiotusta alumiinista sen korkean lämmönjohtavuuden ja mittavakauden vuoksi. Patruunan lämmittimet on asetettu levyn runkoon tasaista lämpötilan jakautumista varten.

Työpinta on tavallisesti viimeistelty korkean tasaisuuden vaatimuksen mukaisesti, ja se voidaan päällystää PTFE:llä tarttumisen minimoimiseksi ja polymeerin kiinnittymisen estämiseksi käsittelyn aikana. Yhteensopiva välityyny on lisätty moniin järjestelmiin tasaisen paineen jakautumiseksi lastun pinnalle ja kompensoimaan pieniä paksuusmuutoksia.

Lämpötilan säätö ylläpidetään suurella tarkkuudella, yleensä ±0,5 astetta, koska lämpöikkuna tehokkaan sidoslämpötilan ja mikrokanavan romahtamisen välillä on melko kapea.

Levyt ovat kuumia sormia, jotka sulkevat lastut murskaamatta niiden pieniä suonet, mikä takaa sisäisen nesteverkoston rakenteellisen eheyden.

Materiaali- ja prosessiikkunan huomioitavaa
Tyypilliset käyttölämpötilat liittyvät vahvasti polymeerin lasittumislämpötiloihin:

PMMA (polymetyylimetakrylaatti): ~105 astetta

COC (syklinen olefiinikopolymeeri): noin . 80 aste

Painetta kohdistetaan tasaisesti sirun pintaan rajapinnan diffuusion helpottamiseksi ilman paikallista muodonmuutosta. Jos paine tai lämpötila on liian korkea, kanavat voivat romahtaa, taivuttaa valoa tai haitata virtausta.

Sitten se jäähdytetään paineen alaisena kontrolloidusti lämpösidosvaiheen jälkeen. Tämä menetelmä kiinteyttää polymeerirakenteen kiinnittäen sidotun rajapinnan läpinäkyvän, mekaanisesti stabiilin mikrofluidilaitteen saamiseksi.

Ohjausprosessitiedote
Teollisissa järjestelmissä käytetään yleensä esiohjelmoitua{0}}lämpö- ja paineprofiilia. Kierto on jaettu eri vaiheisiin:

Lämmitysvaihe: hidas lämpötilan nousu lämpörasituksen vähentämiseksi

Hitsausvaihe: Pysy Tg:n yläpuolella molekyylien välistä diffuusiota varten ja säädelty viipyminen Tg:n yläpuolella mahdollistaa molekyylien välisen diffuusion

Jäähdytysvaihe: jatkuva paineohjattu{0}}lämpötilan alennus

Levyn lämpötilan tasaisuutta ja paineen stabiilisuutta syklin aikana ohjataan usein suljetun silmukan PID-säätöjärjestelmillä.

Viimeisiä ajatuksia
Kuumennettu levy on tarkkuusliitostyökalu mikrofluidilaitteiden luotettavaan lämpöhitsaukseen. Polymeerirajapinnat sulautuvat toimimalla hyvin-hallitussa lämpötilassa ja mekaanisessa ikkunassa tuhoamatta pienten kanavaarkkitehtuurien eheyttä.

Kuumennettu levy on herkkä, tarkka työkalu, joka yhdistää mikrofluidisen sirun mikroskooppisen maailman, jossa menestys riippuu lämmön ja paineen hienoimmasta tasapainosta.

Tarkasti hallittu, lämmin kädenpuristus polymeerikerrosten välillä on seuraavan sukupolven lab{0}}on-a-chip-tekniikka, joka sinetöi asteittain lääketieteellisen diagnostiikan tulevaisuuden.