Kako se grijane ploče koriste u toplinskom zavarivanju mikrofluidnih čipova?

Mikrofluidni čip se proizvodi od dvije strane prozirnog polimera, izrezanog kanalima manjim od ljudske vlasi, koji moraju biti čvrsto povezani. To je delikatan toplinski ples. Dva se komada spajaju i zagrijavaju preciznim pločama do točno određenog vremena kada površine jedva počnu omekšavati. Dva se dijela stapaju u jedno tijelo-bez curenja, bez kolapsa i jednog mikrona bitnih unutarnjih kanala. Ova kontrolirana metoda diktira uspjeh toplinskog zavarivanja zagrijanih pločastih mikrofluidnih čipova.

Mikrofluidno spajanje mehanizmom toplinskog zavarivanja.
Toplinsko zavarivanje je postupak spajanja u čvrstom stanju i razlikuje se od lijepljenja ljepilom ili lijepljenja otapalom. U ovom postupku površine polimera se zagrijavaju na temperaturu neposredno iznad temperature staklenog prijelaza (Tg) gdje se poboljšava pokretljivost molekularnog lanca bez punog protoka taline.

Sada polimerni lanci na suprotnim stranama polovice čipa međusobno difundiraju preko sučelja. Pod pritiskom hlađenja stvara se trajna veza koja pretvara dvije različite komponente u jednu monolitnu strukturu zadržavajući geometriju unutarnjeg mikrokanala.

Funkcija i dizajn grijane ploče
Grijane ploče su glavni sustav za primjenu energije i pritiska. Gornja i donja ploča obično su izrađene od precizno-brušenog aluminija zbog njegove visoke toplinske vodljivosti i stabilnosti dimenzija. Grijači uložaka umetnuti su u tijelo ploče za homogenu raspodjelu temperature.

Radna površina je obično dovršena prema specifikaciji visoke ravnosti i može biti presvučena PTFE-om kako bi se smanjilo lijepljenje i spriječilo prianjanje polimera tijekom obrade. Sukladna međupodloga dodaje se u mnoge sustave za jednaku raspodjelu pritiska na površinu strugotine i za kompenzaciju malih promjena debljine.

Kontrola temperature održava se na visokoj točnosti, obično ±0,5 stupnjeva, jer je toplinski raspon između efektivne temperature spajanja i kolapsa mikrokanala prilično uzak.

Ploče su vrući prsti koji zatvaraju čipove bez drobljenja njihovih sićušnih žilica, jamčeći strukturni integritet unutarnje fluidne mreže.

Razmatranja prozora materijala i procesa
Uobičajene radne temperature usko su povezane s temperaturama staklenog prijelaza polimera:

PMMA (polimetil metakrilat): ~105 stupnjeva

COC (Cyclic Olefin Copolymer): približno . 80 stupnjeva

Pritisak se ravnomjerno primjenjuje na površinu čipa kako bi se olakšala međupovršinska difuzija bez lokalne deformacije. Ako su tlak ili temperatura previsoki, kanali se mogu urušiti, savijati svjetlost ili ometati protok.

Zatim se kontrolirano hladi pod tlakom nakon koraka toplinskog lijepljenja. Ovaj postupak učvršćuje strukturu polimera, fiksirajući spojeno sučelje kako bi se dobio proziran, mehanički stabilan mikrofluidni uređaj.

Bilten procesa kontrole
U industrijskim sustavima obično se primjenjuje unaprijed{0}}programirani profil topline i tlaka. Ciklus je podijeljen u različite faze:

Faza grijanja: spori porast temperature kako bi se smanjio toplinski stres

Faza zavarivanja: zadržavanje iznad Tg za molekularnu međudifuziju i regulirano zadržavanje iznad Tg koje omogućuje molekularnu međudifuziju

Faza hlađenja: smanjenje-temperature pod stalnim tlakom

Ujednačenost temperature ploče i stabilnost tlaka tijekom ciklusa često se kontroliraju PID sustavima upravljanja zatvorenom petljom.

Završne misli
Grijana ploča je precizni alat za spajanje za pouzdano toplinsko zavarivanje mikrofluidnih uređaja. Polimerna sučelja spajaju se radom u dobro-kontroliranoj temperaturi i mehaničkom prozoru bez uništavanja integriteta sićušnih arhitektura kanala.

Grijana ploča je delikatan, precizan alat koji spaja mikroskopski svijet mikrofluidnog čipa gdje uspjeh ovisi o najboljoj ravnoteži topline i tlaka.

Precizno kontrolirano, toplo rukovanje između polimernih slojeva sljedeća je generacija laboratorijske-tehnologije--čipa, koja postupno pečati budućnost medicinske dijagnostike.