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Cost-effective and rapid prototyping of PMMA microfluidic device via polymer-assisted bonding
Microfluidics and Nanofluidics ( IF 2.3 ) Pub Date : 2021-07-05 , DOI: 10.1007/s10404-021-02466-3
Alper Baran Sözmen 1 , Ahu Arslan Yildiz 1
Affiliation  

Microfluidic systems are relatively new technology field with a constant need of novel and practical manufacturing materials and methods. One of the main shortcomings of current methods is the inability to provide rapid bonding, with high bonding strength, and sound microchannel integrity. Herein we propose a novel method of assembly that overcomes the mentioned limitations. Polymer-assisted bonding is a novel, rapid, simple, and inexpensive method where a polymer is solubilized in a solvent and the constituted solution is used as a bonding agent. In this study, we combined this method with utilization of several phase-changing materials (PCMs) as channel-protective agents. Glauber’s salt appeared to be more suitable as a channel-protective agent compared to rest of the salts that have been used in this study. Based on the bonding strength, quality analyses, leakage tests, and SEM imaging, the superior assisting bonding solvent was determined to be dichloromethane with a PMMA concentration of 2.5% (W/V). It showed a bonding strength of 23.794 MPa and a nearly non-visible bonding layer formation of 2.83 µm in width which is proved by SEM imaging. The said combination of PCM, solvent, and polymer concentration also showed success in leakage tests and an application of micro-droplet generator fabrication. The application was carried out to test the applicability of developed prototyping methodology, which resulted in conclusive outcomes as the droplet generator simulation run in COMSOL Multiphysics version 5.1 software. In conclusion, the developed fabrication method promises simple, rapid, and strong bonding with sharp and clear micro-channel engraving.



中文翻译:

通过聚合物辅助键合对 PMMA 微流体装置进行经济高效且快速的原型设计

微流体系统是相对较新的技术领域,不断需要新颖实用的制造材料和方法。当前方法的主要缺点之一是无法提供具有高粘合强度和良好微通道完整性的快速粘合。在此,我们提出了一种克服上述限制的新型组装方法。聚合物辅助粘合是一种新颖、快速、简单且廉价的方法,其中将聚合物溶解在溶剂中,并将构成的溶液用作粘合剂。在这项研究中,我们将此方法与使用几种相变材料 (PCM) 作为通道保护剂相结合。与本研究中使用的其他盐相比,芒硝似乎更适合作为通道保护剂。根据结合强度,质量分析、泄漏测试和 SEM 成像,确定优异的辅助粘合溶剂是二氯甲烷,PMMA 浓度为 2.5% (W/V)。它显示出 23.794 MPa 的粘合强度和宽度为 2.83 µm 的几乎不可见的粘合层形成,这由 SEM 成像证明。PCM、溶剂和聚合物浓度的所述组合在泄漏测试和微液滴发生器制造的应用中也显示出成功。执行该 App 是为了测试开发的原型设计方法的适用性,在 COMSOL Multiphysics 5.1 版软件中运行液滴发生器模拟时,得出了结论性的结果。总之,所开发的制造方法有望通过锐利清晰的微通道雕刻实现简单、快速和牢固的粘合。和 SEM 成像,确定优异的辅助粘合溶剂为二氯甲烷,PMMA 浓度为 2.5% (W/V)。它显示出 23.794 MPa 的粘合强度和宽度为 2.83 µm 的几乎不可见的粘合层形成,这由 SEM 成像证明。PCM、溶剂和聚合物浓度的所述组合在泄漏测试和微液滴发生器制造的应用中也显示出成功。执行该 App 是为了测试开发的原型设计方法的适用性,在 COMSOL Multiphysics 5.1 版软件中运行液滴发生器模拟时,得出了结论性的结果。总之,所开发的制造方法有望通过锐利清晰的微通道雕刻实现简单、快速和牢固的粘合。和 SEM 成像,确定优异的辅助粘合溶剂为二氯甲烷,PMMA 浓度为 2.5% (W/V)。它显示出 23.794 MPa 的粘合强度和宽度为 2.83 µm 的几乎不可见的粘合层形成,这由 SEM 成像证明。PCM、溶剂和聚合物浓度的所述组合在泄漏测试和微液滴发生器制造的应用中也显示出成功。执行该 App 是为了测试开发的原型设计方法的适用性,在 COMSOL Multiphysics 5.1 版软件中运行液滴发生器模拟时,得出了结论性的结果。总之,所开发的制造方法有望通过锐利清晰的微通道雕刻实现简单、快速和牢固的粘合。优异的辅助粘合溶剂确定为二氯甲烷,PMMA 浓度为 2.5% (W/V)。它显示出 23.794 MPa 的粘合强度和宽度为 2.83 µm 的几乎不可见的粘合层形成,这由 SEM 成像证明。PCM、溶剂和聚合物浓度的所述组合在泄漏测试和微液滴发生器制造的应用中也显示出成功。执行该 App 是为了测试开发的原型设计方法的适用性,在 COMSOL Multiphysics 5.1 版软件中运行液滴发生器模拟时,得出了结论性的结果。总之,所开发的制造方法有望通过锐利清晰的微通道雕刻实现简单、快速和牢固的粘合。优异的辅助粘合溶剂确定为二氯甲烷,PMMA 浓度为 2.5% (W/V)。它显示出 23.794 MPa 的粘合强度和宽度为 2.83 µm 的几乎不可见的粘合层形成,这由 SEM 成像证明。PCM、溶剂和聚合物浓度的所述组合在泄漏测试和微液滴发生器制造的应用中也显示出成功。执行该 App 是为了测试开发的原型设计方法的适用性,在 COMSOL Multiphysics 5.1 版软件中运行液滴发生器模拟时,得出了结论性的结果。总之,所开发的制造方法有望通过锐利清晰的微通道雕刻实现简单、快速和牢固的粘合。它显示出 23.794 MPa 的粘合强度和宽度为 2.83 µm 的几乎不可见的粘合层形成,这由 SEM 成像证明。PCM、溶剂和聚合物浓度的所述组合在泄漏测试和微液滴发生器制造的应用中也显示出成功。执行该 App 是为了测试开发的原型设计方法的适用性,在 COMSOL Multiphysics 5.1 版软件中运行液滴发生器模拟时,得出了结论性的结果。总之,所开发的制造方法有望通过锐利清晰的微通道雕刻实现简单、快速和牢固的粘合。它显示出 23.794 MPa 的粘合强度和宽度为 2.83 µm 的几乎不可见的粘合层形成,这由 SEM 成像证明。PCM、溶剂和聚合物浓度的所述组合在泄漏测试和微液滴发生器制造的应用中也显示出成功。执行该 App 是为了测试开发的原型设计方法的适用性,在 COMSOL Multiphysics 5.1 版软件中运行液滴发生器模拟时,得出了结论性的结果。总之,所开发的制造方法有望通过锐利清晰的微通道雕刻实现简单、快速和牢固的粘合。和聚合物浓度在泄漏测试和微液滴发生器制造的应用中也显示出成功。执行该 App 是为了测试开发的原型设计方法的适用性,在 COMSOL Multiphysics 5.1 版软件中运行液滴发生器模拟时,得出了结论性的结果。总之,所开发的制造方法有望通过锐利清晰的微通道雕刻实现简单、快速和牢固的粘合。和聚合物浓度在泄漏测试和微液滴发生器制造的应用中也显示出成功。执行该 App 是为了测试开发的原型设计方法的适用性,在 COMSOL Multiphysics 5.1 版软件中运行液滴发生器模拟时,得出了结论性的结果。总之,所开发的制造方法有望通过锐利清晰的微通道雕刻实现简单、快速和牢固的粘合。

更新日期:2021-07-05
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