热塑性弹性体的固化成型及与玻璃和热塑性塑料的牢固结合,用于微流控细胞培养和芯片上的器官。

ty10086 提交于 周三, 08/25/2021 - 15:49
文章英文标题
Facile Patterning of Thermoplastic Elastomers and Robust Bonding to Glass and Thermoplastics for Microfluidic Cell Culture and Organ-on-Chip.
正文
近几十年来微流控技术的出现和普及几乎完全依赖于弹性体聚二甲基硅氧烷( PDMS ),PDMS在微流控研究领域取得成功的主要原因是其适合于快速成型和简单的键合方法。PDMS允许通过复制品的模压和通过各种既定的策略键合到不同的基底上进行精确的微结构。然而,PDMS基芯片制造的低可扩展性和高昂的材料成本阻碍了大规模生产和商业化的努力。此外,PDMS的基本局限性,如小分子吸收和高水分蒸发等,导致了向无PDMS体系的转变。热塑性弹性体( TPE )是一种很有前途的替代品,兼具热塑性材料和弹性体的性能。这里,我们提出了一种基于聚碳酸酯( PC )和TPE混合材料的微流控系统快速、可扩展的制备方法。PC / TPE - hybrid模块是通过在TPE中热压印精确特征,同时通过热熔连接将柔性TPE熔接到刚性热塑性层中而形成的。与TPE单独使用相比,刚性复合材料在保持TPE关键优势的同时,提高了器件的操控性能。在快速简单的工艺中,PC / TPE-杂化物既可以与几种类型的热塑性塑料结合,也可以与玻璃基板结合。即使在高温潮湿的环境中暴露7天后,所得到的键强度仍能承受至少7.5 bar的外加压力,这使得PC / TPE - hybrid适合于大多数微流控芯片的应用。此外,我们还证明了PC / TPE-杂化材料在生物相容性的同时对小分子的吸收率低,是一种适合微流控生物技术应用的材料。
文章内容(英文)
The emergence and spread of microfluidics over the last decades relied almost exclusively on the elastomer polydimethylsiloxane (PDMS). The main reason for the success of PDMS in the field of microfluidic research is its suitability for rapid prototyping and simple bonding methods. PDMS allows for precise microstructuring by replica molding and bonding to different substrates through various established strategies. However, large-scale production and commercialization efforts are hindered by the low scalability of PDMS-based chip fabrication and high material costs. Furthermore, fundamental limitations of PDMS, such as small molecule absorption and high water evaporation, have resulted in a shift toward PDMS-free systems. Thermoplastic elastomers (TPE) are a promising alternative, combining properties from both thermoplastic materials and elastomers. Here, we present a rapid and scalable fabrication method for microfluidic systems based on a polycarbonate (PC) and TPE hybrid material. Microstructured PC/TPE-hybrid modules are generated by hot embossing precise features into the TPE while simultaneously fusing the flexible TPE to a rigid thermoplastic layer through thermal fusion bonding. Compared to TPE alone, the resulting, more rigid composite material improves device handling while maintaining the key advantages of TPE. In a fast and simple process, the PC/TPE-hybrid can be bonded to several types of thermoplastics as well as glass substrates. The resulting bond strength withstands at least 7.5 bar of applied pressure, even after seven days of exposure to a high-temperature and humid environment, which makes the PC/TPE-hybrid suitable for most microfluidic applications. Furthermore, we demonstrate that the PC/TPE-hybrid features low absorption of small molecules while being biocompatible, making it a suitable material for microfluidic biotechnological applications.
来源出处
Journal|[J]MicromachinesVolume 12, Issue 5. 2021.
DOI
https://doi.org/10.3390/MI12050575

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