Axxiconは、マイクロ流体製品のボンディングプロセスに関する考察を紹介します。

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アキシコンは、高品質な消耗品に適したマイクロ流体接合を選択する際の決断を容易にするため、マイクロ流体接合技術ガイドとウェビナーを提供します。

適切なマイクロ流体接合技術を選択する際、検討すべき重要な基準や、プロセスの異なる段階におけるいくつかの技術的選択が互いにどのように影響し合っているかを把握することは、ストレスになりかねません。技術者として、高品質の消耗品を製造するためには、設計とプロセスの問題を早期に解決する必要があります。

ボンディングプロセス選定のための条件

マイクロ流体製品およびアプリケーションにはそれぞれ固有の要件があり、選択する接着プロセスもその基準を満たす必要があります。一般的な要件としては

光学特性用途によっては、透明性、自家蛍光の防止など、消耗品の光学特性を損なうことが必要な場合があります。
化学的・生物学的適合性生体適合性、試薬・試料と接着剤との接触、VOC
圧力安定性アプリケーションによっては、消耗品内の圧力が上昇することがあります。
チャネル寸法の完全性チャネルやキャビティなどの構造物の寸法は、接着後に公差内に収まる必要があります。
設計上の制限すべての接合プロセスが、すべての設計に適合するわけではありません。フィーチャーの距離、接合可能な表面、これらすべてが関連する可能性があります。
試薬のオンチップ保管（ボンディング前）例えば、コーティング剤やバイオ試薬はチップ上に保存することができますが、それらは接着プロセスにも耐えられるのでしょうか？
材料の互換性すべての接合プロセスがすべての材料に対応するわけではありません
賞味期限消耗品はどのように保管されるのですか？保管中に消耗品に試薬が混入することはありませんか？
スケーラビリティとコスト製品開発では、拡張性とコストが常に関係します。最終的には、接着した製品を大量に生産し、ある目標価格で販売しなければならない。

これらの要件をまとめ、適切なプロセスを選択することは、白黒の答えがないため、困難な場合があります。幸いなことに、この記事の残りの部分では、お客様のアプリケーション要件に最適なプロセスを選択するための方法について説明しています。また、オンデマンドのウェビナーでは、さらなる洞察を得ることができます。

一般的なボンディング技術

接合技術には様々なものがあり、その中にはより高度なものもあります。ここでは、現在マイクロ流体用消耗品で一般的に利用されている、より成熟したものを見てみましょう。

溶剤ボンディング

この技術では、溶媒を使用して2つのポリマー層間に強力で長持ちする結合を形成します。この方法は非常に適応性が高く、事実上あらゆるマイクロ流体設計に使用することができる。

ただし、接着前に生体試薬を添加する場合は、この方法は適さない。また、接着に要する時間が比較的長く（10数秒）、ポリマー消耗品の最終価格に影響を及ぼします。

サーマル・ボンディング

添加物を使用しないため、非常に純度の高い、非常に強い材料結合が可能です。このプロセスは熱を伴うため、接着前にチップ上に生化学物質や生体物質が存在しないことが望ましい。また、使用する熱により、マイクロ流体構造が多少変形することがあります。

この手法で層を接着するのにかかる時間は長く、コストがかかり、スケーリングの可能性も制限されます。

接着剤による接着

この接着プロセスは、塗布技術、接着剤の種類、必要な場合の硬化パラメータに多くの選択肢があるため、非常に汎用性の高いものである。ほとんどすべての構造物を接着することができ、プロセスの最適化も簡単です。プロセスのスケールアップも容易で、少量から大量までのマイクロ流体用消耗品を低コストで製造することができます。

しかし、すべてのアッセイに対応できるわけではなく、場合によってはマイクロ流体構造の寸法に影響を与える可能性があります。すべてのマイクロ流体設計に適用できるわけではありません。保存可能期間は接着剤により異なります。

テープアシストボンディング

幅広い製品やアッセイに対応できるよう、幅広いテープが用意されています。低コストのプロセスで、迅速な試験や開発に最適です。テープの表面特性はカスタマイズが可能です。

ただし、親水性の高いテープは入手しにくい。薄いテープは加工が難しく、テープの折れ曲がりや気泡の閉じ込めなどの問題が発生することがある。

レーザー溶接

レーザーで層を溶かしながら接着する方法です。非常に純度の高い、強固な結合を実現します。このタイプの接合に必要な時間は短く、生産ラインでのインライン化が可能である。

しかし、マイクロ流体構造の複雑化に伴い、加工時間が長くなるため、消耗品によっては低コストで加工できない場合があります。また、ほとんどのレーザー溶接工程では、接合に透明でない部品が必要である。

超音波溶着

この技術では、エネルギーディレクターが超音波の振動を利用して、層間の純粋な結合を作ります。確立された技術を用いた高速なプロセスであり、開発工数も少なくて済みます。

しかし、このプロセスでは、エネルギーディレクターを実装する必要があるため、マイクロ流体設計に影響を及ぼします。また、非常に小さく複雑な特徴を持つ製品の場合、この方法が最も正確な接合方法とはならない可能性があります。

でも、どうやって決めたらいいんだろう？

このような情報がある中で、お客様独自のポリマー消耗品、アッセイ、セットアップに最適なボンディングプロセスをどのように選択すればよいのでしょうか？

先ほどのマイクロ流体接着の要件に戻り、その要件を満たすことができる様々な接着技術を検討することができます。下図は、前述の要件に最も適したマイクロ流体接着技術を示したものです。

出典: https://blog.axxicon.com/microfluidic-bonding-technology-guide-for-polymer-consumables

[This is automatically translated from English]