Prototyping of microfluidic systems with integrated ... - DTU Nanotech

More documents

Recommendations

Info

Resumé Brugen af polymerer i mikrofluid-systemer, eller s˚akaldte ’lab-on-a-chip’systemer, er steget i de seneste ˚ar. Silicium, som normalt benyttes til fremstilling af disse systemer, er inkompatibelt med for eksempel blod og stærke kemikalier, hvorimod mange polymerer har de ønskede egenskaber. Flere standard-polymerer, for eksempel poly(methyl-methacrylat) og polydimethylsiloxan, er blevet undersøgt, men ogs˚a nye polymertyper med bedre optiske eller kemiske egenskaber er dukket op i mikrofluidforskningen. Lab-on-a-chip-systemer integrerer væskeh˚andtering og m˚alinger p˚a samme chip, og b˚ade optiske og elektroniske komponenter kan integreres. I mikrosystemer i polymer kan optiske bølgeledere integreres ved at strukturere polymerer med forskelligt brydningsindeks. Denne afhandling omhandler aspekter af prototyping og fabrikation af mikrofluid-systemer i polymerer, hovedsageligt i den cyclisk olefine copolymer Topas. Denne relativt nye polymer er modstandsdygtig over for mange kemikalier, blandt andet stærke syrer. Dette gør den egnet i mikrofluid-systemer til for eksempel langtidsm˚alinger af spildevand. Et højt brydningsindex og andre gode optiske egenskaber gør Topas velegnet til integrerede optiske komponenter i mikrofluid-systemer. Desuden kan glasovergangstemperaturen ændres, hvilket er en fordel ved fabrikation af systemer fremstillet i en enkelt type polymer. I løbet af projektet er eksisterende fabrikationsmetoder blevet tilpasset og optimeret til brug p˚a Topas, s˚aledes at der nu er et antal fabrikationsmetoder tilgængelige. iv
Disse metoder inkluderer: • Mikrofræsning af væskekanaler og optiske bølgeledere med dimensioner ned til 25 µm. • Spin coating af polymer-lag p˚a polymer-substrater med lagtykkelser far 100 nm til 20 µm. Det spin coatede lag bruges som lim til at sammenføje substrat, optiske lag og l˚ag i mikrofluid-systemerne. • Termisk bonding af polymer-strukturer, blandt andet rulle-laminering af folier p˚a substrater. • Laser bonding af to polymerer, blandt andet transparent p˚a sort, og transparent p˚a transparent med et spin coated lag partikler. • Termisk efterbehandling af bølgeledere for at forbedre overfladeruheden og formindske transmissionstabet. Fremstillingsmetoderne er blevet karakteriseret, og er blevet optimeret for at minimere for eksempel fabrikationstid, overfladeruhed og maksimere eksempelvis bonding-styrke. Mikrofluid-strukturer er blevet fremstillet ved hjælp af disse metoder. Ligeledes er optiske bølgeledere blevet fremstillet ved at udnytte forskellen i brydningsindeks mellem forskellige typer Topas. Endvidere er der lavet optiske absorptionsm˚alinger i et mikrofluid-system med integrerede bøgeledere. Endelig blev en demonstrator fremstillet med de ovenst˚aende metoder, og med brug af den opbyggede viden om bølgeleder i Topas. Demonstratoren er i stand til at skelne mellem væsker med forskelligt brydningsindeks, i dette tilfælde vand og en mættet sukkeropløsning. I samarbejde med IMTEK i Freiburg, Tyskland, er et optisk detektionsprincip blevet udviklet. Ved hjælp af total intern reflektion kan en laserstr˚ale detektere luftbobler i en mikrofluid-kanal. Detektionsprincippet er blevet testet b˚ade i roterende og i stationære systemer. v
Page 1 and 2: Prototyping of Microfluidic Systems
Page 3 and 4: Preface This thesis is one of the r
Page 5: joining the substrate, optical laye
Page 9 and 10: Many thanks to the collaborators in
Page 11 and 12: microfluidic systems. In Klavs Jens
Page 13 and 14: Contents Preface i Abstract ii Resu
Page 15 and 16: CONTENTS xiii 5 Optical waveguides
Page 17 and 18: Chapter 1 Introduction In the last
Page 19 and 20: 1.1 Downscaling 3 Figure 1.1: Scali
Page 21: 1.2 Prototyping of microfluidic sys
Page 24 and 25: 8 Theoretical aspects - microfluidi
Page 26 and 27: 10 Theoretical aspects - microfluid
Page 38 and 39: 22 Polymer materials - mainly Topas
Page 52 and 53: 36 Fabrication methods results are
Page 54 and 55: 38 Fabrication methods An impressiv
Page 56 and 57:
40 Fabrication methods Average roug
Page 58 and 59:
42 Fabrication methods a b c d e 1m
Page 60 and 61:
44 Fabrication methods Generally, t
Page 62 and 63:
46 Fabrication methods branch. Sec-
Page 64 and 65:
48 Fabrication methods and the heig
Page 66 and 67:
50 Fabrication methods Topas on Top
Page 68 and 69:
52 Fabrication methods Table 4.2: C
Page 70 and 71:
54 Fabrication methods Figure 4.8:
Page 72 and 73:
56 Fabrication methods that the str
Page 74 and 75:
58 Fabrication methods the excimer
Page 76 and 77:
60 Fabrication methods 500 µm 500
Page 78 and 79:
62 Fabrication methods wedge tests
Page 81 and 82:
Chapter 5 Optical waveguides in Top
Page 83 and 84:
5.1 Waveguide fabrication 67 It sho
Page 85 and 86:
5.2 Propagation loss measurements 6
Page 87 and 88:
5.3 Thermal treatment of the surfac
Page 89 and 90:
Page 91 and 92:
Page 93 and 94:
5.4 Optical cuvette absorbance meas
Page 95 and 96:
5.4 Optical cuvette absorbance meas
Page 97 and 98:
5.5 A refractive index sensor 81 fr
Page 99 and 100:
5.5 A refractive index sensor 83 a
Page 101 and 102:
5.6 Summary 85 5.5.3 Improvements I
Page 103:
Until further notice, Chapter 6 is
Page 106 and 107:
96 Discussion and outlook transpare
Page 109 and 110:
References [1] A. Manz, N. Graber,
Page 111 and 112:
REFERENCES 101 [20] David Walton an
Page 113 and 114:
REFERENCES 103 [41] Kiha Lee and Da
Page 115 and 116:
REFERENCES 105 prototyping of polym
Page 117 and 118:
REFERENCES 107 [81] M. Grumann, J.
show all

Prototyping of microfluidic systems with integrated ... - DTU Nanotech

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

Delete template?

Save as template?