Nghiên cứu tăng cường độ bám dính giữa PDMS và PMMA cho sản xuất microvalve

• Tác giả: Vo Ngoc Anh Tuan
• Người hướng dẫn: PTS. Chen Pin Chuan
• Trường học: Quốc Lập Đài Loan Khoa Học Kỹ Thuật
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
• Đề tài: Tăng Cường Độ Bám Dính Giữa PDMS Và PMMA Trong Sản Xuất Microvalve
• Loại tài liệu: luận văn tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Đài Bắc

• 1. CHƯƠNG 1: MOTIVATION FOR MAXIMIZING BONDING STRENGTH OF PDMS/PMMA FOR FABRICATION OF HYBRID MICROFLUIDIC DEVICES
• 1.1. What is microfluidics
• 1.2. Bonding PDMS/PMMA for fabrication microfluidic devices
• 1.3. Microvalve and Micropump
• 1.4. Blood plasma separation
• 1.5. Objective and significance of this dissertation
• 1.6. Organization of the dissertation
• 2. BONDING PDMS/PMMA BY SURFACE MODIFICATION
• 2.1. Surface chemical modification using one silane reagent
• 2.2. Surface chemical modification using two silane reagents
• 3. SEPARATION OF BLOOD PLASMA USING SIZE-BASED PARTICLE SEPARATION WITH SPIRAL MICROCHANNELS. MAXIMIZING BONDING STRENGTH OF PDMS/PMMA
• 3.1. Design of experiment
• 3.2. Burst test with the air
• 3.3. High-density microchannel
• 3.4. High flowrate test
• 4. MICROVALVE AND MICROPUMP SYSTEM FOR EFFICIENT BLOOD PLASMA SEPARATION
• 4.1. Design and fabrication of microvalve
• 4.1.1. Design of microvalve
• 4.1.2. Fabrication of microvalve
• 4.2. Characterization of microvalve
• 4.2.1. Testing of single valve
• 4.2.2. High-density microvalve
• 4.3. Design and fabrication of micropump
• 4.3.1. Design of micropump
• 4.3.2. Fabrication of micropump
• 4.4. Characterization of micropump
• 4.4.1. Deflection of PDMS membrane
• 4.4.2. Pumping rate of micropump
• 4.5. Extraction of blood plasma from human blood by integrated PPM device
• 5. CONCLUSION, LIMITATIONS, AND RECOMMENDATION
• 5.1. Limitation of the dissertation

I. Giới thiệu về PDMS và PMMA trong sản xuất microvalve

Polydimethylsiloxane (PDMS) và polymethylmethacrylate (PMMA) là hai loại chất liệu polymer phổ biến trong lĩnh vực vi sinh học và vi chất lỏng. Chúng được ưa chuộng nhờ vào tính tương thích sinh học, độ trong suốt quang học cao và khả năng chế tạo dễ dàng. Tuy nhiên, việc kết dính giữa PDMS và PMMA thường không đạt yêu cầu về độ bám dính, ảnh hưởng đến hiệu suất của các thiết bị vi mạch. Nghiên cứu này nhằm tối ưu hóa độ bám dính giữa PDMS và PMMA, từ đó nâng cao hiệu quả sản xuất microvalve. Một trong những mục tiêu chính là phát triển quy trình sản xuất cho phép các thiết bị vi mạch chịu được áp lực cao mà không bị hư hại, điều này rất quan trọng trong các ứng dụng như tách huyết tương. Theo một nghiên cứu, độ bám dính giữa PDMS và PMMA có thể đạt tới 770 kPa trong điều kiện tối ưu, cho thấy tiềm năng ứng dụng của quy trình này trong các hệ thống vi lỏng.

II. Tăng cường độ bám dính giữa PDMS và PMMA

Để tăng cường độ bám dính giữa PDMS và PMMA, nghiên cứu đã áp dụng phương pháp xử lý bề mặt hóa học. Sử dụng các tác nhân silane như APTES và GPTMS đã cho thấy sự cải thiện đáng kể trong độ bám dính. Cụ thể, việc xử lý bề mặt bằng plasma oxy kết hợp với các tác nhân silane đã tạo ra các liên kết hóa học mạnh mẽ giữa hai loại polymer này. Kết quả từ các thử nghiệm cho thấy rằng độ bám dính có thể được tối ưu hóa thông qua việc điều chỉnh các thông số như thời gian xử lý plasma và nồng độ tác nhân silane. Việc này không chỉ nâng cao độ bám dính mà còn cải thiện tính năng của các thiết bị vi lỏng, cho phép chúng hoạt động hiệu quả hơn trong các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao.

III. Ứng dụng microvalve trong tách huyết tương

Microvalve được phát triển từ sự kết hợp giữa PDMS và PMMA có khả năng hoạt động hiệu quả trong việc tách huyết tương từ máu người. Thiết bị này sử dụng kỹ thuật bơm peristaltic khí nén (PPM) với cấu trúc hình thang giúp tăng tốc độ tách huyết tương. Thử nghiệm cho thấy rằng microvalve có thể tách huyết tương trong vòng 3 phút với hiệu suất lên đến 97%. Điều này cho thấy tiềm năng ứng dụng lớn của microvalve trong các xét nghiệm y tế và nghiên cứu sinh học, nơi mà việc tách huyết tương nhanh chóng và hiệu quả là rất cần thiết. Hệ thống này không chỉ giảm thiểu thời gian tách huyết tương mà còn tối ưu hóa quy trình xét nghiệm, mở ra hướng đi mới cho các thiết bị chẩn đoán tại chỗ.

IV. Đánh giá và triển vọng ứng dụng

Nghiên cứu về việc tăng cường độ bám dính giữa PDMS và PMMA không chỉ có giá trị trong lĩnh vực sản xuất microvalve mà còn mở ra nhiều cơ hội trong các ứng dụng khác của công nghệ vi lỏng. Việc phát triển các thiết bị vi lỏng có độ bám dính cao giúp cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của các thiết bị này trong các ứng dụng sinh học, hóa học và y tế. Hơn nữa, quy trình sản xuất được tối ưu hóa có thể được áp dụng cho nhiều loại thiết bị khác nhau, từ các cảm biến sinh học đến các hệ thống phân tách phức tạp. Điều này không chỉ nâng cao khả năng ứng dụng của các thiết bị vi lỏng mà còn thúc đẩy sự phát triển của công nghệ vi mô trong tương lai.