Mikrofluidikteknik skulle kunna revolutionera point-of-care medicin genom att göra det möjligt att tillverka billiga, "mikrofluidiska chips" av plast i kortstorlek för engångsbruk som kan diagnostisera en rad tillstånd på plats från en droppe blod. En enkel bindningsteknik kan hjälpa till att göra detta till verklighet.

Denna teknik har varit under utveckling i många år, men har försvårats av den svåra och dyra uppgiften att binda ihop plastdelarna på chipsen på ett sätt som bevarar integriteten hos de mikrokanaler som behövs för att uppnå diagnostiska funktioner.

Nu har en bindningsteknik som övervinner många av bristerna med befintliga bindningsmetoder utvecklats av forskare från A*STARs Singapore Institute of Manufacturing Technology (SIMTech) i samarbete med medarbetare från Nanyang Technological University och Seoul National University of Science and Technology.

"En viktig utmaning i kommersialiseringen av mikrofluidiska enheter är att sänka tillverkningskostnaden, " förklarar Gary Sum Huan Ng från SIMTech-teamet. "Bindningsprocessen för att täta mikrokanalerna är ofta flaskhalsen vid tillverkning av mikrofluidik."

Mikrofluidiska enheter består huvudsakligen av mikrokanaler etsade i plast, som leder ett prov av biofluid till reservoarer av vätskor eller substrat som är aktiva mot en analyt som kan finnas i provet. Många metoder används för att binda samman de olika delarna av en mikrofluidisk enhet, men de flesta är långsamma och noggranna, hindrar massproduktion. Ultraljudssvetsning, som applicerar högfrekventa vibrationer för att skapa en solid-state svets, är lovande för att skala upp produktionen eftersom det går snabbt, skapar ett starkt band, och använder kompakt automatiserad utrustning. Dock, kvaliteten på bindningar som produceras genom ultraljudssvetsning är svår att kontrollera på grund av översmältning och instängning av luftbubblor.

Forskarna har visat att att lägga en kompositfilm mellan de två plastdelarna som ska limmas är mycket effektivt för att förhindra luftbubblor och smältflöde under ultraljudssvetsning. Nyckeln var att införliva termoplastiska mikrosfärer i kompositfilmen för att hjälpa till att begränsa och kontrollera smältningen.

"De termoplastiska mikrosfärerna, som är utspridda i en elastomermatris för att bilda kompositfilmen, fungera som mikroenergidirektörer som smälter och kollapsar när ultraljudsenergin appliceras för att skapa svetsen, " säger Ng. "Ultraljudsdirektörerna är fasthållna av den elastomeriska matrisen, vilket effektivt förhindrar okontrollerat smältflöde samt generering av instängda luftbubblor. Denna metod kan övervinna det kritiska bindningsproblemet vid masstillverkning av mikrofluidiska enheter."