PMMA微流控芯片最佳注射成型工艺的实验研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2021.04.009

中国塑料 ›› 2021, Vol. 35 ›› Issue (4): 47-52.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2021.04.009

PMMA微流控芯片最佳注射成型工艺的实验研究

马秀清, 孙凯欣, 李瑞, 张亚军, 范一强()

北京化工大学机电工程学院，北京 100029

收稿日期:2020-11-06 出版日期:2021-04-26 发布日期:2021-04-21

Experimental Study on Optimal Injection⁃molding Process of PMMA Microfluidic Chip

MA Xiuqing, SUN Kaixin, LI Rui, ZHANG Yajun, FAN Yiqiang()

School of Mechanical and Electrical Engineering，Beijing University of Chemical Technology，Beijing 100029，China

Received:2020-11-06 Online:2021-04-26 Published:2021-04-21
Contact: FAN Yiqiang E-mail:Fanfan_1231@sina.com

摘要/Abstract

摘要：

以聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）为原料，通过注塑加工的方式制备微流控芯片，经过多次注塑实验得出影响PMMA微流控芯片成型质量的主要因素是：模具温度、保压压力、熔体温度和注射速度。在其他参数不变的情况下，通过正交实验和极差分析确定了PMMA微流控芯片注射成型的最佳工艺：熔体温度260 ℃，模具温度50 ℃，保压压力60 MPa，注射速度400 mm/s，在该工艺条件下制得的单流道测试装置B的开口宽度、槽底宽度、槽深分别为：591.90、381.26、408.47 μm，这些参数所对应的设计值分别为：400、400、400 μm；在共聚焦显微镜下观察到芯片表面较为洁净、微结构比较完整，最后使用该微流控芯片完成了液体混合实验和液滴生成实验，表明最佳注塑工艺加工出的微流控芯片能满足正常使用，对于未来微流控芯片的批量化生产有着重要意义。

关键词: 聚甲基丙烯酸甲酯, 微流控芯片, 注射成型工艺

Abstract:

The microfluidic chip was manufactured by injection molding with poly（methyl methacrylate）（PMMA） as a raw material. Through a series of injection?molding experiments， it was found that the mold temperature， holding pressure， melt temperature and injection speed were considered as the main factors affecting the molding quality of the PMMA microfluidic chip. Through the orthogonal experiment and range analysis， the optimal injection?molding process parameters for the PMMA microfluidic chip was determined to be a melt temperature of 260 °C， a mold temperature of 50 ℃， a holding pressure of 60 MPa and an injection speed of 400 mm/s without changing other parameters. The single?channel test device B achieved a top width of 591.90 μm， a bottom width of 381.26 μm and a depth of 408.47 μm under this processing condition with the design value of 400 μm for these three parameters. The confocal microscope observation indicated that the chip surface was relatively clean and its microstructure was relatively complete. In addition， the liquid?mixing and droplet?generating experimental results indicated the microfluidic chip manufactured by the optimal injection?molding process parameters could meet the normal requirement for use. This is of great significance for the mass production of the microfluidic chip in future.

Key words: polymethyl methacrylate, microfluidic chip, injection molding process

中图分类号:

TQ 320.66⁺2

马秀清, 孙凯欣, 李瑞, 张亚军, 范一强. PMMA微流控芯片最佳注射成型工艺的实验研究[J]. 中国塑料, 2021, 35(4): 47-52.

MA Xiuqing, SUN Kaixin, LI Rui, ZHANG Yajun, FAN Yiqiang. Experimental Study on Optimal Injection⁃molding Process of PMMA Microfluidic Chip[J]. China Plastics, 2021, 35(4): 47-52.

图/表 12

图1 微流控芯片图

Fig.1 Image of the microfluidic chip

微器件名称	微通道深度/μm	微通道宽度/μm
液滴双包裹装置	500	500
液滴生成装置	500	500
液体混合装置	400	400
单流道测试装置A	300	300
单流道测试装置B	400	400
单流道测试装置C	500	500

表1 微器件尺寸

Tab.1 Dimension of the micro devices

图2 微流控芯片注射成型样品

Fig.2 Sample of injection molded microfluidic chip

图3 单流道测试装置横截面

Fig.3 Cross?section of the single channel test device

水平	因素
水平	熔体温度（A）/℃	模具温度（B）/℃	保压压力（C）/MPa	注射速度（D）/mm?s^-1
水平1	A₁=250	B₁=50	C₁=50	D₁=200
水平2	A₂=260	B₂=55	C₂=60	D₂=300
水平3	A₃=270	B₃=60	C₃=70	D₃=400

表2 正交试验参数表

Tab.2 Orthogonal experiment parameters

图4 工艺参数对开口宽度的影响

Fig.4 Effect of process parameters on the top width

图5 工艺参数对槽底宽度的影响

Fig.5 Effect of process parameters on the bottom width

图6 工艺参数对槽深的影响

Fig.6 Effect of process parameters on the depth

图7 微通道内部三维图

Fig.7 Three?dimensional view of the interior of the microchannel

图8 液体混合装置和液滴生成装置的形貌图

Fig.8 Topography of the liquid mixing device and droplet generating device

图9 微流控芯片的测试实验

Fig.9 Test experiments of microfluidic chip

《可生物降解聚合物及其纳米复合材料》简介

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