การสร้างแล็บบนชิปประเภทกระดาษโดยการพิมพ์โพลิเมอร์ SU-8

Fabrication of paper-based lab-on-a-chip by printing SU-8 polymer

Name: เกริกฐากูร พันธ์พัฒนกุล

Organization : จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย. คณะวิศวกรรมศาสตร์

Name: อลงกรณ์ พิมพ์พิณ

Organization : จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย. คณะวิศวกรรมศาสตร์

Name: วีระยุทธ ศรีธุระวานิช

Organization : จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย. คณะวิศวกรรมศาสตร์

Email : werayut.s@chula.ac.th

keyword: แล็บบนชิป

ThaSH: เครื่องพิมพ์อิงค์เจ็ต

; ท่อระดับไมโครเมตร

; SU-8

Abstract: ปัจจุบัน แล็บบนชิป (lab on chip) ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่รวบรวมการทำงานของห้องปฏิบัติการไว้ในชิปขนาดเล็กที่สามารถพกพาไปใช้ตรวจสอบสารเคมีหรือวินิจฉัยโรคภายนอกห้องปฏิบัติการกำลังเป็นที่สนใจ โดยทั่วไปแล็บบนชิปประกอบด้วยท่อระดับไมโครเมตร (micro-channel) และ หลุม (well) จำนวนหนึ่งที่บรรจุสารที่ใช้ในการตรวจวัดสารเคมี หรือ สารโมเลกุลชีวภาพ เช่น โปรตีน และ DNA โดยให้สารตัวอย่างไหลผ่านในท่อไปผสมกับสารที่ใช้ตรวจวัดตามที่ออกแบบไว้แล้วอ่านผลก็จะสามารถระบุประเภทของสารเคมี หรือ ชนิดของโรคได้ โดยทั่วไปวัสดุที่ใช้ทำแล็บบนชิปส่วนใหญ่จะนิยมใช้ แก้ว หรือ พลาสติก ภายหลังได้มีการสร้าง แล็บบนชิปบนกระดาษกรอง (filter paper) เพื่อลดต้นทุนซึ่งทำให้การใช้งานเป็นที่แพร่หลายมากยิ่งขึ้นโดยเฉพาะในประเทศที่กำลังพัฒนา ในการสร้างท่อระดับไมโครเมตรและหลุมในขั้นตอนการผลิตแล็บบนชิปประเภทกระดาษนั้นสามารถทำได้หลายวิธี ยกตัวอย่างเช่น การฉายแสง (photolithography) โดยใช้โพลิเมอร์ ประเภท SU-8 [1], การพิมพ์ wax ด้วยเครื่องพิมพ์เลเซอร์ [2], การใช้เครื่องพลอตเตอร์สร้างลวดลายของโพลิเมอร์ประเภท polydimethylsiloxane (PDMS) [3] และการใช้เครื่องพิมพ์อิงค์เจ็ท (inkjet printer) พิมพ์ลวดลายของ alkenyl ketene dimer เพื่อให้เกิดบริเวณที่ไม่ชอบน้ำ (hydrophobic) [4] เป็นต้น ในงานวิจัยนี้เราได้ศึกษาการสร้างแล็บบนชิปประเภทกระดาษโดยใช้เครื่องพิมพ์อิงค์เจ็ทในการพิมพ์โพลิเมอร์ประเภท SU-8 เพื่อสร้างระบบท่อและหลุม ซึ่งมีข้อดีคือ ครุภัณฑ์มีราคาถูกและมีขั้นตอนที่ไม่ซับซ้อน โดยมีวัตถุประสงค์ในการศึกษาหาพารามิเตอร์ที่เหมาะสมในกระบวนการสร้างแล็บบนชิปประเภทกระดาษด้วยวิธีดังกล่าวและทดสอบการใช้งานของแล็บบนชิปที่พัฒนาขึ้นในกระบวนการสร้างแล็บบนชิปประเภทกระดาษนั้นใช้เครื่องพิมพ์อิงค์เจ็ท (Epson, T13) ซึ่งใช้เทคนิค piezoelectric เป็นอุปกรณ์ที่มีราคาถูกหาซึ้อได้ง่าย ในการพิมพ์ลวดลายของแล็บบนชิปลงบนกระดาษกรอง (Whatman, Grade 1) โดยวัสดุที่ใช้แทนหมึกคือ SU-8 (Microchem, SU-8 2010) เป็นโพลิเมอร์ที่สามารถแข็งตัวเมื่อถูกแสงUV โดยในงานวิจัยนี้ได้ทำการศึกษาหาเงื่อนไขที่เหมาะสมในการสร้างแล็บบนชิปประเภทกระดาษ 3 ตัวคือ ความเข้มข้นของ SU-8 ในตัวทำละลาย cyclopentanone ความกว้างของผนังท่อและจำนวนครั้งที่พิมพ์ซ้ำ เพื่อสร้างระบบท่อและหลุมซึ่งสามารถกั้นของเหลว (น้ำ) โดยที่ไม่เกิดการรั่วซึม จากผลการศึกษาได้เงื่อนไขที่เหมาะสมในการสร้างดังนี้คือ ความเข้มข้นของ SU-8 ในตัวทำละลายที่ 1 ต่อ 10 ความกว้างของผนังท่ออย่างน้อย 3 มิลลิเมตร และจำนวนครั้งที่พิมพ์ซ้ำตั้งแต่ 3 ครั้งก็จะได้ระบบท่อและหลุมที่กันน้ำซึมออกด้านข้างได้ 100% ทั้งนี้วิธีการที่ทางคณะวิจัยนำเสนอสามารถนำไปประยุกต์ใช้ในการผลิตแล็บบนชิปประเภทกระดาษในเชิงพาณิชย์เพื่อผลิตแล็บบนชิปราคาถูกและสามารถเข้าถึงได้ง่ายยิ่งขึ้น

Abstract: Nowadays, lab-on-a-chip which integrates the functions of laboratory into a compact chip is attracting a lot of interest from scientific community, since it can perform chemical detection or disease diagnostics at the point of care. Generally, it consists of several micro-channels and wells that contain detection chemicals or biological molecules (i.e. protein and DNA). When the sample flows into micro-channels, the target substance mixes with the detection substances causing some physical changes, for instance, color change. Therefore, type of the target substance (i.e. chemical or disease) can be identified. Generally, the lab-on-a-chip is often fabricated on glass or plastic templates. Recently, filter paper has been employed as the template to reduce cost resulting in a more widespread usage of the lab-on-a-chip especially in developing countries. Previously, several methods have been proposed to fabricate the micro-channels and wells in the production of the paper-based lab-on-a-chip such as photolithography using SU-8 polymer [1], wax printing in a laser printer [2], polydimethylsiloxane (PDMS) printing in a modified plotter [3], hydrophobization agent of Alkenyl ketene dimer printing in an inkjet printer [4] etc. In this work, we studied a fabrication of paper-based lab-on-a-chip fabrication using an inkjet printer to print SU-8 polymer. The advantages of the proposed method are inexpensive equipment and its simple procedures. This study aims to determine the suitable parameters in the fabrication process and test the developed prototypes. In the fabrication process, a piezoelectric inkjet printer (Epson, T13) was used to print the pattern of micro-channels and wells on a filter paper (Whatman, Grade 1) using SU-8 (Microchem, SU-8 2010) as ink. SU-8 is a polymer that can be hardened when exposed to UV light. In this research, three key conditions in the fabrication process: the concentration of SU-8 in cyclopentanone solvent, the width of the micro-channel wall and the printing time, are determined in order to fabricate micro-channels and wells that can prevent the water leakage. According to the experimental results, the three suitable conditions are as follows; the concentration of SU-8 in solvent: 1 to 10, the width of the micro-channel wall: at least 3 mm and the printing time: 3 times and more. The micro-channels and wells fabricated with these conditions were found to transport the water without leakage. This proposed scheme provides an alternative to low cost and simple manufacturing of the paper-based lab-on-a-chip.

มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือ. สำนักหอสมุดกลาง

Address: กรุงเทพมหานคร

Email: library@kmutnb.ac.th

Created: 2554

Modified: 2019-08-22

Issued: 2562-07-26

บทความ/Article

application/pdf

BibliograpyCitation : ใน มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ คณะวิศวกรรมศาสตร์ และสมาคมวิศวกรเครื่องกลไทย. การประชุมวิชาการเครือข่ายวิศวกรรมเครื่องกลแห่งประเทศไทย ครั้งที่ 25 (ME-NETT 2011) (AMM26). กระบี่ : มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์

tha

©copyrights มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือ

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	ME-NETT 2011AMM26.pdf	340.46 KB

ใช้เวลา

0.030435 วินาที