ออกแบบ,ขึ้นรูปและทดสอบเครื่องมือไมโครฟลูอิคิด (Microfluidics Device) จากพลาสติก

Design, Fabrication and Testing of a plastic Microfluidic Device

Name: วิภาวี สิทธิแพทย์

keyword: การขึ้นรูปด้วยวิธีแม่พิมพ์ร้อน

; โพลีเมททิลเมททะซีเลต (PMMA)

Abstract: เครื่องมือไมโครฟลูอิดิคคืออุประกรณ์ที่มีขนาดในระดับไมโครเมตรหรือนาโนเมตร ข้อดีของเครื่องมือ ชนิดนี้มีหลายหลากด้วยกัน ตัวอย่างเช่น ใช้สารตัวอย่างในปริมาณน้อยและก่อให้เกิดของเสียจำนวน น้อยเช่นกัน นอกจากนี้เครื่องมือไมโครฟลูอิดิคสามารถผสมผสานหลายหน้าที่การทำงานในเครื่องมือ เดียวซึ่งเรียกว่า ระบบแล็บบนชิพ เครื่องมือไมโครฟลูอิดิคได้ถูกศึกษาและพัฒนามาตั้งแต่ปี 1990 ปัจจุบันนี้การใช้งานของเครื่องมือไมโครฟลูอิดิคมีจำนวนมากขึ้น ดังนั้น วัตถุประสงค์ของงานวิจัยชิ้น นี้ คือ พัฒนาเทคโนโลยีต้นแบบพื้นฐานในการผลิตเครื่องมือไมโครฟลูอิดิค เครื่องมือนี้ถูกขึ้นรูปจาก โพลีเมททิลเมททะซีเลต (PMMA) ด้วยวิธี hot embossing รูปร่างของท่อถูกออกแบบ 2 ลักษณะ ด้วยกัน คือ แบบท่อตรงและท่อกิ่งโดยให้มีความลึกของท่ออยู่ที่ 200 um ท่อทั้ง 2 ชนิดถูกขึ้นรูปบน แผ่นโพลีเมททิลเมททะซีเลตความหนา 2 และ 3 mm ด้วยแม่พิมพ์ทองเหลืองที่อุณหภูมิ 120 ?C และ ความดันกด 6 ค่า ได้แก่ 3 MPa, 4.5 MPa, 6 MPa, 7.5 MPa, 9 MPa และ 10.5 MPa จากการ ทดลองพบว่าเมื่อความดันกดมากขึ้นส่งผลให้ความลึกของท่อมีมากขึ้นและความลึกของท่อที่ขึ้นรูป บนแผ่นโพลีเมททิลเมททะซีเลตหนา 2 และ 3 mm นั้นมีความแตกต่างระหว่างเพียง 11.4 um ดังนั้น แผ่นโพลีเมททิลเมททะซีเลตหนา 2 mm มีความเหมาะสมมากกว่าในการขึ้นรูป เนื่องจาก แผ่นโพลี เมททิลเมททะซีเลตหนา 2mm มีราคาถูกและตัดได้ง่ายกว่าแผ่นโพลีเมททิลเมททะซีเลตหนา 3 mm ที่ค่าความดันกดเท่ากับ 10.5 MPa ความลึกของท่อมีค่าประมาณ 200 um ซึ่งใกล้เคียงกับค่าที่ ออกแบบไว้ พื้นผิวของท่อสามารถยอมรับได้ว่าเป็นพื้นผิวเรียบเนื่องจากมีค่าความขรุขระเพียง 1.2697 um นอกจากนี้พื้นผิวของแผ่นโพลีเมททิลเมททะซีเลตยังถูกปรับพื้นผ้วด้วยวิธีออกซิเจน พลาสมา และเก็บไว้ภายใต้ 2 สภาวะคือ น้ำกับอากาศ แม้ว่าพื้นผิวสามารถถูกปรับปรุงด้วยวิธี ออกซิเจนพลาสมา อย่างไรก็ตามพื้นผิวมีค่าความเป็ฯไฮโดรฟิลิก กลับคืนมาเหมือนเดินภายใน 240 hr นอกจากนี้การเก็บแผ่นโพลีเมททิลเมททะซีเลตภายใต้น้ำและอากาศไม่แตกต่างกัน เครื่องมือไม โครฟลูอิดิคสามารถเชื่อมติดกันได้โดยใช้สารผสมระหว่าง 1,2-ไดคลอโรอีเทน และเอททานอล ใน อัตราส่วน 30 ต่อ 70 โดยน้ำหนัก ของเหลว 2 สีที่แตกต่างกันได้ถูกฉีดเข้าไปในเครื่องมือไมโคร ฟลูอิดิคชนิดท่อกิ่งเพื่อแสดงถึงความสามารถของเครื่องมือไมโครฟลูอิดิคที่ผลิตขึ้น ลักษณะการไหล ของของเหลว 2 สียืนยันได้ว่าการไหลในท่อเป็นแบบราบเรียบ

Abstract: A microfluidic device is an apparatus that has dimension in micrometer or nanometer. There are several benefits of the microfluidic device, for example, small amount of reagent is used and less waste is generated. It can be integrated many different functions onto one chip called lap-on-a-chip (LOC). Due to its advantages, it had been studied developed since 1990s. Nowadays, the requirement in utilizing of a microfluidic device has increased. Therefore, aim of this work is to develop a simple prototyping technology for a microfluidic device. The device was fabricated from polymethylmethacrylate or PMMA using hot embossing method. There were 2 patterns of microhannel, straight and branch. A design depth of both types of microcahnnel was 200 Jlm. The PMMA sheets with thickness of2-mm and 3-mm were applied to produce the microchannel using brass master. Fabrication of the microchannel was carried out at 120?C with 6 values of compressive pressure, 3 MPa, 4.5 MPa, 6 MPa, 7.5 MPa, 9 MPa and 10.5 MPa. It was figured out that the higher compressive pressure leaded to the greater deep of microchannel. The depth of the embossed microchannel of 3-mm thick was slightly larger than the depth of the embossed microchannel of 2- mm thick. A maximum difference between those 2 thicknesses was only 11.4 Jlm which was not a significant difference. Therefore, 2-mm thick ofPMMA sheet was more preferable than 3-mm thick of PMMA sheet because its price is cheaper than 3-mm thick of PMMA sheet. Moreover, when technical point of view is considered, 2- mm thick of PMMA sheet is easier cut than 3-mm thick of PMMA sheet. At the compressive pressure of 10.5 MPa, the depth of the microchannel was approximately 200 Jlm which was the closest as designed. The surface of embossed microchannel could be assumed that it was smooth as roughness of the embossed microchannel was only 1.2697 Jlm. Moreover, the surfaces of PMMA sheets were treated by oxygen plasma and stored under 2 conditions, air and water. Although oxygen plasma could improve the surface of PMMA, however, it was found that hydrophobic recovery was 240 hr after performing oxygen plasma. There was no important difference between keeping in air and water. The microfluidic devices were successfully sealed by a mixture of of 1,2-dichloroethane and ethanol with a ratio of 30:70 percent by weight. To demonstrate performance of the produced device, injection of 2 different colors liquid into branch microcahnnel was performed and confirmed that flow in microchannel was laminar.

มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี. สำนักหอสมุด.

Address: กรุงเทพมหานคร

Email: info.lib@mail.kmutt.ac.th

Name: ขวัญชนก วีระไวทยะ

Role: อาจารย์ที่ปรึกษา

Name: Hong-ming Ku

Role: Advisor

Created: 2552-10-23

Modified: 2552-10-23

Issued: 2552-10-23

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

CallNumber: CHE1959

tha

DegreeName: วิศวกรรมศาสตรมหาบัณฑิต

Level: ปริญญาโท

Descipline: วิศวกรรมเคมี

Grantor: มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี

©copyrights มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	CHE1959.pdf	1.78 MB	94	2026-05-26 18:16:01
2	CHE1959ab.pdf	35.09 KB	41	2026-05-26 18:16:01

ใช้เวลา

0.038417 วินาที