Glass microchannels systems for microfluidic applications.

Neste trabalho são apresentados resultados relativos ao desenvolvimento de um processo de fabricação para a produção de sistemas de microcanais em vidro tipo borosilicato, 7059 Corning Glass. O objetivo do trabalho é implementar um processo básico, mas completo, de fabricação de sistemas microfluídicos em vidro, que possam futuramente ser aprimorados com a introdução de dispositivos ópticos e eletrônicos e de elementos microfluídicos ativos, como válvulas e microbombas, para sensoreamento e controle de fluxo. O processo de fabricação foi dividido em três grandes etapas, sendo a primeira delas, a produção dos microcanais, envolvendo processos como litografia e corrosão úmida. Nos estudos de corrosão procurou-se uma solução que permitisse a obtenção de canais com superfície uniforme e lisa, sem a produção de resíduos durante a corrosão do vidro. Os melhores resultados foram obtidos com a solução HF + HCl + H2O (1:2:3), com a possibilidade de produzir canais com até 150 µm de profundidade. A segunda etapa do processo de produção dos sistemas microfluídicos envolveu o encapsulamento dos microcanais, o que foi feito através de um processo de soldagem direta (vidro com vidro) à temperatura ambiente, com aplicação de pressão entre 0,1 a 1,0 MPa. Os melhores resultados nesta etapa envolveram pressões acima de 0,5 MPa, podendo-se obter cerca de 95 - 100% da área das lâminas soldadas. A terceira etapa do processo de fabricação engloba a interconexão com o meio externo, envolvendo a produção dos furos no vidro para entrada e saída de líquidos e a introdução dos tubos de acesso para o meio externo. Para a produção dos furos foi desenvolvido um sistema posicionador computarizado que movimenta o substrato de vidro nas direções x, y e z com precisão de alguns micrometros, garantindo o alinhamento necessário entre as duas lâminas de vidro que devem ser soldadas para encapsular os microcanais. Os furos foram feitos com broca diamantada de uso odontológico fixa em uma furadeira comum. Cateteres e scalps de uso médico foram empregados como tubos de acesso, sendo selados com resina epóxi. Os sistemas microfluídicos fabricados foram testados monitorando o fluxo de soluções aquosas de anilina, o qual foi mantido através de bomba peristáltica. Os resultados se mostraram reprodutíveis, tendo se obtido microcanais lisos e sem resíduos, sem apresentar vazamentos e exibindo regime de fluxo tipicamente laminar. Em conjunto, estes resultados mostraram-se muito promissores para desenvolvimento futuro de aplicações em áreas como Biotecnologia e Análises Químicas.In this work, a process for the fabrication of microchannels over borlosilicate 7059 Corning Glass is presented. The main objective is to develop a simple and complete process for the fabrication of microfluidic systems over glass, that can be further improved in the future, with the integration of optical, electronic and active microfluidic devices such as valves and micropumps, for sensing and flow control. The fabrication process has three main parts. The first part is the microchannel production, which is achieved through contact-lithography and wet etching. In the etching studies, a solution that led to the fabrication of channels with uniform and smooth surfaces, without residue formation was sought. The best results were attained with a HF + HCl + H2O (1:2:3), which allow for the production of channels with depths of up to 150 µm. The second part of the fabrication process is the microchannels encapsulation, which is achieved through direct (glass-glass) bonding at room temperature, with applied pressure ranging from 0.1 to 1.0 MPa. The best results were obtained with pressure values above 0.5 MPa, which allowed for the bonding of up to 95 -100% of the glass sufaces. The third part of the fabrication process concerns the interconnection with the outside environment, which involves hole production and the introduction of tubes, to allow external access of liquids. For the hole production, a computer controlled positioning system was developed, for accurate positioning of the glass substrate in the x, y and z directions, with a precision of a few micrometers. This system guaranteed the necessary alignment of the upper and lower glass substrates, which were bonded for the encapsulation of the microchannels. The holes were made with diamond burs with a common drill. Medical catheters and scalps were used as access tubes, with epoxy resin. The characterization of the fabricated microfluidic systems was achieved by monitoring the flow of aniline aqueous solutions, which was maintained through a peristaltic pump. Reproducible results were obtained, with the production smooth and residue free microchannels, which did not present leakage and exhibited a laminar flow behavior. These results are very promising for the future application of this process in the fabrication of devices for areas such as biotechnology and chemical analysis, among others