Fabricación microfluídica

Durante el desarrollo del proceso se hace hincapié en la fabricación rápida y flexible de un pequeño número de prototipos de dispositivos microfluídicos para su evaluación. Se ejecuta una "prueba de concepto" para fabricar un dispositivo capaz de cumplir los requisitos de rendimiento y pueden realizarse varias iteraciones del diseño del producto, pruebas y optimización antes de finalizar el diseño del dispositivo. Dado que los parámetros de diseño del dispositivo microfluídico suelen cambiar a lo largo de esta fase, se prefieren los métodos de mecanizado directo o de fabricación por láser, que permiten una manipulación rápida de las dimensiones de las características, a los procesos de fabricación basados en moldes, caros y de alto rendimiento pero menos flexibles. Los métodos de mecanizado directo también permiten la fabricación de diseños parciales de chips, que son más rápidos de fabricar y permiten el cribado rápido de características difíciles, como microcanales y pilares. El objetivo principal del desarrollo de procesos es establecer las especificaciones de diseño correctas del dispositivo en la aplicación antes del escalado. Dado que los cambios en los parámetros de diseño son habituales durante esta fase, tanto la flexibilidad como la velocidad de fabricación son de vital importancia. Una vez completado el dispositivo prototipo, Potomac puede añadirle capas adicionales, pegar cubiertas y perforar orificios de puertos.

El objetivo de la ampliación es doble: por un lado, aumentar los volúmenes y reducir el coste unitario y, por otro, desarrollar los conocimientos necesarios para escalar el proceso hasta volúmenes comerciales. En el caso de los dispositivos microfluídicos basados en polímeros, los procesos basados en moldes, como el estampado en caliente y el moldeo por inyección, son las tecnologías que se suelen utilizar para tal fin. Sin embargo, el desarrollo de una solución de escalado eficaz para un dispositivo microfluídico requiere una comprensión del sistema de microfabricación integrado que incluya no sólo los procesos de replicación mencionados anteriormente, sino también las operaciones posteriores a la replicación de unión, tratamiento de superficies e interfaz u0026amp; conexión. Además, también es necesario comprender los aspectos económicos de la microfabricación; en concreto, la relación entre el coste unitario y el volumen, que determina las decisiones críticas sobre cuándo pasar del funcionamiento por lotes al continuo y de una tecnología de replicación, como el estampado en caliente, a otra, como el moldeo por microinyección. Para poder tomar estas decisiones críticas, se desarrolla un modelo tecnoeconómico que permite al ingeniero realizar análisis de sensibilidad para diferentes escenarios de producción. Muchos ingenieros cometen el error de suponer que la transición a una tecnología de replicación de mayor volumen reducirá automáticamente el coste unitario; en realidad, el coste unitario mínimo suele venir dictado por los demás procesos del sistema de microfabricación, como la unión, el tratamiento de superficies y la interconexión. El sistema de microfabricación más económico adapta las tecnologías de fabricación adecuadas al volumen de fabricación deseado, eliminando los "cuellos de botella" en el proceso y, como regla general, cabe esperar que el coste unitario del dispositivo para un sistema bien diseñado disminuya en un orden de magnitud tras el escalado. Un sistema de microfabricación bien diseñado también permite una transición fluida a tecnologías de mayor volumen cuando los requisitos de producción lo exigen.

A critical objective of scale-up is to design the microfabrication system for commercial volumes and the integrated microfabrication system should be designed to deliver the microfluidic product at the minimum unit cost for the specified volume.  Equally important is that the system be designed to allow for scale-up to larger volumes once product demand increases. As mentioned above, this can only be achieved with a thorough analysis of the microfabrication system that provides insight on how the individual operations impact the integrated system at different production volumes as well as a cost model that models the unit cost as a function of production volume.rnrnu003c/divu003ernu003cdivu003eThe purpose of technology transfer is two-fold; to transfer the commercial microfabrication process defined during scale-up to manufacturing and secondly to develop the Process Technology Package (PTP) for future scale-up when production volumes increase. Technology transfer to manufacturing first and foremost entails developing the standard operating procedures (SOPs) for each operation of the microfabrication system. In addition, it entails training operators and technicians to achieve the Key Performance Indicators (KPIs) that include quality control, yield and cycle time repeatably and consistently. As a rule of thumb, you can expect that at the conclusion of technology transfer the unit cost will be further reduced by a factor of 2 or greater. Eventually the scale of the microfabrication system may need to increase to accommodate increasing demands for your product and with proper foresight the system will have been designed to enable a smooth transition to higher volume manufacturing. Development of a technoeconomic model for the microfabrication system as described above will enable you to anticipate in advance the next generation of technologies that will be required and the current processes that will need to be optimized in order to further scale-up manufacturing. Using this insight, microfabrication engineers can customize the development effort to collect relevant data for that purpose during the scale-up phase. This data would become an integral part of the Process Technology Package for use when production requirements increase.