微流控作為一種新興的技術有著巨大的潛力，已經在各種各樣的如化學，生物，物理，生物醫學工程各領域的實質利益的。隨著這項技術的不斷發展，其潛力正在顯現，顯示出集成到多學科系統中的巨大希望。為了使不同設備的不同實驗室之間的改進和集成鋪平道路，至關重要的是使這些系統的成本盡可能低，并使它們更易于制造，修改和集成。用PDMS制造微流體芯片的過程包括：首先制造模具，然后將PDMS混合物倒入模具中，將其放入干燥器中以除去氣泡，在指定的溫度和時間段內將其固化，最后將其等離子體粘合在玻璃上基板。盡管這是制造微流控芯片的標準方法，但在某些國家，這種材料的獲取和光刻設備的使用較少，仍然是耗時且昂貴的。

PDMS具有出色的功能，如柔韌性，透明性，生物相容性和氣體滲透性。然而，它的低的功能，如在IR范圍內弱傳輸行為，長的固化時間，而事實上，該芯片被固化后，它不能被修改。在本文中介紹了乙烯乙酸乙烯酯（EVA）作為PDMS的替代品，保留了它的大部分重要功能，并增加了一些其他功能。

乙烯-醋酸乙烯酯（EVA），它是一種用于制造不同微流體芯片的新型聚合物基材料，在微流體系統的制造，集成和功能方面帶來了新特性和新工具。我們將此材料放在PDMS旁邊，以比較這些材料的各個方面。我們已經表明，除了低成本能力，普遍存在性，幾何可修改性和EVA芯片的易制造性之外，由于EVA的疏水性和太赫茲（THz）吸收比PDMS低，因此與PDMS相比，EVA芯片還可以工作速度更快，通道阻塞的次數更少，可用于太赫茲（THz）生物傳感應用，例如基于超材料的癌癥檢測。最后，使用EVA制造了幾種器件，以展示這種材料在微流控芯片制造中的功能性和多功能性。由于EVA芯片的疏水性和太赫茲（THz）吸收率均低于PDMS，因此與PDMS相比，EVA芯片工作更快，通道阻塞數量更少，并且可用于太赫茲（THz）生物傳感應用，例如基于超材料的癌癥檢測。

1.基于EVA的微流控芯片

乙烯-乙酸乙烯酯（EVA），也稱為聚（乙烯-乙酸乙烯酯）（PEVA），是乙烯和乙酸乙烯酯的共聚物（圖 1）。乙酸乙烯酯的重量百分比通常為10％至40％，其余為乙烯。VA含量約為11％的材料用作熱熔膠。EVA是經濟實惠，方便，易于使用，生物相容性，半柔性，并具有良好的透明度（在視覺和紅外范圍）。至于價格，對于每個典型的微流控芯片，相當數量的3克材料，PDMS的成本約為1美元，而EVA的成本僅為0.6美分，并且更高的熱成本和耗時PDMS的固化和粘結過程增加了成本。除了上述特征之外，賦予這種材料獨特關注的最有益的特性之一是即使在芯片粘結后也能夠修改芯片的幾何形狀和結構或將不同的有源系統集成到其中。

圖1、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物的化學結構

2.EVA芯片制造

        使用這種材料的芯片制造快速而直接。首先，通過3D打印或光刻膠、光刻或其他常規方法制備模具。之后，應使用熔化的熱膠（EVA11％）作為模具的填充材料。可以通過先將EVA熔化然后將其倒入模具中完成，或者使用熱風槍本身進行填充（圖 2）。第一種方法比較耗時，但是隨著氣泡在熔化過程中消失，結果會更好，而且我們有均勻熔化的EVA來制造切屑。此步驟在150°下進行15-20分鐘。至于第二種方法，它更快，但是在下一制造階段需要更多的努力才能得到無氣泡的芯片。

圖2、EVA的熔化：（a）使用罐，（b）直接使用噴槍。

為了防止EVA與模具過度粘合，可以使用純潤滑劑，以便可以輕松地將其從PLA或ABS模具等熱敏材料上剝離。然后將入口和出口穿過芯片的這一側。最后，要完成芯片，需要用一塊玻璃將其粘合。通常，將芯片直接粘合到玻璃上會產生理想的結果。但是，為了保持通道中的更大壓力，由于EVA與自身的粘合性更高，因此可以在通道的另一側涂覆一層均勻的EVA。芯片（EVA-EVA和EVA玻璃）的熱粘合可以通過兩種技術完成。第一種方法（圖 3），將一塊玻璃放在加熱器上并加熱到120°。然后，以最小的推動力（例如手指觸摸）將頂層放在其上，以使其與玻璃或玻璃上的EVA涂層接觸。最后，在10秒或更短的時間內（取決于厚度和通道尺寸），切屑將完全浸入冷水中。在這一部分中，粘接所需的壓力不應使玻璃上的熔融層變形以確保通道是開放的，并且浸沒步驟應盡快完成，以確保芯片無缺陷。在第二種方法中，為了獲得更高的可重復性和無缺陷的結果，可以使用微波爐進行熱粘合。在此步驟中，將一塊玻璃放在微波爐中。然后將水噴在其上，以便在表面上形成均勻的水滴涂層。最后，將芯片的頂部放在玻璃板上，微波將運行約10 s。此步驟所需的時間取決于頂層的重量以及所使用的微波功率，因此，反復試驗是找到所需結果的過程的一部分。

圖3、使用加熱器和冷水粘合EVA芯片。（a）在加熱器上加熱一塊玻璃，（b）將制成的芯片放在玻璃上，（c）施加一段時間的壓力，這取決于厚度和通道尺寸，并且（d）之后迅速浸入水中最后一步。

3.微流控EVA特性

生物相容性

像PDMS這樣的材料，最重要的特征之一就是細胞相容性和體外細胞培養的生物相容性。在不同的報告指出，EVA已經證明在各種醫療應用長期和成功的作用，在這些應用中一直是創新的材料。在其中一些中，我們可以命名為非腸道血液輸送，復合液體非腸道輸送，生物制劑的非腸道輸送以及適用于低溫干細胞存儲的醫療袋。所以，因為它是在不同的化合物和結構在食物和藥物遞送行業廣泛使用很顯然，EVA是生物相容的，并提供相同的可用性為廣大各種生物系統的。

靈活性

PDMS和EVA的應力應變比圖如圖4所示 。在此實驗中，我們將應變添加到兩個相同的樣本中并測量了應力。如圖 4如圖所示，很明顯，在相同的應變量下，EVA承受的應力更大，這意味著它的彈性較小。PDMS在55％應變時達到斷裂點，而EVA繼續其非彈性行為直到180％應變，這表明EVA更加堅固，但在不同情況下顯示的柔韌性較低。但是，在足以滿足大多數要求的足夠薄的微流體芯片（小于5毫米）中，柔韌性方面略有差異，并且可以認為兩者都是柔韌性的。

圖4、EVA與PDMS之比的應變應力

太赫茲透明性和吸收性

從（圖5）可以明顯 看出，在0.5–1.5 Thz的頻率范圍內，與不同固化溫度下的PDMS相比，EVA具有較低的吸收系數。為了更好地理解比較結果，圖6中顯示了吸收系數比的圖表。 ）即使在1.5 Thz左右的高頻率下也清晰可見，EVA的吸收率較低，并且比率仍超過1。盡管PDMS（80°）和EVA（12％）的吸收系數接近1.5 Thz，但在此溫度下用PDMS進行芯片制造比較耗時，這增加了該材料的生產成本。因此，我們可以看到EVA在太赫茲區域的透明性方面占了上風，因此這種材料對于特殊應用（例如超材料生物傳感器，微粒的捕獲和感測，用于感測的納米流體等）更加有用。

圖5、PDMS在不同固化溫度下的吸收系數與EVA的比較（12％）

疏水性

為了比較這兩種材料的疏水性，我們測量了兩種材料中DI水滴的接觸角，如圖（7）所示。 ）。通過測量該參數，可以得出結論：EVA的接觸角更小，這意味著EVA比PDMS更具親水性（更易潤濕）且疏水性小，這是微流體設備的基本特征。因為在高度疏水性的材料（例如PDMS）中，幾次使用后微通道會被阻塞，但是在疏水性較弱的材料（例如EVA）中，我們很少會遇到阻塞的通道，因此我們可以多次使用EVA微流體芯片而無需任何操作問題。

圖7、左：PDMS，右：EVA的接觸角測量。EVA具有較小的接觸角，這意味著EVA比PDMS更具親水性（更易潤濕）并且疏水性更小。

EVA作為PDMS的新替代品，用于制造不同的微流控設備。我們證明了這種材料在經濟成本，制造時間損失，處理，耐用性，吸收性，粘合性和易用性方面均具有優勢。兩種材料的生產成本均根據材料成本進行了評估，這對基于EVA微流控芯片的POCT和醫療設備的批量生產顯示出了廣闊的前景，并且EVA的易于生產和加工顯示出將POCT商業化的巨大飛躍。基于微流體的設備。研究了這兩種材料的機械性能，盡管與PDMS相比，EVA表現出的柔韌性比PDMS小，但其應變卻更大。在生物相容性方面，EVA在適用于此問題的各種醫療應用中已顯示出長期成功的作用。此外，已證明EVA的疏水性低于PDMS，并且流體可以更快，更容易地流入微通道，而通道阻塞的可能性更低。最后，我們證明了這種材料在太赫茲范圍內更透明的行為，使得該領域的新思想得以出現，作為針對癌癥和不同細胞生物學領域的傳感和診斷設備。

A novel, low cost, and accessible method for rapid fabrication of the modifiable microfluidic devices

文獻鏈接：https://doi.org/10.1038/s41598-020-73535-w