Quando si inizia a lavorare con la microfluidica, si può rimanere confusi dalla quantità di tipi di connessione per il chip, i tube e la pompa. In effetti, la microfluidica ha mutuato questi standard da diversi settori, come l'HPLC e la medicina, e ogni produttore ha le sue preferenze per un tipo di connessione piuttosto che un altro.
In questo tutorial definiremo i tipi di raccordi e connettori più utilizzati nella microfluidica e spiegheremo come sceglierli in base a tre parametri principali: il tube utilizzato, la pressione applicata nel sistema microfluidico e ciò che si deve interfacciare (chip, siringa...).
I diversi tipi di raccordi e connettori nella microfluidica
In generale, i seguenti connettori sono stati scelti per la microfluidica al fine di ottenere il minor volume interno possibile garantendo al contempo collegamenti a prova di perdite. I connettori nella microfluidica si dividono in due categorie: filettati e Luer. Vedremo poi come collegare direttamente un chip in PDMS a tube rigidi o a parete morbida, oltre ai raccordi e connettori microfluidici meno comuni.
Connettori filettati
I connettori filettati sono ampiamente utilizzati nelle applicazioni ad alta pressione, come l'HPLC o la GC. Nella microfluidica garantiscono connessioni prive di perdite e resistenza all'alta pressione (> 100 bar), risultando al contempo estremamente pratici per il collegamento di tube rigidi (quali ptfe, FEP, PEEK...).
Quello che chiamiamo "raccordo" è il sistema composto da una boccola e da un ogiva. La boccola viene avvitata nella filettatura ricevente, mentre l'ogiva viene compressa dall'avvitamento e sigilla la connessione.
Sebbene questi raccordi e connettori siano realizzati principalmente in PFA o ptfe, possono essere trovati in polipropilene per applicazioni a bassa pressione o in PEEK per quelle più esigenti.
| Vantaggi | Svantaggi |
| Facile da usare: basta avvitare il connettore per ottenere una connessione a prova di perdite e resistente (> 100 bar) | L'insieme boccola + ogiva funziona solo con tube rigidi, e non con silicone, Tygon, ecc. Esistono adattatori filettati a cannelé (barbed) per collegare tube a parete morbida, ma con limitazioni |
| Disponibile in diversi materiali (Delrin, PFA, ptfe, PEEK…) | Non è uno standard per i chip microfluidici commerciali |
1/4-28
I connettori filettati più utilizzati nella microfluidica. Con un diametro di 1/4 di pollice (6,35 mm) e 28 filetti per pollice, sono particolarmente utili quando si collega un tube rigido con diametro esterno di 1/16" (1,6 mm) o 1/8" (3,2 mm).
10-32
Questi connettori sono utilizzati come alternativa all'attacco 1/4"-28 UNF per le loro dimensioni ridotte (diametro di 0,19 pollici o 4,82 mm, 32 filetti per pollice). Disponibili per tube con OD da 1/16", questi connettori 10-32 possono adattarsi anche a tube con OD da 1/32".
6-40
I connettori standard più piccoli utilizzati nella microfluidica, con un diametro di 0,138 pollici (3,50 mm) e 40 filetti per pollice. Questi raccordi sono inoltre accoppiati a ferrules e vengono impiegati principalmente con tube con un diametro esterno (OD) di 1/32" (0,8 mm).
💡 Consiglio: Più filetti sono presenti sul raccordo, maggiore è la pressione che può sostenere! È quindi opportuno considerare l'ultimo numero (28 in "1/4-28" o 40 in "6-40"), che indica il numero di filetti per pollice. Nella microfluidica, l'alta pressione non è un requisito fondamentale e la scelta delle dimensioni di un raccordo dipende perlopiù dalla praticità d'uso.
Adattatori da filettati a cannelé (barbed)
Come visto in precedenza, l'assieme dado + ferrule non è compatibile con tube a parete morbida. Esistono tuttavia alcune soluzioni, come gli adattatori da filettati a cannelé (barbed) (vedere l'immagine sottostante). Poiché la freccia più piccola è destinata a tube con un diametro interno di circa 1,2 mm, non sarà possibile collegare un tube con un diametro interno inferiore. Inoltre, è impossibile operare ad alta pressione con questo tipo di raccordo, poiché il tube uscirebbe dall'adattatore.
Connettori Luer
Derivate dal mondo delle siringhe e degli aghi, le connessioni Luer sono particolarmente indicate per la microfluidica "plug-and-play", consentendo collegamenti semplici e privi di perdite. Vengono utilizzate principalmente due tipologie di connessioni Luer:
- I raccordi Luer Slip vengono pressati insieme e tenuti in posizione per attrito (senza filettatura),
- I raccordi Luer-Lok, comunemente definiti anche Luer Lock, sono connessioni Luer Slip dotate di un collare con alette sul raccordo femmina che si avvita sulla filettatura di un manicotto presente sul raccordo maschio.
Il produttore di chip microfluidici ChipShop ha sviluppato chip standard che utilizzano un nuovo tipo di standard Luer: il mini luer. Sfruttando lo stesso principio del Luer per i collegamenti plug-and-play, presentano dimensioni ridotte per adattarsi a chip delle dimensioni di un vetrino da microscopio (75 mm x 25 mm).
| Vantaggi | Svantaggi |
Estremamente semplice da utilizzare Per i raccordi Luer Lock, la connessione è sicura e a tenuta | I raccordi Luer Slip sono meno resistenti alle alte pressioni (pressione max. 2 bar) rispetto ai connettori filettati. La filettatura aggiuntiva dei raccordi Luer Lock contribuisce a raggiungere pressioni più elevate. |
I raccordi Luer Slip presentano un ingombro ridotto, agevolando la realizzazione di una connessione a un chip microfluidico | I raccordi Luer Lock presentano un ingombro elevato e non sono compatibili con alcuni chip microfluidici |
| Connessione diretta ad adattatori per tube a parete morbida (silicone, Tygon…) | Non adatto per il collegamento a tube rigide (ptfe, FEP, PEEK…) |
💡 Consiglio: Disporre di una connessione Luer Slip anziché Luer Lock sul chip non rappresenta un problema quando si lavora con la microfluidica! Di norma, la pressione nel sistema è sufficientemente bassa da garantire una connessione affidabile in ogni sezione. Tuttavia, è sempre preferibile utilizzare una siringa Luer Lock per maggiore sicurezza della connessione.
Come collegare quindi queste porte Luer alle tube? In realtà, il collegamento di tube a parete morbida, come silicone o Tygon, risulta semplice: è disponibile un'ampia gamma di connettori con ogiva in base al diametro interno delle tube, con un limite inferiore di circa 1 mm. Per tube di dimensioni inferiori, poiché i raccordi Luer vengono solitamente impiegati con aghi sulle siringhe, è possibile collegare facilmente un ago al raccordo Luer.
Connessione diretta
Sui chip in PDMS, è possibile collegare direttamente il tube al chip microfluidico tramite i fori perforati. Tuttavia, il tube deve essere rigido (ad es. PTFE).
In alternativa, è possibile collegare tube a parete morbida ai chip in PDMS tramite aghi, come nell'immagine sottostante.
Altri tipi di raccordi
Questi raccordi sono meno utilizzati nella microfluidica, ma potreste trovarli per applicazioni specifiche.
A innesto (Push-in)
I raccordi a innesto sono affidabili e facili da usare: una volta spinto il tube nella porta di connessione, questo viene trattenuto saldamente. Utilizzati principalmente per collegamenti pneumatici, i raccordi a innesto possono essere interessanti anche per i collegamenti di liquidi, ma il diametro del tube richiesto è generalmente superiore a quello utilizzato nella microfluidica.
6-32
Come alternativa ai raccordi 6-40, i raccordi 6-32 si trovano anche nella microfluidica. Utilizzati principalmente per capillari (OD 360 µm), sono pratici grazie al loro ingombro ridotto.
Come scegliere i raccordi e i connettori giusti nella microfluidica?
La tabella seguente riassume i punti di forza e di debolezza dei connettori più comunemente utilizzati nella microfluidica.
| Tipo di connessione | Punti di forza | Svantaggi |
| Filettato (ghiera + ogiva): 1/4-28, 10-32, 6-40, ecc. |
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| Da filettato a cannelé (barbed) |
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| Luer Slip |
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| Luer Lock |
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| Connessione diretta |
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