Wanneer je begint met microfluïdica, kun je in de war raken door het grote aantal verschillende aansluitingstypen voor je chip, je buisjes en je pomp. Microfluïdica heeft deze standaarden namelijk overgenomen uit verschillende vakgebieden, zoals HPLC en de geneeskunde, en elke fabrikant heeft zijn eigen voorkeur voor het ene of het andere aansluitingstype.
In deze handleiding bespreken we de soorten fittingen en connectoren die het meest worden gebruikt in de microfluïdica, en leggen we uit hoe je deze kunt kiezen op basis van drie belangrijke parameters: de gebruikte tube , de druk die in je microfluïdische systeem wordt uitgeoefend, en wat je moet aansluiten (chip, spuit…).
De verschillende soorten fittingen en koppelingen in de microfluïdica
Over het algemeen zijn de volgende aansluitingen gekozen voor microfluïdica om een zo klein mogelijk inwendig volume te verkrijgen en tegelijkertijd lekvrije verbindingen te garanderen. De aansluitingen in microfluïdica worden onderverdeeld in twee categorieën: schroefdraad- en Luer-aansluitingen. Vervolgens zullen we bekijken hoe een PDMS-chip rechtstreeks kan worden aangesloten op harde of zachte microfluïdische kanalen ( tube), en welke microfluïdische fittingen en aansluitingen minder vaak worden gebruikt.
Schroefdraadkoppelingen
Schroefkoppelingen worden veel gebruikt in hogedruktoepassingen, zoals HPLC of GC. In de microfluïdica zorgen ze voor lekvrije verbindingen en zijn ze bestand tegen hoge druk (> 100 bar), terwijl ze tegelijkertijd erg handig zijn voor het aansluiten van stijve tube (zoals PTFE, FEP, PEEK…).
Wat we een „koppeling“ noemen, is het systeem dat bestaat uit een moer en een klemring. De moer wordt in de schroefdraad van het aansluitstuk geschroefd, terwijl de klemring door het vastschroeven wordt samengedrukt en zo de verbinding afdicht.
Hoewel deze fittingen en koppelingen meestal zijn vervaardigd uit PFA ( PTFE), zijn ze ook verkrijgbaar in polypropyleen voor lagedruktoepassingen, of in PEEK voor de meest veeleisende toepassingen.
| Voordelen | Nadelen |
| Eenvoudig in gebruik: schroef de koppeling er gewoon op voor een lekvrije en robuuste verbinding (> 100 bar) | De moer-en-hulscombinatie werkt alleen met stijve slangen tube en niet met siliconen, Tygon, enz. Er zijn adapters met schroefdraad cannelé (barbed) verkrijgbaar om slangen met zachte wanden tube aan te sluiten, maar deze hebben wel enkele beperkingen |
| Verkrijgbaar in verschillende materialen (Delrin, PFA, PTFE, PEEK…) | Geen standaard voor kant-en-klare microfluïdische chips |
1/4-28
De meest gebruikte schroefdraadkoppelingen in de microfluïdica. Met een diameter van 1/4 inch (6,35 mm) en 28 schroefdraden per inch zijn ze bijzonder geschikt voor het aansluiten van stijve slangen met een buitendiameter van 1/16 inch (1,6 mm) of 1/8 inch (3,2 mm) tube.
10-32
Deze koppelingen worden gebruikt als alternatief voor 1/4"-28 UNF vanwege hun kleinere afmetingen (diameter van 0,19 inch of 4,82 mm, 32 schroefdraden per inch). Ze zijn verkrijgbaar voor 1/16" buitendiameter tube, en deze 10-32-koppelingen passen ook op 1/32" buitendiameter tube.
6-40
De kleinste standaardkoppelingen die in de microfluïdica worden gebruikt, met een diameter van 0,138 inch (3,50 mm) en 40 schroefdraden per inch. Deze koppelingen worden ook voorzien van ferrule-ringen en worden meestal gebruikt in combinatie met tube met een buitendiameter van 1/32" (0,8 mm).
💡 Tip: Hoe meer schroefdraden een koppeling heeft, hoe meer druk deze aankan! Let daarbij op het laatste getal (28 in „1/4-28“ of 40 in „6-40“), dat het aantal schroefdraden per inch aangeeft. In de microfluïdica is hoge druk geen essentiële vereiste, en de keuze van de maat van een koppeling hangt vooral af van het gebruiksgemak.
Schroefdraad voor adapters van het type ‘ cannelé (barbed) ’
Zoals hierboven te zien is, is de combinatie van moer en huls niet compatibel met slangen met zachte wanden tube. Er bestaan echter enkele oplossingen, zoals adapters met schroefdraad naar cannelé (barbed) (zie afbeelding hieronder). Aangezien de kleinste pijl staat voor tube met een binnendiameter van ongeveer 1,2 mm, is het niet mogelijk om een tube met een kleinere binnendiameter aan te sluiten. Bovendien is het onmogelijk om met deze koppeling onder hoge druk te werken, aangezien de tube dan uit de adapter zou springen.
Luer-aansluitingen
Luer-aansluitingen, afkomstig uit de wereld van injectiespuiten en naalden, zijn bijzonder handig voor „plug-and-play“-microfluïdica, omdat ze lekvrije en eenvoudige aansluitingen mogelijk maken. Er worden twee belangrijke soorten Luer-aansluitingen gebruikt:
- Luer-Slip-koppelingen worden in elkaar gedrukt en blijven door wrijving op hun plaats zitten (zonder schroefdraad),
- Luer-Lok-koppelingen, ook wel Luer Lock genoemd, zijn Luer-Slip-koppelingen waarbij de vrouwelijke koppeling is voorzien van een naaf met lipjes die in de schroefdraad van een huls op de mannelijke koppeling wordt geschroefd.
ChipShop, fabrikant van microfluïdische chips, heeft standaardchips ontwikkeld op basis van een nieuw type Luer-standaard: mini Luer. Deze chips werken volgens hetzelfde principe als Luer voor plug-and-play-aansluitingen, maar hebben kleinere afmetingen zodat ze op chips ter grootte van een microscoopglaasje (75 mm x 25 mm) passen.
| Voordelen | Nadelen |
Heel gebruiksvriendelijk Bij Luer Lock-aansluitingen is de verbinding stevig en lekvrij | Luer-Slip-koppelingen zijn minder goed bestand tegen hoge druk (maximale druk is 2 bar) dan schroefdraadkoppelingen. Dankzij de extra schroefdraad van de Luer-Lock-koppelingen kunnen hogere drukken worden bereikt. |
Luer-Slip-koppelingen nemen weinig ruimte in, waardoor het eenvoudig is om een verbinding met een microfluïdische chip tot stand te brengen | Luer Lock-aansluitingen nemen veel ruimte in beslag en zijn niet compatibel met sommige microfluïdische chips |
| Directe aansluiting op adapters voor slangen met zachte wand tube (siliconen, Tygon…) | Niet geschikt voor aansluiting op harde tube (PTFE, FEP, PEEK…) |
💡 Tip: Het is geen probleem als je chip een Luer-Slip-aansluiting heeft in plaats van een Luer-Lock-aansluiting bij het werken met microfluïdica! Meestal is de druk in het systeem laag genoeg om in elk onderdeel een goede verbinding te garanderen. Het is echter altijd beter om een Luer-Lock-spuit te gebruiken om de verbinding extra veilig te maken.
Hoe sluit je deze Luer-aansluitingen dan aan op je tube ? Het is eigenlijk heel eenvoudig om slangen met een zachte wand tube, zoals siliconen of Tygon, aan te sluiten: er zijn veel aansluitingen met een pijltje verkrijgbaar, afhankelijk van de tube binnendiameter, waarbij het minimum ongeveer 1 mm is. Voor kleinere tube maten, aangezien Luer-aansluitingen doorgaans worden gebruikt in combinatie met naalden op spuiten, is het mogelijk om eenvoudig een naald op de Luer-aansluiting aan te sluiten.
Rechtstreekse verbinding
Op PDMS-chips is het mogelijk om de tube via de gestanste gaatjes rechtstreeks op de microfluïdische chip aan te sluiten. De tube moet echter wel stijf zijn (bijv. PTFE).
Als alternatief kunnen zachtwandige tube via naalden op PDMS-chips worden aangesloten, zoals op de afbeelding hieronder te zien is.
Andere soorten connectoren
Deze connectoren worden minder vaak gebruikt in de microfluïdica, maar voor specifieke toepassingen kun je ze wellicht wel vinden.
Insteekverbinding
Push-in-koppelingen zijn betrouwbaar en gebruiksvriendelijk: zodra de tube in de aansluiting is gedrukt, zit de tube stevig vast. Push-in-koppelingen worden vooral gebruikt voor pneumatische aansluitingen, maar kunnen ook interessant zijn voor vloeistofaansluitingen; de benodigde tube diameter is echter doorgaans groter dan de tube die in de microfluïdica wordt gebruikt.
6-32
Als alternatief voor 6-40-koppelingen worden in de microfluïdica ook 6-32-koppelingen gebruikt. Deze worden vooral toegepast voor capillairen (360 µm buitendiameter) en zijn handig vanwege hun kleine afmetingen.
Hoe kies je de juiste fittingen en koppelingen voor microfluïdica?
In de onderstaande tabel worden de sterke en zwakke punten van de meest gebruikte connectoren in de microfluïdica samengevat.
| Type verbinding | Sterke punten | Zwakke punten |
| Schroefdraad (moer + klemring): 1/4-28, 10-32, 6-40, enz. |
|
|
| Gekoppeld aan cannelé (barbed) |
|
|
| Luer-Slip |
|
|
| Luer Lock |
|
|
| Rechtstreekse verbinding |
|
|
