Electronic Supplementary Information for the article “Pressure-actuated

monolithic acrylic microfluidic valves and pumps” by Pablo E. Guevara-

Pantoja, Rocío J. Jiménez-Valdés, José L. García-Cordero, and Gabriel A.

Caballero-Robledo.

1 Thermoplastic properties

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Electronic Supplementary Material (ESI) for Lab on a Chip.This journal is © The Royal Society of Chemistry 2018

2 Membrane deformation

The milling machine imposes a limit to the minimum thickness of the membrane that can be achieved without deforming the membrane. A deformed membrane will not seal correctly the microfluidic channel and thus will not work. To determine the membrane deformation due to the milling process, we fabricated membranes of different thicknesses and evaluated their final deformation using the same membrane as a mirror. The image of a thin, straight copper wire was reflected on the membrane surface; the deformation of the membrane was estimated by assessing the deformation of the image by the wire. Figure S1 shows the results of the analysis where it can be observed that the membrane is not affected by the drilling process for thicknesses larger than 140 µm.

Figure S1. (A) Membranes of different thicknesses (30, 60, 90, 120, 150 and 210 µm) were fabricated in an acrylic sheet to evaluate their deformation. (B) The non-drilled side of the membrane was used as a mirror to reflect a straight wire. The image shows the wire reflected on the thinnest membrane. Image (C) shows the profile of the edge of the reflected wire obtained by image analysis for the cases of the thinnest and thickest membranes, in arbitrary units. The degree of deformation of the membrane was evaluated by calculating the standard deviation of the distances from the profile to a straight line. The plot in (D) shows the degree of deformation of the membranes as a function of thickness.

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Con ayuda de ImageJ e IDL se procesaron la fotografías de donde se pudieron obtener los perfiles de la superficie.

En la primera imagen (izquierda) se observa el alambre reflejado en una de lasmembranas, de ella se recorta el área de interés y se aplica el comando find-edges de ImageJ (imagen superior derecha), después en IDL se busca el pixel mas brillante columna a columna y se obtienen los datos para la ultima imagen.

Esta semana se trató de medir la deformación debida al maquinado en membranas de acrílico, para esto se fabricaron siete membranas (30, 60, 90, 120, 150 y 210um de espesor) y se midió la deformación

Fig. 1 Siete membranas de diferente espesor

Fig. 2 Método de medición 3

Para medir la deformación se intentaron tres métodos:• Primero se replicó la superficie con PDMS para después hacer rebanadas y verlas en el

microscopio, las imágenes no fueron buenas y no se logro ver deformación.• El segundo método consistió en ver la fluorescencia de una capa delgada de fluoresceína en

la superficie deformada, pero debido a la auto fluorescencia del acrílico no se distinguió entre deformación y ruido.

• El tercer método consistió en usar la superficie como espejo y medir la distorsión de una línea. Se utilizo el estereoscopio Nikon con cámara integrada y se tomaron fotografías de un alambre recto.

0

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Los datos obtenidos se pueden graficar el Excel. En el grafico de la izquierda están los datos de la membrana mas delgada y la mas gruesa, a estos datos se les ajusto una recta.

En el grafico de la derecha se muestra la desviación estándar de la diferencia entre la recta y los datos de deformación. En este grafico se observa que a partir de 100um la deformación debida al maquinado es muy poca, lo malo es que no fue posible medir de cuanto es la deformación.

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Los datos obtenidos se pueden graficar el Excel. En el grafico de la izquierda están los datos de la membrana mas delgada y la mas gruesa, a estos datos se les ajusto una recta.

En el grafico de la derecha se muestra la desviación estándar de la diferencia entre la recta y los datos de deformación. En este grafico se observa que a partir de 100um la deformación debida al maquinado es muy poca, lo malo es que no fue posible medir de cuanto es la deformación.

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3 Membrane thickness repeatability

The drilling machine used for the fabrication of our devices has a mechanical resolution of 2 µm per step. To test the repeatability and accuracy across several samples, we initially set the zero position in the vertical axis (z-axis) on the surface of the workpiece table of the machine. The acrylic sheets to be drilled are positioned on this table where the zero position of the machine corresponds to the bottom of the acrylic sheet. Once the acrylic sheet is fixed, a circular pit is drilled with a 0.5-mm drill bit (Kyocera, 1610-0200L060) stopping the drilling 100 µm above the zero position (i.e. 100 µm above the bottom of the acrylic sheet). This ensures that the precision of the thickness of the membrane is limited almost solely by the positioning precision of the machine. If another membrane is to be drilled on the same acrylic sheet, or if a new acrylic sheet is placed on the table, the zero position remains the same and the thicknesses of the new membranes are as accurate as the machine’s mechanical resolution. By specifying the zero of the vertical position at the bottom of the sheets the resulting thicknesses of the membranes are independent of possible variations on the thickness of the acrylic sheets, which could be another source of variation. The figure below shows twenty membranes fabricated on four acrylic sheets. We measured their thickness with a digital micrometer obtaining an average value of 97 µm with a standard deviation of 2 µm, which is consistent with the machine mechanical resolution.

Figure S2. Twenty membranes were drilled on four acrylic sheets to assess the repeatability of the membrane thickness. The membranes were supposed to have a thickness of 100 µm. After fabrication, the thickness of all of them were measured using a digital micrometer resulting in a mean value of 97 µm with a standard deviation of 2 µm.

Chip 1 Chip 2 Chip 3 Chip 4

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Poso 4 94 92 95 91 87 94 92 91 92 2.50713268

Poso 5 91 92 95 94 93 94 88 91 92.25 2.25198325

Se fabricaron 4 chips con 5 posos cada uno para medir la variabilidad en el ancho de las membranas. Se encontró que hay una desviación estándar máxima de 2.5 micras entre el mismo poso de diferentes chips. En un mismo chip el ancho de la membrana varía desde 92 hasta 97 debido a que la superficie de apoyo debe estar descalibrada. El poso 3 mostró más variabilidad debido a que justo en esa posición hay un agujero en la placa de apoyo, por lo que las mediciones de esta membrana no son confiables.

El manual de la fresadora indica que la resolución mecánica es de 2 micras por paso y la resolución del software es de 10 micraspor paso, por lo que básicamente la maquina da pasos de 10 micras pero con 2 micras de precisión.

4 Cell staining

Figure S3. Independent cell staining inside the chambers of the device corroborates the functionality of the PMMA valves. Tiles images showing differential staining of cells contained in the chambers. Empty symbol, open valve; full symbol, closed valve.

Figure S4: Close up on the cells of figure S3.