PDMS-PMMA微流控芯片氧等離子體鍵合技術(shù)

文章出處：等離子清洗機(jī)廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發(fā)表時(shí)間：2023-03-06

隨著微流控技術(shù)研究的不斷深入，微流控芯片現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于生物/化學(xué)分析、藥物篩選、臨床醫(yī)學(xué)檢測(cè)等諸多領(lǐng)域。在芯片的制備過程中，最為關(guān)鍵的問題是芯片不同材質(zhì)間的封合，即鍵合工藝，也是微流控芯片技術(shù)的重要研究方向之一。相較于其他鍵合方法，等離子體技術(shù)不僅在材料表面引入基團(tuán)，而且可實(shí)現(xiàn)在一定條件下快速高效直接鍵合的目的。

目前用于PDMS-PMMA復(fù)合式芯片鍵合技術(shù)主要有粘結(jié)劑、等離子體技術(shù)和紫外臭氧光照改性法等。PMMA材料等離子處理后，需要進(jìn)行化學(xué)法處理，經(jīng)過一定的反應(yīng)實(shí)現(xiàn)與PDMS的鍵合。

PDMS-PMMA等離子鍵合原理
等離子硅烷化法處理的原理為：等離子處理的PMMA表面上的羥基（O-H）經(jīng)硅烷化反應(yīng)組裝上偶聯(lián)劑中的硅氨基（Si-NH2），然后二次等離子體處理硅烷化后的PMMA，將帶有氨基官能團(tuán)的烷基硅分子降解為硅羥基（Si-OH），用于與等離子處理后的PDMS的硅羥基-Si-OH發(fā)生反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)鍵合，如圖1-1所示是氧等離子體處理鍵合的原理示意圖，其反應(yīng)式為：
2Si-OH→Si-O-Si+2H2O

圖1-1 氧等離子體處理鍵合的原理示意圖

鍵合過程
等離子體鍵合的具體處理如下：
（1）PDMS膜的制備。PDMS的制程簡(jiǎn)便且快速，材料成本遠(yuǎn)低于硅晶圓，將PDMS預(yù)聚物及固化劑以質(zhì)量比為10:1的比例用玻璃棒攪拌均勻，使其充分混合，常溫放置30min去除氣泡，然后澆注于載玻片上，用勻膠機(jī)旋涂后，在80℃固化2h，取出后冷卻，將PDMS薄膜與載玻片分離，最后將其均勻切割成長(zhǎng)方形條，放置備用；

（2）清洗。為了減少偶然性和測(cè)量誤差，本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)十組屬性完全相同的PMMA基片和PDMS蓋片膜，每組選取17塊PDMS和PMMA用無水乙醇浸泡3min，取出后反復(fù)清洗，接著用蒸餾水沖洗干凈，最后在36℃的干燥箱里放置20min，保證材料表面干燥；

（3）等離子處理。將清洗后的PDMS和PMMA放入等離子清洗機(jī)中，處理時(shí)間分別是8s、9s、10s、11s、12s、13s、14s、15s、20s、25s、30s、40s、50s、60s、80s、120s、180s，當(dāng)處理時(shí)間過長(zhǎng)，會(huì)破壞材料的本身特性，所以實(shí)驗(yàn)的處理最長(zhǎng)時(shí)間設(shè)定為180s；

（4）硅烷化等離子處理。將初次等離子處理后的PMMA在稀釋5%APTES的偶聯(lián)劑中浸泡10min，接著放入80℃的干燥箱20min進(jìn)行硅烷化反應(yīng)。隨后將硅烷化后的PMMA進(jìn)行二次等離子處理，處理時(shí)間分別是5s、8s、10s、15s、20s、25s、30s。偶聯(lián)劑APTES具有一定的反應(yīng)活性，但是反應(yīng)一段時(shí)間后會(huì)失去偶聯(lián)能力，所以為保證硅烷化作用的有效性，處理時(shí)間最大選取30s；

（5）鍵合。將上述步驟中等離子處理完成的PDMS和PMMA立即進(jìn)行貼合，室溫放置18h，完成鍵合。