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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(guò)程中,最為關(guān)鍵的問(wèn)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。
等離子體處理儀
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(guò)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
氧等離子體處理鍵合的原理示意圖
圖1-1 氧等離子體處理鍵合的原理示意圖
鍵合過(guò)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(wú)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(guò)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。
 

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