PDMS等離子體鍵合

聚二甲基矽氧烷（wán）（PDMS）作（zuò）為一種高分子聚合物（wù）材料，除了具有（yǒu）廉價、加工簡便等特點之外（wài），還可（kě）以用澆（jiāo）注法複製微結構、能透過可見（jiàn）及部分紫外光、具有生物兼容（róng）性等優點（diǎn），是目前微流控芯片製備中（zhōng）使用較（jiào）多的一種材料。但PDMS質地柔軟，單（dān）一用PDMS製作的微流控芯（xīn）片，不適合應（yīng）用於對其機械剛度（dù）要求較高的場合。采用PDMS、矽、玻璃混合封裝的方法（fǎ）可以通（tōng）過合理設計（jì）揚長（zhǎng）避短，充分發揮各種材料的優點，以滿（mǎn）足不同的使（shǐ）用要求。固化後的PDMS表麵具有一定的粘（zhān）附力，一對成型後的PDMS基片不加任何處理，即可借助分子間的（de）引力自然粘合，但這種粘合強度有限，容易發（fā）生漏液。

目前，關於PDMS與矽基材料低溫鍵合的方法多（duō）種多樣。在製作矽（guī）-PDMS多層結構微閥的過程中，將PDMS直接旋塗、固化在矽片上，實現矽-PDMS薄膜直接鍵合，這種方法屬於（yú）可（kě）逆（nì）鍵（jiàn）合，鍵合強度不高。在（zài）製作生物芯片時，利用氧等離（lí）子體分別處理PDMS和帶有氧化層掩膜的矽基片，將（jiāng）其鍵合在一起。此方法實際（jì）上是PDMS與SiO2掩膜層的鍵合，但在矽表麵由熱氧化法（fǎ）製得的SiO2膜層與PDMS的鍵合效果並不理想。利用（yòng）氧等離子體表麵處理，使PDMS與帶有鈍化（huà）層（céng）的矽（guī）片在室溫常壓下可以成功鍵合。在利用（yòng）氧等離子（zǐ）體改性處理實現PDMS與其它基片鍵合的技術（shù）中，一般認為，在進行（háng）氧等離子體（tǐ）表麵改性後，應立即將PDMS基片與蓋片貼合，否則PDMS表麵將很快恢複疏水性，從而導致鍵合失效，因此可操作（zuò）工藝時間較短，一（yī）般為1～10min。而通常在需（xū）鍵合的（de）PDMS基片和矽基片上都會帶有相應的微細結構，鍵合前需用一定（dìng）的時間進行結構圖形（xíng）的對準，因此，如何使PDMS活性表麵的持續時間得以延長，成為保證鍵合（hé）質量的關鍵。

氧等離子體處理後（hòu）的（de）PDMS，其表麵引入了親（qīn）水性質的（de）-OH基團，並代替了-CH基團，從而使PDMS表麵表現出極強的親（qīn）水性（xìng）質。同樣，由於矽基底通過濃硫酸處理，表（biǎo）麵含有大量Si-O鍵，在氧等離（lí）子體處理的過程中，Si-O鍵被打斷，從（cóng）而在表麵形成大量的si懸掛鍵，通過吸（xī）收空氣中-OH，形成了Si-OH鍵。將處（chù）理後的PDMS與矽表麵相貼合，兩（liǎng）表麵的Si-OH之間發生如（rú）下反應：2Si-OH®Si-O-Si+2H2O。在矽基底與PDMS之間形成（chéng）了牢固的（de）Si-O鍵結合，從而完成了二（èr）者問不可逆鍵合。

普遍的觀點認為在PDMS與PDMS、PDMS與矽或玻璃的鍵合（hé）工藝中，基（jī）片（piàn）和（hé）蓋片表麵（miàn）活化處理後（hòu），應（yīng）在1～10min之（zhī）內將（jiāng）其貼（tiē）合，否則無法完成共價鍵結合，目前對此現象較一致的看法是PDMS本體中（zhōng）的低分子量基團遷移至表麵，逐（zhú）漸覆蓋表麵的-OH基團，隨著時間推移，PDMS表麵的-OH基團越來越少，最終則導致無法與矽基底粘合。

PDMS成（chéng）功等離子鍵合的相關參數

等離子清（qīng）洗機腔室內的空氣汙染

等離子室內的（de）氣體（tǐ）組分會改變玻璃或PDMS表麵上的（de）化學連接。一些雜質(即使有非常低（dī）的（de）數量)也（yě）會汙染樣品表麵。最常見的汙染是來自真空泵或壓縮機的（de）油分子。由於等離子體清（qīng）洗機腔室內的油分（fèn）子（zǐ），您可能也會看到和以前出現的等離子體相同（tóng）的等離子體，但是化學組分發生了變化，因（yīn）而PDMS不會鍵合的很牢固。

氣體的選擇

表（biǎo）麵態（tài）取決於所使用的氣（qì）體。腔室內大氣等離子體在大多數（shù）情況下都可以滿足實（shí）驗（yàn）需求。有（yǒu）些研究人員喜歡（huān）使用純O2來控製腔室內總（zǒng）的氣體（tǐ）組分，但是需要更多的設備及加工過程更加嚴格。

灰塵

表（biǎo）麵上灰塵的存在會阻止玻璃-PDMS的等離子體鍵合。此外，磁盤上灰塵的位置和大小也會影響PDMS的硬度。第一次清洗，至少需要一個清潔幹（gàn）燥的空氣（qì）噴射來衝洗磁盤或矽片（piàn）。當然（rán），也有其它的方法來移除灰塵，您可以（yǐ）使用3M透明膠帶（dài）來移除表麵（miàn）的顆粒或更（gèng）為有效的是（shì）您還可以把芯片放（fàng）置在異丙醇溶（róng）液(IPA)內並且（qiě）使用（yòng）超聲波來分離表麵和PDMS孔洞內部的不需（xū）要的顆粒。為了清洗（xǐ）幹淨玻璃，可以先後連續使用丙酮、異丙醇、水（shuǐ）來進行清洗然後再進行幹燥處理。

等（děng）離子（zǐ）體的強度及其穩定（dìng）性

一個良好質量的（de）等離子體的指標通常是它的顏色/亮（liàng）度(取決（jué）於真（zhēn）空度（dù）和氣體)。因為可能會發生變化，你需要記住的是，如果（guǒ）在（zài）相同的參（cān）數下，等離子體（tǐ）顏色發生了變化，那麽等離子體可能就出現了問題（tí）。

處理樣（yàng）品的表麵性質

等離子體是（shì）可以改變物質表麵性質的一種設（shè）備，所有的汙（wū）染都將會高度影響表麵處理的最終結果。與流行的看法（fǎ）相反的是對於玻璃-PDMS的等離子鍵合，更長的（de）處理時間不會改（gǎi）善表（biǎo）麵的屬性(某些非常特殊的情況除外)，例如脂肪的存在(手印)將會導致有（yǒu）關表（biǎo）麵上的處理（lǐ）失敗（bài）。

等離子（zǐ）體處理時間

時間是表麵處理和（hé）鍵合成功的一個關鍵因素。太短等離子體處理時間不會使整個表麵發生功能化（huà）而太長等離（lí）子體處理時（shí）間會強烈的改變PDMS表麵的性能。等離子體被激活的時間越長，PDMS表麵越粗糙而且還會影響到粘接性能。

等離子體處理後的時間

等離子體處理後，表麵的化學鍵開始重組，而且幾分鍾後，表麵的（de）功能化活（huó）性下降從而導（dǎo）致玻璃-PDMS等離子體鍵合強度下降。鑒於這個原（yuán）因，必（bì）須在等離子體處理（lǐ）後立即做鍵合，不要在等（děng）離（lí）子體清（qīng）洗機放（fàng）氣之後還讓樣品留在（zài）等離子體腔室內，需（xū）要快速的將玻璃-PDMS放在一起。

推薦（jiàn）使用機型：石（shí）英等離（lí）子清洗機（jī）TS-PLSY05L，經過大量實驗表（biǎo）明利用此機型處理過後的樣品能完全達到PDMS芯片（piàn）的鍵合要求，處理效果十分明顯。