PDMS等離子體鍵合

聚二甲基矽氧烷（PDMS）作為一種高分子聚合物材料，除了具有廉價、加工簡便等特點之（zhī）外，還可以用澆注法複製微結構、能透過可見及部分紫外光、具有生（shēng）物兼容性等優點，是目前微流控芯片（piàn）製（zhì）備中使用較多的一種材料。但PDMS質地柔軟，單一用PDMS製作的（de）微流控芯片，不（bú）適（shì）合應用（yòng）於對其（qí）機械剛度要求較高的場合。采用PDMS、矽、玻（bō）璃混合封裝的（de）方法可（kě）以通過合理設（shè）計揚長避短，充分發揮各種材料的優點，以滿足不同的使用要求。固化後的PDMS表麵具有一定的粘附力，一對成型（xíng）後的PDMS基片不加任何處理，即可借助分子間（jiān）的引力（lì）自然粘合（hé），但這種粘合強（qiáng）度有限，容易發生漏液。

目（mù）前，關於PDMS與矽基材料低溫鍵合的方法多種多樣。在製作矽-PDMS多層結構微閥的過（guò）程中，將PDMS直接旋塗、固化在矽片上，實現（xiàn）矽-PDMS薄膜直接鍵合（hé），這種方（fāng）法屬於可逆鍵合，鍵合強度不高（gāo）。在製作生物芯片時（shí），利用氧等離子體（tǐ）分別處理PDMS和帶有氧化層（céng）掩膜的矽基片，將其鍵合在一起（qǐ）。此方法實際上是PDMS與（yǔ）SiO2掩膜層的鍵合，但在矽表麵（miàn）由熱氧化法製得的SiO2膜層與PDMS的（de）鍵合效果並不理想（xiǎng）。利用氧等離子（zǐ）體表麵處理，使（shǐ）PDMS與帶有鈍化層的矽片在室溫常壓下可以成功鍵合。在利用氧等離子體改性處理實（shí）現PDMS與其它基片鍵合的技術中，一般認為，在進行氧等離子體表麵改性後，應（yīng）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（cóng）而導致鍵合失效，因此可（kě）操（cāo）作工藝時間較短，一般為1～10min。而通（tōng）常在（zài）需鍵合的PDMS基片和矽（guī）基片上都會帶（dài）有相應的微細結構，鍵合前需用一定的時間進（jìn）行結構圖形（xíng）的對準，因此，如何使PDMS活性表（biǎo）麵的持續時間得（dé）以延長，成為保證鍵合質量的關鍵。

氧等離（lí）子體處理後（hòu）的PDMS，其表麵引（yǐn）入了親水性質的（de）-OH基團，並代替了-CH基團，從而使PDMS表麵表現出極強的親水性質。同樣，由於（yú）矽基底通過濃硫酸處（chù）理，表（biǎo）麵含有大量Si-O鍵，在（zài）氧等離子（zǐ）體處理（lǐ）的過程中，Si-O鍵被打斷，從而（ér）在表麵形成大量（liàng）的si懸掛鍵，通過吸收空氣中-OH，形成了Si-OH鍵。將（jiāng）處理後的PDMS與矽表麵相貼合，兩表麵的Si-OH之間發生如下反應：2Si-OH®Si-O-Si+2H2O。在矽基底與PDMS之（zhī）間形成了牢（láo）固的Si-O鍵結合，從而完成了二者問（wèn）不（bú）可逆鍵合。

普遍的觀點認為在PDMS與PDMS、PDMS與矽或玻璃的鍵合工藝中，基片和蓋片表麵活化處理後，應在1～10min之內將其貼（tiē）合，否則無法（fǎ）完成共價鍵結（jié）合，目前對此現象較一致的看法（fǎ）是PDMS本體中的（de）低分子（zǐ）量基團遷移至表麵，逐漸覆蓋表麵的-OH基團，隨著時間推移（yí），PDMS表（biǎo）麵的-OH基團越來越少，最終則導致無法與矽基底（dǐ）粘（zhān）合。

PDMS成功等離子（zǐ）鍵合的相（xiàng）關參數

等（děng）離子清洗機腔室內的空氣汙染

等離子室內的氣體組分會改變（biàn）玻璃或PDMS表麵上（shàng）的化學連接。一些雜質(即使有非常低（dī）的數（shù）量（liàng）)也會汙染樣品表麵。最常見（jiàn）的汙（wū）染是來自真空（kōng）泵或壓縮機（jī）的油分子。由於等離子體清洗機腔室內的油（yóu）分子，您可能也會（huì）看到和以（yǐ）前出（chū）現的等離子體相同的等離子體，但是化學組分發生（shēng）了變化，因而PDMS不會鍵合（hé）的很牢固。

氣（qì）體的選（xuǎn）擇

表麵態取決於所使用的氣體。腔室內大氣等離子體在大多數情況下都可以滿（mǎn）足實驗需求。有些研究人員喜歡使用純（chún）O2來控製腔室（shì）內總的氣體組分，但是需（xū）要更多的設備及（jí）加（jiā）工過程（chéng）更加（jiā）嚴格。

灰塵

表麵上灰塵的存在會阻止玻（bō）璃-PDMS的等離子體鍵合。此外，磁盤上灰（huī）塵的位置和大小也（yě）會影響PDMS的硬度。第一（yī）次（cì）清洗，至少需要（yào）一個清潔（jié）幹（gàn）燥的空氣（qì）噴射來衝洗磁盤或矽片。當然，也有其它的方法來（lái）移（yí）除灰塵，您可以使用3M透明膠帶來移除（chú）表麵的顆粒或更為有效的是您還（hái）可以把芯片放（fàng）置在異丙醇溶液(IPA)內並且使用超聲波來分離表（biǎo）麵和PDMS孔（kǒng）洞內部的不需要的顆粒。為了清洗幹淨玻璃，可以先後連續使用丙酮、異丙醇（chún）、水來進行清（qīng）洗（xǐ）然後再進行幹（gàn）燥處理。

等離子體的強度及其穩定性

一個良好質量的等離子體的指標通常是它的顏色/亮度(取決於真空度和（hé）氣體)。因（yīn）為可能會發生變化，你需要記住的是，如（rú）果在（zài）相同的參數下，等（děng）離子體顏色發生了變化，那麽等離子體可能就（jiù）出（chū）現了問題。

處（chù）理樣（yàng）品的表麵性（xìng）質

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

等離（lí）子體處理時間

時間是表麵處理和鍵合成功（gōng）的一個關鍵因素。太短（duǎn）等（děng）離子（zǐ）體處理時間不會使整個表麵發生功能化而（ér）太長等離子體處理時間（jiān）會強烈的改變PDMS表麵的性（xìng）能。等離子體被激（jī）活的時間越長，PDMS表麵越粗糙而且還會影響到粘（zhān）接性能。

等離子體處理後的時間

等離子體處理後，表麵的（de）化學鍵開始重組，而且幾分鍾（zhōng）後，表麵的（de）功能化活性下降從而導致玻璃-PDMS等離子體鍵合強度下降（jiàng）。鑒於（yú）這個原因（yīn），必須在等離子體處理後立即（jí）做鍵合，不要在等離子體清洗（xǐ）機放氣之（zhī）後還讓樣品（pǐn）留在等離子體腔室內，需要快（kuài）速的將玻璃-PDMS放在一起。

推薦使用機（jī）型：石英等離（lí）子清（qīng）洗機（jī）TS-PLSY05L，經過（guò）大量實驗表明（míng）利用此機型處理過後的（de）樣品能完全達到PDMS芯片的鍵合要求，處理效（xiào）果十分明顯。