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          PDMS氧等離子清洗機處理鍵合工藝制作微流控芯片

          文章出處:等離子清洗機廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發表時間:2022-06-06
          PDMS是一種表面疏水材料,水與其表面是不浸潤的,接觸角在110°左右(圖1)。在等離子體轟擊固化的PDMS表面可以使其表面親水性增強(圖2),經氧等離子體轟擊過的PDMS表面形成大量Si-OH基團。玻璃在氧等離子體轟擊后Si-O鍵被打斷,從而形成大量的Si懸掛鍵,吸收空氣中的-OH,形成了Si-OH基團。將氧等離子體轟擊過的PDMS與玻璃貼合后,各自表面形成的Si-OH基團會脫水形成Si-O-Si鍵,使得玻璃與PDMS形成永久鍵合。
          氧等離子處理前后PDMS接觸角對比
          圖一 氧等離子處理前后PDMS接觸角對比,未處理 PDMS 接觸角( 107.53 ),氧等離子處理后 PDMS 接觸角( 31.04)
          玻璃 -PDMS 鍵合原理圖
          圖二 玻璃 -PDMS 鍵合原理圖
          PDMS與玻璃鍵合效果取決于其表面Si-OH基團的量,Si-OH基團的量越多PDMS的親水性越好,接觸角就越小。本次等離子處理實驗最佳鍵合參數為:功率:600W,時間:2-5min,氧氣流量:700mL/min。具體的最佳清洗時間并未給出,經過試驗得出PDMS接觸角與氧等離子體清洗時間曲線圖如圖3所示。
          PDMS 接觸角與氧等離子體清洗時間曲線
          圖三 PDMS 接觸角與氧等離子體清洗時間曲線
           
          被氧等離子體轟擊過后的PDMS與玻璃立即壓緊是可以得到高強度鍵合。但是手動壓緊壓緊力不夠均勻,玻璃與PDMS的鍵合面是會有不平整的地方,這些地方容易形成間隙鍵合不上,鍵合效果與鍵合成功率會大大降低。

          為解決這個問題,需要在把貼緊的PDMS與玻璃施加2kg的力放入真空干燥箱內退火2-4h,這樣玻璃的不平整,PDMS的翹曲都會被壓力抵消,大大提高鍵合成功率。

          實驗步驟:
          1、將實驗所用的三片玻璃與涂膠輥洗凈,清洗步驟分別用清潔劑、酒精、丙酮、去離子水在超聲清洗機中分別清洗10min,然后用氮氣將清洗的玻璃與涂膠輥吹干。
          2、取適量的PDMS和固化劑于潔凈一次性杯中,將兩者按質量比10:1進行混合,用潔凈玻璃棒均勻攪拌。攪拌過程中將產生許多小氣泡。需要一直攪拌到PDMS混合物呈現唾沫狀。為了避免氣泡固化進PDMS,需要對PDMS混合物進行真空抽氣。將裝有PDMS混合物的一次性杯放入真空干燥器中,進行抽真空。直至杯中氣泡基本消失后,停止抽真空。靜置到氣泡完全消失,取出一次性杯,完成真空抽氣過程。
          3、用滴管取5滴配好的PDMS滴到超白玻璃上,用涂膠輥在超白玻璃上涂勻,此時涂膠輥上將有一層很薄的硅橡膠。
          4、用涂膠輥在基片上輕輕滾過,讓涂膠輥上的硅橡膠均勻的滾涂到基片上。
          5、將涂抹PDMS均勻的基片放入80℃的真空干燥箱內2h,PDMS將完全固化。
          6、將基片與蓋片放入等離子清洗機中,等離子清洗機參數為:功率600W,時間3min,氧氣量:700mL/min。
          7、將等離子清洗完的基片與蓋片迅速對齊貼緊,將貼合好的基片與蓋片施加2kg力,放入80℃的真空干燥箱內退火2-4h,鍵合即可完成。
          PDMS 鍵合通液圖
          PDMS 鍵合通液圖
          試驗結果分析:
          通過試驗可以看到芯片流道中未出現明顯溢膠現象,通液后也未出現漏液,說明等離子體處理對微流控芯片的鍵合是完全可行,PDMS經過氧等離子體表面處理后,表面會變得更加親水,可以大大降低鍵合難度與提高鍵合強度。

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