PDMS-PMMA微流控芯片氧等离子体键合技术

文章出处：等离子清洗机厂家 | 深圳纳恩科技有限公司| 发表时间：2023-03-06

随着微流控技术研究的不断深入，微流控芯片现已广泛应用于生物/化学分析、药物筛选、临床医学检测等诸多领域。在芯片的制备过程中，最为关键的问题是芯片不同材质间的封合，即键合工艺，也是微流控芯片技术的重要研究方向之一。相较于其他键合方法，等离子体技术不仅在材料表面引入基团，而且可实现在一定条件下快速高效直接键合的目的。

目前用于PDMS-PMMA复合式芯片键合技术主要有粘结剂、等离子体技术和紫外臭氧光照改性法等。PMMA材料等离子处理后，需要进行化学法处理，经过一定的反应实现与PDMS的键合。

PDMS-PMMA等离子键合原理
等离子硅烷化法处理的原理为：等离子处理的PMMA表面上的羟基（O-H）经硅烷化反应组装上偶联剂中的硅氨基（Si-NH2），然后二次等离子体处理硅烷化后的PMMA，将带有氨基官能团的烷基硅分子降解为硅羟基（Si-OH），用于与等离子处理后的PDMS的硅羟基-Si-OH发生反应，实现键合，如图1-1所示是氧等离子体处理键合的原理示意图，其反应式为：
2Si-OH→Si-O-Si+2H2O

图1-1 氧等离子体处理键合的原理示意图

键合过程
等离子体键合的具体处理如下：
（1）PDMS膜的制备。PDMS的制程简便且快速，材料成本远低于硅晶圆，将PDMS预聚物及固化剂以质量比为10:1的比例用玻璃棒搅拌均匀，使其充分混合，常温放置30min去除气泡，然后浇注于载玻片上，用匀胶机旋涂后，在80℃固化2h，取出后冷却，将PDMS薄膜与载玻片分离，最后将其均匀切割成长方形条，放置备用；

（2）清洗。为了减少偶然性和测量误差，本实验设计十组属性完全相同的PMMA基片和PDMS盖片膜，每组选取17块PDMS和PMMA用无水乙醇浸泡3min，取出后反复清洗，接着用蒸馏水冲洗干净，最后在36℃的干燥箱里放置20min，保证材料表面干燥；

（3）等离子处理。将清洗后的PDMS和PMMA放入等离子清洗机中，处理时间分别是8s、9s、10s、11s、12s、13s、14s、15s、20s、25s、30s、40s、50s、60s、80s、120s、180s，当处理时间过长，会破坏材料的本身特性，所以实验的处理最长时间设定为180s；

（4）硅烷化等离子处理。将初次等离子处理后的PMMA在稀释5%APTES的偶联剂中浸泡10min，接着放入80℃的干燥箱20min进行硅烷化反应。随后将硅烷化后的PMMA进行二次等离子处理，处理时间分别是5s、8s、10s、15s、20s、25s、30s。偶联剂APTES具有一定的反应活性，但是反应一段时间后会失去偶联能力，所以为保证硅烷化作用的有效性，处理时间最大选取30s；

（5）键合。将上述步骤中等离子处理完成的PDMS和PMMA立即进行贴合，室温放置18h，完成键合。