PDMS等离子（plasma）清洗键合相关影响因素说明

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：2022-08-18

PDMS是一种疏水类高分子聚合物材料，广泛应用于微流控芯片的制作领域，PDMS的结合方式一般有等离子清洗（PlasmaCleaner）、超比例结合（Off-ratio）、半固化结合（Half-curing）三种方式，每种方式各有优缺点与使用条件，在此本文针对等离子清洗进行相关说明。等离子清洗常用于高分子材料的表面改性。等离子体是气体经过“电离”后产生的具有高度激发性质的离子态物质，在其作用于高分子材料表面后，材料的表面亲水性得到一定程度的改善。

1）等离子（Plasma）清洗

等离子清洗是微流控PDMS芯片常用的键合方式，不同参数会影响PDMS之间的键合强度，键合牢固时，芯片微通道可承受超过50psi的压强。等离子清洗键合为永久性键合，可以完成PDMS-PDMS，PDMS-玻璃之间永久结合。等离子清洗键合的影响因素主要有表面性质、等离子清洗机腔内的空气污染、等离子体时间、等离子体处理后有效时间、热烘时间、腔内气体、表面灰尘等，本文对此做逐一说明，具体如下：

表面性质：等离子清洗可以影响物质表面性质，而所有的污染（如手印等）都会对表面性质造成影响，同时，更长的处理时间不会使表面性质改变的更彻底。

等离子清洗机腔内的空气污染：等离子清洗机腔室内的气体成分会改变PDMS或玻璃表面的化学连接，最常见的气体污染来自于气泵的油分子，大多时候气体污染会使等离子体表面化学组成发生变化，使得键合不牢固。

等离子体时间：等离子体曝光时间是键合是否成功的重要因素，时间过短整个表面未产生功能化，时间太长PDMS表面的性能被强烈改变，表面变粗糙，影响键合性能。

等离子体处理后有效时间：在等离子清洗后表面化学键开始重组，一般在数分钟后，表面的化学键功能化活性会迅速降低，从而键合失效，因此等离子体处理后是由有效时间的，必须尽快键合，在实验中，键合有效时间为10分钟。

热烘时间：在进行键合处理之后，采取加热的方式来加强化学链的强度，在加热温度为80°C条件下，分别设置热烘时间为12小时、24小时、36小时、48小时的四组对照，实验结果表明热烘48小时效果最佳。

腔内气体：腔内所通气体直接决定了表面态，气体流量、真空度都能直接影响键合强度，实验可以选取氧气作为腔内气体，抽真空时压强达到0.01个大气压以下。

表面灰尘：结构表面任何颗粒灰尘都会对键合效果产生影响，可以使用3M胶带来粘除PDMS表面灰尘，对于肉眼无法观测到的颗粒，将芯片浸泡于异丙醇（IPA）溶液中超声处理，清理表面的杂质。

相较于其他键合方法，等离子清洗技术不仅在PDMS材料表面引入基团提高材料表面亲水性，而且可实现PDMS在一定条件下快速高效直接键合的目的。