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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(fā)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(jīng)氧等離子體轟擊過的PDMS表面形成大量Si-OH基團(tuán)。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(tuán)。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(tuán)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(tuán)的量，Si-OH基團(tuán)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(shù)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(jīng)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(nèi)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(zhì)量比10:1進(jìn)行混合，用潔凈玻璃棒均勻攪拌。攪拌過程中將產(chǎn)生許多小氣泡。需要一直攪拌到PDMS混合物呈現(xiàn)唾沫狀。為了避免氣泡固化進(jìn)PDMS，需要對PDMS混合物進(jìn)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(jìn)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(nèi)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(shù)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(nèi)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(jié)果分析：
通過試驗可以看到芯片流道中未出現(xiàn)明顯溢膠現(xiàn)象，通液后也未出現(xiàn)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(jīng)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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