PDMS芯片与基片如玻璃片、硅片等的键合,利用氧等离子处理PDMS及基片,改变两者的表面化学性质,活化了PDMS聚合物和基片的表面。通过氧等离子清洗机处理后的PDMS芯片与基片能形成Si-O-Si牢固且不可逆的键合。
PDMS微流控芯片(聚二甲基硅氧烷微流控芯片),由聚二甲基硅氧烷(PDMS)制成。PDMS是一种高分子聚合物材料,透明、弹性和可塑性较好的材料。具有廉价、加工简便等特点,可以用于复制微结构,常用于微流体实验室设备和生物芯片的制造。
在制作硅-PDMS多层结构微阀的过程中,将PDMS直接旋涂、固化在石英或硅片上,实现硅-PDMS直接键合,这种方法属于可逆键合,键合强度不高。在制作生物芯片时,利用氧等离子体分别处理PDMS和带有氧化层掩膜的硅基片,将其紧密键合在一起。
暴露:将PDMS芯片和底片(通常是玻璃)放入等离子处理设备中,然后通过氧气等离子处理来改变表面化学性质。
氧等离子体处理后的PDMS表面引入了亲水性质的-OH基团,并代替了-CH基团,从而使PDMS表面表现出极强的亲水性质。同样,由于硅基底通过浓硫酸处理,表面含有大量Si-O键,在氧等离子体处理的过程中,Si-O键被打断,从而在表面形成大量的Si悬挂键 ,通过吸收空气中-OH,形成了Si-OH键。将处理后的PDMS与硅表面相贴合,两表面的Si-OH之间发生如下反应:2Si-OH®Si-O-Si+2H2O。在硅基底与PDMS之间形成了牢固的Si-O-Si键结合,从而完成了二者间不可逆键合。
键合:通过等离子处理,使PDMS芯片和底片表面更具亲合性,然后将它们压合在一起,以确保密封。
在利用氧等离子体改性处理实现PDMS与其它基片键合的技术中,在进行氧等离子体表面改性后,应立即将PDMS基片与盖片贴合,否则PDMS表面将很快恢复疏水性 ,从而导致键合失效。因此可操作工艺时间较短,一般为1~10min。如何使PDMS活性表面的持续时间得以延长,成为保证键合质量的关键。
PDMS活性表面的持续时间可以通过以下方法进行提高:
优化等离子体处理参数:通过优化等离子体射频电源功率、处理时间、氧气流量等参数,可以适当降低PDMS表面被氧化的程度,从而延长PDMS活性表面的持续时间。
使用等离子清洗机:等离子清洗机可以对PDMS表面进行改性处理,产生含氧基团或者是交联效果,活化了聚合物的表面。
引入反应性气体:被等离子体活化的物质表面与反应性气体发生某种复杂化学反应,从而产生新的活性基团,如氨基、烃基和羧基等,对材料表面活性有显著影响。
使用表面活化剂:通过在PDMS表面吸附一种超铺展表面活性剂聚醚改性的硅氧烷,以提高其亲水性和抗蛋白质吸附性。
接枝共聚法:该改性方法在PDMS表面增添化学涂层,可分为“自表面接枝(grafting from)”和“接枝到表面(grafting onto)”两种。
电晕放电仪法:这种方法的电晕等离子体与前面提到的等离子体不同,它是在大气压的室内空气中产生的。因此,不需要真空泵或气瓶,方便在任何不导电的合适表面上进行粘结。
以上方法都可以有效地提高PDMS活性表面的持续时间。
PDMS芯片广泛用于微流体领域,用于生物分析、药物筛选、化学反应等应用。通过精心设计和制备,PDMS芯片可以提供微型化、高通量和高灵敏度的实验平台,有助于生物科学、化学和生物医学研究。