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    PDMS氧等離子體下的鍵合

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    瀏覽:- 發布日期:2018-08-20 11:21:36【

    [文章導讀] 聚二甲基硅氧烷(PDMS)作為一種高分子聚合物材料,除了具有廉價、加工簡便等特點之外,還可以用澆注法復制微結構、能透過可見及部分紫外光、具有生物兼容性等優點,是目前微流控芯片制備中使用較多的一種材料。

    聚二甲基硅氧烷(PDMS)作為一種高分子聚合物材料,除了具有廉價、加工簡便等特點之外,還可以用澆注法復制微結構、能透過可見及部分紫外光、具有生物兼容性等優點,是目前微流控芯片制備中使用較多的一種材料。但PDMS質地柔軟,單一用PDMS制作的微流控芯片,不適合應用于對其機械剛度要求較高的場合。采用PDMS、硅、玻璃混合封裝的方法可以通過合理設計揚長避短,充分發揮各種材料的優點,以滿足不同的使用要求。固化后的PDMS表面具有一定的粘附力,一對成型后的PDMS基片不加任何處理,即可借助分子間的引力自然粘合,但這種粘合強度有限,容易發生漏液。

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    目前,關于PDMS與硅基材料低溫鍵合的方法多種多樣。在制作硅-PDMS多層結構微閥的過程中,將PDMS直接旋涂、固化在硅片上,實現硅-PDMS薄膜直接鍵合,這種方法屬于可逆鍵合,鍵合強度不高。在制作生物芯片時,利用氧等離子體分別處理PDMS和帶有氧化層掩膜的硅基片,將其鍵合在一起。此方法實際上是PDMSSiO2掩膜層的鍵合,但在硅表面由熱氧化法制得的SiO2膜層與PDMS的鍵合效果并不理想。利用氧等離子體表面處理,使PDMS與帶有鈍化層的硅片在室溫常壓下可以成功鍵合。在利用氧等離子體改性處理實現PDMS與其它基片鍵合的技術中,一般認為,在進行氧等離子體表面改性后,應立即將PDMS基片與蓋片貼合,否則PDMS表面將很快恢復疏水性,從而導致鍵合失效,因此可操作工藝時間較短,一般為110min。而通常在需鍵合的PDMS基片和硅基片上都會帶有相應的微細結構,鍵合前需用一定的時間進行結構圖形的對準,因此,如何使PDMS活性表面的持續時間得以延長,成為保證鍵合質量的關鍵。

    氧等離子體處理后的PDMS,其表面引入了親水性質的-OH基團,并代替了-CH基團,從而使PDMS表面表現出極強的親水性質。同樣,由于硅基底通過濃硫酸處理,表面含有大量Si-O鍵,在氧等離子體處理的過程中,Si-O鍵被打斷,從而在表面形成大量的si懸掛鍵,通過吸收空氣中-OH,形成了Si-OH鍵。將處理后的PDMS與硅表面相貼合,兩表面的Si-OH之間發生如下反應:2Si-OH®Si-O-Si+2H2O。在硅基底與PDMS之間形成了牢固的Si-O鍵結合,從而完成了二者問不可逆鍵合。

    普遍的觀點認為在PDMSPDMS、PDMS與硅或玻璃的鍵合工藝中,基片和蓋片表面活化處理后,應在110min之內將其貼合,否則無法完成共價鍵結合,目前對此現象較一致的看法是PDMS本體中的低分子量基團遷移至表面,逐漸覆蓋表面的-OH基團,隨著時間推移,PDMS表面的-OH基團越來越少,最終則導致無法與硅基底粘合。

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