微流控PDMS芯片通常采用等離子體處理的方法，不同的處理參數(shù)會(huì)影響到PDMS芯片的鍵合強(qiáng)度。良好的鍵合牢固的芯片的耐壓強(qiáng)度可以達(dá)到3-5 bars的耐壓值。本文將簡(jiǎn)要介紹PDMS-玻璃等離子體鍵合工藝過程中需要留意的注意事項(xiàng)。

玻璃/PDMS的等離子鍵合

等離子鍵合步驟允許您完成微流控芯片的加工過程。為了永久性的把PDMS芯片結(jié)合到玻璃片上，研究人員使用等離子清洗機(jī)來(lái)改變玻璃和PDMS的表面性質(zhì)。等離子體處理將會(huì)改變玻璃和PDMS芯片表面的化學(xué)物質(zhì)并允許您把帶有微通道的PDMS粘接到其他基底上(PDMS或玻璃)。

如果等離子鍵合步驟出錯(cuò)，您的芯片將會(huì)漏液并且將無(wú)法正常使用。在等離子清洗機(jī)選擇和使用上，您需要留意幾個(gè)重要的地方。

玻璃和PDMS成功等離子鍵合的相關(guān)參數(shù)

表面性質(zhì)

等離子體是可以影響物質(zhì)表面性質(zhì)的一種設(shè)備，所有的污染都將會(huì)高度影響表面處理的最終結(jié)果。與流行的看法相反的是對(duì)于玻璃-PDMS的等離子鍵合，更長(zhǎng)的處理時(shí)間不會(huì)改善表面的屬性(某些非常特殊的情況除外)，例如脂肪的存在(手印)將會(huì)導(dǎo)致有關(guān)表面上的處理失敗。

等離子清洗機(jī)腔室內(nèi)的空氣污染

等離子室內(nèi)的氣體組分會(huì)改變玻璃或PDMS表面上的化學(xué)連接。一些雜質(zhì)(即使有非常低的數(shù)量)也會(huì)污染您的樣品表面。最常見的污染是來(lái)自真空泵或壓縮機(jī)的油分子。由于等離子體清洗機(jī)腔室內(nèi)的油分子，您可能也會(huì)看到和以前出現(xiàn)的等離子體相同的等離子體，但是化學(xué)組分發(fā)生了變化，因而PDMS不會(huì)鍵合的很牢固。

等離子體成功的一個(gè)指標(biāo)：穩(wěn)定性和顏色

一個(gè)良好質(zhì)量的等離子體的指標(biāo)通常是它的顏色/亮度(取決于所使用的壓力和氣體)。因?yàn)榭赡軙?huì)發(fā)生變化，你需要記住的是，如果在相同的參數(shù)下，您的等離子體顏色發(fā)生了變化，那么等離子體可能就出現(xiàn)了問題。

等離子體時(shí)間

時(shí)間是表面處理和鍵合成功的一個(gè)關(guān)鍵因素。太短等離子體處理時(shí)間不會(huì)使整個(gè)表面發(fā)生功能化而太長(zhǎng)等離子體處理時(shí)間會(huì)強(qiáng)烈的改變PDMS表面的性能。等離子體被激活的時(shí)間越長(zhǎng)，您的PDMS表面越粗糙而且還會(huì)影響到粘接性能。等離子體通常用于軟刻蝕技術(shù)，最強(qiáng)牢固粘接的最佳時(shí)間通常是在20到60秒之間。

等離子體處理后的時(shí)間

等離子體處理后，表面的化學(xué)鍵開始重組，而且?guī)追昼姾?，表面的功能化活性下降從而?dǎo)致玻璃-PDMS等離子體鍵合強(qiáng)度下降。鑒于此，您必須在等離子體處理后立即做鍵合，不要在等離子體清洗機(jī)放氣之后還讓您的樣品留在等離子體腔室內(nèi)，需要您快速的將玻璃-PDMS放在一起。

熱烘以提高玻璃-PDMS等離子體鍵合的質(zhì)量

為了使PDMS和玻璃或PDMS接觸后更容易發(fā)生化學(xué)鏈接，建議用加熱的方式來(lái)加強(qiáng)化學(xué)鏈接的強(qiáng)度。時(shí)間、溫度和設(shè)備在實(shí)驗(yàn)室和用戶之間都可以根據(jù)實(shí)際的實(shí)驗(yàn)而進(jìn)行改變。通常情況下，在80-90°C下熱烘15-30min就足以獲得很牢固的粘接強(qiáng)度。

氣體的選擇

表面態(tài)取決于所使用的氣體。腔室內(nèi)空氣等離子體在大多數(shù)情況下都可以滿足實(shí)驗(yàn)需求。有些研究人員喜歡使用純O2來(lái)控制腔室內(nèi)總的氣體組分，但是需要更多的設(shè)備及加工過程更加嚴(yán)格。

灰塵

表面上灰塵的存在會(huì)阻止玻璃-PDMS的等離子體鍵合。此外，磁盤上灰塵的位置和大小也會(huì)影響PDMS的硬度。第一次清洗，至少需要一個(gè)清潔干燥的空氣噴射來(lái)沖洗磁盤或硅片。當(dāng)然，也有其它的方法來(lái)移除灰塵，您可以使用3M透明膠帶來(lái)移除表面的顆?；蚋鼮橛行У氖悄€可以把芯片放置在異丙醇溶液(IPA)內(nèi)并且使用超聲波來(lái)分離表面和PDMS孔洞內(nèi)部的不需要的顆粒。為了清洗干凈玻璃，可以先后連續(xù)使用丙酮、異丙醇、水來(lái)進(jìn)行清洗然后再進(jìn)行干燥處理。

玻璃-PDMS等離子體鍵合：一些常見錯(cuò)誤的想法

您需要用力的按壓PDMS芯片以便正確的進(jìn)行玻璃-PDMS等離子體鍵合

對(duì)PDMS施加壓力來(lái)促進(jìn)鍵合這種辦法可以用來(lái)改正一個(gè)錯(cuò)誤的等離子體處理方法，但是它沒有多大的效果，而且您還需要承擔(dān)通道崩塌和通道不可逆扭曲變形的風(fēng)險(xiǎn)。需要記住的是鍵合需要快速進(jìn)行。如果您芯片的兩個(gè)部分之間的接觸不好，那么可能原因就是灰塵的影響。為了正確的鍵合，唯一可做的就是加熱您的實(shí)驗(yàn)裝置并輕輕的再次按壓芯片。

第一次PDMS芯片接觸后，我們還可以移動(dòng)第二次

如果您第一次把芯片放置在錯(cuò)誤的位置或者如果等離子體處理不起作用，那么進(jìn)行第二次重新放置芯片位置的操作是沒有作用的。最好的辦法就是扔掉芯片或者再次進(jìn)行等離子體處理，但是不能確保有效果并且這還是無(wú)法復(fù)制的。

玻璃-PDMS等離子體鍵合：如何檢查在校準(zhǔn)過程中您的等離子體處理的質(zhì)量?

第一個(gè)測(cè)試：接觸角測(cè)量

等離子體處理能夠修改表面的屬性也即玻璃和PDMS表面的疏水性。良好的處理方法可使表面具有親水特性。第一個(gè)測(cè)試在于把水滴(約20μL)放置在玻璃和PDMS的表面上，然后測(cè)量表面接觸角。接觸角小于20°通常會(huì)導(dǎo)致較強(qiáng)的粘附強(qiáng)度，可承受的壓力最高到2.5bar。

第二個(gè)測(cè)試：粘接前端的擴(kuò)散性

當(dāng)您粘接您的芯片時(shí)，在接觸處，接觸部分會(huì)變暗，所以，您可以密切注意接觸部分。在等離子體處理后，玻璃或其他PDMS片上的PDMS會(huì)輕輕的脫落，接觸前端會(huì)快速的恢復(fù)原狀。

第三個(gè)測(cè)試：高壓下沒有泄露

第三個(gè)測(cè)試在于向您器件的內(nèi)部注入液體并且通過高壓來(lái)測(cè)試它的行為。您可以使用一個(gè)簡(jiǎn)單的注射器并且用手推動(dòng)注射器，如此也可以產(chǎn)生幾個(gè)bar的壓力。

第四個(gè)測(cè)試：扭曲破壞

最后一個(gè)測(cè)試是破壞性測(cè)試，也就是把芯片從完整狀態(tài)折騰到破壞狀態(tài)。芯片應(yīng)該被破壞而不應(yīng)該是可移動(dòng)的，在玻璃和PDMS上面都應(yīng)該有殘留的PDMS組分。通常情況下，良好的鍵合允許您的芯片耐壓值達(dá)到3-5bars。

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