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等離子清洗機
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PDMS等離子體鍵合

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。

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PDMS與SiO2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1~10min。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PDMS與PDMS、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1~10min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。

PDMS成功等離子鍵合的相關參數

等離子清洗機腔室內的空氣污染

等離子室內的氣體組分會改變玻璃或PDMS表面上的化學連接。一些雜質(即使有非常低的數量)也會污染樣品表面。最常見的污染是來自真空泵或壓縮機的油分子。由于等離子體清洗機腔室內的油分子,您可能也會看到和以前出現的等離子體相同的等離子體,但是化學組分發生了變化,因而PDMS不會鍵合的很牢固。

氣體的選擇

表面態取決于所使用的氣體。腔室內大氣等離子體在大多數情況下都可以滿足實驗需求。有些研究人員喜歡使用純O2來控制腔室內總的氣體組分,但是需要更多的設備及加工過程更加嚴格。

灰塵

表面上灰塵的存在會阻止玻璃-PDMS的等離子體鍵合。此外,磁盤上灰塵的位置和大小也會影響PDMS的硬度。第一次清洗,至少需要一個清潔干燥的空氣噴射來沖洗磁盤或硅片。當然,也有其它的方法來移除灰塵,您可以使用3M透明膠帶來移除表面的顆粒或更為有效的是您還可以把芯片放置在異丙醇溶液(IPA)內并且使用超聲波來分離表面和PDMS孔洞內部的不需要的顆粒。為了清洗干凈玻璃,可以先后連續使用丙酮、異丙醇、水來進行清洗然后再進行干燥處理。

等離子體的強度及其穩定性

一個良好質量的等離子體的指標通常是它的顏色/亮度(取決于真空度和氣體)。因為可能會發生變化,你需要記住的是,如果在相同的參數下,等離子體顏色發生了變化,那么等離子體可能就出現了問題。

處理樣品的表面性質

等離子體是可以改變物質表面性質的一種設備,所有的污染都將會高度影響表面處理的最終結果。與流行的看法相反的是對于玻璃-PDMS的等離子鍵合,更長的處理時間不會改善表面的屬性(某些非常特殊的情況除外),例如脂肪的存在(手印)將會導致有關表面上的處理失敗。

等離子體處理時間

時間是表面處理和鍵合成功的一個關鍵因素。太短等離子體處理時間不會使整個表面發生功能化而太長等離子體處理時間會強烈的改變PDMS表面的性能。等離子體被激活的時間越長,PDMS表面越粗糙而且還會影響到粘接性能。

等離子體處理后的時間

等離子體處理后,表面的化學鍵開始重組,而且幾分鐘后,表面的功能化活性下降從而導致玻璃-PDMS等離子體鍵合強度下降。鑒于這個原因,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放氣之后還讓樣品留在等離子體腔室內,需要快速的將玻璃-PDMS放在一起。

推薦使用機型:石英等離子清洗機TS-PLSY05L經過大量實驗表明利用此機型處理過后的樣品能完全達到PDMS芯片的鍵合要求,處理效果十分明顯。

PDMS鍵合專用等離子清洗機