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PDMS氧等離子鍵合的原理是什么?

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(fù)制微結(jié)構(gòu)、能透過可見及部分紫外光、具有生物兼容性等優(yōu)點,是目前微流控芯片制備中使用較多的一種材料。但PDMS質(zhì)地柔軟,單一用PDMS制作的微流控芯片,不適合應(yīng)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(shè)計揚長避短,充分發(fā)揮各種材料的優(yōu)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(fā)生漏液。

 

目前,關(guān)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(jié)構(gòu)微閥的過程中,將PDMS直接旋涂、固化在硅片上,實現(xiàn)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(xiàn)PDMS與其它基片鍵合的技術(shù)中,一般認為,在進行氧等離子體表面改性后,應(yīng)立即將PDMS基片與蓋片貼合,否則PDMS表面將很快恢復(fù)疏水性,從而導(dǎo)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(yīng)的微細結(jié)構(gòu),鍵合前需用一定的時間進行結(jié)構(gòu)圖形的對準,因此,如何使PDMS活性表面的持續(xù)時間得以延長,成為保證鍵合質(zhì)量的關(guān)鍵。

 

氧等離子體處理后的PDMS,其表面引入了親水性質(zhì)的-OH基團,并代替了-CH基團,從而使PDMS表面表現(xiàn)出極強的親水性質(zhì)。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(fā)生如下反應(yīng):2Si-OH?Si-O-Si+2H2O。在硅基底與PDMS之間形成了牢固的Si-O鍵結(jié)合,從而完成了二者間不可逆鍵合。

 

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標簽:   微流控芯片 PDMS材料
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