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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(jià)、加工簡(jiǎn)便等特點(diǎn)之外，還可以用澆注法復(fù)制微結(jié)構(gòu)、能透過(guò)可見(jiàn)及部分紫外光、具有生物兼容性等優(yōu)點(diǎn)，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(duì)其機(jī)械剛度要求較高的場(chǎng)合。采用PDMS、硅、玻璃混合封裝的方法可以通過(guò)合理設(shè)計(jì)揚(yáng)長(zhǎng)避短，充分發(fā)揮各種材料的優(yōu)點(diǎn)，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(duì)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(qiáng)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(guò)程中，將PDMS直接旋涂、固化在硅片上，實(shí)現(xiàn)硅-PDMS薄膜直接鍵合，這種方法屬于可逆鍵合，鍵合強(qiáng)度不高。在制作生物芯片時(shí)，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(shí)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(shí)現(xiàn)PDMS與其它基片鍵合的技術(shù)中，一般認(rèn)為，在進(jìn)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(shí)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(huì)帶有相應(yīng)的微細(xì)結(jié)構(gòu)，鍵合前需用一定的時(shí)間進(jìn)行結(jié)構(gòu)圖形的對(duì)準(zhǔn)，因此，如何使PDMS活性表面的持續(xù)時(shí)間得以延長(zhǎng)，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(tuán)，并代替了-CH基團(tuán)，從而使PDMS表面表現(xiàn)出極強(qiáng)的親水性質(zhì)。同樣，由于硅基底通過(guò)濃硫酸處理，表面含有大量Si-O鍵，在氧等離子體處理的過(guò)程中，Si-O鍵被打斷，從而在表面形成大量的si懸掛鍵，通過(guò)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，從而完成了二者問(wèn)不可逆鍵合。
普遍的觀點(diǎn)認(rèn)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(yīng)在1～10min之內(nèi)將其貼合，否則無(wú)法完成共價(jià)鍵結(jié)合，目前對(duì)此現(xiàn)象較一致的看法是PDMS本體中的低分子量基團(tuán)遷移至表面，逐漸覆蓋表面的-OH基團(tuán)，隨著時(shí)間推移，PDMS表面的-OH基團(tuán)越來(lái)越少，最終則導(dǎo)致無(wú)法與硅基底粘合。
PDMS成功等離子鍵合的相關(guān)參數(shù)
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)污染樣品表面。最常見(jiàn)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。
氣體的選擇
表面態(tài)取決于所使用的氣體。腔室內(nèi)大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(guò)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(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。
等離子體的強(qiáng)度及其穩(wěn)定性
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(取決于真空度和氣體)。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，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(wèn)題。
處理樣品的表面性質(zhì)
等離子體是可以改變物質(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。
等離子體處理時(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)，PDMS表面越粗糙而且還會(huì)影響到粘接性能。
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(kāi)始重組，而且?guī)追昼姾螅砻娴墓δ芑钚韵陆祻亩鴮?dǎo)致玻璃-PDMS等離子體鍵合強(qiáng)度下降。鑒于這個(gè)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(jī)放氣之后還讓樣品留在等離子體腔室內(nèi)，需要快速的將玻璃-PDMS放在一起。
推薦使用機(jī)型：石英等離子清洗機(jī)TS-PLSY05L，經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)表明利用此機(jī)型處理過(guò)后的樣品能完全達(dá)到PDMS芯片的鍵合要求，處理效果十分明顯。
