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等離子清洗机
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PDMS等離子體鍵合

聚二甲基矽氧烷(PDMS)作爲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,還可以用澆注法複制微結構、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、矽、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。固化後的PDMS表面具有一定的粘附力,一對成型後的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與矽基材料低溫鍵合的方法多種多樣。在制作矽-PDMS多層結構微閥的過程中,將PDMS直接旋塗、固化在矽片上,實現矽-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,利用氧等離子體分别处理PDMS和带有氧化层掩膜的硅基片,将其键合在一起。此方法实际上是PDMS与SiO2掩膜层的键合,但在硅表面由热氧化法制得的SiO2膜层与PDMS的键合效果并不理想。利用氧等離子體表面处理,使PDMS与带有钝化层的硅片在室温常压下可以成功键合。在利用氧等離子體改性处理实现PDMS与其它基片键合的技术中,一般认为,在进行氧等離子體表面改性后,应立即将PDMS基片与盖片贴合,否则PDMS表面将很快恢复疏水性,从而导致键合失效,因此可操作工艺时间较短,一般为1~10min。而通常在需键合的PDMS基片和硅基片上都会带有相应的微细结构,键合前需用一定的时间进行结构图形的对准,因此,如何使PDMS活性表面的持续时间得以延长,成为保证键合质量的关键。

氧等離子體处理后的PDMS,其表面引入了亲水性质的-OH基团,并代替了-CH基团,从而使PDMS表面表现出极强的亲水性质。同样,由于硅基底通过浓硫酸处理,表面含有大量Si-O键,在氧等離子體处理的过程中,Si-O键被打断,从而在表面形成大量的si悬挂键,通过吸收空气中-OH,形成了Si-OH键。将处理后的PDMS与硅表面相贴合,两表面的Si-OH之间发生如下反应:2Si-OH®Si-O-Si+2H2O。在硅基底与PDMS之间形成了牢固的Si-O键结合,从而完成了二者问不可逆键合。

普遍的觀點認爲在PDMS與PDMS、PDMS與矽或玻璃的鍵合工藝中,基片和蓋片表面活化處理後,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,最終則導致無法與矽基底粘合。

PDMS成功等離子鍵合的相關參數

等離子清洗机腔室內的空氣汙染

等离子室内的气体组分会改变玻璃或PDMS表面上的化学连接。一些杂质(即使有非常低的数量)也会污染样品表面。最常见的污染是来自真空泵或压缩机的油分子。由于等離子體清洗机腔室内的油分子,您可能也会看到和以前出现的等離子體相同的等離子體,但是化学组分发生了变化,因而PDMS不会键合的很牢固。

氣體的選擇

表面态取决于所使用的气体。腔室内大气等離子體在大多数情况下都可以满足实验需求。有些研究人员喜欢使用纯O2来控制腔室内总的气体组分,但是需要更多的设备及加工过程更加严格。

灰塵

表面上灰塵的存在会阻止玻璃-PDMS的等離子體键合。此外,磁盘上灰塵的位置和大小也会影响PDMS的硬度。第一次清洗,至少需要一个清洁干燥的空气喷射来冲洗磁盘或硅片。当然,也有其它的方法来移除灰塵,您可以使用3M透明胶带来移除表面的颗粒或更为有效的是您还可以把芯片放置在异丙醇溶液(IPA)内并且使用超声波来分离表面和PDMS孔洞内部的不需要的颗粒。为了清洗干净玻璃,可以先后连续使用丙酮、异丙醇、水来进行清洗然后再进行干燥处理。

等離子體的强度及其稳定性

一个良好质量的等離子體的指标通常是它的颜色/亮度(取决于真空度和气体)。因为可能会发生变化,你需要记住的是,如果在相同的参数下,等離子體颜色发生了变化,那么等離子體可能就出现了问题。

處理樣品的表面性質

等離子體是可以改变物质表面性质的一种设备,所有的污染都将会高度影响表面处理的最终结果。与流行的看法相反的是对于玻璃-PDMS的等离子键合,更长的处理时间不会改善表面的属性(某些非常特殊的情况除外),例如脂肪的存在(手印)将会导致有关表面上的处理失败。

等離子體处理时间

时间是表面处理和键合成功的一个关键因素。太短等離子體处理时间不会使整个表面发生功能化而太长等離子體处理时间会强烈的改变PDMS表面的性能。等離子體被激活的时间越长,PDMS表面越粗糙而且还会影响到粘接性能。

等離子體处理后的时间

等離子體处理后,表面的化学键开始重组,而且几分钟后,表面的功能化活性下降从而导致玻璃-PDMS等離子體鍵合强度下降。鉴于这个原因,必须在等離子體处理后立即做键合,不要在等離子體清洗机放气之后还让样品留在等離子體腔室内,需要快速的将玻璃-PDMS放在一起。

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

PDMS键合专用等離子清洗机