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[分享] PDMS氧等离子键合的原理是什么?

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发表于 2022-9-15 09:57 | 显示全部楼层 |阅读模式

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聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为一种高分子聚合物材料,除了具有廉价、加工简便等特点之外,还可以用浇注法复制微结构、能透过可见及部分紫外光、具有生物兼容性等优点,是目前微流控芯片制备中使用较多的一种材料。但PDMS质地柔软,单一用PDMS制作的微流控芯片,不适合应用于对其机械刚度要求较高的场合。采用PDMS、硅、玻璃混合封装的方法可以通过合理设计扬长避短,充分发挥各种材料的优点,以满足不同的使用要求。固化后的PDMS表面具有一定的粘附力,一对成型后的PDMS基片不加任何处理,即可借助分子间的引力自然粘合,但这种粘合强度有限,容易发生漏液。
目前,关于PDMS与硅基材料低温键合的方法多种多样。在制作硅-PDMS多层结构微阀的过程中,将PDMS直接旋涂、固化在硅片上,实现硅-PDMS薄膜直接键合,这种方法属于可逆键合,键合强度不高。在制作生物芯片时,利用氧等离子体分别处理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。利用氧等离子体表面处理,使PDMS与带有钝化层的硅片在室温常压下可以成功键合。在利用氧等离子体改性处理实现PDMS与其它基片键合的技术中,一般认为,在进行氧等离子体表面改性后,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,从而导至键合失效,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。
氧等离子体处理后的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,在氧等离子体处理的过程中,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,从而完成了二者间不可逆键合。
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