一文了解微流控PDMS芯片键合plasma清洗机应用

说到微流控芯片,可能很多人觉得离日常生活很远,但其实它在医疗检测、药物研发这些领域早就悄悄发挥着大作用。PDMS材料因为柔韧性好、成本低,成了制作微流控芯片的首选,不过要把两层PDMS严丝合缝地粘在一起可没那么简单。这时候plasma清洗机就像个魔术师,能让原本滑溜溜的PDMS表面变得"热情好客",轻轻松松完成高质量键合。


一文了解微流控PDMS芯片键合plasma清洗机应用(图1)


先说说为什么PDMS芯片非要键合不可。想象一下,微流控芯片里那些比头发丝还细的通道,要是上下两层封不牢,做实验时漏液或者通道变形可就全白忙活了。传统方法用胶水粘吧,容易堵住微通道;加热加压呢,又可能让精细结构变形。plasma处理就聪明多了,它不用碰触芯片,靠电离气体产生的活性粒子给PDMS表面"换层皮",处理完的芯片面对面一贴就能自己粘住,连幼儿园小朋友玩贴纸都没这么方便。

plasma清洗机干活时其实挺讲究。先把芯片放进处理舱,抽真空到特定压力后通入氧气或者氩气这些工作气体。高压电源一开,气体立马变成闪着紫光的等离子体,这些带电粒子轰击PDMS表面时,会把硅氧烷链上的甲基"掰"下来,换成羟基这样的极性基团。别看这变化微观到看不见,处理后的PDMS表面能量能从原来的20mN/m飙升到70mN/m,就像给两块磁铁同时调成N极,想不让它们粘在一起都难。

实际操作中有几个参数要特别注意。功率不是越大越好,通常50-100W足够,功率太高反而会烧蚀表面;处理时间30秒到2分钟就行,实验室里有人图省事设个5分钟,结果PDMS表面都脆化了;气体选氧气效果最明显,要是怕氧化太剧烈,掺点氩气缓冲下也不错。深圳诚峰智造的设备有个智能模式,能根据芯片厚度自动调节参数,对刚接触这行的研究人员特别友好。

遇到键合不牢的情况先别急着怪机器。PDMS混合比例没调准、固化不彻底都会影响效果,最好确保基材硬度在 Shore A 40-50之间。处理完的芯片要趁热贴,放久了表面活性会衰减,要是真耽搁了,用乙醇擦一擦还能抢救下。键合后放在80℃热台上烤半小时,强度能提高两三倍,不过温度再高就可能让微通道塌陷,这个分寸要把握好。

现在有些实验室尝试用紫外臭氧或者化学改性代替plasma,但比较下来还是plasma最靠谱。紫外处理要半小时以上,化学法又难免引入杂质。最新趋势是把plasma清洗机和光刻机联机,做成全自动生产线,像做三明治似的,这边刚处理完马上就键合,良品率能到98%以上。下次做微流控实验要是总键合失败,真该看看是不是该换台plasma设备了,毕竟工欲善其事必先利其器嘛。

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