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基于PDMS-PMMA材料的微流控芯片等离子体键合工艺

时间:2021-12-08  点击次数:943

在 PDMS-PMMA 复合式芯片的制备过程中,最为关键的问题是芯片不同材质间的封合,即键合工艺,也是微流控芯片技术的重要研究方向之一。



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在 PDMS-PMMA 复合式芯片的制备过程中,最为关键的问题是芯片不同材质间的封合,即键合工艺,也是微流控芯片技术的重要研究方向之一。目前用于 PDMS-PMMA 复合式芯片键合技术主要有黏结剂、等离子体技术和紫外臭氧光照改性法等。相较于其他键合方法,等离子体技术不仅在材料表面引入基团,而且可实现在一定条件下快速高效直接键合的目的


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研究人员在 PMMA 和 PDMS 上通过等离子体处理和化学修饰的方法,从而引入基团进行一系列化学反应实现了 PMMA 与 PDMS 的成功键合。通过氧气等离子体活化增强 PMMA 和 PDMS表面的亲水性,随后加入四乙氧基硅 (TEOS) 溶液,在 PMMA 表面形成二氧化硅层,从而实现了PMMA 与 PDMS 的不可逆键合。


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等离子处理的 PMMA 表面上的羟基经硅烷化反应组装上偶联剂中的硅氨基 (Si—NH 2 ),然后二次等离子体处理硅烷化后的 PMMA,将带有氨基官能团的烷基硅分子降解为硅羟基 (Si—OH) ,用于与等离子处理后的PDMS 的硅羟基发生反应,实现键合,其反应式为:2Si—OH → Si—O—Si+2H 2 O


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键合效果评估

由于 PMMA 和 PDMS 都是透明的,用肉眼很难检查粘接质量。本试验用 5 mL 注射泵通过进液孔(注射入口) a、b、c、d,e 注入溴酚蓝液体进入流道 中,在视频显微镜下观察流道是否存在泄漏的现象


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未处理的 PMMA 盖片其表面比较粗糙,经等离子处理后其表面变得比较光滑,经处理后对 PMMA 表面没有造成破坏性的影响,反而在其上面形成了连续的光滑涂层,从而提高表面亲水性,更有利于芯片的键合


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关于时效

PDMS 等离子处理时间>10 s 时其接触角<10°,可保证键合有效进行,因此等离子处理时间均>10 s, 随放置时间的增加,不同等离子处理时间下接触角均成上升趋势,表明等离子处理后随时间增加,材料表面亲水性明显降低; 在等离子处理后,接触角可保持一定时间, 20 min 内不同等离子处理时间下接触角均可保持<10°,24 h 内接触角<60°。




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