利用等離子清洗機來進行微流控PDMS芯片鍵合

微流控PDMS芯片通常采用等離子體處理的方法來獲得。采用等離子清洗機來鍵合微流控PDMS芯片,不同的工藝參數將會影響到PDMS芯片的鍵合強度。良好的鍵合牢固的芯片的耐壓強度可以達到3-5 bars的耐壓值。下面簡要介紹一下PDMS-玻璃采用等離子清洗機進行鍵合需要注意的一些問題點以及如何檢驗利用等離子清洗機進行處理后的處理效果。

玻璃/PDMS等離子體鍵合

為了永久性的把PDMS芯片結合到玻璃片上,研究人員使用等離子清洗機來改變玻璃和PDMS的表面性質。等離子體處理將會改變玻璃和PDMS芯片表面的化學性質并允許把帶有微通道的PDMS粘接到其他基底上如(PDMS或玻璃)。

如果等離子體鍵合步驟出錯,芯片將會漏液并且將無法正常使用。在等離子清洗機選擇和使用上,需要留意幾個重要的地方。

玻璃和PDMS成功等離子鍵合的相關參數

等離子清洗機腔室內的空氣污染

等離子室內的氣體組分會改變玻璃或PDMS表面上的化學連接。一些雜質(即使有非常低的數量)也會污染樣品表面。最常見的污染是來自真空泵或壓縮機的油分子。由于等離子體清洗機腔室內的油分子,您可能也會看到和以前出現的等離子體相同的等離子體,但是化學組分發生了變化,因而PDMS不會鍵合的很牢固。

氣體的選擇

表面態取決于所使用的氣體。腔室內大氣等離子體在大多數情況下都可以滿足實驗需求。有些研究人員喜歡使用純O2來控制腔室內總的氣體組分,但是需要更多的設備及加工過程更加嚴格。

灰塵

表面上灰塵的存在會阻止玻璃-PDMS的等離子體鍵合。此外,磁盤上灰塵的位置和大小也會影響PDMS的硬度。第一次清洗,至少需要一個清潔干燥的空氣噴射來沖洗磁盤或硅片。當然,也有其它的方法來移除灰塵,您可以使用3M透明膠帶來移除表面的顆?;蚋鼮橛行У氖悄€可以把芯片放置在異丙醇溶液(IPA)內并且使用超聲波來分離表面和PDMS孔洞內部的不需要的顆粒。為了清洗干凈玻璃,可以先后連續使用丙酮、異丙醇、水來進行清洗然后再進行干燥處理。

PDMS芯片鍵合專用等離子清洗機

等離子體的強度及其穩定性

一個良好質量的等離子體的指標通常是它的顏色/亮度(取決于真空度和氣體)。因為可能會發生變化,你需要記住的是,如果在相同的參數下,等離子體顏色發生了變化,那么等離子體可能就出現了問題。

PDMS芯片鍵合專用等離子清洗機

處理樣品的表面性質

等離子體是可以改變物質表面性質的一種設備,所有的污染都將會高度影響表面處理的最終結果。與流行的看法相反的是對于玻璃-PDMS的等離子鍵合,更長的處理時間不會改善表面的屬性(某些非常特殊的情況除外),例如脂肪的存在(手印)將會導致有關表面上的處理失敗。

等離子體處理時間

時間是表面處理和鍵合成功的一個關鍵因素。太短等離子體處理時間不會使整個表面發生功能化而太長等離子體處理時間會強烈的改變PDMS表面的性能。等離子體被激活的時間越長,PDMS表面越粗糙而且還會影響到粘接性能。

PDMS芯片鍵合專用等離子清洗機

等離子體處理后的時間

等離子體處理后,表面的化學鍵開始重組,而且幾分鐘后,表面的功能化活性下降從而導致玻璃-PDMS等離子體鍵合強度下降。鑒于這個原因,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放氣之后還讓樣品留在等離子體腔室內,需要快速的將玻璃-PDMS放在一起。

熱烘以提高玻璃-PDMS等離子體鍵合的質量

為了使PDMS和玻璃或PDMS接觸后更容易發生化學鏈接,建議用加熱的方式來加強化學鏈接的強度。時間、溫度和設備在實驗室和用戶之間都可以根據實際的實驗而進行改變。通常情況下,在80-90°C下熱烘15-30min就足以獲得很牢固的粘接強度。

玻璃-PDMS等離子體鍵合:一些常見錯誤的想法

需要用力的按壓PDMS芯片以便正確的進行玻璃-PDMS等離子體鍵合

對PDMS施加壓力來促進鍵合這種辦法可以用來改正一個錯誤的等離子體處理方法,但是它沒有多大的效果,而且還需要承擔通道崩塌和通道不可逆扭曲變形的風險。需要記住的是鍵合需要快速進行。如果芯片的兩個部分之間的接觸不好,那么可能原因就是灰塵的影響。為了正確的鍵合,唯一可做的就是加熱實驗裝置并輕輕的再次按壓芯片。

第一次PDMS芯片接觸后,我們還可以移動第二次

如果第一次把芯片放置在錯誤的位置或者如果等離子體處理不起作用,那么進行第二次重新放置芯片位置的操作是沒有作用的。最好的辦法就是扔掉芯片或者再次進行等離子體處理,但是不能確保有效果并且這還是無法復制的。

玻璃-PDMS等離子體鍵合:如何檢查在校準過程中等離子體處理的質量?

第一個測試:接觸角測量

等離子體處理能夠修改表面的屬性也即玻璃和PDMS表面的疏水性。良好的處理方法可使表面具有親水特性。第一個測試在于把水滴(約20μL)放置在玻璃和PDMS的表面上,然后測量表面接觸角。接觸角小于20°通常會導致較強的粘附強度,可承受的壓力最高到2.5bar。

第二個測試:粘接前端的擴散性

當粘接芯片時,在接觸處,接觸部分會變暗,所以,可以密切注意接觸部分。在等離子體處理后,玻璃或其他PDMS片上的PDMS會輕輕的脫落,接觸前端會快速的恢復原狀。

第三個測試:高壓下沒有泄露

第三個測試在于向器件的內部注入液體并且通過高壓來測試它的行為??梢允褂靡粋€簡單的注射器并且用手推動注射器,如此也可以產生幾個bar的壓力。

第四個測試:扭曲破壞

最后一個測試是破壞性測試,也就是把芯片從完整狀態折騰到破壞狀態。芯片應該被破壞而不應該是可移動的,在玻璃和PDMS上面都應該有殘留的PDMS組分。通常情況下,良好的鍵合允許您的芯片耐壓值達到3-5bars。

圖片5

推薦使用機型

TS-PL05真空石英等離子清洗機,經過大量實驗表明利用此機型處理過后的樣品能完全達到PDMS芯片的鍵合要求,處理效果十分明顯。

真空等離子清洗機

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