等離子鍵合PDMS-玻璃微流控芯片

微流控芯片系統（Microfluidic Chip System）如圖1.1所示，又稱為芯片實驗室（Labona Chip），是一種通過在微米尺度上操縱流體流動，繼而進行各種生化分析的實驗平臺，該平臺一般只有幾平方厘米大小，可實現規模的集成化，達到多種分析同時進行的效果。微流控芯片技術一般是指利用微尺度下流體的流動性質對物質進行分離、檢測并輔以某些主動或被動操作的技術。

圖1.1 微流控芯片

等離子處理技術是微流控芯片制作過程中最常用的鍵合技術，能夠實現PDMS-玻璃的永久性貼合。等離子鍵合是把玻璃和PDMS表面進行等離子處理，改變玻璃和PDMS表面性質，同時可以顯著改善PDMS表面的親水性能，將PDMS和玻璃貼合后，實現牢固不可逆鍵合，如圖1.2所示。

圖1.2 PDMS-玻璃鍵合示意圖

PDMS-玻璃等離子鍵合原理

微流控芯片各組件制造完畢后使用等離子清洗機進行鍵合組裝，等離子鍵合技術原理如圖1.3所示，等離子清洗機中的氧氣在高頻電場中電離形成氧氣等離子體，同時還存在有氧原子與臭氧，具有強氧化性，經過氧等離子體處理后的PDMS表面引入了親水性質的-OH基團，使PDMS表面呈現出極強的親水性質。同時玻璃或硅基底表面含有大量Si-O鍵，經氧等離子處理后，Si-O鍵被打斷，在表面形成大量Si懸掛鍵并與空氣中-OH結合形成Si-OH鍵。將經氧等離子處理后的PDMS與玻璃表面貼合，兩個表面的Si-OH發生反應：2Si-OH?Si-O-Si+2H2O，PDMS與玻璃表面形成牢固的化學鍵，二者間的鍵合不可逆。

圖1.3 PDMS-玻璃等離子鍵合原理示意圖

將制備好的單個組件通過等離子清洗機完成鍵合的步驟如下：

（1）將玻璃片和PDMS芯片或兩片PDMS芯片的待鍵合面 放在氧等離子體清洗機中。

（2）調節等離子清洗機功率為200W，氧氣流量為100-200ml/min，進行1-2分鐘清洗。

（3）清洗完畢后破真空取出組件，首先將PDMS置于玻璃中心位置，小心的趕走氣泡，輕輕按壓完成鍵合。

（4）將組裝完畢的微流控芯片置于90℃熱板加熱10-15分鐘，這將使組件間的化學鍵結合更牢固。

使用等離子清洗機對玻璃和PDMS表面改性鍵合時，需要特別注意以下幾點問題：

（1）等離子清洗機腔室內的清潔，對玻璃和PDMS進行處理時，首先將需要改性的物品放入等離子清洗機的腔室內，放入時，防止在玻璃和PDMS的表面留下指紋。儀器腔室內的雜質同樣會污染樣品表面，要注意腔室內的清潔。

（2）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，幾分鐘后，表面活性下降，導致PDMS和玻璃的鍵合強度下降。所以，不可在等離子清洗機放氣之后還將樣品滯留于腔室內，必須立即取出進行貼合。

（3）貼合后熱烘，為了使PDMS基板和導電玻璃基板接觸后更容易發生化學鏈接，通過加熱的方式加強化學鏈接的強度。