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(jī)來鍵合微流控PDMS芯片，不同的工藝參數(shù)將會(huì)影響到PDMS芯片的鍵合強(qiáng)度。良好的鍵合牢固的芯片的耐壓強(qiáng)度可以達(dá)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(jī)進(jìn)行鍵合需要注意的一些問題點(diǎn)以及如何檢驗(yàn)利用等離子清洗機(jī)進(jìn)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(jié)合到玻璃片上，研究人員使用等離子清洗機(jī)來改變玻璃和PDMS的表面性質(zhì)。等離子體處理將會(huì)改變玻璃和PDMS芯片表面的化學(xué)性質(zhì)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(cuò)，芯片將會(huì)漏液并且將無法正常使用。在等離子清洗機(jī)選擇和使用上，需要留意幾個(gè)重要的地方。

玻璃和PDMS成功等離子鍵合的相關(guān)參數(shù)

等離子清洗機(jī)腔室內(nèi)的空氣污染

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

氣體的選擇

表面態(tài)取決于所使用的氣體。腔室內(nèi)大氣等離子體在大多數(shù)情況下都可以滿足實(shí)驗(yàn)需求。有些研究人員喜歡使用純O2來控制腔室內(nèi)總的氣體組分，但是需要更多的設(shè)備及加工過程更加嚴(yán)格。

灰塵

表面上灰塵的存在會(huì)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(huì)影響PDMS的硬度。第一次清洗，至少需要一個(gè)清潔干燥的空氣噴射來沖洗磁盤或硅片。當(dāng)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粒或更為有效的是您還可以把芯片放置在異丙醇溶液(IPA)內(nèi)并且使用超聲波來分離表面和PDMS孔洞內(nèi)部的不需要的顆粒。為了清洗干凈玻璃，可以先后連續(xù)使用丙酮、異丙醇、水來進(jìn)行清洗然后再進(jìn)行干燥處理。

等離子體的強(qiáng)度及其穩(wěn)定性

一個(gè)良好質(zhì)量的等離子體的指標(biāo)通常是它的顏色/亮度(取決于真空度和氣體)。因?yàn)榭赡軙?huì)發(fā)生變化，你需要記住的是，如果在相同的參數(shù)下，等離子體顏色發(fā)生了變化，那么等離子體可能就出現(xiàn)了問題。

處理樣品的表面性質(zhì)

等離子體是可以改變物質(zhì)表面性質(zhì)的一種設(shè)備，所有的污染都將會(huì)高度影響表面處理的最終結(jié)果。與流行的看法相反的是對(duì)于玻璃-PDMS的等離子鍵合，更長的處理時(shí)間不會(huì)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(huì)導(dǎo)致有關(guān)表面上的處理失敗。

等離子體處理時(shí)間

時(shí)間是表面處理和鍵合成功的一個(gè)關(guān)鍵因素。太短等離子體處理時(shí)間不會(huì)使整個(gè)表面發(fā)生功能化而太長等離子體處理時(shí)間會(huì)強(qiáng)烈的改變PDMS表面的性能。等離子體被激活的時(shí)間越長，PDMS表面越粗糙而且還會(huì)影響到粘接性能。

等離子體處理后的時(shí)間

等離子體處理后，表面的化學(xué)鍵開始重組，而且?guī)追昼姾螅砻娴墓δ芑钚韵陆祻亩鴮?dǎo)致玻璃-PDMS等離子體鍵合強(qiáng)度下降。鑒于這個(gè)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(jī)放氣之后還讓樣品留在等離子體腔室內(nèi)，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(zhì)量

為了使PDMS和玻璃或PDMS接觸后更容易發(fā)生化學(xué)鏈接，建議用加熱的方式來加強(qiáng)化學(xué)鏈接的強(qiáng)度。時(shí)間、溫度和設(shè)備在實(shí)驗(yàn)室和用戶之間都可以根據(jù)實(shí)際的實(shí)驗(yàn)而進(jìn)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(qiáng)度。

玻璃-PDMS等離子體鍵合：一些常見錯(cuò)誤的想法

需要用力的按壓PDMS芯片以便正確的進(jìn)行玻璃-PDMS等離子體鍵合

對(duì)PDMS施加壓力來促進(jìn)鍵合這種辦法可以用來改正一個(gè)錯(cuò)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(dān)通道崩塌和通道不可逆扭曲變形的風(fēng)險(xiǎn)。需要記住的是鍵合需要快速進(jìn)行。如果芯片的兩個(gè)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(shí)驗(yàn)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(dòng)第二次

如果第一次把芯片放置在錯(cuò)誤的位置或者如果等離子體處理不起作用，那么進(jìn)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(jìn)行等離子體處理，但是不能確保有效果并且這還是無法復(fù)制的。

玻璃-PDMS等離子體鍵合：如何檢查在校準(zhǔn)過程中等離子體處理的質(zhì)量?

第一個(gè)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(gè)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(huì)導(dǎo)致較強(qiáng)的粘附強(qiáng)度，可承受的壓力最高到2.5bar。

第二個(gè)測試：粘接前端的擴(kuò)散性

當(dāng)粘接芯片時(shí)，在接觸處，接觸部分會(huì)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(huì)輕輕的脫落，接觸前端會(huì)快速的恢復(fù)原狀。

第三個(gè)測試：高壓下沒有泄露

第三個(gè)測試在于向器件的內(nèi)部注入液體并且通過高壓來測試它的行為。可以使用一個(gè)簡單的注射器并且用手推動(dòng)注射器，如此也可以產(chǎn)生幾個(gè)bar的壓力。

第四個(gè)測試：扭曲破壞

最后一個(gè)測試是破壞性測試，也就是把芯片從完整狀態(tài)折騰到破壞狀態(tài)。芯片應(yīng)該被破壞而不應(yīng)該是可移動(dòng)的，在玻璃和PDMS上面都應(yīng)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(dá)到3-5bars。

推薦使用機(jī)型

TS-PL05真空石英等離子清洗機(jī)，經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)表明利用此機(jī)型處理過后的樣品能完全達(dá)到PDMS芯片的鍵合要求，處理效果十分明顯。