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                    等離子鍵合PDMS-玻璃微流控芯片

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

                    等離子鍵合PDMS-玻璃微流控芯片

                    圖1.1 微流控芯片

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

                    PDMS-玻璃鍵合示意圖

                    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(jìn)行鍵合組裝,等離子鍵合技術(shù)原理如圖1.3所示,等離子清洗機中的氧氣在高頻電場(chǎng)中電離形成氧氣等離子體,同時(shí)還存在有氧原子與臭氧,具有強氧化性,經(jīng)過(guò)氧等離子體處理后的PDMS表面引入了親水性質(zhì)的-OH基團,使PDMS表面呈現出極強的親水性質(zhì)。同時(shí)玻璃或硅基底表面含有大量Si-O鍵,經(jīng)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(jīng)氧等離子處理后的PDMS與玻璃表面貼合,兩個(gè)表面的Si-OH發(fā)生反應:2Si-OH?Si-O-Si+2H2O,PDMS與玻璃表面形成牢固的化學(xué)鍵,二者間的鍵合不可逆。

                    PDMS-玻璃等離子鍵合原理

                    圖1.3 PDMS-玻璃等離子鍵合原理示意圖

                    將制備好的單個(gè)組件通過(guò)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(jìn)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(xué)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(shí),需要特別注意以下幾點(diǎn)問(wèn)題:

                    (1)等離子清洗機腔室內的清潔,對玻璃和PDMS進(jìn)行處理時(shí),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(shí),防止在玻璃和PDMS的表面留下指紋。儀器腔室內的雜質(zhì)同樣會(huì )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(shí)間,等離子體處理后,表面的化學(xué)鍵開(kāi)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(jìn)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(fā)生化學(xué)鏈接,通過(guò)加熱的方式加強化學(xué)鏈接的強度。

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