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高分子聚合材料表面plasma清洗:
PDMS作為一種聚合物高分子化合物材料,不僅具有價格低廉、生產加工簡單的特點,還可根據其微結構特點,在紫外光照射下可進行生物兼容性等。在目前的微流控制做中,它是一種常用的材料。而PDMS材料比較松軟,僅選用PDMS制做的微流控就不適合用于對機械剛性要求。PDMS、硅、玻璃的混合包裝方法可以根據合理的設計揚長避短,充分發揮各種材質的優勢,滿足不同的選用要求。固化后的PDMS表面具備相應的附著性,1對成型后的PDMS基板可以借助分子之間的引力自然粘合,無需任何處理,但這樣的附著性不足,非常容易滲漏。
現階段,PDMS與硅基材質低溫鍵合的方法有很多種。在制做硅-PDMS多層結構微閥的過程中,PDMS直接旋轉固化在硅片上,實現硅-PDMS薄膜的直接鍵合。該方法屬于可逆鍵合,鍵合強度不高。制備生物芯片時,PDMS與帶氧化層掩膜的氧等離子對PDMS基板進行處理,并將其結合在一起。這種方法實際上是PDMS和SiO2掩膜的結合,但是硅表面熱氧化得到的SiO_2膜層與PDMS的結合效果并不理想。利用氧plasma清洗表層處理,PDMS和帶鈍化層的硅片可以在室溫常壓下成功鍵合。一般認為,在用氧plasma凈化改性處理實現PDMS與其它基片結合的工藝過程中,PDMS基片和基片應在氧等離子表面改性后立即進行粘接,否則PDMS表面將很快恢復疏水性,導致膠粘劑粘接失效,因此可操作時間較短,通常情況下1~10分鐘左右。在PDMS基片和硅基片需要鍵合之前,應對相應時間的結構圖。因此,如何保證鍵合圖形的連續性應延長。
氧plasma清洗后的PDMS表面引入親水性-OH基團,而不是-CH基團,使PDMS表面表現出強烈的親水性。同樣,由于硅基底經過濃硫酸處理,表面含有大量的Si-O鍵,Si-OH鍵在氧等離子處理過程中被打斷,從而在表面形成大量的Si懸掛鍵,根據吸收空氣中的-OH形成Si-OH鍵。處理后的PDMS與硅表面相匹配,兩個表面的Si-OH之間發生如下反應:2Si-OH@Si-O-Si+2H20。硅基與PDMS之間形成了牢固的Si-O鍵結合,從而完成了不可逆鍵合。
一般認為,在PDMS與PDMS、PDMS與硅或玻璃的鍵合過程中,基板和蓋板表面活化后,應在1~10分鐘內貼合,否則無法完成共價鍵的組合?,F階段對這一現象的一致看法是,PDMS本體中的低分子量基團遷移到表面,逐漸覆蓋表面的OH基團。隨著時間的推移,PDMS表面的OH基團越來越少,最終無法與硅基底粘合。
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