MC应用｜Harrick等离子清洗机PDMS键合小能手！

在通过从母模进行仿制模制来对PDMS基板进行图案化之后，PDMS在空气或氧气（O 2 ）等离子体中被氧化。空气或O 2 等离子体通过与高反应性氧自由基发生化学反应并通过高能氧离子进行烧蚀来去除有机碳氢化合物。这在表面上留下了硅烷醇（SiOH）基，使表面更具亲水性并提高了表面润湿性。等离子体活化后，PDMS立即与另一个氧化的PDMS或玻璃表面接触，以在界面处形成桥接的Si-O-Si键，从而形成不可逆的密封。 这种不透水的共价键是微通道形成和功能的理想选择。

等离子体处理已用于促进微流控设备的制造，例如：

• 研究微米级的化学反应和流体流动

• 生物体或化学物种的检测

• 用于医学研究的临床诊断和药物筛选

• 在细胞长度尺度上操纵液体

• 细胞培养，组织培养，类器官研究

图1. 使用Harrick等离子清洁剂在空白聚二甲基硅氧烷（PDMS）表面上的水滴接触角与空气等离子体处理时间的关系。

数据来自Jiang，X.，H.Zheng，S.Gourdin，PT Hammond。“ Polymer-on-Polymer Stamping：聚合物在化学图案化表面上的通用方法。” Langmuir（2002）18：2607-2615; Zheng H.，MF Rubner，PT Hammond。“通过聚合物在聚合物上的压印在图案化的“正负”聚电解质表面上的颗粒组装。” Langmuir（2002）18：4505-4510。

等离子体处理引入了极性官能团，这些官能团增加了基材的润湿性。表面润湿性的提高增强了微流体装置内的流体流动，并改善了PDMS的生物相容性。

在等离子体处理之后，随着高能表面重新构筑成低能态，PDMS表面立即开始疏水恢复。建议在等离子处理的15分钟到一个小时内执行PDMS粘合和其他后续处理步骤。

另外，可通过等离子体处理装置通过图案化的掩模在微流体表面上图案化交替的亲水-疏水区域。

PDMS，Micro Wells

等离子处理前，存在颗粒和气泡（左图），经过氧气等离子处理后，颗粒被处理掉，气泡也消失了（右图）。

实验结果来源：

T. R. Sodunke, et al. Biomater. (2007) 28: 4006. DOI:10.1016/j.biomaterials.2007.05.021

以下是在Harrick等离子清洗机中用于PDMS-PDMS或PDMS-玻璃的等离子体活化的建议工艺条件（可能需要进行一些实验才能确定最佳工艺条件）：

• 使用氧气（O 2）或室内空气作为处理气体

• 压力：200毫托至1托

• 射频功率：通常为高

• 处理时间：15-60秒

• 与实验过程和制造技术一样，即使等离子处理类似的PDMS材料，用户报告的等离子处理条件也有很大差异。

• 等离子处理后，轻轻将PDMS组件压在一起并保持30秒。不要拉开并调整对齐方式，因为这会破坏键的形成。用力过大可能会使微流体通道塌陷。

• 在烤箱或热板上以80-100摄氏度的温度将组装好的设备加热60秒。高温为额外的键形成提供了活化能。

• 清洁度：微粒或油的存在会阻止粘结的形成。从等离子室中取出PDMS时，避免接触要粘合的表面

• 表面粗糙度：光滑的表面可最大程度地增加粘合材料之间的接触，从而为硅氧烷键的形成提供了更多机会。调整您的软光刻工艺，以确保基板光滑。

• 空气与氧气：由于活性氧的浓度较高，因此氧气比空气更有效。此外，来自环境的空气每天容易产生湿度或颗粒的波动，可能会不利地影响PDMS的粘合。

• 等离子体处理不应超过2分钟，因为长时间的等离子体暴露会导致PDMS破裂并导致低分子量分子从本体迁移到表面，从而减少亲水性SiOH基团的数量并导致键合弱或不完全

• 等离子处理后，应立即使氧化的表面接触，以实现最牢固的结合

• 等离子体处理（约1小时）后，PDMS表面会随着时间恢复疏水性（老化）。