基于等离子体处理法的PDMS-PMMA材料微流控芯片键合工艺

随着微流控技术研究的不断深入,微流控芯片的制作工艺也得到迅猛发展,其中高分子聚合物因其选择性多、成本低、可批量生产等优势而作为“一次性”使用微流控芯片的主要原材料。由高分子聚合物制备的微流控芯片现已广泛应用于生物/化学分析、药物筛选、临床医学检测等诸多领域,并取得了良好的使用效果。但大多数微流控芯片制作材料是单一的高分子聚合物,实际使用效果往往受到限制,而采用复合式高分子聚合物材料制备微流控芯片,则可以利用不同材料之间的优势互补,充分改善微流控芯片性能,这也是微流控芯片制备工艺的主要发展方向之一,如采用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚丙烯、聚碳酸酯、聚苯乙烯等具有刚性强、吸附力弱且光学性能好的材料,构建复合式芯片。复合式芯片兼具多种材料的优点,可极大适应生物检测的多样性。

在PDMS-PMMA复合式芯片的制备过程中,最为关键的问题是芯片不同材质间的封合,即键合工艺,也是微流控芯片技术的重要研究方向之一。目前用于PDMS-PMMA复合式芯片键合技术主要有黏结剂、等离子体技术和紫外臭氧光照改性法等。相较于其他键合方法,等离子体技术不仅在材料表面引入基团,而且可实现在一定条件下快速高效直接键合的目的。

等离子硅烷化法处理的原理为:等离子处理的PMMA表面上的羟基经硅烷化反应组装上偶联剂中的硅氨基(Si—NH2),然后二次等离子体处理硅烷化后的PMMA,将带有氨基官能团的烷基硅分子降解为硅羟基(Si—OH),用于与等离子处理后的PDMS的硅羟基发生反应,实现键合,其反应式为:

2Si—OH→Si—O—Si+2H2O

经等离子处理后的PMMA表面上存在大量的羟基,更有利于硅烷化反应组装上偶联剂中的硅氨基。