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PC与PDMS等离子键合

Jul. 03, 2024

随着微流控技术研究的不断深入,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。在芯片的制备过程中,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。相较于其他键合方法,等离子体处理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。

PC与PDMS等离子键合

由于PDMS与硅基材料之间具有良好的粘附性,因此在微流控领域中,PDMS常被用于与其他硅基材料键合以形成微流控芯片。但是,对于PDMS与非硅基材料之间的键合,我们通常选择对非硅基材料进行预处理,将硅基引入到非硅基材料中,然后再和PDMS键合。

PC是一种不含硅基的高分子聚合物材料,为了使其能更好的与PDMS键合,我们需要在键合前对PC进行硅烷化处理。PC的硅烷化是指用有机硅烷水溶液对PC进行表面处理,将硅烷基引入到PC的表面分子中,如图1所示,PC表面经过硅烷化和氧等离子处理后产生了大量的Si-O-基团,PDMS表面经过氧等离子表面处理后产生了大量的-OH基团,然后将经过处理过后的PDMS和PC表面相贴合,两者Si-O-与Si-OH之间发生反应,生成强度很高的Si-O-Si键,实现不可逆键合。

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图1 PDMS与 PC 等离子键合原理

PDMS与PC的等离子键合实验方法

取一块需要硅烷化的PC板,去除亚克力两侧薄膜,使用超声波清洗机将PC依次在酒精,去离子水中清洁处理20秒左右,并用静音无油空压机吹干,然后放入氧等离子表面处理仪的腔室中处理50秒,最后,将处理后的PC放入事先配置好的体积浓度为5%的APTES溶液中,使用智能磁力搅拌器在80℃下对其水浴加热至少20分钟(注:如果APTES溶液已多次使用,需适当增加相应时间)。水浴加热结束后,PC表面的硅烷化处理就已经完成,然后,将已硅烷化的PC板,放入去离子水中,使用超声波清洗机清洁20秒左右,并用静音无油空压机吹干。并将需要与PC键合的PDMS样品依次放在酒精,去离子水中,并使用超声波清洗机各清洁20秒左右,并用静音无油空压机吹干;最后,将清洁干净的PC和PDMS一同放入氧等离子表面处理仪的腔室中处理60秒左右,处理后,立刻将PDMS和PC板小心按压粘合,完成PDMS和PC的不可逆键合。

综上所述:等离子键合是把PC硅烷化后和PDMS表面进行等离子处理,改变PC和PDMS表面性质,同时可以显著改善PDMS和PC表面的亲水性能,将PDMS和PC贴合后,实现牢固不可逆键合。

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