基于等離子體處理法的PDMS-PMMA材料微流控芯片鍵合工藝

隨著微流控技術研究的不斷深入,微流控芯片的制作工藝也得到迅猛發展,其中高分子聚合物因其選擇性多、成本低、可批量生產等優勢而作為“一次性”使用微流控芯片的主要原材料。由高分子聚合物制備的微流控芯片現已廣泛應用于生物/化學分析、藥物篩選、臨床醫學檢測等諸多領域,并取得了良好的使用效果。但大多數微流控芯片制作材料是單一的高分子聚合物,實際使用效果往往受到限制,而采用復合式高分子聚合物材料制備微流控芯片,則可以利用不同材料之間的優勢互補,充分改善微流控芯片性能,這也是微流控芯片制備工藝的主要發展方向之一,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、聚苯乙烯等具有剛性強、吸附力弱且光學性能好的材料,構建復合式芯片。復合式芯片兼具多種材料的優點,可極大適應生物檢測的多樣性。

在PDMS-PMMA復合式芯片的制備過程中,最為關鍵的問題是芯片不同材質間的封合,即鍵合工藝,也是微流控芯片技術的重要研究方向之一。目前用于PDMS-PMMA復合式芯片鍵合技術主要有黏結劑、等離子體技術和紫外臭氧光照改性法等。相較于其他鍵合方法,等離子體技術不僅在材料表面引入基團,而且可實現在一定條件下快速高效直接鍵合的目的。

等離子硅烷化法處理的原理為:等離子處理的PMMA表面上的羥基經硅烷化反應組裝上偶聯劑中的硅氨基(Si—NH2),然后二次等離子體處理硅烷化后的PMMA,將帶有氨基官能團的烷基硅分子降解為硅羥基(Si—OH),用于與等離子處理后的PDMS的硅羥基發生反應,實現鍵合,其反應式為:

2Si—OH→Si—O—Si+2H2O

經等離子處理后的PMMA表面上存在大量的羥基,更有利于硅烷化反應組裝上偶聯劑中的硅氨基。