PDMS材料的特点
PDMS在微流控芯片的研究与开发中有很明显的优点,主要表现在:
(1)PDMS的基质与固化剂按照不同比例混合能得到不同强度的PDMS弹性胶体,并且在室温条件下即可固化;
(2)PDMS具有良好的光学特性,无色,透明,在波长范围400~800nm之间的光透过率大于70%,即使在波长为280nm时,光透过率仍大于30%,满足了生物医学检测中光学特性的要求;
(3)PDMS无毒性,适于直接在PDMS表面进行细胞培养;
(4)对PDMS表面进行理化处理之后,PDMS可与多种材料形成依靠分子力结合的可逆密封与依靠共价键结合的不可逆密封。但PDMS也存在着一些缺点,例如PDMS是疏水性材料,所以在其表面润湿亲水性溶液会很困难,另外,有机物质易残留在PDMS微通道内,使清洗变的困难。
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玻璃基底的清洗
首先将玻璃基底浸入90e的AZ-300T中清洗10min以去除基底表面的杂质及其他有机物质。然后用去离子水洗净基底,放入125e的烘箱中烘烤1h去除附着在基底表面的水蒸汽。
匀胶处理
利用真空镀膜仪将六甲基二硅胺烷附着在基底表面以增强感光胶与基底的粘合强度。利用匀胶仪将感光胶AZ-4620均匀涂敷在基底表面,之后将其放在100e的烘烤片上软烤6min,软烤之后的感光胶厚度约为3Lm。软烤的目的是蒸发掉感光胶中的残留溶剂,加强感光胶与玻璃基底之间的粘合强度,加强感光胶的抗机械擦伤能力,避免掩膜(Mask)损伤感光胶,从而影响图案的完整性。
感光胶的显影与
利用曝光仪对基底进行紫外曝光,紫外线照射，剂量为160mJPcm2,持续时间40s。曝光后的玻璃基底用浓度为25%的显影液AZ-400K显影2min,显影时间的长短与显影液浓度,感光胶的灵敏度和紫外曝光量有关。在显影过程中不断搅动玻璃基底,使显影液与被曝光的感光胶充分接触,加速感光胶与基底的分离。显影结束后利用显微镜检查被曝光处的感光胶是否已经完全去除,若没有完全去除,则还需进行显影操作,直至被曝光部分的感光胶完全去除为止。若未被曝光处的感光胶也被显影液去除,则造成过度显影,则需重新进行清洗,匀胶,曝光,显影的工序。
湿法刻蚀微通道
对基底进行硬烤处理,在温度为125e的加热器上先进行1min的硬烤,接着在温度为135e的加热器上进行12min的硬烤(每隔3min将玻璃基底旋转90b),最后在温度为125e的加热器上再进行1min的硬烤,以蒸发掉将残留在玻璃基底以及感光胶中的显影液,去离子水等,强化基底与感光胶的粘合能力,使感光胶能够在BOE中长时间保护玻璃基底。硬烤完成后将基底保护膜迅速粘合在基底底面,保护底面不被BOE腐蚀。首先将基底放入BOE中静置5min,取出之后放入1.5MPL的HCl中清洗40s,然后再用去离子水清洗90s。将以上的3个步骤循环操作6次,由于BOE的刻蚀速率为0.9LmPmin,但因BOE浓度变化等因素,所以最终微通道深度为24~27Lm。刻蚀完毕后利用AZ-300T去除感光胶,利用晶圆切割机切割出合适大小的微流控芯片,每块芯片大小为35mm@65mm。切割完毕后的芯片见图2。
PDMS的制作过程
将PDMS基质与PDMS固化剂在表面皿中按照10:1的比例均匀混合后,置于水平位置1~2h。之后对其进行脱气处理,以防止成型后PDMS胶体内含有气泡,从而影响最终的密封效果。脱气处理后将盛有PDMS的表面皿置于水平位置24h,使PDMS充分固化,形成透明弹性膜,测得膜厚为1.2mm。
玻璃基底与PDMS的粘合
将洗净的PDMS和玻璃基底同时置于等离子体刻蚀仪中,利用真空泵对腔体抽真空,当腔内的压强降至1.33Pa时,往腔中通入氧气,流量为1.01@10-2PaPs,当腔内压强达到9.98Pa时,持续施加70W的射频电压20s,即可完成氧等离子体对PDMS和基底表面的处理。取出玻璃基底水平放置,将PDMS被氧等离子体处理的一面小心的粘合在基底表面,随即完成了PDMS对玻璃基底微通道的不可逆密封。在微流控芯片表面施加一定压力,于水平桌面静置2~3h之后,便可开始使用此芯片。图3为在PDMS表面安装上进液孔和出液孔后的微流控芯片。
作者：程 佳