PDMS材料的特點
PDMS在微流控芯片的研究與開發中有很明顯的優點,主要表現在:
(1)PDMS的基質與固化劑按照不同比例混合能得到不同強度的PDMS彈性膠體,并且在室溫條件下即可固化;
(2)PDMS具有良好的光學特性,無色,透明,在波長范圍400~800nm之間的光透過率大于70%,即使在波長為280nm時,光透過率仍大于30%,滿足了生物醫學檢測中光學特性的要求;
(3)PDMS無毒性,適于直接在PDMS表面進行細胞培養;
(4)對PDMS表面進行理化處理之后,PDMS可與多種材料形成依靠分子力結合的可逆密封與依靠共價鍵結合的不可逆密封。但PDMS也存在著一些缺點,例如PDMS是疏水性材料,所以在其表面潤濕親水性溶液會很困難,另外,有機物質易殘留在PDMS微通道內,使清洗變的困難。
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玻璃基底的清洗
首先將玻璃基底浸入90e的AZ-300T中清洗10min以去除基底表面的雜質及其他有機物質。然后用去離子水洗凈基底,放入125e的烘箱中烘烤1h去除附著在基底表面的水蒸汽。
勻膠處理
利用真空鍍膜儀將六甲基二硅胺烷附著在基底表面以增強感光膠與基底的粘合強度。利用勻膠儀將感光膠AZ-4620均勻涂敷在基底表面,之后將其放在100e的烘烤片上軟烤6min,軟烤之后的感光膠厚度約為3Lm。軟烤的目的是蒸發掉感光膠中的殘留溶劑,加強感光膠與玻璃基底之間的粘合強度,加強感光膠的抗機械擦傷能力,避免掩膜(Mask)損傷感光膠,從而影響圖案的完整性。
感光膠的顯影與
利用曝光儀對基底進行紫外曝光,紫外線照射，劑量為160mJPcm2,持續時間40s。曝光后的玻璃基底用濃度為25%的顯影液AZ-400K顯影2min,顯影時間的長短與顯影液濃度,感光膠的靈敏度和紫外曝光量有關。在顯影過程中不斷攪動玻璃基底,使顯影液與被曝光的感光膠充分接觸,加速感光膠與基底的分離。顯影結束后利用顯微鏡檢查被曝光處的感光膠是否已經完全去除,若沒有完全去除,則還需進行顯影操作,直至被曝光部分的感光膠完全去除為止。若未被曝光處的感光膠也被顯影液去除,則造成過度顯影,則需重新進行清洗,勻膠,曝光,顯影的工序。
濕法刻蝕微通道
對基底進行硬烤處理,在溫度為125e的加熱器上先進行1min的硬烤,接著在溫度為135e的加熱器上進行12min的硬烤(每隔3min將玻璃基底旋轉90b),最后在溫度為125e的加熱器上再進行1min的硬烤,以蒸發掉將殘留在玻璃基底以及感光膠中的顯影液,去離子水等,強化基底與感光膠的粘合能力,使感光膠能夠在BOE中長時間保護玻璃基底。硬烤完成后將基底保護膜迅速粘合在基底底面,保護底面不被BOE腐蝕。首先將基底放入BOE中靜置5min,取出之后放入1.5MPL的HCl中清洗40s,然后再用去離子水清洗90s。將以上的3個步驟循環操作6次,由于BOE的刻蝕速率為0.9LmPmin,但因BOE濃度變化等因素,所以最終微通道深度為24~27Lm。刻蝕完畢后利用AZ-300T去除感光膠,利用晶圓切割機切割出合適大小的微流控芯片,每塊芯片大小為35mm@65mm。切割完畢后的芯片見圖2。
PDMS的制作過程
將PDMS基質與PDMS固化劑在表面皿中按照10:1的比例均勻混合后,置于水平位置1~2h。之后對其進行脫氣處理,以防止成型后PDMS膠體內含有氣泡,從而影響最終的密封效果。脫氣處理后將盛有PDMS的表面皿置于水平位置24h,使PDMS充分固化,形成透明彈性膜,測得膜厚為1.2mm。
玻璃基底與PDMS的粘合
將洗凈的PDMS和玻璃基底同時置于等離子體刻蝕儀中,利用真空泵對腔體抽真空,當腔內的壓強降至1.33Pa時,往腔中通入氧氣,流量為1.01@10-2PaPs,當腔內壓強達到9.98Pa時,持續施加70W的射頻電壓20s,即可完成氧等離子體對PDMS和基底表面的處理。取出玻璃基底水平放置,將PDMS被氧等離子體處理的一面小心的粘合在基底表面,隨即完成了PDMS對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壓力,于水平桌面靜置2~3h之后,便可開始使用此芯片。圖3為在PDMS表面安裝上進液孔和出液孔后的微流控芯片。
作者：程 佳