PDMS 键合工艺-行业动态-深圳深光达科技有限公司

聚二甲基硅氧烷（PDMS）是一种基于硅酮的有机聚合物，因其低成本和高通用性，在专业和学术研究实验室中得到广泛应用。PDMS 具有惰性、透明性，且可通过软光刻技术轻松定制 —— 这是一种用于模塑 PDMS 并在其表面刻印纳米级特征和微通道的技术。等离子清洗机可去除有机污染物并激活 PDMS 表面，为其与玻璃、PDMS 或其他类似处理表面的键合做准备。

PDMS 键合最常用于开发微流控器件。

PDMS 的等离子体表面改性

通过母模复制模塑对 PDMS 基板进行图案化后，需在空气或氧气（O₂）等离子体中对其进行氧化处理。空气或氧气等离子体通过高反应性氧自由基的化学反应和高能氧离子的烧蚀作用，去除有机碳氢化合物，在表面留下硅醇（SiOH）基团，使表面更亲水并提高润湿性。等离子体活化后，需立即将 PDMS 与另一块氧化后的 PDMS 或玻璃表面接触，在界面形成桥接的 Si-O-Si 键，实现不可逆密封。这种水密共价键是微通道形成和功能实现的理想选择。

等离子体处理已用于促进微流控器件的制造，应用场景包括：

图 1.使用深光达科技等离子清洁器进行空气等离子处理时，空白 PDMS 表面上水滴的接触角随时间的变化。

微米级化学反应与流体流动研究
生物有机体或化学物种检测
医学研究中的临床诊断与药物筛选
细胞尺度的流体操控
细胞培养、组织培养、类器官研究
单细胞测序 —— 液滴分离

表面亲水性

等离子体处理引入极性官能团，提高基板的润湿性。表面润湿性的增强可改善微流控器件内的流体流动，并提升 PDMS 的生物相容性。
等离子体处理后，PDMS 表面会立即开始发生疏水恢复（即高能表面向低能态重构）。建议在等离子体处理后 15 分钟至 1 小时内完成 PDMS 键合及后续处理步骤。
此外，通过带图案的掩模对器件进行等离子体处理，可在微流控表面构建亲水 - 疏水交替区域。

处理方法

以下是在 Harrick 等离子清洗机中激活 PDMS-PDMS 或 PDMS - 玻璃键合的建议工艺条件（可能需要通过实验确定最佳参数）：

工艺气体：氧气（O₂）或空气
压力：200mTorr 至 1 Torr
射频功率：通常设为 “高”
处理时间：15-60 秒

值得注意的是，即使处理类似的 PDMS 材料，用户报告的等离子体工艺条件也可能存在较大差异，需根据实验调整。

额外工艺注意事项

等离子体处理后：轻轻按压 PDMS 组件 30 秒，请勿拉开或调整对齐，以免破坏键合形成。过度用力可能导致微流道塌陷。
加热处理：将组装好的器件在烤箱或热板上于 80-100℃加热 60 秒，高温可为额外键合提供活化能。
清洁度：颗粒或油污会阻碍键合形成，从等离子体腔中取出 PDMS 时避免触碰待键合表面。
表面粗糙度：光滑表面可最大化键合材料的接触面积，为硅氧烷键形成提供更多机会。调整软光刻工艺以确保基板光滑。
空气 vs 氧气：由于活性氧物种浓度更高，氧气的处理效率优于空气。此外，环境中湿度或颗粒物的日常波动可能对 PDMS 键合产生不利影响。
处理时间：等离子体处理不应超过 2 分钟，过长时间会导致 PDMS 开裂，并促使低分子量分子从本体迁移至表面，减少亲水 SiOH 基团数量，导致键合弱或不完全。
即时键合：氧化后的表面需在等离子体处理后立即接触，以实现最强键合。
疏水恢复：等离子体处理后，PDMS 表面会随时间恢复疏水性（老化），通常约 1 小时。