微流控芯片系統(tǒng)（Microfluidic Chip System）如圖1.1所示，又稱為芯片實(shí)驗(yàn)室（Labona Chip），是一種通過(guò)在微米尺度上操縱流體流動(dòng)，繼而進(jìn)行各種生化分析的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，該平臺(tái)一般只有幾平方厘米大小，可實(shí)現(xiàn)規(guī)模的集成化，達(dá)到多種分析同時(shí)進(jìn)行的效果。微流控芯片技術(shù)一般是指利用微尺度下流體的流動(dòng)性質(zhì)對(duì)物質(zhì)進(jìn)行分離、檢測(cè)并輔以某些主動(dòng)或被動(dòng)操作的技術(shù)。

圖1.1 微流控芯片

等離子處理技術(shù)是微流控芯片制作過(guò)程中最常用的鍵合技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)PDMS-玻璃的永久性貼合。等離子鍵合是把玻璃和PDMS表面進(jìn)行等離子處理，改變玻璃和PDMS表面性質(zhì)，同時(shí)可以顯著改善PDMS表面的親水性能，將PDMS和玻璃貼合后，實(shí)現(xiàn)牢固不可逆鍵合，如圖1.2所示。

圖1.2 PDMS-玻璃鍵合示意圖

PDMS-玻璃等離子鍵合原理

微流控芯片各組件制造完畢后使用等離子清洗機(jī)進(jìn)行鍵合組裝，等離子鍵合技術(shù)原理如圖1.3所示，等離子清洗機(jī)中的氧氣在高頻電場(chǎng)中電離形成氧氣等離子體，同時(shí)還存在有氧原子與臭氧，具有強(qiáng)氧化性，經(jīng)過(guò)氧等離子體處理后的PDMS表面引入了親水性質(zhì)的-OH基團(tuán)，使PDMS表面呈現(xiàn)出極強(qiáng)的親水性質(zhì)。同時(shí)玻璃或硅基底表面含有大量Si-O鍵，經(jīng)氧等離子處理后，Si-O鍵被打斷，在表面形成大量Si懸掛鍵并與空氣中-OH結(jié)合形成Si-OH鍵。將經(jīng)氧等離子處理后的PDMS與玻璃表面貼合，兩個(gè)表面的Si-OH發(fā)生反應(yīng)：2Si-OH?Si-O-Si+2H2O，PDMS與玻璃表面形成牢固的化學(xué)鍵，二者間的鍵合不可逆。

圖1.3 PDMS-玻璃等離子鍵合原理示意圖

將制備好的單個(gè)組件通過(guò)等離子清洗機(jī)完成鍵合的步驟如下：

（1）將玻璃片和PDMS芯片或兩片PDMS芯片的待鍵合面 放在氧等離子體清洗機(jī)中。

（2）調(diào)節(jié)等離子清洗機(jī)功率為200W，氧氣流量為100-200ml/min，進(jìn)行1-2分鐘清洗。

（3）清洗完畢后破真空取出組件，首先將PDMS置于玻璃中心位置，小心的趕走氣泡，輕輕按壓完成鍵合。

（4）將組裝完畢的微流控芯片置于90℃熱板加熱10-15分鐘，這將使組件間的化學(xué)鍵結(jié)合更牢固。

PDMS-玻璃鍵合效果測(cè)試|手動(dòng)剝離測(cè)試

通過(guò)手動(dòng)剝離試驗(yàn)，以確定是否發(fā)生了鍵合。用手將粘合的PDMS片強(qiáng)行從玻璃基板上取下。如果PDMS從基板上干凈地分離，則表明鍵合失敗。相反，如果PDMS無(wú)法輕易去除并最終撕裂并在表面留下殘留物，則表明化學(xué)鍵已成功形成。

對(duì)粘合到載玻片上的PDMS板進(jìn)行手動(dòng)剝離試驗(yàn)的說(shuō)明

PDMS最終被撕破，留下的殘留物覆蓋的面積與PDMS片原始未剝離的表面積相當(dāng)。這表明鍵合發(fā)生在PDMS-玻璃界面的大部分區(qū)域，表明鍵合成功。

使用等離子清洗機(jī)對(duì)玻璃和PDMS表面改性鍵合時(shí)，需要特別注意以下幾點(diǎn)問(wèn)題：

（1）等離子清洗機(jī)腔室內(nèi)的清潔，對(duì)玻璃和PDMS進(jìn)行處理時(shí)，首先將需要改性的物品放入等離子清洗機(jī)的腔室內(nèi)，放入時(shí)，防止在玻璃和PDMS的表面留下指紋。儀器腔室內(nèi)的雜質(zhì)同樣會(huì)污染樣品表面，要注意腔室內(nèi)的清潔。

（2）等離子體處理后的時(shí)間，等離子體處理后，表面的化學(xué)鍵開(kāi)始重組，幾分鐘后，表面活性下降，導(dǎo)致PDMS和玻璃的鍵合強(qiáng)度下降。所以，不可在等離子清洗機(jī)放氣之后還將樣品滯留于腔室內(nèi)，必須立即取出進(jìn)行貼合。

（3）貼合后熱烘，為了使PDMS基板和導(dǎo)電玻璃基板接觸后更容易發(fā)生化學(xué)鏈接，通過(guò)加熱的方式加強(qiáng)化學(xué)鏈接的強(qiáng)度。