PDMS氧等离子体表面改性

聚二甲基硅氧烷（PDMS）就是一种典型的常用于微流控芯片制备的聚合物。它具有良好的电绝缘性、透光性、耐热性、化学稳定性以及无毒性等优点,已经成为制备芯片实验室和微流控芯片中应用最广泛和最有前景的首选材料。

但是固化后的PDMS表面能低‚表面浸润性差‚导致液体在PDMS微通道中难以流动‚所以需要对PDMS表面进行处理以提高其表面浸润性。PDMS材料表面经过改性处理后,可与基底材料通过键合工艺形成密封的微通道结构,这种改性键合方式已经成为制作PDMS微流控器件的关键工艺之一。

如何实现PDMS材料表面的亲水改性处理是非常重要的。目前,常见的PDMS材料表面改性方法主要包括等离子处理(Plasma)、紫外臭氧辐射处理、电晕放电处理，表面活性剂处理和接枝共聚等方法。其中,等离子体处理是目前最为快速和高效的方法,可实现PDMS与其他硅基材料的永久键合。等离子体包括高温和低温等离子体两种,其中低温等离子体因其设备成本相对较低而受到广泛关注和研究。

对PDMS表面进行氧等离子体处理后‚高能量的氧等离子体作用于PDMS表面‚在其上形成S-i O-Si结构‚改善了PDMS的表面浸润性；随着时间延长‚表面的S-i O-Si结构向本体扩散‚表面浸润性逐渐消失。射频功率越大‚浸润性改善效果越好‚其原因可能是射频功率越大‚能量越高‚PDMS表面形成的S-i O-Si结构浓度越高‚故改性效果越好；改性时间越长‚表面的S-iO-Si结构层越厚‚向着本体的扩散越慢‚改性效果保持得越久。

低温等离子体放电技术(体系中的电子温度高达104K以上,而离子和中性粒子的温度则低至300～500 K)常用于处理高分子材料。

该技术可将材料表面的分子键打开,并与体系中由气体放电激活的各种活性等离子体粒子(氧、氮等)自由基结合,从而在材料表面形成了含氧、含氮的极性基团(如—OH,—COOH等),进而显著改善材料表面的自由能,使其表面润湿性发生改变。由于其改性过程仅涉及材料表面(几至几十纳米)而不影响材料本体大分子链结构,已成为目前的研究热点。

综上所述,低温等离子体可对PDMS材料表面进行处理,所需设备简单、投资少、便于防护、操作时间短、PDMS材料升温小,是一种便捷实用、有效的PDMS表面材料改性和键合方法。