微流控PDMS芯片定制加工

1 PDMS芯片材料

PDMS，全稱為聚二甲基硅氧烷，一種常見的微流控芯片原型制造的有機(jī)高分子聚合物。本身具有彈性、透明、透氣、化學(xué)惰性。適合細(xì)胞培養(yǎng)、藥物篩選、細(xì)胞捕獲等相關(guān)的芯片制造，材料本身是疏水特性，可以通過化學(xué)或物理的方式進(jìn)行表面改性。

PDMS芯片材料優(yōu)點(diǎn)：

• 光學(xué)透明度： PDMS 的光學(xué)透明度有利于成像和顯微術(shù)。例如，它允許對(duì)微流控細(xì)胞培養(yǎng)室進(jìn)行實(shí)時(shí)成像和監(jiān)測。

• 低成本且易于制造： PDMS 微流控芯片的制造方法非常標(biāo)準(zhǔn)且直接，如下所述。此外，與熱塑性塑料相反，PDMS 可以很容易地粘合以密封并形成封閉的通道。

• 高分辨率和精細(xì)特性： PDMS 芯片通常是通過將液體預(yù)混物澆注在母模上制成的。這種鑄造工藝甚至可以在寬高比范圍內(nèi)的 PDMS 上印上精細(xì)的特征（低至幾微米）。

• 靈活性：隨著微流體研究的發(fā)展，其應(yīng)用也在增長。例如，柔性電子研究人員已經(jīng)開始使用 PDMS 微芯片，因?yàn)樗哂徐`活性。

• 生物惰性： PDMS 是一種生物惰性材料，可確保其在生物應(yīng)用中的中性，使其成為細(xì)胞培養(yǎng)基質(zhì)的合適選擇。

• 可調(diào)節(jié)性： PDMS 的彈性模量相對(duì)較低，可通過調(diào)整固化劑比例輕松調(diào)節(jié)，從而提供廣泛的材料剛度。還有一些方法可以調(diào)整 PDMS 微流控芯片的電學(xué)和熱學(xué)特性。

• 透氣性： PDMS 是一種透氣性材料，與 PMMA 和 PC 不同，氧氣的擴(kuò)散系數(shù)約為2000-4000µm2/s ，CO2 的擴(kuò)散系數(shù)約為 1000µm2/s。這使 PDMS 在長期細(xì)胞培養(yǎng)中具有優(yōu)勢。然而，這種滲透也會(huì)導(dǎo)致疏水性小分子非特異性吸收到微流體通道中。

常用的PDMS芯片材料

常用的PDMS有兩種，一種是邁圖的PDMS RTV-615，一種是道康寧 PDMS Sylgard 184 。這兩種材料的成分目前還屬于商業(yè)秘密，不被外人所知，根據(jù)多年的經(jīng)驗(yàn)，可以給出選擇如何選用PDMS的一些建議：

邁圖PDMS RTV-615：

1）制備微閥的選擇；

2）堅(jiān)固，鍵合力強(qiáng)，試用于多層鍵合的芯片；

3）不耐臟，易臟。

道康寧PDMS Sylgard 184

1）較為清潔

2）適用于單層鍵合，不適合多層鍵合

3）多用于細(xì)胞培養(yǎng)、人體器官芯片

2 微流控PDMS芯片制備

PDMS芯片制備采用軟光刻技術(shù)，從芯片模具（硅模具、SU8模具、PFCT模具、亞克力模具、金屬模具）上復(fù)制反向結(jié)構(gòu)，此方法可以容易地復(fù)制特征尺寸小于0.1um的結(jié)構(gòu)，同時(shí)，通過等離子體表面處理，PDMS可以和PDMS本身、玻璃、硅進(jìn)行鍵合，形成密閉流道。

2.1 配膠

PDMS膠水為雙組分，分為A膠和B膠，使用電子秤，配比重量為10：（0.9~1），A膠和B膠的配比越大，膠體凝固后越軟。

2.2 勻膠、除泡

將A膠、B膠充分?jǐn)嚢瑁湃胝婵崭?，真空環(huán)境中靜止時(shí)間約30分鐘，待氣泡除盡后取出待用。

2.3 澆筑模具

微流控PDMS芯片模塑法可采用的模具有硅模具、SU8模具、Pefect模具、亞克力模具、金屬模具，將模具清理干凈后，將PDMS澆筑到模具中，放入恒溫干燥箱中85℃靜置30到40分鐘。

2.4 剝膠

模具稍冷卻后，將固化后的微流控PDMS芯片與模具分離，注意不用損壞模具、微流控PDMS芯片結(jié)構(gòu)。

2.5 切割

采用專用PDMS芯片切割器或者美工刀，沿著芯片邊框進(jìn)行切割，保持邊緣整齊即可。

2.6 打孔

采用PDMS芯片打孔器給微流控PDMS芯片進(jìn)行打孔，并用膠帶紙對(duì)微流控PDMS芯片進(jìn)行清理

2.7 鍵合

采用等離子清洗機(jī)處理襯底（PDMS、玻璃）、PDMS芯片表面，鍵合功率80~90W，時(shí)間20~30s（不同等離子體處理的射頻功率和時(shí)間長度有所差異），取出后，30s內(nèi)進(jìn)行貼合，放置在80度溫箱中30分鐘左右即可。

3 頂旭微控

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