基于氮气等离子体技术的PDMS表面改性研究

摘要

聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane，PDMS)由于其具有良好的弹性、生物相容性、透光性、化学惰性、气体渗透性，较低的加工成本以及很容易与玻璃等其他材料结合等特点，目前已经成为应用最为广泛的微流控芯片材料之一。但是PDMS由于具有较高的天然疏水性，限制了其在微流控芯片中的应用。因此，本文将着重对PDMS表面改性进行研究，同时结合微加工工艺，简化加工制作微流控芯片的流程，使其能够广泛地应用于微流控领域。
　　首先，对PDMS的结构、基本性能以及成型工艺做了简要介绍，并且对不同的氮气等离子体改性工艺进行了研究。通过水接触角分析了腔室气压、处理时间和溅射功率对PDMS表面的改性结果的影响。增加功率、腔室气压和减少处理时间也有助于表面水接触角逐渐减小，降低表面粗糙度，延迟疏水性恢复。但是功率不能太高否则表面会产生裂纹，导致表面粗糙度又迅速变大。
　　其次，对PDMS本体和不同氮气等离子体工艺改性的PDMS表面进行了红外光谱分析。通过分析得知PDMS表面经过氮气等离子体改性后会产生氨基，氨基是连接在PDMS的碳原子上，并且随着处理时间的增加，氨基会逐渐增多。通过X射线光电子能谱对改性前后的PDMS进行分析，发现PDMS改性之后由于产生了氨基，表面碳原子和硅原子所占比例会有所下降。
　　最后，设计制作了PDMS微流控芯片。利用传统光刻技术加工SU-8光刻胶使其作为芯片微通道，并结合氮气等离子体处理的PDMS完成微流控芯片的键合封装。通过对键合机理进行了研究，对不同改性工艺之后的键合强度进行测量分析，综合表面水接触角和键合强度结果，发现最佳氮气等离子体改性参数为70W/30s/50Pa。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 论文研究背景

1．2 PDMS表面改性方法简介

1．2．1 等离子体改性

1．2．2 紫外辐射改性

1．2．3 硅烷化

1．2．4 表面活性剂改性

1．2．5 层层自组装

1．2．6 接枝共聚改性

1．3 基于等离子体改性的PDMS微流控芯片研究现状

1．4 论文研究目的及主要研究内容

第2章 PDMS表面改性及润湿性研究

2．1 PDMS简介

2．1．1 PDMS的结构与基本性能

2．1．2 PDMS成型工艺

2．2 PDMS氮气等离子体改性

2．2．1 实验原理

2．2．2 实验过程

2．3 PDMS表面润湿性研究

2．3．1 表面润湿性理论

2．3．2 表面水接触角测量

第3章 PDMS表面改性分析

3．1 PDMS表面分析方法

3．1．1 傅里叶变换红外光谱

3．1．2 X射线光电子能谱

3．2 PDMS改性结果分析

3．2．1 FTIR分析

3．2．2 XPS分析

第4章 PDMS微流控芯片键合工艺研究

4．1 PDMS微流控芯片的设计及制作

4．1．1 PDMS微流控芯片的设计

4．1．2 微流控芯片的加工工艺

4．2 芯片的键合工艺研究

4．2．1 键合机理

4．2．2 键合强度测量实验

4．2．3 键合强度测量结果

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文