微流控芯片鍵合前PMMA的表面處理
在粘合之前對被粘接物表面進行處理是粘合工藝中最重要的環(huán)節(jié)之一。初始的粘接強度和耐久性完全取決于膠粘劑接觸的表面類型。被粘接物處理的程度和使用環(huán)境與極限粘接強度有關。在許多低強度到中等強度應用中，大范圍的表面處理或許沒有必要。但是，要求最大粘接強度、永久性和可靠性的地方，必須仔細地控制表面處理工藝。
影響PMMA板材粘合性能的因素很多，包括材料本身的潤濕性和粘合表面的清潔度等。材料的潤濕性極為復雜，因而，為了提高材料粘合面的質(zhì)量，可采用以下一項或多項措施:清除材料表面污物;控制吸附水;抑制促使聚合物分解的表面粒子;被粘接物內(nèi)部結構應與膠粘劑分子結構相容合;控制表面粗糙度。實驗證明進行過處理的表面粘接效果比未處理前有明顯的提過。除此以外，為避免粘接過程在兩塊板之間產(chǎn)生氣泡，須保證粘接表面的平整性，為此，基片上打出儲液孔后，孔的周圍需圓滑處理，去除高于粘接表面的粗糙部分，維持原有平面的平整。

PMMA 板材表面處理的有效性可用多種方法加以評價。在粘接之前，可以使用“水膜殘跡”試驗和接觸角試驗。在粘合后，采取對芯片拉應力破壞試驗測定粘合強度來評價處理的效果。在實際應用中，“水膜殘跡”試驗是一種比較經(jīng)濟實用的方法，通過觀察清潔表面(用化學方法激活或極化的表面)能否保持連續(xù)水膜來判定。又稱作無水膜殘跡條件。水膜斷開表示有油跡或污染的區(qū)域。由于殘留的清洗液遺留在表面上，形成連續(xù)水膜的可能性亦存在，所以在試驗前務必保證表面用水徹底沖洗。如果在表面上不能觀察到無水膜殘跡條件，就不能用于粘合或粘接。
芯片的熱粘合
熱粘合的溫度、加熱時間和壓力是關系成敗的重要參數(shù)。由于基片和蓋片采用了同種材料，相應的熱粘合條件與微通道熱壓成形相當，只是根據(jù)鍵合質(zhì)量的需要對參數(shù)進行適當?shù)卣{(diào)整。通常粘合溫度要低于玻璃化溫度，但要高于熱壓成形溫度。如果溫度不夠高、壓力過小或加熱時間太短，容易在兩塊板的接觸面間產(chǎn)生氣泡(如圖1a)，使芯片通道不能完全密封，導致樣品泄漏;反之，則通道變淺甚至消失。
玻璃化溫度是關系到高聚物芯片熱粘合的重要參數(shù)，同一單體不同的幾何立構可能對應截然不同的玻璃化溫度。如間規(guī)力構的PMMA的玻璃化溫度是115℃，而全同力構的 PMMA的玻璃化溫度是43℃。因而，兩種材料粘合條件的懸殊可以推測為是由兩種PMMA微觀結構的差異決定的，而這種差異是由不同生產(chǎn)條件導致。
芯片的溶劑粘合
本文除了嘗試利用物理的熱粘合之外,還成功地使用化學溶劑將蓋片和基片有效地粘合。該方法適于無定形熱塑性自身的粘合，同時也可用于性能相近的不同塑料的粘合。這種方法對溶劑要求較高，首先要求溶劑必須具有足夠的活性，可使整個粘合面均勻地溶解或溶脹到可粘程度，略施加壓力即可粘合;其次要求溶劑具有適當?shù)膿]發(fā)速度，在未使塑料發(fā)生龜裂或產(chǎn)生白色霧狀膜的情況下，盡量揮發(fā)得快一些，這樣可使粘接強度在較短時間內(nèi)達到最高值。由此可見，在溶劑粘合中，對溶劑的選擇，特別是按照塑料和溶劑的溶解參數(shù)(SP)以及溶劑的沸點選擇適當溶劑尤為重要。
一般來說，溶劑與塑料之間的溶解度參數(shù)越接近，溶劑對塑料的溶解性就越好，表2列出了一些塑料和溶劑的溶解度參數(shù)。從表中可以看到，丙酮(SP=10)可溶解PMMA(SP=9.3),可作為芯片粘合用的溶劑。然而試驗發(fā)現(xiàn)，丙酮很容易在PMMA表面產(chǎn)生“混濁膜”，而且還容易使表面發(fā)生龜裂，產(chǎn)生無數(shù)細小的裂紋痕。導致最終的粘接質(zhì)量下降，芯片透光率降低，既影響了芯片的美觀，也給接下來的藥物檢測增加了困難。
被粘接聚合物一般與其單體具有很好的相容性。在進行PMMA溶劑粘合試驗中，采用PMMA的粉末溶于其單體MMA，制成粘合芯片用的溶膠。因為MMA在空氣中具有揮發(fā)性，旋涂在PMMA表面上在數(shù)十秒內(nèi)就能揮發(fā)殆盡。因此很難對芯片表面達到有效地溶解，未溶解的部位無法粘合，未粘合部分將出現(xiàn)氣泡。為改善粘合效果，在MMA溶劑中加入少許膠粘劑PMMA微粉，配制成溶劑膠粘劑。如果此類單體在室溫下聚合或在塑料軟化點以下加熱促進聚合，把少量的同質(zhì)聚合物粉末加入單體中，不但可促進聚合還可避免龜裂現(xiàn)象。
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審核編輯 黃宇