PDMS芯片

一、 材料概述与核心性能
1. 基本物理特性
  • 超高透明:在 240 至 1100 nm 波长内具备出色的光学透明性。

  • 高透气性:允许气体渗透,极佳的氧气/二氧化碳通量。

  • 机械性能:属于软质弹性体,抗外力磕碰,不易碎裂。

  • 耐温范围:可在 -50℃ 至 200℃ 恶劣环境下长期使用。

  • 低成本性:价格亲民,适合大规模实验和复制模制。

2. 生物医药适用性
  • 生物相容:材料本身无毒、无害。

  • 惰性极佳:一般情况下具有良好的化学惰性。

  • 实验场景:非常适合细胞培养、药物筛选、细胞捕获等生物化学实验。


二、 工艺加工能力与精度指标
1. 结构与尺寸极限
  • 最小特征:可辨认最小特征尺寸为 2 μm

  • 最小通道:通道宽度最小 5 μm;通道高度最小 10 μm

  • 最小间距:相邻通道最小间距为 20 μm

  • 阵列加工:圆形/方形阵列(微柱或微孔)、PDMS 96孔板加工。

  • 微柱极限:最小圆柱直径 10 μm注:若模具为凹坑,PDMS深宽比不得超过 1:1)。

2. 加工精度控制
  • 通道高度误差:±5%通道高度。

  • 高度特征精度±5%通道高度。

  • 侧壁垂直度数±3%

  • 薄膜厚度控制:厚度范围 50–500um,厚度误差仅为 2%


三、 表面改性与化学耐受性
1. 表面等离子体氧化(亲水改性)
  • 化学机制:通过等离子体改变表面化学性质,产生硅烷醇终止(SiOH)基团。

  • 亲水时效:使原本疏水(水接触角 \(\sim 108^\circ \pm 7^\circ\))的表面转为亲水,持续约 30 分钟

  • 防吸附性:使表面具备抵抗疏水性和带负电荷分子吸附的能力。

  • 共价键合:可用三氯硅烷进行功能化,或与氧化玻璃表面形成 Si-O-Si 原子级共价键合。

2. 流体相容性与溶胀变形指南
流体类别典型流体名称PDMS 的表现与建议
完全不渗透水、甘油、甲醇、乙醇不会渗透,无连续变形。可放心使用
轻度变形丙酮、丙醇、吡啶存在较小程度的变形和膨胀。需谨慎使用
严重溶胀二异丙胺、氯仿、醚类产生严重变形和溶胀。绝对不建议使用

四、 芯片清洗与维护指南
核心提示:PDMS 芯片易受试剂污染、不易清洗、重复利用率低,通常作为一次性芯片使用。
1. 实验前防堵塞
  • 过滤要求:实验前必须对所用溶剂进行过滤。

  • 高危通道:当芯片通道 小于 20 μm 时,必须严格过滤,防止较大夹杂物堵塞。

2. 实验后标准冲洗流程
  1. 推出残液:使用较大推进力将芯片内的实验试剂推出。

  2. 互溶置换:在储液池中加入与原试剂互溶的液体,推进芯片,直至出口端流出数滴。

  3. 去离子水冲洗:使用去离子水彻底冲洗通道。

  4. 气体烘干:使用空气、氮气、氧气或氩气等气体冲洗,将通道吹干。

3. 残留物专项清洗对比
芯片材质残留物类型推荐清洗方法与禁忌
PDMS 芯片有机残留乙醇清洗→去离子水冲洗烘干。
PDMS 芯片无机残留直接使用去离子水冲洗烘干。
玻璃芯片各种残留化学耐受力强,依残留物选试剂。严禁使用氢氟酸
PMMA 芯片各种残留仅耐受无机弱酸碱。严禁使用有机化学试剂清洗
  • 安全注记:清洗时应避免使用大流速冲洗,以免水压过大损伤芯片结构。


五、 提高 PDMS 粘合品质的关键要素
  1. 热处理固化:通常在 80–90°C 的温度下烘烤 15–30 分钟,即可产生良好的粘合力。

  2. 等离子环境:在绝大多数情况下,使用室内空气等离子体处理即可达到非常有效、理想的粘合状态。

  3. 洁净度控制:粘合前必须彻底去除 PDMS 表面的灰尘等颗粒物。


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