Jul. 16, 2024
声表面波器件与微流道系统制作完毕后都是单独存在的,需要进行键合封装,以实现微流道系统与声表面波器件的密封封装,确保二者形成一个封闭的微流道系统。这一步骤对于微流体研究和声表面波应用的有效实施至关重要。
一般来说,键合可以通过两种主要方法实现:自然键合和表面处理后键合。自然键合是将声表面波器件与微流控通道进行自然吸附,这种吸附力源自二者表面之间的自然亲和作用。这种方法的主要优势在于其可逆性,即键合后的组件可以轻松拆解和清洗,且可多次重复使用。然而,自然键合的一个显著缺点是其键合强度相对较弱,可能在长期使用或较高压力环境下导致接合不稳定。与此相对,表面处理后键合则需要对键合的表面进行特殊处理,如等离子体处理,以增强键合效果。这种处理方法可以在PDMS和铌酸锂表面产生更强的化学键。等离子处理后的键合具有很高的稳定性和密封性,能够承受较高的操作压力而不易发生泄漏。不过,这种方法的缺点在于一旦键合,就很难进行拆解和重复使用,且清洗和维护也相对困难。等离子表面处理后的键合方式。这种方式虽然牺牲了一定的可逆性和便于清洗的特性,但它能够提供更牢固的连接,有效避免微流道系统在运行过程中的液体泄漏,确保实验的准确性和可靠性。
采用氧等离子处理键合的方式,通常通过氧气等离子清洗机(O2 Plasma Cleaner)进行。这个过程将声表面波器件和微流道系统置于含氧气的等离子环境中,利用高能等离子对PDMS和铌酸锂的表面进行轰击。这一等离子处理的作用是破坏PDMS和铌酸锂表面原有的化学键,同时生成新的化学键。通过氧气等离子处理,声表面波器件和微流道系统之间的键合变得牢固可靠。这种方法能够确保两者之间的粘连不会松动,从而实现它们的紧密集成。所使用的氧等离子清洗机如图1所示。
图一 氧等离子清洗机
声表面波器件与微流道系统的等离子键合流程如下:
(1) 准备工作:首先使用丙酮,然后用无水乙醇,最后用去离子水对铌酸锂衬底进行清洗。经过清洗后,使用氮气将衬底表面的液体吹干,然后将其放入无尘盒备用。取出预制的PDMS微流道系统,将其放入无尘盒备用。
(2) 设置等离子清洗机:调整真空率设置清洗时间为1分钟,开启氧气和真空泵,保持合适的功率约150W。等待等离子清洗机完成预设程序后关闭设备。
(3) 等离子处理:将载有铌酸锂的载玻片和PDMS管道放置在等离子清洗机内,进行等离子处理以增强键合效果。
(4) 键合:处理完成后,立即取出铌酸锂和PDMS管道,将铌酸锂放在操作台上。将铌酸锂衬底上的定位点与PDMS管道上的定位点对齐,进行贴合。
(5) 强化键合:将键合后的管道放入恒温干燥箱,设置恒温干燥箱的温度为60℃烘烤。
(6) 观察:完成烘烤后,检查器件键合质量,特别是流体进入区和出口区的接合情况
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