聚二甲基硅氧烷（PDMS）是一种常见聚合物材料，具有良好机械、物理和化学的特性，如表面能低，成膜后易脱落且不损伤模具；能用于多种光学检测系统制备且透光性能强；可重复使用，绝缘性与化学性稳定；能用于多种细胞培养，生物相容性较好；价格便宜，且加工成型方便等，目前，已成为制备微流控芯片的主要材料。

  铌酸锂（LiNbO₃）又称“光学硅”，集压电、铁电、热释电、非线性、电光、光弹、光折变等性能于一体的多功能材料。铌酸锂晶体的物理和化学性能稳定，具有成本低、硬度大、抗腐蚀、耐高温、易于加工、机械性能稳定等特点，已在声表面波(SAW)滤波器、光波导基片、光通讯调制器、光隔离器等方面获得了广泛的实际应用,并在光子海量存储器、光学集成等方面具有广阔的应用前景。

聚二甲基硅氧烷（PDMS）分子结构式                          铌酸锂（LiNbO₃）分子结构式

 一、PDMS与铌酸锂键合的操作方法

 PDMS属于高分子聚合物，推荐使用善准的真空等离子处理仪VP-R系列和VP-RS系列，等离子激发频率为13.56MHz，对材料表面处理既有清洁、刻蚀的物理作用，也有活化、改性的化学作用。

 步：打开真空等离子处理仪腔门，将含有通道和干净的PDMS和铌酸锂放入真空腔体内，把需要键合的面朝上。

 第二步：设置处理参数，VP-R系列建议功率放在高档（标准版是160W,高功率版是200W）,VP-RS系列功率建议调到200W，通入高纯度的氧气和氮气，气体流量为160ml/min，触摸屏上设置清洗时间60秒，点击“启动”,仪器即可自动运行：启动后会先抽真空，大约50秒之后发出等离子体，清洗时间开始计时，60秒清洗时间到了之后会自动关闭真空泵，自动关闭等离子体，自动泄压，待泄压完成即可打开腔门，取出样品。

 第三步：将PDMS和铌酸锂表面对齐后轻轻摁压，保持十分钟左右，即可实现不可逆键合。

Applied Surface Science-SCI:Q1（真空等离子处理仪VP-R3处理微流控芯片PDMS键合）  Chemical Engineering Journal-SCI:Q1（真空等离子处理仪VP-RS8活化PDMS表面）

  二、PDMS氧等离子体键合机理分析

  在通入高纯度的氧气情况下，善准的真空等离子处理仪激发产生氧等离子体，氧等离子体会在PDMS与铌酸锂的表面引入极性的羟基（-OH）基团。PDMS表面的化学键被打断，引入的-OH基团与硅（Si）原子连接形成硅醇（Si-OH），而少数的-OH 基团与C原子相连，形成了碳氧（C-O）键。铌酸锂表面的化学键断裂，铌（Nb）原子与-OH基团连接，形成Nb-OH键。氧等离子体处理后，PDMS 与铌酸锂相互接触，界面处的-OH基团之间发生脱水反应，形成Si-O-Nb共价键连接表面，实现不可逆键合（如图）。

  三、PDMS键合效果的测试方法

  PDMS键合完成后，可以通过拉力测试键合的强度，经过氧和氮等离子体处理的PDMS和铌酸锂键合的拉力测试可达到1.3MPa，也可以搭建微流控芯片流量测试平台，设置不同流量梯度，如在流量为10μL/min、20μL/min、40μL/min 与 80μL/min 的条件下均可保持稳定通过，当流量增大到 100μL/min 时发生了泄漏，经过氧和氮等离子体处理的PDMS和铌酸锂键合微流控器件可承受100μL/min 的入口流量。

PDMS与铌酸锂键合机理示意图                                    声表面波微流控芯片器件泄漏测试

  四、善准用户PDMS应用方向

  微流控芯片是善准真空等离子处理仪用户应用的一个大方向，从销售端反馈的信息看，已购买善准真空等离子处理仪的用户有做PDMS表面活化改性、PDMS与PDMS键合、PDMS与硅片键合，PDMS与玻璃键合、PDMS与PMMA键合、PDMS与铌酸锂键合等，微流控芯片键合我们推荐使用等离子激发频率是13.56MHz真空等离子处理仪，对应的是我们的VP-R系列和VP-RS系列，这两个系列均有四个型号，主要区别是腔体大小的不同，样品尺寸较小或单次处理量较少的客户可以选择小腔体，反之，选择大腔体，一般高校科研单位选择VP-R3、VP-R5、VP-RS6和VP-RS8较多，企业用户选VP-R10、VP-RS15和VP-RS20较多,这两个系列效果都很好，用户复购率和转介绍率都很高，可放心选购。

深圳某医疗企业选购善准真空等离子处理仪VP-R10实物图                中科院某研究所选购善准真空等离子处理仪VP-RS8实物图

参考文献

[1] 声表面波微流控芯片的等离子改性键合机理与工艺研究-VP-R3 中南大学(2022年）

[2] 氧等离子体处理的PDMS微流控芯片的润湿性和粘结机理的微观研究《Applied Surface Science》-VP-R3 中南大学（2021年）

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2021.151704

[3] 大面积、可拉伸、有序的、有序的银纳米线电极通过超润湿诱导离子液体转移@银纳米线复合物《Chemical Engineering Journa》-VP-RS8 烟台大学（2023年）

论文链接：