PDMS微纳加工

PDMS（聚二甲基硅氧烷，Polydimethylsiloxane）是一种常用的柔性高分子材料，在微流控、生物芯片、微纳传感器等领域有广泛应用。PDMS微纳加工是指利用特定工艺将PDMS制成具有微米甚至纳米尺度结构的器件。以下是PDMS微纳加工的主要方法及其特征：

一、PDMS微纳加工的主要方法

1. 软光刻（Soft Lithography）

这是最常用的PDMS微结构加工方法，主要包括以下步骤：

（1）制作母模（Master）

使用光刻技术在硅片或其他硬质基底上制备出具有微纳结构的母模（通常是SU-8光刻胶结构）。母模的图案决定了最终PDMS结构的形状。

（2）PDMS预聚体混合与脱气

将PDMS单体（Base）与交联剂（Curing Agent）按一定比例（通常为10:1）混合。混合后进行脱气处理，去除其中的气泡，防止固化后产生缺陷。

（3）浇注与固化

将脱气后的PDMS混合液浇注在母模表面，覆盖整个微结构。放入烘箱中加热固化（通常60~80℃，1~2小时）。

（4）剥离与后处理

固化后的PDMS从母模上剥离，得到带有微结构的PDMS片。可根据需要打孔（如流体进出口）、键合（如与玻璃或PDMS自身键合）等。

2. 复制模塑（Replication Molding）

类似于软光刻，但母模可以是其他材料（如PDMS本身、金属、塑料等），用于低成本、快速复制微结构。

3. 微注塑（Micro Injection Molding）

适用于大规模生产，将PDMS注入具有微结构的模具中，快速成型。但设备成本较高。

4. 3D打印（3D Printing）

近年来，也有使用高分辨率3D打印技术直接打印PDMS结构，但精度和材料性能仍有限。

二、PDMS微纳加工的特征

1. 优点：

生物相容性好：适合生物医学应用，如细胞培养、器官芯片等。

柔性可拉伸：可用于柔性电子、可穿戴设备。

光学透明：便于显微观察与光学检测。

加工成本低：特别是软光刻，适合实验室小规模制备。

可键合性强：可与玻璃、硅片或其他PDMS片进行氧等离子体键合，形成密封微通道。

2. 缺点：

机械强度较低：不适合承受高压或大应力。

耐高温性差：一般工作温度在-60℃~200℃之间。

易老化：长期暴露于空气中可能变脆或吸附污染物。

分辨率限制：软光刻的分辨率一般在1~10微米，难以达到纳米级（除非结合其他技术）。

三、提高PDMS微纳加工精度的方法

结合纳米压印（Nanoimprint Lithography）：提高母模的纳米结构精度。

表面改性：如等离子处理、化学修饰，改善PDMS的表面性质（如亲水性、防污性）。

多层键合：实现更复杂的微流体或微机械结构。

四、应用领域

微流控芯片：如细胞分选、药物筛选。

器官芯片（Organ-on-a-Chip）：模拟人体器官功能。

柔性电子：可穿戴传感器、电子皮肤。

生物传感器：如葡萄糖传感器、DNA检测芯片。