一种用于制备对可见光和红外光透明观察窗的塑料微流控器件的软光刻工艺

本微加工方案的总体目标是以简单且经济的方式制备适用于傅里叶变换红外显微光谱分析的塑料微流控器件。这些方法有助于深入理解细胞生物化学。该技术使我们能够便捷地获取红外显微光谱——一种无需标记、无损的成像技术，可获取活细胞的生物化学图谱。

该技术的主要优势在于减少了对微加工设施的依赖，并且以塑料作为最终器件的主要组成部分。演示该实验步骤的是本实验室的研究助理 Mona Suryana。开始此操作前，请按照文本方案中的说明制备硅胶主模具。

接下来，按10:1的比例混合PDMS弹性体与固化剂。混合总量应使最终形成的PDMS厚度约为1至1.5毫米。充分混合后，将混合物转移至真空容器中。

将压力降低至1至10毫巴之间。静置15分钟，或直至无可见气泡产生，以脱除混合物中的气泡。将脱泡后的PDMS倒入制备好的硅胶模具中。

将模具转移至真空罐中，降低压力并持续抽真空15分钟，以再次脱除混合物中的气泡。然后将模具转移至加热板或烘箱中，在70摄氏度下加热2小时，使混合物固化。

将固化后的PDMS从加热装置上取下，使其冷却至室温。使用剃刀沿硅模具边缘切割PDMS。用镊子夹住一个角，小心地将PDMS复制品从硅模具上剥离下来。

接下来，将PDMS模具转移至等离子清洗机中。将腔室压力设置在1至10毫巴之间，以60瓦功率、20 SCCM氧气流速对PDMS模具进行30秒的氧气等离子体处理。处理完成后，将模具放入真空罐中，并加入约50微升的硅烷。

将容器保持在真空状态下两小时。首先，按照文本方案中所述设计或获取丙烯酸模板，并按本实验步骤开头所示准备聚二甲基硅氧烷（PDMS）弹性体及其固化剂。将脱气后的PDMS混合物倒入丙烯酸模板上，直至最上层表面被浸没，液面约低于模板顶部1毫米。

然后将浸没的模板转移至真空罐中。使用与之前相同的方法对PDMS进行脱气。随后将浸没的模板转移至加热板或烘箱中。

在 60 摄氏度下加热两小时以固化混合物。将固化的 PDMS 从热源上取下，冷却至室温。使用剃刀刀片沿丙烯酸模板边缘切割 PDMS。

接下来使用一对镊子夹住一个角落，小心地将PDMS剥离。之后，按照文本方案中所述制备第二块PDMS复制品。开始制作器件的图案化半部分时，用氧气等离子体处理氟化钙窗口，功率为60瓦，氧气流速为20 SCCM，处理时间为30秒。

将第一个带有微小柱状结构的PDMS模板小心地放置在平坦表面上。然后，将经过处理的氟化钙窗口置于模板中央。轻轻按压，确保窗口与PDMS完全接触。

接下来，将一块紫外透光板放置在PDMS模具的背面，与中央腔室的位置对齐。轻轻按压，确保其与PDMS完全接触。将模具带有流体通道的一面朝下放置在PDMS模板上，并使流体腔室与窗口中心对齐。

然后逐渐将 NOA 液滴从 PDMS 模板的入口处滴加。让 NOA 缓慢填充腔体。待腔体完全填满后，将模具暴露于紫外光下，使 NOA 固化。

小心地将紫外透明板从模具中取出。轻轻从NOA层顶部剥离PDMS模具。随后移除NOA层。

开始制备器件的平面部分时，将氟化钙窗口在20 SCCM氧气流下以60瓦功率进行30秒的氧气等离子体处理。小心地将第二个PDMS模板（即没有小柱的模板）放置在平坦表面上。将处理过的氟化钙窗口置于模板中央。

轻轻按压，确保窗口与PDMS完全接触。接着取一片厚度为1毫米、尺寸为5厘米×3.5厘米的PDMS薄片。将该薄片放置在氟化钙窗口上方，并与模板中心对齐。

轻轻按压，确保薄片与窗口完全接触。逐渐在PDMS模板的入口处滴加NOA，使NOA缓慢充满腔体。

待空腔完全填满后，将模具置于紫外光下照射，使 NOA 固化。剥离 PDMS 层，然后小心地将固化的 NOA 层从 PDMS 模板上取下。

将装置的一半放置在另一半之上，使氟化钙窗口对齐。轻轻按压NOA层的各个角落，固定两部分的位置。接下来，按照文本方案中所述获取PDMS圆片和矩形片。

将PDMS圆片放入装置对应的孔洞中。接着，将带有预切孔洞的PDMS矩形片放置在两侧。将整个组件转移至真空压机中，置于两块平板之间进行加压。

然后，密封塑料袋。打开真空泵对组件进行抽真空，并持续运行至少10分钟。使用270瓦的宽谱汞蒸气灯，将抽真空后的组件暴露于紫外光下照射15分钟。

此后，关闭真空泵，使组件缓慢通气至大气压，然后从装置中取出最终器件。本实验步骤中，制备了一种具有对可见光和红外光透明观察窗的塑料微流控器件。随后获取透射光谱，以比较全新的氟化钙窗口、所制备器件的一半部分以及完整器件的透射性能。

可以看出，这三种样品在中红外波段以下的透射率均超过80%，表明在此范围内具有很高的透明度。尽管整个器件的光谱由于两个窗口之间存在的空气间隙而呈现出干涉图样，但这些光谱表明，制造过程并未改变氟化钙窗口在中红外波段范围内的透明性。一旦掌握该技术，若操作得当且所需的模板和模具均已备妥，则可在一小时内完成此操作。

观看本视频后，您应能够充分理解如何利用聚二甲基硅氧烷（PDMS）复制模塑技术以及紫外光固化树脂的毛细作用填充工艺，制备适用于傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析的塑料微流控器件。请务必注意，操作硅烷和紫外光时存在极高危险性，进行该实验时必须始终开展基于操作流程的风险评估，并穿戴适当的个人防护装备。