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華中科技大學機械學院廖廣蘭教授、劉智勇副教授團隊在國際權(quán)威期刊Small Methods上發(fā)表的關(guān)于SAW微流控領(lǐng)域的最新研究成果“Irreversible bonding of polydimethylsiloxane-lithium niobate using oxygen plasma modification for surface acoustic wave based microfluidic application: theory and experiment（基于氧等離子體修飾的PDMS-LiNbO₃不可逆鍵合理論以及在SAW微流控中的應用）”被選為封面論文。機械學院博士生何春華為論文第一作者，廖廣蘭教授、劉智勇副教授為共同通訊作者。

基于聲學微流控的“芯片實驗室”是微流控芯片的一個重要分支，因其結(jié)構(gòu)簡單、生物相容性好、非接觸操作、無標記等優(yōu)點廣泛用于生物分子的分離、提取、富集，為基礎研究、診斷和治療提供了理想的平臺。

利用鈮酸鋰（LiNbO₃）壓電襯底和聚二甲基硅氧烷（PDMS）微通道構(gòu)建的SAW（Surface Acoustic Wave，聲表面波）微流控芯片因其優(yōu)異的性能而受到廣泛關(guān)注。

研究人員通常采用熱壓鍵合、膠接粘合、化學輔助鍵合和等離子鍵合實現(xiàn)二者的異質(zhì)界面鍵合。然而，熱壓鍵合強度低，膠接粘合、化學輔助鍵合會引入介質(zhì)層從而降低聲表面波的傳播，均難以實現(xiàn)PDMS和LiNbO₃之間的高強度高性能鍵合。

等離子鍵合是通過兩個活化表面之間形成共價鍵以達到高強度結(jié)合的目的。并且等離子體鍵合不引入中間介質(zhì)層，對流道和聲表面波器件的影響很小，在SAW微流控芯片中具有很大的應用潛力。但是等離子體修飾參數(shù)對PDMS和LiNbO₃之間結(jié)合強度的影響多采用試錯法進行經(jīng)驗總結(jié)，對兩者鍵合機理的探究較少，不利于工藝參數(shù)的優(yōu)化和鍵合效果的持續(xù)增強。

在本研究中，研究人員通過原位監(jiān)測法和DFT詳細討論并完善了PDMS-LiNbO₃等離子體鍵合機制，展示了一種基于氧等離子體修飾的PDMS-LiNbO₃不可逆鍵合方法。

結(jié)果表明，氧等離子體修飾的表面首先被清潔，然后注入氧離子，最后形成羥基，PDMS和LiNbO₃表面的氧離子和羥基會達到飽和，從而達到最佳的修飾效果。同時，LiNbO₃表面的羥基比PDMS表面的羥基更穩(wěn)定。PDMS和LiNbO₃活化表面上的羥基在相互接觸時反應形成Nb-O-Si共價鍵，這是成功鍵合的關(guān)鍵。

適當修飾時間的PDMS-LiNbO₃樣品可以完全鍵合，其強度可達到1.1 MPa。基于最優(yōu)的鍵合參數(shù)制備的PDMS-LiNbO₃ SAW微流控芯片在最高壓力大于60 psi的泄漏測試中表現(xiàn)良好。

此項工作填補了PDMS-LiNbO₃鍵合理論的空白，驗證了氧等離子體修飾的PDMS-LiNbO₃高強度鍵合可行性，促進了PDMS-LiNbO₃異質(zhì)結(jié)構(gòu)在SAW微流控中的實際應用。

該項工作得到了國家自然科學基金項目（52275562）以及華中科技大學機械學院STAR項目的支持。