Page 84 - 《精细化工》2023年第5期

·1004· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 40 卷

键合是芯片封装成型的重要环节。PDMS 芯片 通过打孔器在芯片上开孔后，将 PE 管（内径 0.38 mm，
的键合需要借助氧气等离子体对材料表面进行活化 外径 1.09 mm）直接插入进出口就可以完成芯片的
处理，生成活性 Si—O 键并发生交联，从而实现芯 密封连接，从而开展微液滴制备实验。
[7]
片的键合 。该法只适用于 PDMS 和玻璃等硅基材
料之间的键合，对于聚(双环戊二烯-co-环辛二烯)而
言，需要寻找其他的键合方法。
ROBERTSON 等 [34] 报道了利用热引发前段聚合
的方式实现了 PDCPD 的 3D 打印成型。他们首先制
备了半固化的凝胶，然后通过热引发的方式，激活
凝胶中残余的反应活性，最终凝胶整体完全聚合得
到刚性的 PDCPD 三维结构制件，为合成聚(双环戊
二烯-co-环辛二烯)提供了思路。本文以半固化的
图 6 P(DCPD-co-COD)微流控芯片制备单分散液滴实验
PDCPD 凝胶作为基底，通过升温后固化处理的方 装置照片
式，完成聚(双环戊二烯-co-环辛二烯)微结构盖片与 Fig. 6 Image of experimental set-up of P(DCPD-co-COD)
PDCPD 凝胶基底之间的键合封装，键合后截面的 microfluidic chip
SEM 图如图 5 所示。可以看出，键合后的盖片与基
本文以去离子水作为分散相（水相）、正十六烷
底之间的界限清晰可见，但是局部放大图显示盖片
作为连续相（油相），油相中溶解了 Span 80（质量
与基底之间结合紧密，不存在明显的间隙。这是因
分数为 0.5%）作为表面活性剂，用于稳定油水界面，
为聚(双环戊二烯-co-环辛二烯)微结构盖片中依然
防止微液滴融合，图 7 为不同油相流速下微液滴的
带有少量的环戊烯基团（图 2），将盖片与基片贴合
显微镜照片。
后，基片中的活性组分在升温条件下与盖片表面带
如图 7 所示，水相经过油相的剪切后分散成尺
有的环戊烯基团继续交联反应，实现共价键键合，
寸均匀的微液滴，随着油相流速的增加，微液滴的
从而完成了盖片与基底之间的封装。
尺寸逐渐减小。经过测量计算后，得到微液滴的平
均尺寸和 CV 列于表 2。

图 5 P(DCPD-co-COD)微流控芯片键合后的截面（a）和
局部放大（b）SEM 图
Fig. 5 Cross section (a) and partial enlarged (b) SEM
images of the bonding interface of
P(DCPD-co-COD) microfludic chip

综上，分别选择聚(双环戊二烯-co-环辛二烯)和 油相流速分别为 5（a）、10（b）、15（c）和 20（d）μL/min，水
PDCPD 凝胶作为盖板和基板，通过简单加热的方式就 相流速均为 2 μL/min
可以实现芯片的键合，芯片全流程制备时间<1 h，显 图 7 不同油相流速下微液滴的显微镜照片
Fig. 7 Optical microscopy images of droplets prepared at
著提高了芯片加工效率。 different flow rates
2.3 单分散液滴的制备
以单分散液滴成型能力为基础的液滴微流控技 表 2 不同油相流速下制备得到液滴的平均尺寸和 CV
Table 2 Average size and the CV of the microdroplets prepared
术是微流控技术应用研究中的主要方向之一。为了 via different flow rates of oil phase
验证聚(双环戊二烯-co-环辛二烯)微流控芯片在液
油相与水相流速比 平均尺寸/μm CV/%
滴微流控技术中的应用潜力，本文研究了聚(双环戊
5∶2 71.2 4.9
二烯-co-环辛二烯)微流控芯片中单分散液滴的制备
10∶2 50.1 4.1
过程，实验装置照片如图 6 所示，芯片连接采用类
15∶2 46.5 3.5
似于 PDMS 芯片的连接方式。由于本文所用聚(双环
20∶2 41.7 2.7
戊二烯-co-环辛二烯)的力学性能接近于 PDMS，因此，