发布时间 : 星期四 文章微流控芯片材料PDMS表面改性更新完毕开始阅读b716d95879563c1ec5da71fa
微流控芯片材料PDMS表面改性
第 7 页
与蛋白质分子相互作用；多孔材料的孔径大小、分布和孔隙率等决定了与蛋白质分子作用的表面积大小；沟槽的尺寸和取向则会影响蛋白质吸附的种类、数量以及构象变化。
表面化学性质决定蛋白质与材料表面相互之间作用力的类型：亲水性官能团如轻基、氨基、竣基、酸氨基、磺酸基等可降低蛋白质的吸附；矾基、硫醚、醚键等对蛋白质吸附的影响不大；刚性基团如芳香聚醚类则不利于蛋白质的吸附。
疏水性表面倾向于吸附更多的蛋白质，且与蛋白质分子的结合力也更强一些；亲水性表面对蛋白质的吸附作用较弱且可逆。
材料表面电荷状况影响溶液中的离子的分布，进而影响蛋白质与材料表面的相互作用。
微流控芯片材料PDMS表面改性
第 8 页
第3章 PDMS表面改性
由于PDMS表面具有高度疏水性、对大分子蛋白质有较强的吸附作用，因而寻找一种有效的PMDS表面改性方法是尤为重要的。
高分子材料改性方法[9] , [10] 按改性范围可分为：表面修饰法、整体修饰法，其中表面修饰法使用的最为广泛，细分为物理修饰法、化学修饰法两大类。
3.1 PDMS表面改性方法
3.1.1 物理修饰法
物理修饰法采用高能物质作用于PDMS表面，以改变PDMS表面化学的组成性质、或是在PDMS材料表面沉积一层新材料。主要方法包括等离子体处理、紫外光（UV）照处理、紫外光照加臭氧（UVO）处理、及激光处理等。采用这些方法进行PDMS表面处理，操作简单，能在PDMS表面生成羟基等亲水性基团而使其亲水性、电渗流特性得到明显的改善。但是物理改性的最大缺点是，改性后的表面性质会随着使用或放置时间的增加而逐步退化，其原因为PDMS中未固化交联的单体向表面扩散，导致表面接枝层密度减小。另外，物理改性需要等离子体发生器、紫外光源等设备，有些还比较昂贵。特别要指出的是：通过等离子体和紫外光处理后，两片PDMS之间可以形成不可逆的封接，对于改善PDMS的封接强度非常有效。 3.1.2 化学修饰法
化学修饰法可分为：湿法修饰和通过共价键结合的表面接枝法。
所谓湿法修饰即直接使待修饰溶液接触PDMS表面，使拟修饰到PDMS表面的组份通过物理吸附或静电等作用力被吸附于PDMS表面。常见的湿法修饰有层层自组装（layer-by-layer（LBL）deposition）、溶胶凝胶包被、动态表面活性剂修饰及蛋白吸附等。这类修饰方法的共同特点是：修饰方法总体较为简单。但是由于PDMS表面与修饰层之间并非依靠共价化学键连接，所以修饰层的稳定性欠佳，容易随使用时间的增加而流失。
通过共价键结合的表面改性是通过化学反应使修饰层以共价键键合于PDMS表面。如果修饰层也是一类高聚物，这样的表面修饰也称为表面接枝。这类修饰方法的
微流控芯片材料PDMS表面改性
第 9 页
最大优势是修饰层稳定，改性后的表面性质保持时间长，是PDMS芯片化学修饰比较常用的方法。但是相比于湿法修饰，该方法操作比较复杂，难度也比较大。
3.2 PDMS紫外光照处理
光照处理前后的红外光谱图[11] 如图3-1所示。由结果可以看出，与未光照样品相比，真空紫外光照后，PDMS表面红外光谱图发生了以下变化：3400cm-1处出现了-OH的对应峰；2960cm-1处甲基的非对称仲缩振动峰、1260cm-1处甲基的对称弯曲振动峰、1070cm-1处-Si-O-Si-的非对称伸缩振动峰均有不同程度的降低；909cm-1处出现了-Si-OH中-Si-O的伸缩振动峰；794cm-1处-Si-C的伸缩振动峰减弱。
从上面分析可以看出，在真空紫外光照射条件下，PDMS表面会发生如下反应：高能量的真空紫外光将Si-O、Si-C等化学键打断，生成的白由基与体系中残留的氧在紫外光照射条件下发生反应，形成Si-OH化表面，Si-OH之问相互反应脱去水分了，形成-Si-O-Si-网状类结构。
图3-1 PDMS真空紫外光照前后的红外光谱图
PDMS紫外光照改性前的表面水接触角为110°，表现出极大的疏水性质，但经过真空紫外光照处理后，表面水接触角变小，亲水性增强。由图3-2 PDMS表而水接触角随光照时间变化图[11] 可以看出，随着真空紫外光照时问的延长，PDMS表面水接触角逐渐下降，在光照时问为10min时，水接触角接近0°，表面变得儿乎完全亲水.
但这种良好的亲水性难以得到长久的保持。如图3-3所示，真空紫外光照处理10min的PDMS在放置过程中，随时问延长，其表面水接触角呈逐渐上升趋势，但最终稳定在73°左右，体现了较好的亲水改性效果，也与红外光谱图检测结果相符。相比其他
微流控芯片材料PDMS表面改性
文献中所述，其疏水性恢复的时问也大大延长。
第 10 页
目前，研究者们对于PDMS疏水性恢复机理还没有形成共识，但比较统一的观点认为：PDMS表面经真空紫外光照改性后，产生大量极性基团（如-OH），使表面能升高，处于不稳定状态.为了降低表面能，使系统重回稳定状态，PDMS表面的极性基团和本体内部的非极性基团会发生翻转，使得表面亲水性下降。
图3-2 PDMS表而水接触角随光照时间变化图
图3-3 光照后PDMS表而水接触角随时间变化图
3.3 PDMS表面枝接聚乙二醇（PEG）
3.3.1 枝接过程
PDMS表面枝接聚乙二醇实验过程如图3-4所示。由于PDMS具有一定的惰性，因此，在进行表面接枝反应之前需对其进行表面官能化以引入活性反应位点。首先通过在PDMS表面引入Si-H键的方法来达到表面活化的目的。在浓盐酸的催化作用下，PDMS表层的Si-O键和含氢硅油中的Si-O键同时断裂并发生重排，从而在PDMS表面引入Si-H键。烯丙基聚乙二醇的一端带有双键，利用此双键与PDMS-H上的Si-H键反应将PEG接枝PDMS表面。