PDMS微流控芯片的等离子改性原理与应用详解

聚二甲基硅氧烷(简称PDMS)这玩意儿在微流控领域可是个香饽饽。它不光物理化学性能杠杠的,还特别亲生物,图1.1就是它的分子结构。最牛的是它能像复写纸一样精准复制模板图案,让微流控通道加工变得贼简单。做PDMS块也容易,把预聚物和固化剂按比例搅匀,消个泡再加热固化就完事了。在细胞实验里,它靠着无毒、透气还能跟生物和平共处的本事,把其他塑料都比下去了。

图1-1 PDMS的结构式

不过PDMS有个小毛病——固化后表面特别排斥水。为了让液体能在微通道里顺畅流动,得把它从"怕水"变成"亲水"。这时候等离子处理就派上大用场了,它能帮PDMS芯片和不同基材牢牢粘在一起,这技术在微流控圈子里用得可广了。

说到等离子改性的门道,其实就是用射频电场把气体电离,变成一锅"粒子大杂烩"——里面有正负离子、自由电子,还有各种活性基团。在真空环境下,高频电把气体变成等离子态(物质的第四种状态),这可是给材料表面整容的顶级手段。等离子处理时材料表面会遭遇双重暴击:物理上是高能粒子把表面脏东西轰走(见图2-1-a),化学上是把分子键打断,让活性基团接上去(见图2-1b),这样表面就长出亲水基团了。

2-1等离子改性对材料表面的作用

这么折腾主要是为了激活材料表面的懒汉分子,让它们更容易跟别的材料勾搭上。

PDMS玩等离子键合时,表面会冒出硅烷醇(-OH)基团。当氧气等离子体怼上PDMS,表面的O-Si(CH3)2结构就会变身羟基,这些羟基手拉手就形成了牢不可破的化学键。比起普通的分子间吸引力,这种化学键就算遇到高压也不会放水,结实得很。虽然氧气最常用,但氩气、氮气这些懒人气体也经常上岗——它们干活干净利索,不会在PDMS表面留化学作业,实验狗们都爱用。

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