PDMS芯片表面改性技术

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PDMS芯片的优点

在众多高聚物微流控芯片中，聚二甲基硅氧烷（PDMS）微流控芯片是应用范围最广的芯片之一。PDMS以其独特的优势在微流控芯片中得到应用：材料廉价、易得；材料可加工性、成型性好，可以通过快速模塑法制作不同通道形状的微流控芯片；可以透过240 nm以上波段的紫外、可见光，适合各种光学检测；不透水，不溶于水和常见电泳缓冲液；可以透过空气，对细胞无毒，适合生物样品检测；表面能低，容易和其他材料进行可逆或者不可逆键合；有良好的绝缘性，良好的散热性能，适于电泳分离；材料表面易于进行改性，适合不同要求的生物样品分析检测；容易质谱等其他分析检测技术联用。

  

PDMS芯片的缺陷

PDMS材料在性能上也有一些缺陷：表面疏水，缓冲液很难注入，表面吸附作用强，需进行表面改性和修饰才能进行应用；导热性差，导热系数比玻璃低8-10倍，不利于焦耳热的散失，限制了单位长度上的场强；PDMS材料的弹塑性定了它的微结构不像其他刚性材料的结构那样的稳定。

由于PDMS材料具有高度疏水性，对生物分子特别是大分子蛋白具有强烈的非特异性吸附。在样品分离时，由于吸附作用容易产生严重的拖尾、蛋白质分离失败、失活的现象，严重限制了PDMS在微流控芯片领域的应用。

蛋白质在材料表面的吸附和脱附过程

PDMS芯片表面改性

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 ,  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。

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，导至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。

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。