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聚二甲基硅氧烷（PDMS）材料具有優(yōu)異的物理和化學(xué)性能以及生物兼容性，已經(jīng)成為微流控通道制造的常用材料，其分子式如圖1.1所示。另外，PDMS能高保真地復(fù)制模板中的圖案，極大地簡(jiǎn)化了微流控通道加工的復(fù)雜性。PDMS塊一般通過(guò)PDMS預(yù)聚單體和固化劑以一定質(zhì)量比均勻混合，通過(guò)靜置或抽真空的方式去除氣泡，最后熱膠聯(lián)得到。在細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中，由于PDMS的無(wú)毒性、生物兼容性、透氣性，具有與其他聚合物材料相比不可替代的地位。

圖1-1 PDMS的結(jié)構(gòu)式

PDMS固化后具有很好的疏水性，為了使液體能夠順利通過(guò)微通道，必須將其由疏水性改為親水性。使用PDMS制造的微流控芯片可以通過(guò)等離子改性鍵合工藝與多種基底材料實(shí)現(xiàn)鍵合，在微流控領(lǐng)域有廣泛地應(yīng)用。

等離子改性原理

等離子（plasma）的產(chǎn)生是由特定氣體在射頻電極的電場(chǎng)作用下發(fā)生電離，轉(zhuǎn)化成為一種包含了正負(fù)離子、自由電子、中性粒子以及各種活性化學(xué)基團(tuán)的復(fù)雜物質(zhì)。

等離子處理是指高分子聚合物材料的表面與處在等離子的狀態(tài)下的非聚合性氣體發(fā)生物化反應(yīng)的過(guò)程，在真空狀態(tài)下，高頻發(fā)生器將氣體電離產(chǎn)生等離子體(物質(zhì)第四態(tài))，是一種非常好的表面改性方法。使用等離子進(jìn)行表面改性，材料的表面會(huì)同時(shí)發(fā)生物理與化學(xué)作用。其中，等離子對(duì)材料表面的物理作用如圖2-1-a所示，在等離子表面改性的過(guò)程中，高能活性粒子轟擊并沖刷材料表面，使吸附在表面的雜質(zhì)與污染物發(fā)生分解，表面雜質(zhì)得以去除，可以起到清潔表面的作用。等離子對(duì)材料表面的化學(xué)作用如圖2-1b所示，在等離子轟擊作用下，表面分子內(nèi)的化學(xué)鍵會(huì)發(fā)生斷裂，等離子中的自由基與活性基團(tuán)會(huì)接入到材料表面，對(duì)材料表面進(jìn)行活化，極性基團(tuán)的生成會(huì)使材料表面變得極其親水。

2-1 等離子改性對(duì)材料表面的作用

使用等離子體處理是為了使聚合物的惰性表面活化，加強(qiáng)界面之間的交互作用從而使單層分子能夠更容易地?cái)U(kuò)散到對(duì)立的表面上。

PDMS等離子鍵合原理

等離子處理法可在PDMS與其它不同材料的表面鍵合時(shí)創(chuàng)建硅烷醇官能團(tuán)。當(dāng)PDMS表面與氧等離子體反應(yīng)時(shí)，PDMS表面附近的單體O-Si（CH3）₂將轉(zhuǎn)化為羥基（-OH），之后可以與硅烷醇基Si-OH結(jié)合，使其與另一個(gè)被等離子體處理的PDMS片共價(jià)結(jié)合，使得芯片間由分子間引力的可逆結(jié)合變?yōu)榛瘜W(xué)鍵鍵合的不可逆結(jié)合，可有效避免由于壓力過(guò)大導(dǎo)致的芯片液體滲透，加強(qiáng)了PDMS之間的結(jié)合。在用于對(duì)PDMS進(jìn)行等離子體處理的各種氣體介質(zhì)中，氧氣被廣泛使用，除此之外，惰性氣體，如氬、氮和氦，也常被用于PDMS表面的等離子體氧化。使用氧氣進(jìn)行等離子體氧化的氧氣來(lái)源于等離子體室中的殘留空氣、等離子表面處理機(jī)中存在的水蒸氣或聚合物中保留的氧氣。惰性氣體不會(huì)在處理過(guò)的PDMS表面上引入任何可檢測(cè)的化學(xué)成分，簡(jiǎn)單方便且無(wú)其他產(chǎn)物產(chǎn)生，因此被廣泛應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)中。