PDMS親水化處理-等離子清洗法

文章出處：等離子清洗機(jī)廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發(fā)表時間：2023-04-19

PDMS是非常受歡迎的微流控設(shè)備的制備原料之一，主要是因?yàn)槠渚邆浜芏鄡?yōu)點(diǎn)，包括良好的彈性性能、生物兼容性、透氣性能、透明可視性，很容易模塑成為微米圖案，且便于與玻璃結(jié)合，相對較高的化學(xué)電阻率和成本低等。盡管如此，天然的PDMS的疏水性，是其應(yīng)用于微流控和細(xì)胞圖案化的障礙。因此PDMS需要進(jìn)行表面改性，來提高其便于液體流動的可濕性，以及降低其表面疏水性集團(tuán)或蛋白的非特異性吸收。
目前，PDMS的改性方法主要有等離子清洗、紫外輻照、化學(xué)修飾、接枝聚合等。其中等離子清洗是一種操作簡單、成本低廉的PDMS表面親水化改性方法，該方法可以在待處理表面引入高濃度的活性基團(tuán)，提高材料表面活性。

等離子清洗提高PDMS親水性的原理

等離子清洗法是在真空狀態(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)），等離子體是由部分電子被剝奪后的原子以及原子被電離所產(chǎn)生的正負(fù)電子組成的離子化氣體狀物質(zhì)，它是除固、液、氣外，物質(zhì)存在的第4態(tài)。這些高度活躍微粒子和被處理的材料表面發(fā)生作用，使惰性的聚合物表面活化，提升其親水性，增強(qiáng)界面的交互作用且使單層分子更容易擴(kuò)散到其表面，使PDMS基體表面得以改性，最終實(shí)現(xiàn)其與多種材料鍵合。

當(dāng)?shù)入x子體作用于PDMS表面，發(fā)生刻蝕作用，即曝露在外的表面材料和原有的表面污染物生成揮發(fā)性氣態(tài)物質(zhì)除去，固體表面變粗糙，形成許多微細(xì)坑洼，增大了PDMS的比表面積，并提高PMDS表面的潤濕性能；PDMS中大部分的鍵能在0~10eV，等離子體中的粒子能量在0~20eV，因此將固體表面暴露于等離子體后，材料表面物質(zhì)化學(xué)鍵獲得足夠能量而被打斷，產(chǎn)生自由基，并形成網(wǎng)狀的交聯(lián)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了PDMS表面活性，同時經(jīng)過等離子清洗后的PDMS表面引入了大量親水的-OH基團(tuán)，同時代替了原有的-CH3基團(tuán)，從而使得PDMS表面表現(xiàn)出很強(qiáng)的親水性（如圖1所示）。

PDMS等離子清洗親水原理

PDMS等離子清洗前后水滴角對比

通常我們通過測量樣品表面接觸角的變化來判斷其表面親疏水性。接觸角指的是液體-固體與液體-氣體相交形成的夾角，它可以用來體現(xiàn)固體表面的浸潤性能，浸潤性能亦即是親疏水性能的體現(xiàn)。接觸角越大，表面所測的固體表面的疏水能力越強(qiáng)，親水性越弱；接觸角越小，固體表面的親水性就越好，疏水性就越差。圖2為經(jīng)過等離子體法表面改性前后的PDMS表面接觸角的變化，（A）為PDMS表面改性前，將超純水用膠頭滴管滴一滴在干燥的PDMS樣品下，測得其接觸角為74.3°，此時PDMS表面疏水性較強(qiáng)，超純水團(tuán)聚在其表面上不易攤開。在同樣的條件下，用膠頭滴管取一滴超純水滴在剛經(jīng)過等離子表面改性的PDMS表面上，如（B）所示，此時表面接觸角已經(jīng)減小至12.8°，超純水幾乎完全攤開在已經(jīng)改性過后的表面上，表明經(jīng)過改性后的PDMS表面此時具有良好的親水性。

PDMS等離子清洗前后水滴角對比-A清洗前、B清洗后

等離子清洗法操作簡單，可以快速改善PDMS表面的親水性，唯一的缺點(diǎn)是經(jīng)過等離子體處理過后的PDMS表面不能放置時間太久，這是因?yàn)樵摫砻娓男蕴幚淼姆椒ǜ男孕Ч⒉皇怯谰眯缘谋砻娓男?，隨著放置時間的增長，其疏水性會漸漸恢復(fù)，故而在等離子體表面改性后，最好的方法是立即進(jìn)行后續(xù)的實(shí)驗(yàn)操作。