聚二甲基硅氧烷（PDMS）是一種有機(jī)硅材料，作為一種高分子有機(jī)硅化合物，PDMS由于其具有電絕緣性，生物相容性，彈性，耐熱性，較高的化學(xué)惰性以及成本低廉許多特性，在很多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，比如建筑、航空航天、生物醫(yī)療、電子電器等。近年來，具有微納米尺度可加工性優(yōu)異性能的PDMS已經(jīng)發(fā)展成在生物微流控領(lǐng)域最為受歡迎的基底材料。但是，普通制作的PDMS表面具有疏水性，這對細(xì)胞的粘附和生長是不利的，而且，生物組織細(xì)胞與基底材料表面直接接觸，基底表面的特征性能是引起生物組織細(xì)胞發(fā)生反應(yīng)的直接因素。因此，對PDMS表面進(jìn)行表面修飾以達(dá)到實驗研究和性能優(yōu)化的目的，是一個極為重要的研究方向，其中包括對PDMS進(jìn)行表面改性使其由疏水性變?yōu)橛H水性。

對于PDMS的表面改性，目前已研究發(fā)展出了很多種方法。主要有等離子處理，紫外輻射處理，硅烷化，接枝共聚法，動態(tài)表面改性法等。這些方法各有優(yōu)缺點。（1）等離子處理法操作十分簡單，并且能夠快速改善PDMS表面的親水性，是修飾改性應(yīng)用最為廣泛的一種方法之一，但是這種方法也有一個很大的缺陷，即經(jīng)過等離子處理之后的PDMS表面在很短時間內(nèi)便會發(fā)生疏水復(fù)原，表面由親水重新變得疏水。（2）紫外輻射處理的優(yōu)點在于能量低，在處理改性過程中不會使PDMS的表面發(fā)生大的機(jī)械性能變化，紫外處理的缺點在于，時間較長，且只在氣相有氧的環(huán)境中效果更好。（3）硅烷化和接枝共聚法是將PDMS與有機(jī)試劑接觸反應(yīng)，將親水基團(tuán)修飾到材料表面，這種處理方法得到的親水表面能夠維持較長時間，疏水復(fù)原時間相對長，但是缺點是操作繁瑣，且需要一定時間，并可能會對后期在PDMS表面進(jìn)行培養(yǎng)的細(xì)胞狀態(tài)產(chǎn)生影響。（4）動態(tài)表面改性法是用表面活性劑、蛋白質(zhì)或者離子液體等對PDMS進(jìn)行涂層表面修飾，這種方法簡便經(jīng)濟(jì)，但是表面活性劑和離子液體處理的材料表面親水性維持時間較短，且可能會在細(xì)胞培養(yǎng)中與與培養(yǎng)基發(fā)生反應(yīng)，影響細(xì)胞生長，而蛋白質(zhì)吸附得到親水性表面則要求無菌和無蛋白質(zhì)降解酶的環(huán)境。

1.十字形通道微流控芯片--疏水性修飾

PDMS這種材料本身是疏水的，但是在制作芯片的鍵合過程中，用等離子鍵合機(jī)照射后，會使芯片表面活化，表面接觸角從113°下降到65°，即使過幾個小時親水性會有所降低，接觸角會恢復(fù)到85°，因此也需要將芯片表面進(jìn)行疏水性處理。所用的疏水處理劑是用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％的異丙酮溶液并加入適量冰乙酸作為催化劑。操作時，取配置好的疏水處理劑放于50ml的燒杯中，將鍵合好的十字形通道微流控芯片浸泡于疏水處理劑內(nèi)約30分鐘，PDMS必須完全浸沒在溶液中。30分鐘后將芯片取出用清水和酒精反復(fù)清洗并用高壓氮氣吹干，此時芯片表面的接觸角大概為110°，實現(xiàn)了疏水性處理。

2.陣列式微流控芯片--親水性修飾

陣列式微流控芯片這種液滴的生成充分利用了通道壁面，如果通道的疏水性很強(qiáng)，油就會很輕易的將水沖走，導(dǎo)致液滴無法生成。所以陣列式微流控芯片必須將芯片通道表面處理成非常親水的狀態(tài)。

經(jīng)鍵合過程中的等離子照射后，芯片表面會被活化，PDMS表面接觸角就會變小，但是過幾個小時后會恢復(fù)，原因有兩個，首先沒有交聯(lián)的的PDMS會從聚合物內(nèi)部移動到表面；其次是常溫下，為了表面能量降低，高度流動性的聚合物會產(chǎn)生重排。所以這樣制作的芯片生成的液滴效果肯定是效果不好，必須用其他方法對芯片的表面進(jìn)行改性使其達(dá)到非常親水的狀態(tài)。

PDMS表面親水性處理的方法非常多，紫外光處理法、硅烷化法、動態(tài)表面改性法、等離子法等。以下對這幾種方法進(jìn)行簡單的介紹。

其中實驗室中常見的等離子處理方法操作方法：

本篇課題陣列式微流控芯片的親水性處理選用的是等離子法，鍵合的時候同樣需要等離子處理，所以這種方法算是一舉兩得，問題就是要解決等離子法疏水性恢復(fù)的問題。前面已經(jīng)說到，疏水性恢復(fù)的原因主要是沒有交聯(lián)的PDMS從內(nèi)部遷移至外部，所以只需將這些未交聯(lián)的PDMS去掉就能夠阻止疏水性恢復(fù)。用三乙胺、乙酸乙酯和丙酮三步溶劑萃取法去掉未交聯(lián)PDMS。操作時，先將芯片等離子處理5分鐘，然后用上述三種溶液進(jìn)行三步溶劑萃取法，將芯片表面未交聯(lián)的PDMS去掉，拿出來將芯片用清水進(jìn)行清洗，用高壓氮氣吹干，此時親水處理完成，放置7天后接觸角從30°升到35°，滿足實驗的要求。處理好親水后則立即實施鍵合，將芯片等離子處理5分鐘，再將芯片的上下兩部分鍵合到一起并置于恒溫箱中保持80℃狀態(tài)下40分鐘之后取出，此時親水性陣列式微流控芯片制作完成。

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