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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(shí)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(duì)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(lái)提高其便于液體流動(dòng)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(jiǎn)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。
等離子清洗機(jī)

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(rùn)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(shí)經(jīng)過(guò)等離子清洗后的PDMS表面引入了大量親水的-OH基團(tuán),同時(shí)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等離子親水改性原理
PDMS等離子清洗親水原理

 
PDMS等離子清洗前后水滴角對(duì)比

通常我們通過(guò)測(cè)量樣品表面接觸角的變化來(lái)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(lái)體現(xiàn)固體表面的浸潤(rùn)性能,浸潤(rùn)性能亦即是親疏水性能的體現(xiàn)。接觸角越大,表面所測(cè)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(guò)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(cè)得其接觸角為74.3°,此時(shí)PDMS表面疏水性較強(qiáng),超純水團(tuán)聚在其表面上不易攤開(kāi)。在同樣的條件下,用膠頭滴管取一滴超純水滴在剛經(jīng)過(guò)等離子表面改性的PDMS表面上,如(B)所示,此時(shí)表面接觸角已經(jīng)減小至12.8°,超純水幾乎完全攤開(kāi)在已經(jīng)改性過(guò)后的表面上,表明經(jīng)過(guò)改性后的PDMS表面此時(shí)具有良好的親水性。
PDMS等離子清洗前后水滴角對(duì)比
PDMS等離子清洗前后水滴角對(duì)比-A清洗前、B清洗后

 
等離子清洗法操作簡(jiǎn)單,可以快速改善PDMS表面的親水性,唯一的缺點(diǎn)是經(jīng)過(guò)等離子體處理過(guò)后的PDMS表面不能放置時(shí)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(shí)間的增長(zhǎng),其疏水性會(huì)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。
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