PDMS亲水化处理-等离子清洗法

文章出处：等离子清洗机厂家 | 快盈47| 发表时间：2023-04-19

PDMS是非常受欢迎的微流控设备的制备原料之一，主要是因为其具备很多优点，包括良好的弹性性能、生物兼容性、透气性能、透明可视性，很容易模塑成为微米图案，且便于与玻璃结合，相对较高的化学电阻率和成本低等。尽管如此，天然的PDMS的疏水性，是其应用于微流控和细胞图案化的障碍。因此PDMS需要进行表面改性，来提高其便于液体流动的可湿性，以及降低其表面疏水性集团或蛋白的非特异性吸收。
目前，PDMS的改性方法主要有等离子清洗、紫外辐照、化学修饰、接枝聚合等。其中等离子清洗是一种操作简单、成本低廉的PDMS表面亲水化改性方法，该方法可以在待处理表面引入高浓度的活性基团，提高材料表面活性。

等离子清洗提高PDMS亲水性的原理

等离子清洗法是在真空状态下，高频发生器将气体电离，产生等离子体（物质第四态），等离子体是由部分电子被剥夺后的原子以及原子被电离所产生的正负电子组成的离子化气体状物质，它是除固、液、气外，物质存在的第4态。这些高度活跃微粒子和被处理的材料表面发生作用，使惰性的聚合物表面活化，提升其亲水性，增强界面的交互作用且使单层分子更容易扩散到其表面，使PDMS基体表面得以改性，最终实现其与多种材料键合。

当等离子体作用于PDMS表面，发生刻蚀作用，即曝露在外的表面材料和原有的表面污染物生成挥发性气态物质除去，固体表面变粗糙，形成许多微细坑洼，增大了PDMS的比表面积，并提高PMDS表面的润湿性能；PDMS中大部分的键能在0~10eV，等离子体中的粒子能量在0~20eV，因此将固体表面暴露于等离子体后，材料表面物质化学键获得足够能量而被打断，产生自由基，并形成网状的交联结构，增强了PDMS表面活性，同时经过等离子清洗后的PDMS表面引入了大量亲水的-OH基团，同时代替了原有的-CH3基团，从而使得PDMS表面表现出很强的亲水性（如图1所示）。

PDMS等离子清洗亲水原理

PDMS等离子清洗前后水滴角对比

通常我们通过测量样品表面接触角的变化来判断其表面亲疏水性。接触角指的是液体-固体与液体-气体相交形成的夹角，它可以用来体现固体表面的浸润性能，浸润性能亦即是亲疏水性能的体现。接触角越大，表面所测的固体表面的疏水能力越强，亲水性越弱；接触角越小，固体表面的亲水性就越好，疏水性就越差。图2为经过等离子体法表面改性前后的PDMS表面接触角的变化，（A）为PDMS表面改性前，将超纯水用胶头滴管滴一滴在干燥的PDMS样品下，测得其接触角为74.3°，此时PDMS表面疏水性较强，超纯水团聚在其表面上不易摊开。在同样的条件下，用胶头滴管取一滴超纯水滴在刚经过等离子表面改性的PDMS表面上，如（B）所示，此时表面接触角已经减小至12.8°，超纯水几乎完全摊开在已经改性过后的表面上，表明经过改性后的PDMS表面此时具有良好的亲水性。