PDMS親水化處理-等離子清洗法

文章出處：等離子清洗機廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發表時間：2023-04-19

PDMS是非常受歡迎的微流控設備的制備原料之一，主要是因為其具備很多優點，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，且便于與玻璃結合，相對較高的化學電阻率和成本低等。盡管如此，天然的PDMS的疏水性，是其應用于微流控和細胞圖案化的障礙。因此PDMS需要進行表面改性，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，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下，高頻發生器將氣體電離，產生等離子體（物質第四態），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生的正負電子組成的離子化氣體狀物質，它是除固、液、氣外，物質存在的第4態。這些高度活躍微粒子和被處理的材料表面發生作用，使惰性的聚合物表面活化，提升其親水性，增強界面的交互作用且使單層分子更容易擴散到其表面，使PDMS基體表面得以改性，最終實現其與多種材料鍵合。

當等離子體作用于PDMS表面，發生刻蝕作用，即曝露在外的表面材料和原有的表面污染物生成揮發性氣態物質除去，固體表面變粗糙，形成許多微細坑洼，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，材料表面物質化學鍵獲得足夠能量而被打斷，產生自由基，并形成網狀的交聯結構，增強了PDMS表面活性，同時經過等離子清洗后的PDMS表面引入了大量親水的-OH基團，同時代替了原有的-CH3基團，從而使得PDMS表面表現出很強的親水性（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，它可以用來體現固體表面的浸潤性能，浸潤性能亦即是親疏水性能的體現。接觸角越大，表面所測的固體表面的疏水能力越強，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，超純水團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減小至12.8°，超純水幾乎完全攤開在已經改性過后的表面上，表明經過改性后的PDMS表面此時具有良好的親水性。