PDMS微流控芯片表面修饰方法

虽然PDMS在微流控领域得到了广泛研究，但其表面高度疏水性使得水溶性介质难以填充微通道，容易导致非特异性吸附，从而影响高效分离分析。为克服这一限制，人们开发了多种表面改性方法，以改善PDMS表面的润湿性并增加其亲水性。

例如，通过各种表面修饰技术，不仅改善了PDMS芯片的亲水性和生物相容性，还显著降低了分析物与管壁之间的相互作用力，使生物活性分子更有效地固定，并提高了电渗流性能，从而增强了PDMS芯片的分离分析能力。

微流控芯片的表面修饰方法包括本体掺杂法、等离子体处理法、聚合物诱导嫁接法、动态修饰法、化学气相沉积法、层层组装法以及溶胶-凝胶法等。

1.    本体掺杂法

本体掺杂修饰通过利用微孔结构在芯片表面吸附和连接小分子或嵌入大分子的特性，在PDMS预聚体中掺入特定化学物质，从而在制造过程中实现对材料基质的改良。这种方法的优点在于避免了对已成型的PDMS芯片进行额外的后处理步骤。

例如，通过在PDMS预聚体中添加熔模粉末作为掺杂剂，开发了一种增强型PDMS模具，该模具在微图案化环烯烃聚合物片材的热压印过程中（180℃，103 kPa，5min）表现出优异性能。

2.    高能量氧化法

高能量氧化法包括等离子体、紫外线和电晕放电等几种方法。在高能量条件下，PDMS芯片的Si-O、Si-C键被断裂，生成含Si-OH基团的表面，这些Si-OH基团通过脱水反应形成类似-Si-O-Si-的网状结构。

经过等离子体处理，PDMS芯片的表面特性发生变化，水接触角显著降低，表面展现出高度亲水性。然而，在处理过程中，PDMS内部的小分子物质会迁移到表面，同时表面的亲水基团会转移到内部。

PDMS表面的硅烷醇基团可能经历脱水反应，由于缺乏活跃的臭氧分子或其他高能量粒子，这会使表面质地变得更加粗糙，导致亲水性难以长久保持，逐渐恢复原有的疏水性。

3.    聚合物诱导接枝法

在接枝过程中，光引发剂和单体溶液与PDMS芯片一起接受紫外光辐射，使PDMS芯片表面被活化。研究团队通过紫外光直接照射单体溶液，在PDMS表面生成一层具有亲水特性的化合物。

同时，这种方法成功地在PDMS表面附着了二苯甲酮等荧光探针，大大加速了聚合过程，只需几分钟即可完成聚合反应，同时保持了电迁移率的稳定性。

4.    化学气相沉积法

化学气相沉积技术通过气态化学反应在材料基底上生成固态薄膜。例如，通过一种简单的基于化学气相沉积的干化学方法，利用PDMS对石墨烯纳米片进行改性，显著增强了PDMS在普通涂料溶剂中的分散性。

研究者还利用气相沉积的纳米粘合剂层密封PDMS微流体通道，有效抑制了荧光分子在PDMS芯片通道中的非特异性吸附，实现了酵母细胞信息的捕获。

5.    动态修饰法

动态修饰法利用含有表面活性分子的溶液对PDMS微流控芯片的通道进行清洗，或将表面活性分子掺入使用中的缓冲溶液中。通过这种方式，表面活性分子在PDMS芯片表面实现有效吸附，从而调节电渗流。

研究表明，使用2-吗啉基乙磺酸进行动态修饰的PDMS通道在分离生物分子时，与未修饰的PDMS通道相比，具有更低的吸附率和更高的效率。

6.    层层自组装法

层层自组装是一种高效、通用且简单的技术，利用非共价键作用力构建各种薄膜。当PDMS微流控芯片表面反复浸泡于带相反电荷的聚电解质溶液时，表面会出现规律的电荷交替变化。

通过这种方式，将带正电荷的壳聚糖和带负电荷的透明质酸多糖逐层组装在PDMS硅氧水凝胶上，改性后的有机硅水凝胶表现出亲水性和抗蛋白质吸附性，为隐形眼镜的制作提供了一种新材料。

7.    溶胶-凝胶法

溶胶-凝胶技术采用金属有机化合物作为前驱体，例如具有高化学活性的金属烷氧化物，通过水解和缩合过程生成溶胶，最终通过聚合反应转化为凝胶。有研究人员使用盐酸作为催化剂，乙醇作为分散剂，采用溶胶-凝胶法制备了酸性硅溶胶。

在基片和丙烯酸酯-共聚-硅氧烷乳液中加入酸性硅溶胶后，得到的增透膜显示出明显的增透效果。另一项实验通过溶胶-凝胶法在PDMS表面构建了一层气凝胶，并化学接枝肉桂醛，结构的改进增强了涂层的液体储存稳定性，从而提高了PDMS的抗生物粘附能力。