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聚二甲基硅氧烷（PDMS）材料具有優(yōu)異的物理和化學性能以及生物兼容性，已經(jīng)成為微流控通道制造的常用材料，其分子式如圖1.1所示。另外，PDMS能高保真地復制模板中的圖案，極大地簡化了微流控通道加工的復雜性。PDMS塊一般通過PDMS預聚單體和固化劑以一定質(zhì)量比均勻混合，通過靜置或抽真空的方式去除氣泡，最后熱膠聯(lián)得到。在細胞實驗中，由于PDMS的無毒性、生物兼容性、透氣性，具有與其他聚合物材料相比不可替代的地位。

圖1-1 PDMS的結構式

PDMS固化后具有很好的疏水性，為了使液體能夠順利通過微通道，必須將其由疏水性改為親水性。使用PDMS制造的微流控芯片可以通過等離子改性鍵合工藝與多種基底材料實現(xiàn)鍵合，在微流控領域有廣泛地應用。

等離子改性原理

等離子（plasma）的產(chǎn)生是由特定氣體在射頻電極的電場作用下發(fā)生電離，轉化成為一種包含了正負離子、自由電子、中性粒子以及各種活性化學基團的復雜物質(zhì)。

等離子處理是指高分子聚合物材料的表面與處在等離子的狀態(tài)下的非聚合性氣體發(fā)生物化反應的過程，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))，是一種非常好的表面改性方法。使用等離子進行表面改性，材料的表面會同時發(fā)生物理與化學作用。其中，等離子對材料表面的物理作用如圖2-1-a所示，在等離子表面改性的過程中，高能活性粒子轟擊并沖刷材料表面，使吸附在表面的雜質(zhì)與污染物發(fā)生分解，表面雜質(zhì)得以去除，可以起到清潔表面的作用。等離子對材料表面的化學作用如圖2-1b所示，在等離子轟擊作用下，表面分子內(nèi)的化學鍵會發(fā)生斷裂，等離子中的自由基與活性基團會接入到材料表面，對材料表面進行活化，極性基團的生成會使材料表面變得極其親水。

2-1 等離子改性對材料表面的作用

使用等離子體處理是為了使聚合物的惰性表面活化，加強界面之間的交互作用從而使單層分子能夠更容易地擴散到對立的表面上。

PDMS等離子鍵合原理

等離子處理法可在PDMS與其它不同材料的表面鍵合時創(chuàng)建硅烷醇官能團。當PDMS表面與氧等離子體反應時，PDMS表面附近的單體O-Si（CH3）₂將轉化為羥基（-OH），之后可以與硅烷醇基Si-OH結合，使其與另一個被等離子體處理的PDMS片共價結合，使得芯片間由分子間引力的可逆結合變?yōu)榛瘜W鍵鍵合的不可逆結合，可有效避免由于壓力過大導致的芯片液體滲透，加強了PDMS之間的結合。在用于對PDMS進行等離子體處理的各種氣體介質(zhì)中，氧氣被廣泛使用，除此之外，惰性氣體，如氬、氮和氦，也常被用于PDMS表面的等離子體氧化。使用氧氣進行等離子體氧化的氧氣來源于等離子體室中的殘留空氣、等離子表面處理機中存在的水蒸氣或聚合物中保留的氧氣。惰性氣體不會在處理過的PDMS表面上引入任何可檢測的化學成分，簡單方便且無其他產(chǎn)物產(chǎn)生，因此被廣泛應用于實驗中。