PDMS微流控芯片表面修饰的方法

描述

  聚二甲基硅氧晶片是目前国内外研究最多、应用最广的一类高分子聚合物芯片。微流体晶片表面问题复杂。第一, 表面疏水性很高,未处理表面水的接触角度过大,清洗片与电泳分离时,微通道中极易出现气泡,第二,该芯片的导热性较差,比玻璃晶片低约五到六倍的导热性,对焦耳热有效散发极为不利,高分散场的应用受到很大限制,再者,微流控芯片是多孔的,被吸附的疏水小分子如其动力学直径小于芯片微孔直径,晶片内部将会扩散、迁移,这不仅会导致试样丢失,还会引起芯片本身的溶胀性、晶片表面的扭曲和微孔变形;晶片表面是动态变化的,由于晶片上的分子没有完全共价交联,所以分子具有一定的自由度,靠近表面的分子就能改变其分子构象,晶片内的自由分子能迁移到晶片表面,经过表面修饰后的亲水性表面能自动恢复其亲水性,从而大大限制了晶片的使用时间和稳定性。在芯片实验中减少了重复性。PDMS晶片的复杂表面特性,近年来已成为限制其广泛应用的主要因素。一直以来,我们都在努力研究PDMS表面特性和表面修饰,寻找种绿色、简便、高效的PDMS表面修饰技术,来构建抗生物 污染的PDMS芯片。可以逐步解决这些问题,从而进一步改善PDMS的表面性能 ,扩大PDMS芯片的应用范围。下面是最近几年对PDMS微芯片进行表面修饰的研究进展。

  PDMS微流控芯片表面修饰方法主要有高能氧化技术、动态修饰技术、本体修饰技术、溶胶- -凝胶技术、 层叠组装修饰、化学气相沉积、表面共价嫁接技术等。

  1、高能量氧化工艺

  Lee等人利用氧等离子体对PDMS晶片表面进行处理,使其表面形成带负电的基团,然后对PDMS表面进行静电改性,从而有效地抑制PDMS表面蛋白的非特异性吸附。Pruden等人利用氨等离子体对PDMS晶片表面进行处理,通过控制处理时间、温度及等离子体强度,使PDMS晶片表面、氨基及亚胺基功能化。

  2、动态修整

  Ocvirk等人通过改变PDMS芯片微通道上对四基氧化氨(TBAC1)和十烷基硫酸钠(SDS)进行修饰,以改变其表 面电势,从而有效控制电渗。对非离子型表面活性剂Tween 20对PDMS芯片微通道进行动态修饰。因为Tween 20分子内部的疏水链可以通过疏水作用来固定在PDMS芯片的微通道表面,而其分子中的P氧乙烯链部分可形成亲水性的网状结构排布,该方法能较好地抑制电渗流,同时还能有效地抑制芯片微通道上氨基酸的非特异性吸附,实现四个氨基酸的高效、快速分离。

  3,本体修整

  Luo等人将碳炼酸(UDA)作为添加剂与液体PDMS混合固化,从而制备出本体修饰的PDMS芯片,提高分析物的分离效率,并改善峰展。在PDMS芯片制造过程中,肖艳等将聚乳酸聚乙醇作为添加剂加入到PDMS芯片预聚体中,实现了掺杂改性。研究发现,本体修饰的PDMS芯片表面EOF和接触角均有下降,能有效地抑制PDMS蛋白的非特异性吸附,并成功地用于两种氨基酸的有效分离。

  4溶胶单凝胶工艺

  Bertson和ROrTlari使用金属溶胶凝胶法修饰PDMS芯片表面 ,其过程如下:金属醇盐(异丙酶),异丙醇铬,三异丁钒氧合成氨)是通过水蒸v扩散和修饰PDMS晶片通道表面,经水解形成稳定的金属氧化物。井且在整个PDMS芯片中均匀分布,不产生任何化学反应,从而大大提高了PDMS芯片微通道表面的亲水性。

  5层层叠组装修饰

  Chen等人利用溶菌酶牛血清白蛋白膜对PDMS芯片进行多次组装修饰 ,使EOF的稳定性得到提高,实现了环境污染苯二胺、氨酚类、神经递质多巴胺和肾上腺素的有效分离,Wang在PDMS芯片微通道中对聚烯丙基二甲基氧和聚4-苯乙烯酸钠盐进行了有效的分离,并对其进行了有效的分离。

  6.化学气相淀积法

  Moorcroft研究,PDMS晶片经过臭氧或紫外光处理,再通过气相沉积技术在处理后的晶片表面沉积SiO2,以实现微量DNA序列的检测。另外,Larger等人将聚五氟苯酚和对位二甲基苯相沉积在PDMS芯片表面,实现了对细胞的捕捉,并有效地抑制了罗丹明B在晶片表面的非特异性吸附。

  7.表面共价嫁接

  Hu等人在PDMS芯片微通道上嫁接了丙烯酸、酞胺、二甲基酞、聚(乙烯基乙二醇)丙烯酸酯和聚(乙烯基乙醇甲 氧基丙烯酸脂等,使晶片通道表面变得亲水性,并保持30小时左右。Tseng等通过使用H20 :的氧化反应和硅烷化处理PDMS芯片表面,可以成功地修饰具有氨基的PVA。聚乙烯醇修饰的PDMS芯片表面具有长时间的稳定性,可以应用于生物分子的固定,抑制蛋白的非特异性吸附。

  8.微珠修饰技术

  陈等人提出了一种在PDMS晶片微通道中修饰硅颗粒的新方法 ,这种微粒可以将酶、蛋白质等生物大分子固定在晶片通道表面,使之集成和系统研究。

  近年来,国内外对PDMS表面修饰的研究较多,但各种修饰方法名有其优缺点,例如,动态修饰技术可以简便快速地减少分析物在PDMS微道表面的非特异性吸附。但这种动态修饰层在电泳分离时会出现一些损失,因而稳定性较差。尽管化学共价修饰可以改善修饰层的稳定性,但是,在修饰过程中往往很繁琐,有些需要很长时间。有些需要使用有机或有毒试剂,由于PDMS芯片易溶于有机试剂,造成微通道的扭曲变形因此大大限制了其在生化分析中的应用范围。

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