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PDMS微流控芯片表面修飾的方法

要長高 ? 來源:汶顥 ? 2023-06-16 17:12 ? 次閱讀

聚二甲基硅氧晶片是目前國內外研究最多、應用最廣的一類高分子聚合物芯片。微流體晶片表面問題復雜。第一, 表面疏水性很高,未處理表面水的接觸角度過大,清洗片與電泳分離時,微通道中極易出現氣泡,第二,該芯片的導熱性較差,比玻璃晶片低約五到六倍的導熱性,對焦耳熱有效散發極為不利,高分散場的應用受到很大限制,再者,微流控芯片是多孔的,被吸附的疏水小分子如其動力學直徑小于芯片微孔直徑,晶片內部將會擴散、遷移,這不僅會導致試樣丟失,還會引起芯片本身的溶脹性、晶片表面的扭曲和微孔變形;晶片表面是動態變化的,由于晶片上的分子沒有完全共價交聯,所以分子具有一定的自由度,靠近表面的分子就能改變其分子構象,晶片內的自由分子能遷移到晶片表面,經過表面修飾后的親水性表面能自動恢復其親水性,從而大大限制了晶片的使用時間和穩定性。在芯片實驗中減少了重復性。PDMS晶片的復雜表面特性,近年來已成為限制其廣泛應用的主要因素。一直以來,我們都在努力研究PDMS表面特性和表面修飾,尋找種綠色、簡便、高效的PDMS表面修飾技術,來構建抗生物 污染的PDMS芯片。可以逐步解決這些問題,從而進一步改善PDMS的表面性能 ,擴大PDMS芯片的應用范圍。下面是最近幾年對PDMS微芯片進行表面修飾的研究進展。

PDMS微流控芯片表面修飾方法主要有高能氧化技術、動態修飾技術、本體修飾技術、溶膠- -凝膠技術、 層疊組裝修飾、化學氣相沉積、表面共價嫁接技術等。

1、高能量氧化工藝

Lee等人利用氧等離子體對PDMS晶片表面進行處理,使其表面形成帶負電的基團,然后對PDMS表面進行靜電改性,從而有效地抑制PDMS表面蛋白的非特異性吸附。Pruden等人利用氨等離子體對PDMS晶片表面進行處理,通過控制處理時間、溫度及等離子體強度,使PDMS晶片表面、氨基及亞胺基功能化。

2、動態修整

Ocvirk等人通過改變PDMS芯片微通道上對四基氧化氨(TBAC1)和十烷基硫酸鈉(SDS)進行修飾,以改變其表 面電勢,從而有效控制電滲。對非離子型表面活性劑Tween 20對PDMS芯片微通道進行動態修飾。因為Tween 20分子內部的疏水鏈可以通過疏水作用來固定在PDMS芯片的微通道表面,而其分子中的P氧乙烯鏈部分可形成親水性的網狀結構排布,該方法能較好地抑制電滲流,同時還能有效地抑制芯片微通道上氨基酸的非特異性吸附,實現四個氨基酸的高效、快速分離。

3,本體修整

Luo等人將碳煉酸(UDA)作為添加劑與液體PDMS混合固化,從而制備出本體修飾的PDMS芯片,提高分析物的分離效率,并改善峰展。在PDMS芯片制造過程中,肖艷等將聚乳酸聚乙醇作為添加劑加入到PDMS芯片預聚體中,實現了摻雜改性。研究發現,本體修飾的PDMS芯片表面EOF和接觸角均有下降,能有效地抑制PDMS蛋白的非特異性吸附,并成功地用于兩種氨基酸的有效分離。

4溶膠單凝膠工藝

Bertson和ROrTlari使用金屬溶膠凝膠法修飾PDMS芯片表面 ,其過程如下:金屬醇鹽(異丙酶),異丙醇鉻,三異丁釩氧合成氨)是通過水蒸v擴散和修飾PDMS晶片通道表面,經水解形成穩定的金屬氧化物。井且在整個PDMS芯片中均勻分布,不產生任何化學反應,從而大大提高了PDMS芯片微通道表面的親水性。

5層層疊組裝修飾

Chen等人利用溶菌酶牛血清白蛋白膜對PDMS芯片進行多次組裝修飾 ,使EOF的穩定性得到提高,實現了環境污染苯二胺、氨酚類、神經遞質多巴胺和腎上腺素的有效分離,Wang在PDMS芯片微通道中對聚烯丙基二甲基氧和聚4-苯乙烯酸鈉鹽進行了有效的分離,并對其進行了有效的分離。

6.化學氣相淀積法

Moorcroft研究,PDMS晶片經過臭氧或紫外光處理,再通過氣相沉積技術在處理后的晶片表面沉積SiO2,以實現微量DNA序列的檢測。另外,Larger等人將聚五氟苯酚和對位二甲基苯相沉積在PDMS芯片表面,實現了對細胞的捕捉,并有效地抑制了羅丹明B在晶片表面的非特異性吸附。

7.表面共價嫁接

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,使晶片通道表面變得親水性,并保持30小時左右。Tseng等通過使用H20 :的氧化反應和硅烷化處理PDMS芯片表面,可以成功地修飾具有氨基的PVA。聚乙烯醇修飾的PDMS芯片表面具有長時間的穩定性,可以應用于生物分子的固定,抑制蛋白的非特異性吸附。

8.微珠修飾技術

陳等人提出了一種在PDMS晶片微通道中修飾硅顆粒的新方法 ,這種微粒可以將酶、蛋白質等生物大分子固定在晶片通道表面,使之集成和系統研究。

近年來,國內外對PDMS表面修飾的研究較多,但各種修飾方法名有其優缺點,例如,動態修飾技術可以簡便快速地減少分析物在PDMS微道表面的非特異性吸附。但這種動態修飾層在電泳分離時會出現一些損失,因而穩定性較差。盡管化學共價修飾可以改善修飾層的穩定性,但是,在修飾過程中往往很繁瑣,有些需要很長時間。有些需要使用有機或有毒試劑,由于PDMS芯片易溶于有機試劑,造成微通道的扭曲變形因此大大限制了其在生化分析中的應用范圍。

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