微流控芯片表面改性技术

微流控芯片的三个主要特点

• 表面积/体积比大，表面效应被强化，表面微小的变化就会对流体的行为产生大的影响

• 材料多元化，微流控芯片材质多样，影响着很多流动过程甚至结果

• 需求多样性，芯片分离、芯片反应和芯片细胞培养与表面性质紧密相关
  

微流控芯片表面改性的目的

• 减小表面非特异性作用

• 增强表面特异性作用

• 提高表面稳定性

微流控芯片表面改性的方法

• 静态改性（硅烷化、聚合诱导接枝、本体掺杂、共价偶联）
  

• 动态改性

玻璃和石英芯片的表面改性-硅烷化反应

硅烷化反应的基本原理是利用硅氧键水解形成的硅羟基与芯片表面的硅羟基脱水缩合反应，在芯片表面偶联功能化的硅氧烷，然后进行下一步的反应。聚丙烯酰胺和聚乙烯醇是目前比较常见的两种表面硅烷化涂层试剂，聚丙烯酰胺常用于芯片核酸及蛋白质电泳，聚乙烯醇常用于小分子快速分析。

热塑型聚合物芯片的表面改性

目前，聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚碳酸酯（PC）、聚对苯二甲酸乙二酯（PET）和聚酰亚胺（PI）在微流控芯片领域使用相对较多。

• 本体掺杂：是一种常用的静态改性方法，在本体中加入改性物质，通过改变聚合物成分来方便地调节芯片的表面性质。比如，在PMMA本体中添加5%左右的ABS塑料，发现芯片透光率明显提高，表面接触角减小。

• 聚合诱导接枝：表面原子转移自由基聚合，将PMMA芯片先经过氧等离子体处理，接着进行酰化反应，在芯片表面形成卤代基团，再聚合偶联一层亲水性的聚合物，比如聚丙烯酰胺、聚乙二醇等，从而改善分离；表面分子脱氢介导聚合，利用芯片表面有机分子在引发剂或者强烈物理辐射下脱氢形成的自由基诱导聚合，从而在表面形成高分子涂层。

固化型聚合物芯片的表面改性

PDMS芯片是Z主要的固化型聚合物芯片，Z主要的特征是透气和弹性。透气性使得在芯片上集成细胞培养的研究成为可能，还可以用来微通道内的流体在密闭状态下的蒸发和溶剂的替换；弹性主要用于微印刷和制作微气动泵阀。但是，PDMS芯片表面问题非常复杂，成为制约其广泛应用的一个主要因素。

• 本体掺杂：PDMS芯片表面有许多微孔，这些微孔可以吸收并交联一些小分子，提供芯片表面迁移通道，从而改变芯片表面的性质。

• 共价偶联：利用一些物理手段，如等离子体、紫外、臭氧等，可以将PDMS芯片表面快速转化成羟基，其中Z主要是硅羟基，在各种手段中，以氧等离子体Z为常用，一方面是因为其快速，1min内就能够完成，另一方面是其表面活化效果明显，可以使表面变得极度亲水，水接触角几乎为零。

• 聚合诱导接枝：借助于表面分子脱氢介导聚合在PDMS芯片上应用，用紫外光直接照射单体溶液就可以在PDMS表面接枝一些亲水性的化合物，但是反应溶液的组成需要严格的控制，同时必须添加一定量的高碘酸钠和苯甲醇，以提高单体向芯片表面扩散的效率，YZ溶解氧对聚合反应的猝灭作用。

• 吸附-交联：将一些用于动态吸附的物质加以交联，增加其在PDMS芯片上的附着力，而不是在缓冲液中添加，可以达到PDMS芯片表面改性的目的。

表面改性的表征技术

主要目的是检测改性过程，考察改性效果。常用的方法有红外吸收光谱、原子力显微镜、荧光照片和电渗流测量等几种常用并且方便的表征方法。