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微流控芯片材料PDMS表面改性
微流控芯片材料 PDMS 表面改性目 录第 1 章 微流控芯片 ................................................................................................................ 1 1.1 微流控芯片应用 ........................................................................................................ 1 1.2 微流控芯片材料 ........................................................................................................ 1 1.3 PDMS .......................................................................................................................... 2 第 2 章 蛋白质在材料表面的吸附 ........................................................................................ 4 2.1 蛋白质吸附过程中的相互作用力 ............................................................................ 4 2.2 蛋白质吸附和脱附过程 ............................................................................................ 5 2.3 蛋白质在材料表面吸附过程影响因素 .................................................................... 6 2.3.1 蛋白质 .............................................................................................................. 6 2.3.2 溶液 .................................................................................................................. 6 2.3.3 材料 .................................................................................................................. 6 第 3 章 PDMS 表面改性 ........................................................................................................ 8 3.1 PDMS 表面改性方法 ................................................................................................. 8 3.1.1 物理修饰法 ...................................................................................................... 8 3.1.2 化学修饰法 ...................................................................................................... 8 3.2 PDMS 紫外光照处理 ................................................................................................. 9 3.3 PDMS 表面枝接聚乙二醇（PEG）........................................................................ 10 3.3.1 枝接过程 ........................................................................................................ 10 3.3.2 实验结果和表征 ............................................................................................ 11 3.3.3 枝接 PEG 抗蛋白质吸附机理 ...................................................................... 12 参考文献 ................................................................................................................................ 14微流控芯片材料 PDMS 表面改性第 1 页第1章 微流控芯片20 世纪 90 年代， Manz A 等人首先提出微型全分析系统 （miniaturized total analysis system，μ -TAS）的概念，其中芯片式μ -TAS 也称芯片实验室（Lab on a chip） ，根据 原理不同分为微流控芯片和微阵列芯片。 微流控芯片又称芯片实验室（Lab on a Chip） ，是微机电加工技术（MEMS）的一 个典型应用，在硅、石英、玻璃或高分子聚合物[1] 等基质材料上加工出微管道、微阀、 微泵、微反应器、电极等功能单元，基于分析化学的相关理论和技术，实现生物或者 化学领域所涉及的样品纯化、反应、萃取、分离、检测等一系列功能的实验装置，以 微尺寸效应为基础，以微管道网络为基本特征，以微流体为核心。 微流控芯片结合“微”和“全”的优点，具有较高的分析效率和极大的试剂消耗 量，实现生物样品分析检测的集成化、自动化、便携化。从本世纪初开始，微流控芯 片技术得到飞速发展。作为微流控芯片的基本载体，材料对芯片加工精度和功能等有 极其重要的意义，芯片材料的研究也在不断深入。1.1 微流控芯片应用微流控芯片所表现出的整体性和系统性具有难以估量的潜在能力，使得微流控芯 片具有了强大的发展活力和美好的应用前景。随着研究工作的深入展开，微流控芯片 的发展已经远远超越了发展初期的雏形―毛细电泳芯片， 主要应用方向包括蛋白质[2] 、 核酸和肤等的分离分析，以及酶分析、免疫分析、多相化学反应等，己经涉及的应用 领域包括疾病诊断、环境检测、食品安全、司法鉴定、体育竞技以及反恐、航天等事 关人类生存质量的诸多方面。1.2 微流控芯片材料微流控芯片材料主要分为硅质材料、聚合物材料和其他材料，其基质材料具体分 类、优缺点如表 1-1 所示。微流控芯片材料 PDMS 表面改性表 1-1 微流控芯片材料 种类 硅片 玻璃 优点 化学惰性一般、热稳定性好 加工工艺成熟、键合较难 化学惰性好、光学性质优良 易于光刻和蚀刻、键合工艺多样 可重复试用 化学惰性好、光学性质优良 电渗性质良好、表面性质稳定 成本低廉、种类繁多、可批量生产 加工方法丰富、便捷 缺点第 2 页易碎、价格昂贵、紫外光透过率低 表面化学行为复杂、电绝缘性不好 易碎、加工成本高石英 高聚物难以成型深宽比大的微通道 材料成本高，键合困难 导热性能差、不耐高温 表面改性较难、对有机溶剂适应性差硅材料具有良好的化学惰性与热稳定性，基于微电子领域的加工技术，最早用于 制作微流控芯片。但是硅材料易碎，成本高，透光性差，电绝缘性能差及表面化学行 为较为复杂，这些都大大限制了其在微流控芯片中的应用。石英和玻璃具有良好的电 渗和优良的光学性质，其表面吸附和表面反应能力都有利于表面改性，但是价格相对 较高。使用与硅片类似的光刻和表面改性技术可以将微结构转移到石英和玻璃上，加 工工艺成熟。因此，玻璃材料近来被广泛应用于制作微流控芯片。然而，以玻璃和硅 为主要制作材料，其制作过程依赖标准光刻技术，由于成本高、工序复杂、易污染以 及通道几何尺寸受限等缺点。 高分子聚合物材料种类多，加工成型方便，价格便宜，尤其是高聚物材料有良好 的光学性质、化学惰性、电绝缘性和热性能等，使其在微流控芯片领域的应用具有得 天独厚的优势。可用于制作微流控芯片的高聚物材料人致可分为三人类：热塑性聚合 物、固化型聚合物和溶剂挥发型聚合物。目前，已有大量的高聚物材料被用于微流控 芯片加工中，如聚酰胺（PA） 、聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT） ，聚碳酸酯（PC） ，聚甲 基丙烯酸甲酯（PMMA）和聚二甲基硅氧烷（PDMS）等。1.3 PDMS在众多高聚物微流控芯片[3] 中， 聚二甲基硅氧烷[4] （ploydimethylsiloxane， PDMS） 微流控芯片是应用范围最广的芯片之一。其分子式如图 1-1 所示：微流控芯片材料 PDMS 表面改性第 3 页图 1-1 聚二甲基硅氧烷分子式PDMS 以其独特的优势在微流控芯片中得到应用：材料廉价、易得；材料可加工 性、 成型性好， 可以通过快速模塑法制作不同通道形状的微流控芯片； 可以透过 240 nm 以上波段的紫外、可见光，适合各种光学检测；不透水，不溶于水和常见电泳缓冲液； 可以透过空气，对细胞无毒，适合生物样品检测；表面能低，容易和其他材料进行可 逆或者不可逆键合；有良好的绝缘性，良好的散热性能，适于电泳分离；材料表面易 于进行改性，适合不同要求的生物样品分析检测；容易质谱等其他分析检测技术联用。 PDMS 材料在性能上也有一些缺陷：表面疏水，缓冲液很难注入，表面吸附作用 强，需进行表面改性和修饰才能进行应用；导热性差，导热系数比玻璃低 8-10 倍，不 利于焦耳热的散失，限制了单位长度上的场强；PDMS 材料的弹塑性定了它的微结构 不像其他刚性材料的结构那样的稳定。 由于 PDMS 材料具有高度疏水性，对生物分子特别是大分子蛋白具有强烈的非特 异性吸附。在样品分离时，由于吸附作用容易产生严重的拖尾、蛋白质分离失败、失 活的现象，严重限制了 PDMS 在微流控芯片领域的应用。微流控芯片材料 PDMS 表面改性第 4 页第2章 蛋白质在材料表面的吸附蛋白质在材料表面的吸附[4] 是一个动态的过程，它包含蛋白质的 3 个过程：吸附、 重排和解吸附，也是一个复杂的过程，与范德华力、疏水相互作用、静电和氢键作用 有关。正是由于蛋白质特殊的结构以及和材料表面之间大量复杂的、相互依赖的、动 态的相互作用，蛋白质与材料表面的相互作用机理及材料表面性质对蛋白质吸附行为 的影响至今仍未完全阐明，但其重要性己经受到研究者的广泛重视。 一般认为，决定蛋白质在材料表面吸附和解吸附行为的物理化学因素通常有八种， 如图所示。 从蛋白质靠近生物医用材料表面，到在材料表面吸附，再到从材料表面解吸附， 其中的每一个过程都有其特征。在靠近过程中，蛋白质的运输性质、蛋白质与材料表 面的本征相互作用共同决定蛋白质靠近材料表面的程度，此过程同时受溶剂分子运动 和蛋白质自身分子运动性质的影响。图 2-1 蛋白质在材料表面的吸附和脱附过程 1-运输性质；2-溶剂介导的蛋白质和材料之间的相互作用； 3-蛋白质和材料之间的短程相互作用；4-释放结合水和抗衡离子作用引起的熵增； 5-蛋白质变性引起的熵增；6-溶剂热扰动；7-溶剂剪切流动；8-其他吸附质的取代2.1 蛋白质吸附过程中的相互作用力蛋白质吸附过程中的相互作用力主要包括疏水作用力、范德华力、氢键和静电相 互作用，这些作用力直接决定着蛋白质在材料表面吸附的稳定程度及吸附的数量。其 中氢键的形成是由于电负性原子与氢原子形成的基团中，氢原子周围分布的电子少， 正电荷氢核与另一电负性强的原子之间产生静电吸引，从而形成氢键。疏水相互作用 又称为非极性相互作用，发生于非极性基团之间，蛋白质同时含极性和非极性的基团， 当蛋白质处于水溶液中时，极性基团之间以及极性基团与水分子之间易发生静电吸引微流控芯片材料 PDMS 表面改性第 5 页而排开非极性基团，因此疏水相互作用并非是疏水基团之间有吸引力的缘故，而是由 于非极性基团避开水的需要而被迫接近。这些相互作用本质上与小分子的吸附没有差 别，而蛋白质吸附的独特性在于吸附的是具有生物活性的大分子，以及在吸附过程中， 蛋白质可以发生各种物理（如构象变化）和化学的变化，从而导致生物活性的变化。 此外，蛋白质的空间结构和表面酸性氨基酸、碱性氨基酸基团的密度会影响其吸附， 同时材料的表界面性质对蛋白质的吸附速率、吸附量和吸附机理有重要影响。 吸附过程中有两种趋动力促使蛋白质在材料表面发生吸附，即溶液中蛋白质的浓 度以及蛋白质与材料表面的结合力。由于不同蛋白质与材料的结合力不同，导致蛋白 质之间存在竞争性吸附行为，即各种蛋白质的解吸附和置换吸附的发生。最初吸附的 蛋白质趋向于发生依赖时间的构象转变，且能被其它与材料表面具有更高亲和力的蛋 白质置换下来， 这种依赖于时间变化的蛋白质置换被称为 Vroman 效应。这种竞争性吸 附行为是一个复杂而连续的过程，故最终所得吸附层中蛋白质的类型和数量与植入材 料所处环境内蛋白质的组成不完全一致。此外，氢键、静电和疏水作用等非共价相互 作用都会对其吸附过程造成影响。由于蛋白质分子中极性带电氨基酸残基大多数暴露 在表面，故通常认为静电相互作用是蛋白质吸附的主要动力之一，而这三种相互作用 的本质都与静电作用有关。2.2 蛋白质吸附和脱附过程通常材料与生理环境相接触时，蛋白质及相关生物大分子会很快吸附在材料表面。 这种吸附的过程是一个复杂的动态过程。蛋白质首先在浓度梯度的作用下与材料表面 无限接近，接着在材料与蛋白质的相互作用力下使蛋白质黏附在材料表面，并导致蛋 白质分子发生构象变化使之逐渐铺展重排，形成更多的位点与材料表面接触。在外界 条件的扰动下，吸附在材料表面的蛋白质会脱附下来，留下的位点很快又会被其他蛋 白质所占住。蛋白质吸附到材料表面的传输过程主要受到如下 4 种传输机理中一种或 多种共同起作用：扩散，热对流，流动，互传输。蛋白质在材料表面脱附的过程相对 于小分子来说要困难的多，这主要是由于蛋白质本身的体积及与材料表面的结合的位 点数目所决定的。一般蛋白质及相关生物大分子在材料表面的脱附主要是如下 3 个因 素所导致：热扰动，剪切流动，其他能够更稳定地吸附于表面的物质与蛋白质或其他 生物大分子竞争吸附所做的功。微流控芯片材料 PDMS 表面改性第 6 页2.3 蛋白质在材料表面吸附过程影响因素蛋白质在材料表面[6] 的吸附主要有蛋白质、溶液、材料等因素决定，其吸附过程 是一个受到各种因素综合影响的过程，具体影响因素如图 2-1 所示其中材料的影响主 要包括：材料表面拓扑结构、表面化学性质、表面电荷状况的因素。表 2-1 影响蛋白质在材料表面吸附行为的综合因素 影响因素 蛋白质的结构和性质 溶液 表面拓扑结构[7] 具体因素 分子尺寸、分子形状、表面电荷、构象和序列、结构稳定等 性质、温度和吸附时间； 溶液中蛋白质的浓度、其他生物分子的竞争性吸附等 粗糙度； 多孔材料的孔径大小、分布和孔隙率； 沟槽的尺寸和取向 表面的化学性质、官能团和化学键类型 表面的疏水性、亲水性 表面电荷表面化学性质 表面亲疏水性 表面电荷性质2.3.1 蛋白质 蛋白质的结构复杂，按其空间结构主要分为三类：一级结构肽链中的氨基酸序列， 多肽链中规则重复的构象（二级结构） ，以及与其生理功能关系十分密切的三维空间结 构（三级、四级结构） 。研究表明蛋白质本身的性质会对其在材料表面的吸附行为产生 影响，而这种影响主要与蛋白质的一级结构有关即氨基酸的序列。尺寸较大的蛋白质 可与材料表面形成更多的接触位点，从而导致吸附量的增加。同时蛋白质表面所带的 电荷数目、结构的稳定性和伸展速率也会影响其本身在材料表面的吸附，通常容易发 生伸展的蛋白质或蛋白质分子在其对应的等电点附近会更容易地吸附到材料表面。 2.3.2 溶液 由于蛋白质本身是一种两性电解质，介质溶液的温度、pH、浓度、离子强度等会 直接导致蛋白质构象状态的改变，这种改变将直接影响到蛋白质与材料表面的相互作 用。同时对于多元的蛋白质溶液来说，不同蛋白质之间的竞争吸附也会影响蛋白质在 材料表面的吸附。 2.3.3 材料 表面拓扑结构[8] 影响蛋白质吸附过程如下：粗糙及多孔的表面能提供更多的机会微流控芯片材料 PDMS 表面改性第 7 页与蛋白质分子相互作用；多孔材料的孔径大小、分布和孔隙率等决定了与蛋白质分子 作用的表面积大小；沟槽的尺寸和取向则会影响蛋白质吸附的种类、数量以及构象变 化。 表面化学性质决定蛋白质与材料表面相互之间作用力的类型：亲水性官能团如轻 基、氨基、竣基、酸氨基、磺酸基等可降低蛋白质的吸附；矾基、硫醚、醚键等对蛋 白质吸附的影响不大；刚性基团如芳香聚醚类则不利于蛋白质的吸附。 疏水性表面倾向于吸附更多的蛋白质，且与蛋白质分子的结合力也更强一些；亲 水性表面对蛋白质的吸附作用较弱且可逆。 材料表面电荷状况影响溶液中的离子的分布，进而影响蛋白质与材料表面的相互 作用。微流控芯片材料 PDMS 表面改性第 8 页第3章 PDMS 表面改性由于 PDMS 表面具有高度疏水性、对大分子蛋白质有较强的吸附作用，因而寻找 一种有效的 PMDS 表面改性方法是尤为重要的。 高分子材料改性方法[9] , [10] 按改性范围可分为：表面修饰法、整体修饰法，其中表 面修饰法使用的最为广泛，细分为物理修饰法、化学修饰法两大类。3.1 PDMS 表面改性方法3.1.1 物理修饰法 物理修饰法采用高能物质作用于 PDMS 表面， 以改变 PDMS 表面化学的组成性质、 或是在 PDMS 材料表面沉积一层新材料。主要方法包括等离子体处理、紫外光（UV） 照处理、紫外光照加臭氧（UVO）处理、及激光处理等。采用这些方法进行 PDMS 表 面处理，操作简单，能在 PDMS 表面生成羟基等亲水性基团而使其亲水性、电渗流特 性得到明显的改善。但是物理改性的最大缺点是，改性后的表面性质会随着使用或放 置时间的增加而逐步退化，其原因为 PDMS 中未固化交联的单体向表面扩散，导致表 面接枝层密度减小。另外，物理改性需要等离子体发生器、紫外光源等设备，有些还 比较昂贵。特别要指出的是：通过等离子体和紫外光处理后，两片 PDMS 之间可以形 成不可逆的封接，对于改善 PDMS 的封接强度非常有效。 3.1.2 化学修饰法 化学修饰法可分为：湿法修饰和通过共价键结合的表面接枝法。 所谓湿法修饰即直接使待修饰溶液接触 PDMS 表面，使拟修饰到 PDMS 表面的组 份通过物理吸附或静电等作用力被吸附于 PDMS 表面。常见的湿法修饰有层层自组装 （layer-by-layer（LBL）deposition） 、溶胶凝胶包被、动态表面活性剂修饰及蛋白吸附 等。这类修饰方法的共同特点是：修饰方法总体较为简单。但是由于 PDMS 表面与修 饰层之间并非依靠共价化学键连接，所以修饰层的稳定性欠佳，容易随使用时间的增 加而流失。 通过共价键结合的表面改性是通过化学反应使修饰层以共价键键合于 PDMS 表 面。如果修饰层也是一类高聚物，这样的表面修饰也称为表面接枝。这类修饰方法的微流控芯片材料 PDMS 表面改性第 9 页最大优势是修饰层稳定，改性后的表面性质保持时间长，是 PDMS 芯片化学修饰比较 常用的方法。但是相比于湿法修饰，该方法操作比较复杂，难度也比较大。3.2 PDMS 紫外光照处理光照处理前后的红外光谱图[11] 如图 3-1 所示。由结果可以看出，与未光照样品相 比，真空紫外光照后，PDMS 表面红外光谱图发生了以下变化：3400cm-1 处出现了-OH 的对应峰；2960cm-1 处甲基的非对称仲缩振动峰、1260cm-1 处甲基的对称弯曲振动峰、 1070cm-1 处 -Si-O-Si- 的非对称伸缩振动峰均有不同程度的降低； 909cm-1 处出现了 -Si-OH 中-Si-O 的伸缩振动峰；794cm-1 处-Si-C 的伸缩振动峰减弱。 从上面分析可以看出，在真空紫外光照射条件下，PDMS 表面会发生如下反应： 高能量的真空紫外光将 Si-O、Si-C 等化学键打断，生成的白由基与体系中残留的氧在 紫外光照射条件下发生反应，形成 Si-OH 化表面，Si-OH 之问相互反应脱去水分了， 形成-Si-O-Si-网状类结构。图 3-1 PDMS 真空紫外光照前后的红外光谱图PDMS 紫外光照改性前的表面水接触角为 110°，表现出极大的疏水性质，但经过 真空紫外光照处理后，表面水接触角变小，亲水性增强。由图 3-2 PDMS 表而水接触角 随光照时间变化图[11] 可以看出，随着真空紫外光照时问的延长，PDMS 表面水接触角 逐渐下降，在光照时问为 10min 时，水接触角接近 0°，表面变得儿乎完全亲水. 但这种良好的亲水性难以得到长久的保持。 如图 3-3 所示， 真空紫外光照处理 10min 的 PDMS 在放置过程中，随时问延长，其表面水接触角呈逐渐上升趋势，但最终稳定 在 73°左右，体现了较好的亲水改性效果，也与红外光谱图检测结果相符。相比其他微流控芯片材料 PDMS 表面改性 文献中所述，其疏水性恢复的时问也大大延长。第 10 页目前，研究者们对于 PDMS 疏水性恢复机理还没有形成共识，但比较统一的观点 认为：PDMS 表面经真空紫外光照改性后，产生大量极性基团（如-OH） ，使表面能升 高，处于不稳定状态.为了降低表面能，使系统重回稳定状态，PDMS 表面的极性基团 和本体内部的非极性基团会发生翻转，使得表面亲水性下降。图 3-2 PDMS 表而水接触角随光照时间变化图图 3-3 光照后 PDMS 表而水接触角随时间变化图3.3 PDMS 表面枝接聚乙二醇（PEG）3.3.1 枝接过程 PDMS 表面枝接聚乙二醇实验过程如图 3-4 所示。由于 PDMS 具有一定的惰性， 因此，在进行表面接枝反应之前需对其进行表面官能化以引入活性反应位点。首先通 过在 PDMS 表面引入 Si-H 键的方法来达到表面活化的目的。在浓盐酸的催化作用下， PDMS 表层的 Si-O 键和含氢硅油中的 Si-O 键同时断裂并发生重排，从而在 PDMS 表 面引入 Si-H 键。烯丙基聚乙二醇的一端带有双键，利用此双键与 PDMS-H 上的 Si-H 键反应将 PEG 接枝 PDMS 表面。微流控芯片材料 PDMS 表面改性第 11 页图 3-4 PDMS 表面枝接聚乙二醇（PEG）3.3.2 实验结果和表征 衰减全反射傅立叶红外光谱测试结果[12] 表明（图 3-5） ，相对于 PDMS，PDMS-H 样品在 2166cm-1 处出现了一个明显的吸收峰，此为 Si-H 键的伸缩振动峰，这说明 Si-H 键已成功引入 PDMS 表面。 利用 Si-H 官能团与不饱和化合物在过渡金属铂所组成的催化体系下进行的硅氢加 成反应可在红外测试分析结果表明（图 3-5） ，当 PDMS 表面 Si-H 官能化后，该表面在 2166cm-1 处出现一个明显的 Si-H 吸收峰。 但经过硅氢加成反应接枝 PEG 后， 2166 cm-1 处的吸收峰消失，取而代之的是 2873cm-1，和 3500cm-1 处的两个新的吸收峰。其中 2873cm-1 处的吸收峰为 PEG 中的-CH2-O-的特征峰，而 3500 cm-1 处的吸收峰则为 PEG 末端羟基的特征峰。Si-H 键特征峰的消失和 PEG 两个新特征峰的出现表明，PEG 已成 功接枝到 PDMS 的表面。图 3-5 PDMS 表面接枝 PEG 各步反应的反射式红外图谱图 3-6 反映的是接枝 PEG 前后膜片表面纤维蛋白原吸附量及水接触角的变化[12] 。 由于纤维蛋白原是生物医学领域中用以评价材料生物相容性的一种常见蛋白质，故本微流控芯片材料 PDMS 表面改性第 12 页实验选用纤维蛋白原为模型蛋白以定量研究蛋白质在样品表面的吸附状况；而表面亲 疏水性的改变也可在一定程度上定性分析材料表面化学组分的变化。从这些结果可以 看出，未改性的 PDMS 膜片表面能低并呈现疏水性，水接触角达 107.20°；这种低表 面能的疏水性表面能引起明显的非特异性蛋白质吸附，纤维蛋白原的吸附量达 0.47μ g/cm2。 而聚乙二醇则具有良好的亲水性，在水溶液环境中接枝到表面的 PEG 分子链能 通过快速的运动使其具有较大的排斥体积，从而能有效的排斥非特异性的蛋白质吸附。 故接枝 PEG 以后水接触角下降到 60.5°， 纤维蛋白原的吸附量则骤降至 0.028μ g/cm2。 蛋白质吸附量及水接触角的显著下降进一步表明 PEG 已成功接枝到 PDMS 表面。图 3-6 枝接 PEG 前后膜片表面纤维蛋白原吸附量及水接触角的变化3.3.3 枝接 PEG 抗蛋白质吸附机理 随着对蛋白质污染问题研究的不断深人，研究者们开始探索抗蛋白质吸附材料的 抗蛋白质吸附机理， ，从而最终指导抗蛋白质吸附材料的设计与合成。然而，由于蛋白 质在材料表面的污染是个复杂的过程，材料的表面性质，包括表面基团的化学组成、 亲疏水性、电荷、材料表面水分子状态、表面自由能和表面张力、表面能分量、表面 分子运动以及表面粗糙度等，都有可能影响材料的抗蛋白质吸附性能，加之蛋白质分 子结构的复杂性，目前为止尚未建立得到广泛认可的抗蛋白质吸附机理，有时得出的 机理会不完全一致甚至相互矛盾。但是，人们也根据实验事实提出了一些假说，下面 主要介绍一下普遍得到认可的空间位阻理论、水化层理论以及表面电荷理论。 其中表面电荷理论着重于静电作用，由材料表面、蛋白质的电荷性质、溶液 pH 和微流控芯片材料 PDMS 表面改性第 13 页溶液离子强度共同影。 实用于解释 PDMS 表面枝接 PEG 抗蛋白质吸附机理只有空间位 阻理论、水化层理论。 （1）空间位阻理论 PEG 是常见的具有优异抗蛋白质吸附性能的聚合物。PEG 分子的抗蛋白质吸附机 理通常用空间阻力模型来解释。这种模型认为，PEG 分子能迅速形成水化聚合物链， 具有很大的排除体积， 从而防止蛋白质到达 PEG 表面。 当蛋白质分子接触 PEG 表面并 发生粘附时，会在较大程度上压缩 PEG 链的排除体积，PEG 分子构象受到限制，是一 种嘀减的不稳定状态（如图 3-7 所示） 。这种大的排除体积也来自于 PEG 链在水溶液中 良好的运动性，PEG 链的快速运动使得蛋白质等大分子不容易发生不可逆粘附。空间 位阻理论得到了研究者们的普遍认可，被广泛用来解释 PEG 的抗蛋白质吸附现象。实 验和分子模拟证明 PEG 的抗蛋白质吸附能力取决于 PEG 链在材料表面的密度和长度。 PEG 分子的表面覆盖度越大，链段越长，其抗蛋白质吸附效果越理想。然而对这一结 果也存在着一定的争议，有人用单链平均场（SCMF）理论证明表面覆盖度是决定 PEG 抗蛋白质吸附能力的最主要因素，而 PEG 链长对抗蛋白质吸附效果影响不大。图 3-7 抗蛋白质吸附的位阻排斥理论（2）水化层理论 水化层理论认为，抗蛋白质吸附材料首先与水分子发生作用，紧密结合相当数量 的水分子形成水化层，成为蛋白质在表面吸附的屏障；蛋白质要在材料表面吸附，必 须突破这层屏障。另外，蛋白质高级结构的维持需要水分子来参与必要氢键的形成， 而抗蛋白质吸附表面则能吸附水分子，不会影响到蛋白质分子内部和表面的水分子， 从而有效维持了蛋白质分子的三维结构。微流控芯片材料 PDMS 表面改性第 14 页参考文献[1] H Becker, C G? rtner. 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编号 高分子聚合物微流控细胞芯片的改性研究 刊用形式 论著 赖梦君 ...因此在使用 PDMS 构 建功能化的细胞芯片时,需要对材料表面进行修饰改 性。 ...第五章 生物芯片与微流控技术_材料科学_工程科技_...有利于使用不同的化学方法对其进行表面改性;耐腐蚀...弹性高分子材料 PDMS (又称硅橡胶) , 具有价格...使用手册 不同材质的微流控芯片封合工艺在微流控芯片制作过程中, 封装是一个...所有这些问题均与材料的表面特性有关。 等离子封合(键合) 硅片+PDMS、玻璃+...PDMS制备方案_机械/仪表_工程科技_专业资料。交流 PDMS 基体制备 一 实验设备: .烧杯 1 个 培养皿 1 个 量筒两个 玻璃棒一个 清洗机 真空室 保温炉...微流控芯片的制作 - PDMS-玻璃杂合芯片快速制作方法详解(初稿) 前言 本文以实战制作高度 15～80?m 的通道为例,详细介绍的 PDMS-玻璃杂合芯 片的快速制作方法...表面改性容易、生物性能好、电渗效果优良等特性,以及聚二甲基 硅氧烷(poly...其中 PDMS 材料可以作为 PCR 反应腔室和 CE 分离的制作材料;玻璃材料作为芯片 ...其中,PDMS 因其具有良好的微结构成形性、透光性 和生物相容性,是目前使用最多的高聚物芯片加工材料。 通常微流控芯片的加工按流程分为两部分:芯片微通道加工和...但是,由 于表面强的疏水作用、 生物粘附等特性,大大限制了 PDMS 在微流控芯 片、生物材料、生物分析中的进一步应用。因此,对 PDMS 表面进行修 饰和改性具有...微流控芯片材料的选择与其应用环境有直接关系。 目前, 在 dPCR 领域, 无论是 IFC 芯片, 还是液滴微流控芯片, 通常使用聚二甲基硅氧烷( PDMS) 材质的微流控...传统的微流控芯片是在玻璃, 硅橡胶, PDMS 或者其他塑料或者高分子材料上刻蚀...这 样就得到了有刻蚀通道的层析纸,为了增加它的 亲水性,可以把它的整个表面...
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