聚二甲基硅氧烷(PDMS)综述 - 汶颢股份
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聚二甲基硅氧烷(PDMS)综述

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聚二甲基硅氧烷(PDMS)综述

聚二甲基硅氧烷(PDMS)简介

PDMS又叫聚二甲基硅氧烷广泛用于微流控芯片制造一种聚合物。它是硅氧烷家族的一种有机聚合物(含碳和硅的结构)(来源于硅、氧和烷烃)。除了微流,它还被用作食品添加剂(E900),在香中,作为饮料或润滑油中的消泡剂。

为了制造微流体装置,将与交联剂混合的PDMS(液体)倒入微结构化模具并加热以获得模具的弹性复制品(PDMS交联)

关于PDMS化学特性

聚二甲基硅氧烷(PDMS)简介 PDMS又叫聚二甲基硅氧烷广泛用于微流控芯片制造的一种聚合物。它是硅氧烷家族的一种有机聚合物(含碳和硅的结构)(来源于硅、氧和烷烃)。除了微流控,它还被用作食品添加剂(E900),在香料中,作为饮料或润滑油中的消泡剂。 为了制造微流体装置,将与交联剂混合的PDMS(液体)倒入微结构化模具并加热以获得模具的弹性复制品(PDMS交联) 关于PDMS化学特性

PDMS的经验式为(C2H6OSi)n,其分段式为CH3 [Si(CH3)2O] nSi(CH3)3,n为单体重复次数。

根据单体链的大小,非交联的PDMS可能几乎是液体(低n)或半固体(高n)。硅氧烷键形成具有高水平粘弹性的柔性聚合物链。

“交联”后

PDMS变成疏水弹性体。极性溶剂(如水)难以润湿PDMS(水珠并且不会扩散),这导致在PDMS表面上吸附水中的疏水性污染物。

PDMS氧化

使用等离子体的PDMS氧化改变PDMS表面化学并在其表面上产生硅烷醇终止(SiOH)。这有助于使PDMS亲水30分钟左右。这个过程也使得表面抵抗疏水性和带负电的分子的吸附。此外,PDMS等离子体氧化用于用三氯硅烷能化PDMS表面或通过形成Si-O-Si键在氧化玻璃表面上共价键合PDMS(以原子级)。

PDMS表面是否被等离子氧化,不允许水,甘油,甲醇或乙醇渗透和连续变形。因此,可以将PDMS与这些流体一起使用而不用担心微结构变形。然而,PDMS在二异丙胺,氯仿和乙醚存在下变形和膨胀,而且在丙酮,丙醇和吡啶存在下程度较小 - 因此PDMS对许多有机化学应用来说并不理想。

PDMS微流控

PDMS微流控芯片

PDMS是模塑微流体装置中使用最多的材料之一。

我们在这里通过软光刻方法制造微流控芯片。

1)成型步骤允许从模具大量生产微流体芯片。

2)将PDMS(液体)和交联剂(用于固化PDMS)的混合物倒入模具中并在高温下加热。

3)一旦PDMS硬化,它可以从模具中取出。我们获得了PDMS块上的微通道副本。

微流体装置完成:

4)为了进行未来实验的液体注入,微流体装置的输入和输出用打孔器对PDMS穿孔。

5)最后,用等离子体处理具有微通道的PDMS和载玻片。

6)等离子体处理PDMS和玻璃粘接形成微流体芯片。

芯片现在已准备好使用微流体管道连接到微流体储存器

为什么使用PDMS进行微流体装置制造?

PDMS被选择来制造微流控芯片主要是出于以下原因:

它在光学频率(240 nM - 1100 nM)处透明,便于在视觉上或通过显微镜观察微通道内容物。

具有低荧光特性。

具有生物相容性(有一些限制)。

PDMS键合到玻璃或另一PDMS层用简单的等离子体处理。这使得多层PDMS器件的生产能够利用玻璃基板提供的技术可能性,例如使用金属沉积,氧化物沉积或表面功能化。

在交联过程中,PDMS可以使用简单的旋涂涂布在基材上的受控厚度。这允许制造多层器件并集成微型阀。

可变形的,它允许使用PDMS微通道的变形整合微流体阀门,易于连接防漏流体连接以及使用它来检测非常低的力,如来自细胞的生物力学相互作用。

与以前使用的材料(如硅)相比,它便宜

PDMS也易于成型,因为即使与交联剂混合,它在室温下仍保持液体数小时。PDMS可以高分辨率模塑结构。通过一些优化,可以模制几纳米的结构

透气性,通过气压控制用于细胞培养。

人类肺泡上皮细胞和肺微血管内皮细胞在PDMS芯片中培养以模拟肺功能

人类肺泡上皮细胞和肺微血管内皮细胞在PDMS芯片中培养以模拟肺功能

微流体应用的PDMS缺点

玻璃电极沉积在PDMS微流控芯片中

玻璃电极沉积在PDMS微流控芯片中

PDMS上执行金属和电介质沉积几乎是不可能的 。这严重限制了电极和电阻器的集成。尽管如此,由于PDMS使用等离子体处理容易与玻璃载片结合,因此,各种薄金属层或电介质沉积可以在载玻片上进行。

PDMS老化,因此在几年后,这种材料的机械性能会发生变化。

它吸附疏水性分子并且可以将一些分子从交联不良中释放到液体中,这对于PDMS微流体装置中的一些生物学研究可能是个问题。

PDMS可透过水蒸气,这使得PDMS装置中的蒸发很难控制。

PDMS 对某些化学品的敏感

PDMS微流控芯片

PDMS微流控芯片

PDMS预聚物:PDMS RTV-615和PDMS Sylgard 184

1)PDMS RTV-615

结合双层微流体装置最强大和最方便。

不同批次之间的等离子体粘结强度存在差异。这使得有必要在每次购买时调整粘合参数。

2)PDMS Sylgard 184(道康宁公司)

这种PDMS不太常用于多层芯片两个PDMS层之间的结合更加困难。

在器件制造过程中多故障。

这种PDMS最常用于微流控芯片中的动物细胞培养。

PDMS抗化学腐蚀性

You will find below an immersion study of microstructured PDMS (h: 11μm, L: 45μm) in a variety of chemicals [5], this study was performed with PDMS Sylgard 184.

PDMS抗化学腐蚀性

(Legend: No: no effect on microstructures, Total: complete destruction of microstructures)