聚二甲基硅氧烷（PDMS）综述

Tips:汶颢提供PDMS微流控芯片批量加工服务和相关配件及耗材，如：PTFE/PEEK/PE管、石英毛细管、接头堵头、PDMS预聚物等。

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功能化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和玻璃粘接来形成微流体芯片。

芯片现在已准备好使用微流体管道连接到微流体储存器和泵。

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)。

在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

微流体应用的PDMS缺点

玻璃电极沉积在PDMS微流控芯片中

在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.

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