紫外光在微流控芯片表面处理中的应用

微流控芯片

基于UV化学反应的表层处理技术具有光源简便易得、操作简便、无污染、容易实现高精度图案化处理等优点，受到微流控芯片研究者的关注。当前，UV表层处理技术多用于微流控芯片表面化学修饰以改善其分析性能。

聚二甲基硅氧烷(PDMS)为当前使用最普遍的芯片材料之一，它具备良好的弹性、透气性、生物兼容性，便于通过模具浇注成型，容易自我封合等优势。但PDMS特别疏水，未经处理的PDMS表面水的接触角为110°以上。

因为高度疏水，所以很难向PDMS微通道内引入水溶液，一方面很难通过自身的毛细管作用力引入，另一方面，如果利用负压引入则易产生气泡，从而导至实验失败。因此需要对PDMS进行改性，下面介绍与UV有关的表面改性方法。

亲疏水改性

HE等于2002年报道了PDMS表面通过UV照处理后亲水性明显增加的现象。他们指出未经UV处理的PDMS通道内难以填充水溶液，需施加负压且利用反复挤压排除残余的空气，而经UV处理后的芯片则可看到微流道的毛细管吸液现象。

通过比较pH在3～11范围内的电渗流表明，经过紫外光处理后，电渗流方向未变，可电渗流淌度皆有显著的增加，增加幅度在5%～25%之间。经过UV处理的PDMS在空气中放置2～33d，随放置时间的延长，其可支撑的电渗流呈逐渐降低的趋势，但总体依然比未处理的大，且稳定性较好。

通过红外表征，作者指出，经过UV光照后PDMS表面的部分-OSi(CH3)2O-基团转化为-O4Si(OH)4-n-基团，从而使表面亲水性增强。

UV很早就用于玻璃、硅等材料的清洗。经过UV直接辐照后，表面有机物被降解，表面亲水性增加，但是材料基底并没有发生化学变化。

ZHAO等报道了一种先硅烷化再选择性UV降解的方法。他们利用自己制备的含2-硝基苄酯的光敏硅烷化试剂对玻璃芯片的通道内壁进行硅烷化处理使之疏水，之后在掩膜保护下置于365nm的紫外灯下进行光降解；

在掩膜保护区域，硅烷化试剂保持原状，通道依然疏水;光照区域，含有2-硝基苄基的长链发生断裂(见图)，形成羧酸羧基暴露在玻璃通道表面，从而使受光照的通道区域亲水。通过这种先硅烷化疏水再局部光降解亲水的方法，可在通道内简便迅速地实现各种形状的亲疏水图案化。

TAKEI等采用TiO2纳米粒子催化光降解作用在玻璃通道内实现了不同亲疏水程度的图案化。

具体的操作过程见图，首先将TiO2纳米粒子修饰到通道内，再采用自组装的方法将十八烷基三氯硅烷(OTS)组装到TiO2纳米粒子表面，形成一层单分子层；

从而使通道内成为超疏水(纳米粒子与疏水化试剂的共同作用)，再在有掩膜存在的条件下进行UV降解，光照区域的OTS会在TiO2的催化作用下降解，使此段通道变为亲水。

ARAYANARAKOOL等报道了一种通过UV辐照直接使玻璃通道的局部区域疏水化的方法。结果显示：

玻璃通道经清洗脱水处理后，先用等离子体处理，之后再在通道内注入硅油，在不锈钢掩膜保护下，置于大功率254nm紫外灯下辐照。UV辐照区域的通道变为疏水，接触角由31.0°±3.9°增加到100.9°±2.8°，而掩膜保护区域仍保持玻璃的原有性质。

光改性

GRAUBNER等探讨了172 nm UV对PDMS的光改性作用。通过测量不同光照时间后水和二碘甲烷在PDMS表面的接触角，并利用OWRK法(Owens-Wendt-Rabel-Kaelble Method)计算PDMS的表面自由能，得出PDMS的自由能与光照时间成S型曲线递增至逐渐饱和关系。

YE等对UV(λ=315～400nm)和 UV/O3(λ=185/254nm)两种光源对PDMS的改性作用进行了比较。经过UV和UV/O3改性后，PDMS表面的-CH3和-CH2含量均减少，而产生了新基团Si-OH。

UV照射主要是使链断裂并产生自由基，氧化作用较少，表面处理效果不好，表面会保留很多-CH3和-CH2基团，同时没有氧气作用是PDMS表面产生的-·CH2自由基相互交联反而会增加表面疏水性。而UV/O3处理则因为照射过程中会生成活性氧，氧化效果比单纯UV处理好，表面会形成大量的羟基、羰基。

3 总结与展望

从目前的发展水平来看，微流控芯片已突破其发展初期在加工技术及基本流控技术上的主要难关，正在进入一个开展更加深入的基础研究、广泛扩大应用领域及深度产业化的转折时期。

简言之，UV化学表面处理技术具有操作方便、设备简单、环境污染少，尤其是具有可以实现高精度的图案化表面处理的优势，因此已经得到了微流控芯片研究者的广泛关注，并且在微流控芯片的加工制备中得到了一定的应用。

然而，UV固化在微流控芯片技术中的应用也存在一些难点：

(1)UV直接处理法表面性质单一，且不易在空气中保存;

(2)用UV活化后的PDMS表面与载玻片等键合时达不到永久性封接;

(3)一次UV处理后的微流控芯片通道的使用重复性有待提高。

基于以上难点，在微流控芯片技术中建立性质稳定且高使用率的UV处理法迫在眉睫。随着当今科学技术的发展，微流控芯片的制备材料会日趋渐增，UV固化工艺也将越来越成熟。

相信通过不断的努力，UV固化在微流控芯片技术中的应用会更加广泛，微流控芯片技术将会不断发展并完善。未来，关于这方面的研究也将会越来越受到全世界的广泛关注。

免责声明:文章来源汶颢www.whchip.com以传播知识、有益学习和研究为宗旨。转载仅供参考学习及传递有用信息，版权归原作者所有，如侵犯权益，请联系删除。