第11卷第3期 2011年6月
过程工程学报
The Chinese Journal of Process Engineering
VoL.1I No.3 June2011
选择性紫外曝光法修饰微流控芯片用于制备高度均一的单乳液和复乳液
丁锐"，高飞，苏志国"，王平”，马光辉，张松平
(1.中国科学院过程工程研究所生化工程国家重点实验室，北京100190；2.中国科学院研究生院，北京10049： 3. Department of Bioprodacts and Biosystems Engineering, University of Minnetsota, St Paul, MN 55108, USA)
摘要：利用选择性紫外曝光法对案二甲基硅氧烷(PDMS)微流控芯片通道内壁进行了部分亲/疏水改性，通过接触角和原子力显微镜对改性表面进行表征，并利用改性后的芯片制备出了高度均--的单乳液和复乳液，结果表明，在芯片的非曝光区域，光引发剂二苯甲酮使PDMS表面粗精且保持疏水性，接触角为101°；而在曝光区域，由于聚合形成的聚丙烯酸交联到PDMS上使其表面光滑且具有亲水性，接触角为62°，形成的亲/统水特性可维持30d以上，利用改
径的变异系数分别为3.5%和2.9%
关键词：表面改性：微流控芯片；聚二甲基硅氧烷；尺寸均一：乳液
中图分类号：TQ425.6 1前言
文献标识码：A
文章编号：1009-606X(2011)030461-07
此必须对芯片通道进行选择性定点亲/疏水性修饰.目
微流控芯片(Microfluidics)又称“芯片实验室”(Lab-on-a-chip)，是微全分析系统(Micro-totalAnalysis System，μ-TAS)领域中最前沿的研究内容[12]，近10年来已成功应用于生命科学、农学、临床医学、药物学、食品等诸多领域(3-6]，微流控乳化是微流控技术中一个重要的分支，目前该技术不仅可实现水包油(Oil/Water O/W)和油包水(W/O)单乳液的制备，而且通过对芯片结构的特殊设计还可实现水包油包水(W/O/W)及油包水包油(O/W/O)复乳液的制备[7]，相比传统的机械搅拌法?) 和近20年来发展迅速的膜乳化法9，微流控乳化具有所制乳液粒径更均一可控、易原位加工或分割、制备过程简单、乳液腔室结构可控等显著优势，因此越来越受到国内外研究者的青[10,1]
目前，制备芯片的材料主要有玻璃、二氧化硅、石英、聚合物等(12)，但前三者由于加工困难、成本高而逐渐被淘汰()，聚合物材质如聚氨酯、聚氯乙烯、聚二甲基硅氧烷[Poly(dimethylsiloxane),PDMS]等，由于加工容易，已越来越多地应用于芯片的制备I4，PDMS由于透气性好、透紫外、生物兼容性好、易组装等优点[15]，已成为微流控芯片的最主要构建材料但PDMS材料具有高度疏水性(16)，在微流控乳化过程中水相溶液很难进入芯片内通道形成稳定均一的乳液，特别对于复杂乳液体系，如W/O/W型复乳液的制备，要求PDMS芯片的水相通道具有强亲水性，油相通道具有强疏水性"7]，因
前已开发出多种PDMS微通道改性方法，包括金属涂层、化学气相沉积、表面活性剂动态修饰、聚合物吸附、共价交联法等，Zhou等(18]和Makamba等|19]对这些方法进行了综述，但上述修饰过程大都是将PDMS微通道修饰成全部疏水性或全部亲水性，难以对特定部位进行改性，且经过亲水改性的表面易迅速恢复成疏水性(20)
在上述研究背景下，本工作开发出了一种通用简便的选择性紫外曝光法，控制丙烯酸在PDMS微流控芯片不同通道内部的接枝聚合，实现对PDMS芯片表面选择性亲/疏水性改性，可满足不同乳液体系制备的需求.通过接触角和原子力显微镜对改性后的表面进行表征，发现经选择性紫外曝光法改性后，疏水通道表面粗糙，而亲水表面较光滑，且该改性方法所得亲/疏水结果可保持至少30d，充分说明其有效性和优越性.在此基础上，利用改性后的芯片成功制备出了高度均一的O/W单乳
液和W/O/W复乳液 2材料与方法 2.1实验材料
PDMS试剂盒Sylgard184购自美国DowComing 公司，由单体和固化剂两部分组成.丙烯酸单体、二苯甲酮、三羟甲基丙烷丙烯酸酯(Trimethylolpropane Triacrylate，TMA)购自美国Sigma-Aldrich公司.表面活性剂Span-85购自上海化学试剂公司，Tween-20购自日
收稿日期：2011-04-12，修回日期：2011-0505
基金项目：国家白然科学基金资助项月(编号：20706054；20728607；20976180)：国家高技术研究发展计划(863)基金资助项目(编号：2008AA10Z302)：
国家重点基础研究发展规划(973)基金资助项日(编号：2009CB724705）
作者简介：丁锐(1985-)，男，湖北省黄冈市人，硕土研究生，生物化工专业：通讯联系人，高飞，Tel:010-82544933,E-mail:fei_gao@home.ipe.ac.cn；张
松, Tel: 010-82544958, E-mail: spzhang@home.ipe.ac.cn
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