原创 PDMS总述——聚二甲基硅氧烷简介

聚二甲基硅氧烷，又称PDMS或二甲基硅氧烷，是一种广泛用于微流控芯片制造和成型的聚合物。它是硅氧烷家族的一种矿物-有机聚合物(含有碳和硅的结构)。除微流控外，它还可用作食品添加剂(E900)、洗发水以及饮料或润滑油中的消泡剂。为了制造微流控器件，将PDMS(液体)与交联剂混合倒入微结构模具中并加热，便可得到具有弹性的PDMS器件(PDMS交联)。

PDMS的化学性质

一些化学知识
一点化学知识将帮助我们更好地理解PDMS在微流控应用中的优点和缺点。PDMS的经验式为(C2H6OSi)n，其碎片式为CH3[Si(CH3)2O]NSI(CH3)3，n为单体重复数。根据单体链的大小，非交联型PDMS可以是几乎液态(低n)或半固态(高n)。硅氧烷键形成了具有高粘弹性的柔性聚合链。

“交联化”之后

PDMS成为一种疏水弹性体。极性溶剂，如水，难以湿润PDMS(水珠且不扩散)，这导致PDMS表面吸附来自水的疏水污染物。

PDMS氧化
等离子体氧化改变了PDMS的表面化学结构，并在其表面生成硅醇端基(SiOH)。这有助于使PDMS具有30分钟左右的亲水性。这一过程还使表面对疏水和带负电荷的分子的吸附具有抵抗力。此外，PDMS等离子体氧化用于用三氯硅烷对PDMS表面进行功能化，或通过创建Si-O-Si键将PDMS在氧化玻璃表面上共价键合(原子尺度上)。无论PDMS表面是否被等离子体氧化，都不允许水、甘油、甲醇或乙醇渗透和连续变形。因此，可以在不担心微结构变形的情况下将PDMS与这些流体一起使用。然而，在二异丙胺、氯仿和乙醚的存在下，PDMS发生变形和膨胀，在丙酮、丙醇和吡啶的存在下，PDMS的变形和膨胀程度较小，因此PDMS不适合于许多有机化学应用。

PDMS在微流控中的应用

PDMS是成型微流控器件最常用的材料之一。在这里，我们简单概括下用软光刻方法制造微流控芯片的方法。
(1)成型步骤允许从模具批量生产微流控芯片。
(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，可以将其从模具上取下。我们得到了PDMS块上微通道的复制品。微流控装置完工：
(4)为了能够为将来的实验注入流体，微流控装置的输入和输出被用未来连接管大小的PDMS打孔机冲压。
(5)对带有微通道的PDMS块表面和玻片表面进行等离子体处理。
(6)等离子体处理允许PDMS和玻璃键合关闭微流控芯片。

该芯片现在可以使用微流控管连接到微流控储液器和泵上。聚乙烯管材和特氟龙管材是微流控装置中最常用的管材。

为什么要使用PDMS制造微流控器件？

选择PDMS来制造微流控芯片的主要原因:

人肺泡上皮和肺微血管内皮细胞在PDMS芯片中培养以模拟肺功能

它在光学频率(240 NM-1100 NM)下是透明的，便于目测或通过显微镜观察微通道中的内容物。它的自发荧光很低。它被认为是生物相容的(有一些限制)。PDMS通过简单的等离子体处理与玻璃或其他PDMS层紧密结合。这使得多层PDMS设备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，可以使用简单的纺丝涂层在衬底上以可控的厚度涂覆PDMS。这使得多层器件的制造和微阀的集成成为可能。它是可变形的，允许利用PDMS微通道的变形集成微流控阀，轻松连接防泄漏的流体连接，并使用它来检测非常低的力，如细胞的生物力学相互作用。与以前使用的材料相比，它更便宜，PDMS也很容易成型，因为即使与交联剂混合，它在室温下也能保持液态长达数小时。PDMS可以高分辨率地模制结构，更可以通过一些优化，塑造几纳米的结构。它是可透气的。它通过PDMS或末端通道填充(液体压力下的残余气泡可能通过PDMS逃逸以平衡大气压力)来控制气体的量，从而实现细胞培养。

微流体应用的PDMS问题:

玻璃上沉积的电极将集成在PDMS微流控芯片中

在PDMS上进行金属和介质沉积几乎是不可能的。这严重限制了电极和电阻的集成。然而，由于PDMS使用等离子处理可以很容易地粘接到玻璃片上，即使较大的金属区域会阻碍良好的粘接，这个问题也被最小化了。因此，各种薄的金属层或电介质沉积可以在玻璃片上进行。PDMS会老化，因此几年后这种材料的机械性能可能会发生变化。它可以吸附疏水分子，并能将一些交联性差的分子释放到液体中，这可能是PDMS微流控器件中一些生物学研究的问题。PDMS对水蒸气具有渗透性，这使得PDMS设备中的蒸发很难控制。PDMS对某些化学品的暴露很敏感。

不同PDMS在微流控中的应用

PDMS用于制造微流控器件(单层和双层)和微压印邮票。对于这些应用，研究人员通常使用两种类型的PDMS：PDMS RTV-615和PDMS Sylgard 184。这两个PDM的确切组成是…。是保密的。然而，有了经验，研究人员可以帮助选择最适合应用程序的PDMS：
1)PDMS RTV-615。
S.Quake的首选PDMS(微流控阀门的共同发明者)。最坚固、最方便粘合双层微流控器件
不同批次之间的等离子体结合强度存在差异。这使得有必要在每次购买时调整焊接参数。

2) PDMS Sylgard 184(道康宁)。
更干净的PDMS。这种PDMS较少用于多层芯片。这使得两个PDMS层之间的粘接变得更加困难。它在器件制造过程中会产生更多的故障。这种PDMS最常用于微流控芯片中的哺乳动物细胞培养。

聚二甲基硅氧烷的耐化学性

下面是微结构PDMS(h：11微米，L：45微米)在多种化学品中的浸泡研究，这项研究是用PDMS Sylgard 184进行的。

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