基于聚二甲基硅氧烷的高性能、廉價平面微流控超滑平臺.pdf

1、平面微流控技術(shù)(Planar microfluidics)與通道微流控相比具有諸多的優(yōu)點，其在藥物篩選、生物學(xué)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，因而近年來受到學(xué)者的廣泛關(guān)注。然而，平面微流控技術(shù)中液滴的運動會受到接觸角滯后(CAH)的極大影響，這使得液滴在轉(zhuǎn)運過程中需要提供更多額外的能量來克服液滴和PDMS表面之間的黏附力和接觸角滯后，為了克服這種影響，本文首先探索了基于膠帶沉降法的聚苯乙烯(PS)微球組裝方法，利用軟光刻工藝加工出大面積、廉價

2、且易操作的聚二甲基硅氧烷(PDMS)超滑表面，并進一步通過實驗探討了微球尺寸和潤滑油粘度對超滑表面性能的影響。最后通過剪裁膠帶的方式制作了圖形化微通道來實現(xiàn)單個液滴或液滴陣列僅在重力作用下的產(chǎn)生、運轉(zhuǎn)等操控過程。
　　PDMS超滑表面可以克服CAH瓶頸，它基于軟光刻工藝和二維微球組裝的微加工技術(shù)，可利用膠帶和聚苯乙烯(PS)微球之間的黏附力制備單層緊密排列的 PS（微球模板并進一步復(fù)制出 PDMS碗狀微結(jié)構(gòu)，該碗狀微結(jié)構(gòu)可以通過鎖

3、存潤滑油來形成超滑表面。具體地說，首先膠帶作為黏附單層PS微球的基底被固定在載玻片上，將載玻片沉入懸浮有大量PS微球的水溶液，當(dāng)水逐漸蒸發(fā)或被手動提取之后，PS微球便沉積在膠帶表面，去掉上層的 PS微球之后便得到了黏附在膠帶表面的單層緊密排列的PS微球模板。其次，使用三甲基氯硅烷涂層有助于軟光刻工藝中對PDMS的脫模。最后利用有機溶劑甲苯溶解殘余的PS微球并通過旋涂將潤滑油涂覆在孔洞微結(jié)構(gòu)中，由此便形成了 PDMS超滑表面。潤滑油的選擇

4、必須具備與水不相容、不易揮發(fā)且無毒害的特性，所形成的薄膜可以有效地減小水滴的接觸角滯后和滑動角。這種加工 PDMS超滑表面的方法不僅方便而且迅速，通過選擇不同尺寸的微球來組裝模板，同時可以提高碗狀微結(jié)構(gòu)的孔洞占空比。
　　實驗發(fā)現(xiàn)更小尺寸的PS微球能夠得到排列更加緊密的模板，且能夠達到的最大孔洞占空比(Fp)為85％。經(jīng)過測試得到，使用不同尺寸的 PS微球模板復(fù)制的PDMS超滑表面對水滴的臨界滑動角(CSA)小于5度并且隨著Fp的

5、增大進一步減小。實驗對比了水滴在15°表面傾斜角下使用同種潤滑油(苯基硅油)以及在相同轉(zhuǎn)速和時間(800rpm,15s)下旋涂的超滑表面的平均滑動速度，發(fā)現(xiàn)其隨著微球尺寸的增大或Fp的減小而下降。實驗進一步對比了水滴在使用粘度不同但表面張力相似的潤滑油和相同尺寸PS微球(20μm)轉(zhuǎn)印的超滑表面上的CSAs和平均滑動速度，發(fā)現(xiàn)更高的潤滑油粘度有助于降低SCAs和提高滑動速度。
　　加工圖形化的碗狀微結(jié)構(gòu)和涂覆潤滑油可以實現(xiàn)液滴在同