基于聚二甲基硅氧烷的高性能、廉價(jià)平面微流控超滑平臺(tái).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(diǎn)，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(yùn)動(dòng)會(huì)受到接觸角滯后(CAH)的極大影響，這使得液滴在轉(zhuǎn)運(yùn)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(jià)

2、且易操作的聚二甲基硅氧烷(PDMS)超滑表面，并進(jìn)一步通過實(shí)驗(yàn)探討了微球尺寸和潤滑油粘度對(duì)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(shí)現(xiàn)單個(gè)液滴或液滴陣列僅在重力作用下的產(chǎn)生、運(yùn)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(jìn)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(dòng)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(duì)PDMS的脫模。最后利用有機(jī)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(dòng)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(shí)可以提高碗狀微結(jié)構(gòu)的孔洞占空比。
　　實(shí)驗(yàn)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(dá)到的最大孔洞占空比(Fp)為85％。經(jīng)過測(cè)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(duì)水滴的臨界滑動(dòng)角(CSA)小于5度并且隨著Fp的

5、增大進(jìn)一步減小。實(shí)驗(yàn)對(duì)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(shí)間(800rpm,15s)下旋涂的超滑表面的平均滑動(dòng)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(shí)驗(yàn)進(jìn)一步對(duì)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(dòng)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(dòng)速度。
　　加工圖形化的碗狀微結(jié)構(gòu)和涂覆潤滑油可以實(shí)現(xiàn)液滴在同