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PDMS： 综述

聚二甲基硅氧烷（PDMS）简介

称为PDMS或聚二甲基硅氧烷的聚二甲基硅氧烷是广泛用于微流体芯片的制造和原型制造的聚合物  。

它是硅氧烷族的矿物有机聚合物（含有碳和硅的结构）（衍生自硅，氧和烷烃的词）。除微流体外，它还可用作食品添加剂（E900），洗发水，饮料或润滑油中的消泡剂。

为了制造微流体装置，将与交联剂混合的PDMS（液体）倒入微结构化模具中并加热以获得模具的弹性复制品（PDMS交联）。

关于PDMS的一些化学反应

一点点化学反应

一点点化学反应将有助于我们更好地了解PDMS在微流体应用中的优缺点。

PDMS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。

取决于单体链的大小，非交联的PDMS可以是几乎液体（低n）或半固体（高n）。硅氧烷键导致柔性聚合物链具有高水平的粘弹性。

在“交联”之后

PDMS成为疏水弹性体。极性溶剂（例如水）难以润湿PDMS（水珠并且不会扩散），这导致PDMS表面上的疏水性污染物从水中吸附。

PDMS氧化

使用等离子体的PDMS氧化改变PDMS表面化学并在其表面上产生硅烷醇终止（SiOH）。这有助于使PDMS亲水30分钟左右。该方法还使表面抵抗疏水性和带负电荷的分子的吸附。另外，PDMS等离子体氧化用于用三氯硅烷官能化PDMS表面或通过产生Si-O-Si键使PDMS（在原子尺度上）共价键合在氧化玻璃表面上。

无论PDMS表面是否被等离子氧化，它都不允许水，甘油，甲醇或乙醇渗透和连续变形。因此，可以将PDMS与这些流体一起使用而不用担心微结构变形。然而，PDMS在二异丙胺，氯仿和醚存在下变形和溶胀，并且在较小程度上，在丙酮，丙醇和吡啶存在下变形和膨胀 - 因此PDMS对于许多有机化学应用来说不是理想的。

微流体中的PDMS

PDMS是模塑微流体装置最常用的材料之一。

我们在这里描述了通过软光刻方法制造微流体芯片[1]。

（1）模塑步骤允许从模具中批量生产微流体芯片。

（2）将PDMS（液体）和交联剂（以固化PDMS）的混合物倒入模具中并在高温下加热。

（3）一旦PDMS硬化，就可以将其从模具中取出。我们获得PDMS块上的微通道的复制品。

微流体装置完成：

（4）为了允许注入流体用于将来的实验，微流体装置的输入和输出用PDMS打孔器冲压， 其尺寸与未来连接管的尺寸相同。

（5）最后，用等离子体处理具有微通道和载玻片的PDMS块的面。

（6）等离子体处理允许PDMS和玻璃粘合以封闭微流体芯片。

现在该芯片已准备好使用微流体管连接到微流体储存器和泵。Tygon管和Teflon管是微流体装置上最常用的管。

如果您不确定为您的设置选择合适的管道，请参阅我们的专用教程页面：关于微流体管道和套管的基础知识以及如何选择微流体管道？

为什么使用PDMS进行微流体装置制造？

选择PDMS制造微流控芯片主要是出于以下原因：

人体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，这有助于在视觉上或通过显微镜观察微通道中的内容物。

它具有低自发荧光 [2]

它被认为是生物兼容的（有一些限制）。

通过简单的等离子体处理， PDMS与玻璃或另一个PDMS层紧密结合。这允许多层PDMS装置的生产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。

在交联期间，PDMS可以使用简单的旋涂在基材上涂覆受控的厚度。这允许制造多层器件和微阀的集成。

它是可变形的，允许使用PDMS微通道的变形集成微流体阀，易于连接防漏流体连接，并用于检测非常低的力，如来自细胞的生物力学相互作用。

与先前使用的材料（例如硅）相比，它便宜。

PDMS也易于成型，因为即使与交联剂混合，它在室温下仍保持液体数小时。PDMS可以以高分辨率模制结构。通过一些优化，可以模制几纳米的结构[3]。

它是透气的。它通过控制通过PDMS或死端通道填充的气体量来实现  细胞培养（液体压力下的残余气泡可以通过PDMS逸出以平衡大气压力）。

微流体应用的PDMS问题是：

沉积在玻璃上的电极集成在PDMS微流体芯片中

在PDMS上进行金属和电介质沉积几乎是不可能的 。这严重限制了电极和电阻器的集成。然而，通过使用等离子体处理将PDMS容易地粘合到载玻片上的事实使这个问题最小化，即使大的金属区域可能妨碍良好的粘合。因此，可以在载玻片上进行各种薄金属层或电介质沉积。

PDMS老化，因此几年后这种材料的机械性能会发生变化。

它吸附疏水分子并可以将一些分子从不良的交联中释放到液体中，这对于PDMS微流体装置中的一些生物学研究来说可能是一个问题。

PDMS对水蒸气是可渗透的，这使得PDMS装置中的蒸发难以控制。

PDMS 对某些化学品的暴露敏感（见下文）。

不同的PDMS用于微流体

PDMS微流控芯片

PDMS用于制造微流体装置（单层和双层）和微压印章。研究人员常将两种类型的PDMS用于这些应用：PDMS RTV-615和PDMS Sylgard 184.这两种PDMS的确切组成是......保密。然而，研究人员的经验可以帮助为应用选择最合适的PDMS [4]：

1）PDMS RTV-615

S.Quake的优选PDMS（微流体阀的共同发明者）。

粘合双层微流体装置最坚固和方便。

它有肮脏的名声。（例如，Fluidigm已经丢弃了他们收到的RTV-615的90％）。

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粘合参数。

2）PDMS Sylgard 184（道康宁）

§  更清洁的PDMS。

§  该PDMS不常用于多层芯片。

§  它使两个PDMS层之间的粘合更加困难。

§  它在器件制造期间产生更多故障。

§  该PDMS最常用于微流体芯片中的哺乳动物细胞培养物。

PDMS的耐化学性

你会发现微结构化PDMS的浸入研究下面的各种化学品[5]，本研究用PDMS的Sylgard 184执行的（H：45μm的：为11μm，L）。

（图例：否：对微结构没有影响，总计：完全破坏微结构）

有关微流体的更多教程，请访问我们的其他教程：« 微流体学教程 »。如果经过精确处理，本文中的照片来自Elveflow®数据库，维基百科或其他地方。文章由GuilhemVelvéCasquillas和TimothéeHoussin撰写。

[1] Xia，Y。＆Whitesides，GM Soft Lithography。Angew。化学。诠释。埃德。37,550-575（1998）。

[2] Piruska，A。等。在激光照射下测量的塑料材料和芯片的自发荧光。实验室。Chip 5,1348-1354（2005）。

[3] Hua，F。等。具有分子尺度分辨率的聚合物压印光刻。纳米莱特。4,2467-2471（2004）。

[4] James M. Spotts 2008 Microfluidics Course Institute for Systems Biology 2008年11月17日

[5] Mata，A.，Fleischman，AJ＆Roy，S。生物医学微/纳米系统的聚二甲基硅氧烷（PDMS）特性的表征。生物医学。Microdevices 7,281-293（2005）。