對氣體施加電壓使之產(chǎn)生輝光放電的技術(shù),，或者稱做“等離子體”技術(shù),，在醫(yī)療器械領(lǐng)域已經(jīng)成為了一種解決表面預(yù)處理問題的有力工具,。等離子體不僅可用于表面的極端清潔和消毒,，它還可以改善生物材料對體外診斷平臺以及生物相容性涂層對體內(nèi)器械的粘合性。的確,，等離子體不僅可以活化表面從而有利于細(xì)胞或生物分子的固定,，還可以反過來產(chǎn)生光滑的表面，從而抵抗生物污染,，或用于計(jì)量藥物的配制,。等離子體還可以大大提高微流體器械的功效。臨床診斷裝置上的微通道可以在不影響自身分析性能的情況下變得對生物流體更加“浸潤”,。等離子體同樣應(yīng)用于一些低端技術(shù)領(lǐng)域,，例如改善導(dǎo)管的油墨標(biāo)記，提高注射器針頭對針筒的粘合力,。另外,，由于等離子體是一種干法表面處理技術(shù)，不需要處理廢棄的化學(xué)品,，從而成為了只需極少量消耗品的綠色工藝,。在這篇文章中，我們將討論在體外診斷平臺工業(yè)中等離子體技術(shù)的功能,。我們將關(guān)注等離子體如何控制表面能量,，以及如何修飾表面化學(xué)性從而改善對生物材料的粘附性。在等離子體魔術(shù)般的對表面進(jìn)行改性的背后的科學(xué)依據(jù)是什么呢,？
什么是等離子體,？
等離子體和固體、液體或氣體一樣,，是物質(zhì)的一種狀態(tài)。對氣體施加足夠的能量使之離化成等離子狀態(tài),。等離子體的“活性”組分包括：離子,、電子、活性基團(tuán),、激發(fā)態(tài)的核素（亞穩(wěn)態(tài)）,、光子等?？刂坪婉{馭這些活性組分聚集后的性能可進(jìn)行各種各樣的表面處理,，例如納米級別的清潔、活化表面的浸潤性,、化學(xué)接枝,、涂層沉積等,。
等離子體的高化學(xué)活性用來在不影響基材的情況下改變表面的性能。實(shí)際上可以控制這些部分離化的氣體所攜帶的能量,，使之含有很低的“熱”能,。實(shí)現(xiàn)的方法是通過把能量與自由電子而不是與更重的離子進(jìn)行耦合，這樣便可以處理對熱量敏感的聚合物,，例如聚乙烯和聚丙烯,。能量是如何與氣體耦合的呢？大多數(shù)情況下是通過在低壓環(huán)境下在兩個(gè)電極間施加電場,。這就像熒光燈的工作原理,，唯一的區(qū)別是不讓光發(fā)出。我們支配他的化學(xué)性能來處理材料的表面,。等離子體也可以在大氣壓力下產(chǎn)生,。在過去，大氣壓等離子體溫度太高而不能作為表面處理的工具,。最近,，改進(jìn)的技術(shù)可以在大氣壓力下產(chǎn)生低溫等離子體，可應(yīng)用于大多數(shù)對溫度敏感的聚合物的處理,。
等離子體如何改變表面的性能,？
假設(shè)一個(gè)固體的表面吸附了碳?xì)湮廴疚铩＿@些污染物很容易與等離子化的氧元素反應(yīng),。氧攻擊吸附的碳?xì)浠衔?，從而轉(zhuǎn)變成CO2 和 H2O。圖3是一個(gè)簡單的反應(yīng)機(jī)理,。對于易氧化的表面,，可以選擇用等離子化的氫氣進(jìn)行表面清潔。氫不僅可以把表面的部分有機(jī)物變成揮發(fā)性的烴,，還可以減少銅,、鎳、銀等金屬的氧化,。
等離子體的化學(xué)特性幾乎取決于原料氣體,。例如，O2, N2, N2O, CO2等可產(chǎn)生氧化性等離子體,。這些氣體用于把表面對于極性溶液變得更加浸潤,，或者親水。這是通過等離子體誘導(dǎo)共價(jià)的氧鍵變?yōu)轸驶?、羧基,、羥基等官能團(tuán)來實(shí)現(xiàn)的。這些極性官能團(tuán)可增加表面的能量,，因此,，可使組織細(xì)胞更好的黏附,，或者使分配到診斷平臺上的分析物可以更容易的流過微流體通道。
Ar/H2,，NH3等可產(chǎn)生還原性的等離子體,。這些氣體已證實(shí)可有效的活化碳氟化合物，如PTFE,。因?yàn)镻TFE的惰性和生物相容性,，它是制造體內(nèi)醫(yī)療器械的理想材料。但這些特點(diǎn)又是加工PTFE的不利因素,，比如需粘附到合成支架上以促進(jìn)體內(nèi)裝置上的組織生長,。還原性的等離子體可通過降低整個(gè)表面的氟濃度，用羥基等官能團(tuán)置換氟原子來解決這些問題,。表面的羥基可提供支撐這些合成支架的定位點(diǎn),。
一些應(yīng)用需要將主材料進(jìn)行侵蝕。NF3,，SF6,，CF4等含氟的氣體很適合用來刻蝕碳?xì)渚酆衔铩⒐枰约把趸?、氮化硅等材料,。等離子體除了很強(qiáng)的化學(xué)作用之外，直接性的作用也扮演了很重要的角色,，帶有動(dòng)能的粒子撞擊表面可以去除更多的表面惰性污染物（例如金屬氧化物以及其他無機(jī)污染物）,，以及在適當(dāng)?shù)奈恢檬咕酆衔锝宦?lián)來保持等離子體處理的效果。
可以通過等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD）工藝來生長聚合物涂層,。PECVD是通過在等離子體中活化單體等核素,，并誘導(dǎo)它們在工件的基面發(fā)生聚合來工作的。PECVD涂層具有防護(hù)層,、防粘,、防劃等一些性能。另外有些涂層含有一些特殊的官能團(tuán),，例如-NH3,，-OH，-COOH,。這些官能團(tuán)為后續(xù)的接枝提供了合適的接合位置（例如為生物材料而固定蛋白質(zhì)或傳感劑）,，或者可以提高官能團(tuán)涂層的結(jié)合力（例如抗凝血酶原,、潤滑,、IV型膠原質(zhì)等）。沉積涂層的表面化學(xué)性決定于幾十納米深度的外表面,。
等離子體能對IVD平臺做些什么,？
等離子體在醫(yī)療器械行業(yè)中的應(yīng)用確實(shí)是非常廣泛的,。因此，本文將主要集中在已通過我們的研發(fā)部門證實(shí)以及和醫(yī)療診斷平臺工業(yè)相關(guān)的應(yīng)用領(lǐng)域,。在這個(gè)領(lǐng)域等離子體用來為下游工藝做表面清潔的準(zhǔn)備,，以及活化表面從而有利于生物材料的粘合。后者通過改變表面極性,、接枝特殊的官能團(tuán)或在表面聚合涂層來實(shí)現(xiàn),。為了更好的理解等離子體如何調(diào)整表面來滿足應(yīng)用的需求，讓我們來看一些重要的例子,。idwq0005
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