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微流體裝置和親水性
表面能是一種決定浸潤(rùn)性、生物污染易感性等因素的材料性能,。通常,,具有高表面能的材料是親水性的,對(duì)血漿,、細(xì)菌細(xì)胞懸浮液,、緩沖液、油墨,、膠水等流體以及各種吸附物和涂層具有浸潤(rùn)性,。另一方面,低能量的表面稱(chēng)為疏水性,,具有“不粘”的特性,。將在下面討論這些“不粘”表面。
通常,,微流體裝置需要親水性的表面以便于分析物可以持續(xù)平緩的流經(jīng)微通道而到達(dá)探測(cè)和處理部件,。這種流動(dòng)可通過(guò)各種抽吸、電滲透,、熱量,、機(jī)械等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。與培養(yǎng)基(見(jiàn)下面)一樣,,微射流器件由疏水性的聚合材料(丙烯酸,、聚苯乙烯、聚二甲基硅氧烷(PDMS)制成,。由這些材料的疏水性導(dǎo)致的一個(gè)主要問(wèn)題就是在微通道中捕集的氣泡抑制了液體的流動(dòng),。即便通道用酒精和緩沖液處理過(guò),仍存在氣泡問(wèn)題,。用等離子體處理可以氧化微通道的表面,,使它們變成親水性,從而防止氣泡的形成,。電動(dòng)抽吸時(shí)的表面電荷密度同樣會(huì)影響流動(dòng)速率,。電動(dòng)抽吸通過(guò)把電能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能的電反應(yīng)原理來(lái)驅(qū)動(dòng)流體通過(guò)微通道。帶電表面會(huì)吸引電解液中的帶有反性電荷的微粒,。這樣可以使這些微粒仍保留在流體中,,通過(guò)電動(dòng)抽吸而更容易的通過(guò)通道。等離子體可以有效地促進(jìn)帶電表面的電泳或電滲透流動(dòng),。
免疫測(cè)定,、微陣列和組織培養(yǎng)基
用于臨床診斷基片的平臺(tái),,例如免疫測(cè)定、微陣列和細(xì)胞培養(yǎng)基等主要是由合成聚合物制作的,。從工業(yè)上來(lái)說(shuō),,這些材料具有很好的惰性、穩(wěn)定的機(jī)械性以及很低的成本同時(shí),,它們的表面性能也有固有的局限性,。尤其是它們沒(méi)有合適的結(jié)合點(diǎn)來(lái)使生物活化分子或細(xì)胞有效的固著在它們的表面。對(duì)于固定生物材料以及體外細(xì)胞培養(yǎng)來(lái)說(shuō),,有力,、均勻分配的結(jié)合點(diǎn)是十分重要的先決條件。為了改進(jìn)合成聚合物平臺(tái)的性能,,以便于細(xì)胞繁殖和雙分子的吸附,,必須對(duì)它們的表面進(jìn)行改性。這里我們將討論等離子體在對(duì)這些分析裝置進(jìn)行表面改性時(shí)所扮演的角色,。
等離子體提高細(xì)胞生長(zhǎng)率
組織培養(yǎng)(細(xì)胞取自于動(dòng)物或植物)在體外生長(zhǎng)需要營(yíng)養(yǎng),、激素、以及其他生長(zhǎng)因素,,而這些都可以在體內(nèi)被自然的提供,。黏附在固體表面的組織細(xì)胞繁殖擴(kuò)散到富含營(yíng)養(yǎng)的液體培養(yǎng)基中,例如血清(以動(dòng)物細(xì)胞為例),。培養(yǎng)基的表面性能必須能夠使細(xì)胞均勻的黏附和生長(zhǎng),。盡管如此,在調(diào)節(jié)表面性能之前,,必須去除它們的污染物,。通過(guò)冷卻來(lái)去除細(xì)胞培養(yǎng)平臺(tái)的脫模劑、揮發(fā)性的碳?xì)浠衔镆约捌渌廴驹?,這也是使用等離子體所需的合適環(huán)境,。
用于制造培養(yǎng)基的聚合材料固有的疏水性不利于組織細(xì)胞的黏附。因此,,需要一個(gè)親水的表面,。氧化性的等離子體用于增加表面的氧官能團(tuán),從而增加它們的極性,,使它們趨向于親水。親水性的表面可以誘導(dǎo)組織細(xì)胞的吸附,。親水性表面吸附組織細(xì)胞,,誘導(dǎo)它們被吸附。當(dāng)需要特殊的化學(xué)性能時(shí),,可以進(jìn)行化學(xué)接枝或聚合一些含有所需官能團(tuán)的單體,。我們將在下面的章節(jié)中更加詳細(xì)的討論這一點(diǎn),。
粗糙的表面具有更大的表面積,在理論上等于含有更多的可以結(jié)合細(xì)胞的位置,。由于通常情況下細(xì)胞的大小在10μm的級(jí)別,,因此表面的微粗糙化可以顯著的提高細(xì)胞粘合。納米級(jí)別的表面粗糙化并不能有效地提高細(xì)胞的粘合,,因?yàn)橄鄬?duì)來(lái)說(shuō)尺寸更大的細(xì)胞并不能利用這些增加的納米級(jí)的表面積,。然而,一個(gè)真實(shí)的例子是,,納米級(jí)別的粗糙化可以誘導(dǎo)藥物發(fā)生分化和凋亡,。雖然還不清楚具體的原因(可能的原因包括增加了細(xì)胞受體的數(shù)量以及提高了通往核子的信號(hào)路徑),但這對(duì)于改進(jìn)注入裝置上的組織支架的發(fā)展存在重要意義,。
在等離子體環(huán)境下表面的形態(tài)可以被選擇性的改變,,既可以通過(guò)提高離子撞向表面的加速度,也可以通過(guò)化學(xué)刻蝕工藝,。電容耦合射頻等離子體中的離子通常情況下是網(wǎng)狀方向性的向基體移動(dòng),。這取決于離子和電子對(duì)于產(chǎn)生等離子體的電場(chǎng)極性改變的反應(yīng)時(shí)間。由于電子比離子輕的多,,電子的反應(yīng)要更快,。因此,置于電子移動(dòng)路徑內(nèi)的基體在等待正離子到達(dá)時(shí)將帶有負(fù)電,。由于帶有負(fù)電荷表面的靜電吸引作用,,正離子將加速移向該表面。通過(guò)碰撞,,這些離子將能夠去除表面上的材質(zhì),。氬氣很適合用這種方法來(lái)微粗糙化表面??梢酝ㄟ^(guò)設(shè)置等離子體的能量和壓力來(lái)控制加速離子的能量,。例如,使壓力提高一毫托可以很明顯的減少離子的碰撞能量(假如碰撞能量沒(méi)有被完全消除),,這樣便可以去掉等離子體對(duì)表面的粗糙作用,。相對(duì)于剛才所說(shuō)的氬氣,氧氣等離子體工藝要輕微得多,,它的輕微的化學(xué)刻蝕作用可以用來(lái)對(duì)聚合材料進(jìn)行納米級(jí)別的粗糙化,。
總之,用等離子體進(jìn)行表面清潔,、活化以及微粗糙化后的綜合效果可以增加細(xì)胞黏附(與未處理的基體相比最多可增加30%),,使細(xì)胞分布的更加均勻。
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