在這篇綜述中，我們將討論在微流體裝置中產(chǎn)生液滴的不同涂層方法。涂層主要有兩種類型：疏水性和親水性。無論采用何種類型的涂層，都必須考慮兩個參數(shù)：用于制造微流體裝置的材料的物理和化學特性，以及您是希望制作水包油（O/W）液滴還是油包水（W/O）。

為什么微流體芯片的潤濕性很重要？

        為了有效地產(chǎn)生液滴，連續(xù)相必須有效地潤濕微流體裝置的壁。讓我們以油包水液滴 (W/O) 為例：油是連續(xù)相，通道應(yīng)該是親水的，因此油會潤濕壁。

微流體材料和涂層

聚二甲基硅氧烷

微流體中最流行的生物材料當然是PDMS。其眾多的理化特性與細胞培養(yǎng)和微加工兼容，使其非常受歡迎。在其眾多特性中，我們將重點關(guān)注其高度疏水性，這對基于液滴的微流體有影響，并使 PDMS 成為產(chǎn)生油包水 (w/o) 液滴的理想材料。

為了增強 PDMS 的疏水性，建議使用防水劑，例如 Aquapel? 或?qū)⒒墓柰榛?。硅烷化在于SiO 2表面上的硅烷醇基團與烷氧基硅烷之間的反應(yīng)形成穩(wěn)定的共價鍵。使用 PDMS 或玻璃微流體裝置時，通常使用硅烷（更準確地說，氟硅烷）來生成液滴。

Aquapel? 最初是一種防雨劑，可使玻璃等材料完全疏水。因此，它特別適用于使用微流控玻璃裝置產(chǎn)生油滴中的水或使 PDMS 更具疏水性。實際上，也可以使用任何其他含有硅酮和異丙醇的防雨劑，例如 TurtleWax?。在實踐中，通道必須先填充防雨劑，然后靜置1分鐘。之后，建議用空氣沖洗。通道應(yīng)再次填充防雨劑（1分鐘）。再次用空氣沖洗。產(chǎn)生液滴的油可用于沖洗通道以去除任何 Aquapel 殘留物（在處理細胞時將細胞毒性降至最低的重要步驟）。

親水涂層

由于其高疏水性，PDMS 無需事先進行表面處理即可完全防止水包油 (o/w) 液滴的形成。然而，水包油液滴的產(chǎn)生在多種應(yīng)用中是必要的，例如將單細胞封裝在雙重乳液中、形成囊泡或其他模型膜等。為了滿足這種使 PDMS 親水的需求，已經(jīng)開發(fā)了幾種技術(shù)，例如紫外線或等離子體照射、親水聚合物涂層或在 PDMS 本體中加入兩親性表面活性劑。

更準確地說，紫外線或等離子體照射技術(shù)包括用等離子體照射或紫外線 (UV) 氧化聚合物表面。在 150 W 的功率和 15 分鐘的暴露時間下，氧改性在 2 天的范圍內(nèi)顯示出親水穩(wěn)定性。

對于親水性聚合物涂層，該方法基于等離子體處理后立即用 PVA 涂層通道。建議通過將氧化的 PDMS 表面暴露于 1% 的 PVA 等離子體水中 10 分鐘來改性表面。O2 等離子體產(chǎn)生醇羥基 (C-OH)、硅烷醇 (Si-OH) 和羧酸 (COOH)，它們允許 PVA 分子和活化的 PDMS 表面之間形成氫鍵，從而導(dǎo)致表面永久親水化。此外，在干燥 PDMS 表面和 PVA 鏈后，通過主鏈基團 (–CH2–CH–) 之間的疏水相互作用和吸附的 PVA 之間的 γ–OH 羥基的分子間氫鍵促進多層 PVA 組裝在水溶液中。

在PDMS本體中加入兩親性表面活性劑被認為是在聚合過程中添加到 PDMS 基料和固化劑混合物中的表面活性劑，以產(chǎn)生親水性聚（二甲基硅氧烷 - 環(huán)氧乙烷聚合物（PEO-PDMS）。親水性將保持穩(wěn)定兩個幾個月后略有變化。但是，考慮到表面活性劑的價格，將這種方法用于微流體設(shè)備的常規(guī)填充從長遠來看是不可持續(xù)的。

COC、PC 和 PMMA

塑料還與許多與PDMS和玻璃相同的表面處理相容，增強了它們在需要表面功能化的應(yīng)用中的多功能性。大多數(shù)市售塑料的天然形式都是疏水性的，這會導(dǎo)致分子吸附并影響分析測量的準確性。據(jù)報道，有多種方法可以使塑料表面更具親水性 [Lin et al. 2017, RSC Adv] 或加強其疏水性。

最近一種新型的親水涂層。在此過程中，表面使用 PEG 類涂層進行改性。暴露的玻璃和聚合物表面（COC、聚碳酸酯、PMMA）都可以涂上這種物質(zhì)。該涂層采用等離子增強化學氣相沉積 (PECVD) 技術(shù)。在這種方法中，表面覆蓋著一層非常薄的薄膜，可以從氣態(tài)（蒸氣）轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)[Micronit 網(wǎng)站]。

疏水涂層

關(guān)于增強 COC 的疏水性，開發(fā)了一種疏水性 3D 納米涂層，可增強 COC 的疏水性（接觸角 125°）。此外，還證明納米涂層與熱壓粘合的典型條件兼容 [Surfix 網(wǎng)站]。

玻璃

與疏水性材料不同，在玻璃等材料中容易產(chǎn)生水包油滴。因此，有必要進行表面處理，以有效地生成油包水滴（圖 1）或增強親水性以生成水包油滴。

圖 1：微流體玻璃裝置中油包水和水包油的形成。

疏水涂層：有兩種主要方法可以使玻璃微流體裝置具有疏水性：使用防雨劑或硅烷化。