[发明专利]一种塑料表面改性的方法

说明书

本发明涉及一种塑料表面改性的方法。具体地，本发明公开了通过光化学反应在塑料表面形成聚合物薄膜，从而改善其原有的亲水性，并且提供了活泼化学基团可供进一步修饰。本发明是一种在常温常压条件下，通过高能量的紫外光照射，使光引发剂产生自由基，从而推动有机物单体在塑料表面聚合的方法。本发明方法中的单体可以含有活泼性化学基团，如‑NH₂、‑COOH等，由此生成的聚合物薄膜可经简单化学反应与蛋白质，核酸等物质偶联，为生物检测服务。本方法操作简单，反应环境温和，且只需简单溶剂，适于大批量的生产。

技术领域

本发明涉及材料领域，具体涉及一种塑料表面改性的方法。

背景技术

微流控芯片技术是指使用精细加工技术，在芯片表面制作出微通道和其他功能单元，近年来被广泛应用于生物检测领域。基于微流控芯片的检测技术，相比于传统方法，有样本需求少，检测时间短和自动化程度高等优点。用于微流控芯片制造的材料一般包括硅片，玻璃和高分子聚合物等。硅片的优势在于其良好的导热性，以及该材料的半导体性质。它的缺点在于透光性差，限制了硅片在实时光学检测上的应用。相对而言，玻璃具有良好的透光性，并且对其表面化学性质的研究已经比较系统，但是加工成本较高，且难以获得深宽比较大的通道。相对前两者，聚合物材料成本低，加工容易，光学性质优秀，因此被广泛应用于微流控芯片的加工制造。一些常见的聚合物材料包括聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)和环烯烃共聚物(COC)等。

除了上述优点之外，在制作微流控芯片中，聚合物材料也有以下缺点需要改进。首先，常用于微流控芯片加工的聚合物材料都属于疏水性表面，蛋白质等大分子物质容易通过疏水作用力非特异性吸附于其表面，影响分离效率和检测结果；此外，由于其疏水的性质，造成生物分析使用的基于水溶剂的反应液很难在管道中通行，给芯片的正常运作制造了障碍；为了提高检测能力，在设计芯片时常常需要在表面结合蛋白，而这种表面修饰无法直接在PMMA上进行。因此，有必要对聚合物材料进行表面改性修饰，提高其亲水性，并引入化学基团供进一步化学修饰。

目前对于聚合物微流控芯片的表面修饰技术主要有等离子体表面处理，动态涂层以及诱导接枝。等离子体表面处理是现在最常用的表面改性手段，通过等离子体氧化聚合物表面，能显著提高材料的亲水性。这种处理方式需要在减压的环境下进行，对实验器材要求较高，且活化后的表面稳定性差，易经过聚合物分子链的重排恢复疏水性。Vickers报道，经等离子体处理，PDMS表面呈现高亲水性(水接触角58°)，但7天后此接触角增加至110°，表明PDMS重回疏水性(Vickers,J.A.,Anal.Chem.2006,78,7446)，不适合日常使用。同时，Vickers发现，在等离子体活化后，可通过不同溶剂清洗来提高亲水表面的稳定性，但是此过程非常繁琐，并需要用不同的有机溶剂，不适合工业生产。动态涂层法是指在聚合物表面浸润含有两亲性涂布物质的溶液，通过疏水作用力，涂布物质在疏水表面上自组装成薄膜，从而提高聚合物表面的亲水性。Liu研究小组报道了以聚(BMA-co-PEGMA)作为涂布物质修饰PMMA表面(Liu,B.Lab Chip,2006,6,769)，经过处理的PMMA表面表现出良好的抗蛋白非特异吸附的性质。但作为涂布物质的嵌段共聚物合成繁琐，且涂布物质和表面的结合不强，容易脱落，从而可能影响测试结果。诱导接枝法通过化学反应在表面嫁接另外一种高分子化合物，可永久改变表面性质。Wen报道了用氧气等离子体和紫外光催化，在PMMA表面形成一层聚丙烯酸。通过这层聚丙烯酸，蛋白能被固定于PMMA表面上(Wen,X.,Journal ofImmunological Methods,2009,350,97)，但反应条件苛刻，成本高，且难以控制表面接枝的密度，限制了其在工业生产上的推广。Rohr等人报道了一种简便的聚合方法，以二苯甲酮(BP)作为引发剂，在PMMA表面通过光化学反应嫁接了聚丙烯酰胺(Rohr,T.Adv.Funct.Mater.2003,13,264)，然而，由于单体的聚合同时发生于溶液和PMMA表面，最后被固定在PMMA表面的聚合物量十分有限，难以满足实际检测需求。