[發(fā)明專利]一種塑料表面改性的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810345277.6
• 申請日: 2018-04-17
• 公開（公告）號: CN108676193B
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊淼鑫;吳筱杰;樊菲
• 申請（專利權(quán)）人: 上海艾瑞德生物科技有限公司
• 主分類號: C08J7/18
• 分類號: C08J7/18;C08F120/56;C08F120/06;C08F2/48;C08L33/12
• 代理公司: 上海一平知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31266
• 代理人: 崔佳佳;徐迅

本發(fā)明涉及一種塑料表面改性的方法。具體地，本發(fā)明公開了通過光化學(xué)反應(yīng)在塑料表面形成聚合物薄膜，從而改善其原有的親水性，并且提供了活潑化學(xué)基團(tuán)可供進(jìn)一步修飾。本發(fā)明是一種在常溫常壓條件下，通過高能量的紫外光照射，使光引發(fā)劑產(chǎn)生自由基，從而推動(dòng)有機(jī)物單體在塑料表面聚合的方法。本發(fā)明方法中的單體可以含有活潑性化學(xué)基團(tuán)，如?NH₂、?COOH等，由此生成的聚合物薄膜可經(jīng)簡單化學(xué)反應(yīng)與蛋白質(zhì)，核酸等物質(zhì)偶聯(lián)，為生物檢測服務(wù)。本方法操作簡單，反應(yīng)環(huán)境溫和，且只需簡單溶劑，適于大批量的生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及材料領(lǐng)域，具體涉及一種塑料表面改性的方法。

背景技術(shù)

微流控芯片技術(shù)是指使用精細(xì)加工技術(shù)，在芯片表面制作出微通道和其他功能單元，近年來被廣泛應(yīng)用于生物檢測領(lǐng)域。基于微流控芯片的檢測技術(shù)，相比于傳統(tǒng)方法，有樣本需求少，檢測時(shí)間短和自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)。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。硅片的優(yōu)勢在于其良好的導(dǎo)熱性，以及該材料的半導(dǎo)體性質(zhì)。它的缺點(diǎn)在于透光性差，限制了硅片在實(shí)時(shí)光學(xué)檢測上的應(yīng)用。相對而言，玻璃具有良好的透光性，并且對其表面化學(xué)性質(zhì)的研究已經(jīng)比較系統(tǒng)，但是加工成本較高，且難以獲得深寬比較大的通道。相對前兩者，聚合物材料成本低，加工容易，光學(xué)性質(zhì)優(yōu)秀，因此被廣泛應(yīng)用于微流控芯片的加工制造。一些常見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)和環(huán)烯烴共聚物(COC)等。

除了上述優(yōu)點(diǎn)之外，在制作微流控芯片中，聚合物材料也有以下缺點(diǎn)需要改進(jìn)。首先，常用于微流控芯片加工的聚合物材料都屬于疏水性表面，蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)容易通過疏水作用力非特異性吸附于其表面，影響分離效率和檢測結(jié)果；此外，由于其疏水的性質(zhì)，造成生物分析使用的基于水溶劑的反應(yīng)液很難在管道中通行，給芯片的正常運(yùn)作制造了障礙；為了提高檢測能力，在設(shè)計(jì)芯片時(shí)常常需要在表面結(jié)合蛋白，而這種表面修飾無法直接在PMMA上進(jìn)行。因此，有必要對聚合物材料進(jìn)行表面改性修飾，提高其親水性，并引入化學(xué)基團(tuán)供進(jìn)一步化學(xué)修飾。

目前對于聚合物微流控芯片的表面修飾技術(shù)主要有等離子體表面處理，動(dòng)態(tài)涂層以及誘導(dǎo)接枝。等離子體表面處理是現(xiàn)在最常用的表面改性手段，通過等離子體氧化聚合物表面，能顯著提高材料的親水性。這種處理方式需要在減壓的環(huán)境下進(jìn)行，對實(shí)驗(yàn)器材要求較高，且活化后的表面穩(wěn)定性差，易經(jīng)過聚合物分子鏈的重排恢復(fù)疏水性。Vickers報(bào)道，經(jīng)等離子體處理，PDMS表面呈現(xiàn)高親水性(水接觸角58°)，但7天后此接觸角增加至110°，表明PDMS重回疏水性(Vickers,J.A.,Anal.Chem.2006,78,7446)，不適合日常使用。同時(shí)，Vickers發(fā)現(xiàn)，在等離子體活化后，可通過不同溶劑清洗來提高親水表面的穩(wěn)定性，但是此過程非常繁瑣，并需要用不同的有機(jī)溶劑，不適合工業(yè)生產(chǎn)。動(dòng)態(tài)涂層法是指在聚合物表面浸潤含有兩親性涂布物質(zhì)的溶液，通過疏水作用力，涂布物質(zhì)在疏水表面上自組裝成薄膜，從而提高聚合物表面的親水性。Liu研究小組報(bào)道了以聚(BMA-co-PEGMA)作為涂布物質(zhì)修飾PMMA表面(Liu,B.Lab Chip,2006,6,769)，經(jīng)過處理的PMMA表面表現(xiàn)出良好的抗蛋白非特異吸附的性質(zhì)。但作為涂布物質(zhì)的嵌段共聚物合成繁瑣，且涂布物質(zhì)和表面的結(jié)合不強(qiáng)，容易脫落，從而可能影響測試結(jié)果。誘導(dǎo)接枝法通過化學(xué)反應(yīng)在表面嫁接另外一種高分子化合物，可永久改變表面性質(zhì)。Wen報(bào)道了用氧氣等離子體和紫外光催化，在PMMA表面形成一層聚丙烯酸。通過這層聚丙烯酸，蛋白能被固定于PMMA表面上(Wen,X.,Journal ofImmunological Methods,2009,350,97)，但反應(yīng)條件苛刻，成本高，且難以控制表面接枝的密度，限制了其在工業(yè)生產(chǎn)上的推廣。Rohr等人報(bào)道了一種簡便的聚合方法，以二苯甲酮(BP)作為引發(fā)劑，在PMMA表面通過光化學(xué)反應(yīng)嫁接了聚丙烯酰胺(Rohr,T.Adv.Funct.Mater.2003,13,264)，然而，由于單體的聚合同時(shí)發(fā)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，難以滿足實(shí)際檢測需求。