基于PDMS微流体系统的生物功能的检测

实验概要

聚二甲基硅氧烷（PDMS），是一种微流体系统，不需要任何特定的检测仪器，可以通过对选择性固定生物分子的三个简单方法进行描述和比较。它们都是基于在PDMS表面直接吸附聚乙二醇（PEG）或聚乙烯醇（PVA）引进羟基和液体的氧化过程。羟基硅烷化处理用含有醛硅烷，通过被固定的生物分子结构与伯胺基表面交互作用。整个过程需要4.5小时。所需的步骤可以通过15小时内测量接触角，X射线光电子能谱（XPS）和原子力显微镜（AFM）来描述。生物功能过程的表现可以通过过氧化物酶作为一种模式来评估。微流体系统检测生物功能利用过氧化氢的分析方法测试表面分子的正确固定和稳定，此方法进行为期两个月的分析测量。

主要试剂

聚二甲基硅氧烷（PDMS），Sylgard 184弹性体套件(Dow Corning)

聚乙烯醇99％（PVA，分子量：89,000-98,000 g）(Sigma-Aldrich Co., cat. no. 341584)

聚乙二醇（PEG分子量：12,000 g）(Sigma-Aldrich Co., cat. no. 81285)

三乙胺99％(TEA) (Sigma-Aldrich Co., cat. no. T0886)，腐蚀性，易燃物质

11-硅烷十一醛90％（TESU）(ABCR GmbH & Co. KG, cat. no. AB152514)，刺激性

主要设备

一次性自动移液器带枪头

Krüss Easydrop接触角仪和DS1分析软件(Krüss GmbH )

轴超紫外DLD光谱仪(Kratos Analytical Ltd)

原子力显微镜：Veeco Nanoscope Dimension 3100 (Veeco)

实验步骤

PDMS表面改性

1. 清洁PDMS表面：先用96％的乙醇，然后用双蒸H₂O清洗。

2. PDMS表面产生羟基。按以下步骤：

   1) 改性聚乙二醇（PEG）：将PDMS浸在1 mg/ml的PEG溶液中。使其反应1小时。然后用双蒸水冲洗，用N₂烘干。

   2) 改性聚乙烯醇（PVA）：将PDMS浸在1 mg/ml的PVA溶液中，使其反应1小时。然后用双蒸水冲洗，用N₂烘干。

   3) 化学氧化：将PDMS浸在酸性溶液中，水，37％的盐酸和30％H₂O₂按5:1:1(v/v/v)比率18的比例，用双蒸水冲洗，用N₂烘干。故障排除。这一步能在PDMS表面产生气泡，尽可能避免搅拌。

3. 通过将PDMS孵育于包涵2% TESU 和2% TEA的99.5％的乙醇溶液中1小时，使其在表面产生醛基。然后用99.5％的乙醇清洗，2小时后干燥。

注意：避免蒸气来源于TEA，可在通风柜中准备混合溶液。故障排除。这一步应该在一个封闭的容器中进行，并用足够的溶剂以保证液体的总蒸汽率。总蒸发应在氮气或氩气等惰性气体中进行。

这一步后，系统可以在4ºC过夜存储于pH值为8碳酸盐缓冲液中。

PDMS表面改性的特征

4．用测量尺测量接触角：在改性后的PDMS表面收集一滴水，比较改性后水滴和表面形成角度与未改性的PDMS表面形成的角度。经过数滴，并计算角度的平均值和标准偏差。故障排除。尝试让每次水滴大小相同。试图获得高对比度的接触角测量仪的软件。每副图片应只出现一个水滴。

5．制作PDMS表面改性和非改性的XPS分析。使用1单色的Al Kα源或相似（1486.6 EV）。使用背景相减后的洛伦兹和高斯分量曲线的加权总和采集信号。

6．利用原子力显微镜在tapping模式下获得的地形和相位图像。在这种模式下，悬臂振荡频率最快。当它们接近时尖端与表面之间的相互作用引起振荡幅度的下降，控制系统通过改变悬臂的高度，保持这个幅度不变。在相位图像中，振荡幅度的变化，对不同表面类型材料产生信号。地形图像对表面粗糙度产生信号。故障排除。尽量避免超过尖端与表面之间的接触，因为硅橡胶是一种柔软的材料和尖端造成的变形可能出现照片延迟。相反，如果表面和尖端之间的距离过大，平坦的表面可以被记录下来。