用于液滴生成的亲水和疏水涂层

在这篇综述中，我们将讨论在微流体装置中产生液滴的不同涂层方法。涂层主要有两种类型：疏水性和亲水性。无论采用何种类型的涂层，都必须考虑两个参数：用于制造微流体装置的材料的物理和化学特性，以及您是希望制作水包油（O/W）液滴还是油包水（W/O）。

为什么微流体芯片的润湿性很重要？

        为了有效地产生液滴，连续相必须有效地润湿微流体装置的壁。让我们以油包水液滴 (W/O) 为例：油是连续相，通道应该是亲水的，因此油会润湿壁。

微流体材料和涂层

聚二甲基硅氧烷

微流体中最流行的生物材料当然是PDMS。其众多的理化特性与细胞培养和微加工兼容，使其非常受欢迎。在其众多特性中，我们将重点关注其高度疏水性，这对基于液滴的微流体有影响，并使 PDMS 成为产生油包水 (w/o) 液滴的理想材料。

为了增强 PDMS 的疏水性，建议使用防水剂，例如 Aquapel® 或将基材硅烷化。硅烷化在于SiO 2表面上的硅烷醇基团与烷氧基硅烷之间的反应形成稳定的共价键。使用 PDMS 或玻璃微流体装置时，通常使用硅烷（更准确地说，氟硅烷）来生成液滴。

Aquapel® 最初是一种防雨剂，可使玻璃等材料完全疏水。因此，它特别适用于使用微流控玻璃装置产生油滴中的水或使 PDMS 更具疏水性。实际上，也可以使用任何其他含有硅酮和异丙醇的防雨剂，例如 TurtleWax®。在实践中，通道必须先填充防雨剂，然后静置1分钟。之后，建议用空气冲洗。通道应再次填充防雨剂（1分钟）。再次用空气冲洗。产生液滴的油可用于冲洗通道以去除任何 Aquapel 残留物（在处理细胞时将细胞毒性降至最低的重要步骤）。

亲水涂层

由于其高疏水性，PDMS 无需事先进行表面处理即可完全防止水包油 (o/w) 液滴的形成。然而，水包油液滴的产生在多种应用中是必要的，例如将单细胞封装在双重乳液中、形成囊泡或其他模型膜等。为了满足这种使 PDMS 亲水的需求，已经开发了几种技术，例如紫外线或等离子体照射、亲水聚合物涂层或在 PDMS 本体中加入两亲性表面活性剂。

更准确地说，紫外线或等离子体照射技术包括用等离子体照射或紫外线 (UV) 氧化聚合物表面。在 150 W 的功率和 15 分钟的暴露时间下，氧改性在 2 天的范围内显示出亲水稳定性。

对于亲水性聚合物涂层，该方法基于等离子体处理后立即用 PVA 涂层通道。建议通过将氧化的 PDMS 表面暴露于 1% 的 PVA 等离子体水中 10 分钟来改性表面。O2 等离子体产生醇羟基 (C-OH)、硅烷醇 (Si-OH) 和羧酸 (COOH)，它们允许 PVA 分子和活化的 PDMS 表面之间形成氢键，从而导致表面永久亲水化。此外，在干燥 PDMS 表面和 PVA 链后，通过主链基团 (–CH2–CH–) 之间的疏水相互作用和吸附的 PVA 之间的 γ–OH 羟基的分子间氢键促进多层 PVA 组装在水溶液中。

在PDMS本体中加入两亲性表面活性剂被认为是在聚合过程中添加到 PDMS 基料和固化剂混合物中的表面活性剂，以产生亲水性聚（二甲基硅氧烷 - 环氧乙烷聚合物（PEO-PDMS）。亲水性将保持稳定两个几个月后略有变化。但是，考虑到表面活性剂的价格，将这种方法用于微流体设备的常规填充从长远来看是不可持续的。

COC、PC 和 PMMA

塑料还与许多与PDMS和玻璃相同的表面处理相容，增强了它们在需要表面功能化的应用中的多功能性。大多数市售塑料的天然形式都是疏水性的，这会导致分子吸附并影响分析测量的准确性。据报道，有多种方法可以使塑料表面更具亲水性 [Lin et al. 2017, RSC Adv] 或加强其疏水性。

最近一种新型的亲水涂层。在此过程中，表面使用 PEG 类涂层进行改性。暴露的玻璃和聚合物表面（COC、聚碳酸酯、PMMA）都可以涂上这种物质。该涂层采用等离子增强化学气相沉积 (PECVD) 技术。在这种方法中，表面覆盖着一层非常薄的薄膜，可以从气态（蒸气）转变为固态[Micronit 网站]。

疏水涂层

关于增强 COC 的疏水性，开发了一种疏水性 3D 纳米涂层，可增强 COC 的疏水性（接触角 125°）。此外，还证明纳米涂层与热压粘合的典型条件兼容 [Surfix 网站]。

玻璃

与疏水性材料不同，在玻璃等材料中容易产生水包油滴。因此，有必要进行表面处理，以有效地生成油包水滴（图 1）或增强亲水性以生成水包油滴。

图 1：微流体玻璃装置中油包水和水包油的形成。

疏水涂层：有两种主要方法可以使玻璃微流体装置具有疏水性：使用防雨剂或硅烷化。