4.6.表面處理
随着上述制造技術的進步，「連結」微流控領域對聚合物的依賴程度越來越高。雖然這些聚合物具有許多如前所述的理想特性，但聚合物界面往往具有較差的耐化學性和潤濕性--這些特性是微流控裝置運作的基礎。為了解決這個問題，研究人員開發了一系列不同的技術，可以改變材料的表面，并以新的特性吸收它們。下文概述了這些過程，并在其他地方找到了更詳細的審查。
4.6.1.等離子體處理
盡管氧等離子體在微細加工中是一種常見的清潔襯底的方法，但可以用來改變矽和聚合物的表面，這可以通過化學和形貌兩種方式來完成。從化學角度來看，等離子體已被證明可以促進表面結合的矽氧烷網絡的形成，該網絡可以與蛋白質一起功能化。甘地拉曼等人。較長的描述氧氣等離子體如何在化學氣相沉積胺之前激活環烯烴聚合物，提供了一種産生功能化表面的方法。這種方法也非常适用于聚合物，因為它提供了一種不需要高溫就能産生羟化表面的方法。關于表面形貌，Evangelos Gogolidis和他的團隊詳細介紹了如何通過控制反應室内的材料和條件，使用O2等離子體在PMMA上提供不同程度的納米粗糙度。這種可調工藝可用于通過這種納米織建構立超疏水表面，可用于制造自清潔材料以及控制材料的光學性能。
等離子體也被用于深度反應離子蝕刻協定，然而，取代氧氣，使用氟碳和氯等反應氣體的等離子體來蝕刻襯底-通常是以光刻工藝定義的圖案。由于等離子體可以由電極引導，這是以各向異性的方式完成的。
等離子體技術的另一個應用領域是聚合物薄膜的沉積。雖然傳統上采用旋塗的方法，但等離子體沉積允許在非平面表面的頂部形成無針孔的薄膜。Pedersen等人。描述了一種将正己烷單體聚合并沉積到襯底上以提供可用作電子束光刻抗蝕劑的塗層的方法。同樣，等離子體沉積提供了一種适合于聚合物加工的低溫方法。
4.6.2其他表面處理
除了等離子處理，還有各種各樣的技術可以用來改變材料的表面屬性。這些措施包括在微流控裝置的壁上沉積溶膠-凝膠以增加其耐化學性，以及用紫外光照射聚合物表面，導緻表面形成可與蛋白質一起功能化的酸性基團。Schütte等人。将這項技術應用于細胞外基質蛋白I型膠原的構型，以建立可促進微腔内細胞黏附和增殖的區域。研究發現，在引入膠原蛋白之前，這些酸性基團的穩定性足夠高，足以承受額外的制造步驟，進而允許封閉通道。
4.7. 選材
随着上述技術可用于微流控領域，研究人員必須考慮這些新的制造方法将如何影響他們對材料的選擇，反之亦然。本節旨在總結材料及其可用的制造程式，并描述一種材料相對于另一種材料的優點和缺點。如上所述，玻璃和矽等材料具有易于了解的制造方案的優勢，尤其是玻璃，在微流體應用方面具有優異的性能。即耐化學性和與光學檢測方法的相容性。另一方面，玻璃和矽需要複雜和勞動密集型的制造步驟。
在其發展之後，由于其易于制造和相對較低的成本，PDMS成為并仍然是最常用的器件制造材料。然而，PDMS的成本往往被通過先進制造方法生産的母版的要求所抵消，當考慮到PDMS用于短期生産時，這可能是一個重要因素。
在世紀之交，由于上述微制造方法的發展，人們對用于微流體的聚合物越來越感興趣。PMMA因其剛性、光學透明性、适合高通量制造方法以及與許多現有生物分子技術的相容性而被用作微流體的初始候選者。與之前的玻璃一樣，研究人員在PMMA中開發了能夠實作多種功能的裝置，如電泳和DNA測序。除了PMMA，現在設計微流控裝置時還考慮聚碳酸酯、聚苯乙烯和環烯烴共聚物(COC)等材料，特别是用于注塑成型零件的壓花。
5. 21世紀：微流控技術的發展。
随着這些新技術的發展，世紀之交帶來了微流體研究的巨大增長，導緻了許多新的具有廣泛功能的微流體平台的産生。這些技術中的一小部分将在本節中進行簡要描述。關于微流體的不同領域及其能力的更詳細審查可在其他地方找到(液滴微流體、紙張分析裝置、開放式微流體和晶片上器官)。
5.1.液滴微流體學
液滴微流體(由于其離散的性質有時被稱為“數字微流體”)在90年代首次被描述，它涉及将反應封裝在乳狀液的離散隔室中。通常，這涉及将試劑包裹在油包水乳狀液的水相中，随着能夠快速産生大量均勻液滴的微流控平台的開發，這項技術成為實作高通量生物化學分析的一種手段。這種産生液滴的方法類似于上述噴墨列印液滴的生産方法(瑞利标準)，但包含了連續的油相，一旦液滴達到臨界尺寸(圖6A)，通過粘性阻力将液滴分離(圖6A)(可以通過改變噴嘴的幾何形狀來控制)。液滴微流控技術的主要優勢在于其高度的複合能力。由于反應可以局限在體積為幾納升的隔間中，可以想象數千個反應可以彼此獨立地同時發生。這一概念導緻了這項技術的發展，用于高通量PCR、酶篩選(如圖6所示)和單細胞抗體篩選。這項技術的進一步應用包括受控制造金納米顆粒，這是可以實作的，因為液滴中存在的試劑可以很容易地定制以滿足任何需求。
圖6.整個酵母篩選過程的工作流程。首先，酵母細胞在紫外線照射下發生突變，然後被包裹成帶有産氟酶底物(B)的液滴。這些液滴随後被孵化，一些細胞産生一種酶來消化底物，并增加液滴的熒光。然後将液滴引入分揀裝置(C)，在那裡雷射激發熒光分子，如果該熒光高于門檻值水準，則開啟電極并将酶産量提高的細胞分流到單獨的輸出(C)，同時含有低産酶細胞的液滴流入廢物通道。B、C和D上的箭頭表示流體流動方向。
5.2.紙張分析裝置
為了降低與微流控器件的開發和生産相關的成本，紙張已被用作微流控晶片的替代品。用紙有幾個主要的優點。首先，紙張為微流體提供了良好的基礎，因為流體通過毛細作用通過裝置傳輸，使得需要電源的泵不再需要。這項技術過去曾被用于生産商業上非常成功的裝置，如家庭懷孕測試的側向流動分析、紙基pH試紙和比色式葡萄糖傳感器。然而，直到2007年，懷特賽德小組的研究人員展示了如何使用功能化的色譜紙對溶液進行快速、多重分析時，紙張分析裝置(PADS)才走到了微流控領域的前沿。
這個初始裝置可以在圖7A中看到。雖然這些裝置的最初制造依賴于光刻技術，但現在制造這些裝置的最标準方法是基于噴墨列印。這種制造方法包括将疏水蠟印在濾紙上，以建立定義明确且易于程式設計的通道來控制流體流動。這可以用一台噴墨列印機來完成，該列印機已經被改變為列印蠟而不是墨水。列印後，紙和蠟在熱闆上或在烤箱中加熱，以融化蠟并允許其從表面流動到紙的纖維中，進而在整個紙張厚度上形成疏水屏障。在矽和聚合物襯底上使用紙張也大大降低了成本。有了紙，以每台裝置低至0.10美元的成本制造裝置是現實的，而不需要大量的專業知識或專門裝置。此外，廢棄襯墊的處理很簡單，因為不需要銳利的垃圾箱，裝置可以簡單地焚燒，降低了與處理傳染性材料相關的風險。考慮到上述優點，許多焊盤已經被創造出來，具有廣泛的應用。例如瘧疾測試，從全血中提取DNA是在裝置上完成的(圖7B)，以及用于識别牛傳染性生殖疾病的類似測試，以及用于結核病診斷的PAD，這是許多現有技術在紙上的實作，如酶聯免疫吸附分析(ELISA)和由許多層組成的複雜設計(圖7C)。
圖7.紙張分析裝置。AA-紅色墨水會被紙吸收，不會穿透蠟層。AB-展示了用于蛋白質和葡萄糖比色檢測的完整裝置和試劑。AC-展示了暴露在人造尿液中的裝置，而Ad暴露在分别含有葡萄糖和蛋白質的人造尿液中。廣告中的顔色變化。表示溶液中存在葡萄糖和蛋白質。AE-顯示使用不同濃度的葡萄糖和蛋白質時顔色強度的差異。B顯示的3D Pad也是由Whiteside等人開發的。BA、BB和BC顯示了随後三個時間點的裝置，而Bd顯示了BC中描述的裝置的橫截面。在這裡，可以看到器件的兩層以及它們之間的通孔。。C-3D折紙裝置，由Xu等人描述。CA顯示裝置處于展開狀态。該裝置如CB和CC所示進行折疊，并加入樣品以及裂解/洗滌緩沖液。在加入洗脫緩沖液(CF)之前，将該裝置折疊十次，如中所示。CG顯示了與内部對照的測試，同時也說明了對瘧原蟲(CG)、惡性瘧原蟲(Ci)、惡性瘧原蟲(Pan)、間日瘧原蟲(Cj)的陽性試驗。
文章來源：www.whchip.com