用于使聚合物基底的表面改性的方法以及具有由此改性的表面的聚合物基底技术

本发明专利技术涉及用于使聚合物基底的表面改性的方法。具体地，本发明专利技术提供了使用等离子体处理、亲水性底漆和包含疏水性氟化合物的涂覆剂来使聚合物基底的表面改性的方法。

Methods for surface modification of polymer substrates and polymer substrates having surfaces modified thereby

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于使聚合物基底的表面改性的方法以及具有由此改性的表面的聚合物基底
本专利技术涉及用于使聚合物基底的表面改性的方法，特别地，涉及用于使用等离子体、亲水性底漆和包含疏水性氟化合物的涂覆剂使聚合物基底的表面改性的方法。
技术介绍
生物芯片意指通过将生物有机材料(例如来源于生物体的酶、蛋白质、抗体、DNA、微生物、或动植物细胞和器官、以及神经细胞和器官)与无机材料(例如半导体或玻璃)结合以现有半导体芯片形式制成的混合装置。生物芯片通过利用生物分子的独特功能并模仿活生物的功能来诊断传染性疾病或分析基因，并用作用于信息处理的新功能装置。生物芯片可以广泛定义，包括可以用于检测和分析各种生化材料的生物传感器，例如芯片实验室，其紧密集成并因此具有自动分析功能，以便对样品进行预处理、生化反应、检测和数据分析。生物芯片可以应用于各种领域，例如微芯片、医疗装置、医疗材料和SPF设施，并且用于使作为生物芯片的构成材料之一的聚合物基底(特别是有机硅聚合物基底)的表面改性的技术是非常重要的基本基础技术。聚二甲基硅氧烷(PDMS)是有机硅聚合物之一，由于具有各种优点，例如材料的透明性、材料的柔性、对细胞无毒、易于制造以及制造成本低，其除现有的微阵列和微/纳米流体系统外，还被广泛用作制造融合生物技术的芯片实验室的基础材料。然而，虽然PDMS具有这些优点，PDMS尚未广泛用作最终商业化的芯片的材料，并且样品吸附到PDMS芯片上的问题是最大的原因。PDMS呈其中-OSi(CH3)2-重复的形式，并且由于其中的-CH3基团而具有疏水性表面，但是由于其独特的粘度，疏水性材料的吸附非常强，并且一旦被吸附，难以使材料解吸。为了分析单个纳米颗粒和痕量的物质，非常有必要防止可能成为实验结果的噪声的吸附，尤其是由于诸如蛋白质和细胞的生物样品包含在其表面上的一部分疏水性基团，在某些情况下会出现以下问题：生物样品易于吸附到PDMS的表面上并且其独特的3维结构变形。相反，由于其疏水性表面，难以使细胞附着至PDMS的表面并培养细胞，并且即使在使用特定化合物、抗体等对其表面赋予选择性时，也需要包括多个步骤的表面处理工序。为了改进该问题，已经持续进行以下尝试来使聚合物基底的表面改性：对聚合物基底(例如PDMS)的表面进行等离子体处理、使非特异性蛋白质吸附至聚合物基底的表面上、或者使用包含Teflon或类似于Teflon的碳氟化合物基团的材料。然而，最广泛使用的氧等离子体提供超亲水性表面，但是亲水性表面的维持时间短，使PDMS的表面粗糙，或者甚至形成裂纹，导致存在以下问题：氧等离子体不适用于在微芯片中使用相对小的颗粒(例如纳米颗粒)的实验。此外，在相关领域中公知用于玻璃或塑料的基于氟化合物的涂覆剂的情况下，发现的缺点在于，涂覆剂在干燥之后形成硬涂层，使得聚合物基底的柔性降低或者涂层因聚合物基底的运动而被破坏。完成本专利技术是为了奠定开辟通过防止这样的非特异性生物分子和异物(例如颗粒)的吸附来观察真正的单分子的可能性的基础，并因此有望增加可以将基于聚合物(例如有机硅)的生物芯片用作平台的生物实验的范围。
技术实现思路
技术问题本专利技术提供用于使聚合物基底的表面改性的方法，特别地，提供了使用等离子体处理、亲水性底漆和包含疏水性氟化合物的涂覆剂来使聚合物基底的表面改性的方法。技术方案本专利技术的一个方面提供了用于使聚合物基底的表面改性的方法，该方法包括：用等离子体处理聚合物基底的表面；将亲水性底漆施加至经等离子体处理的聚合物基底的表面上；以及用包含疏水性氟化合物的涂覆剂涂覆经等离子体处理的聚合物基底。下文中，将详细地描述聚合物基底。根据本专利技术的一个示例性实施方案，在本专利技术的方法中，首先进行用等离子体处理聚合物基底的表面。在本步骤中，将聚合物基底在室温下在大气压下放入等离子体反应器中，向其中注入气体，然后通过向存在于等离子体反应器两端的电极施加电力来形成气体的等离子体。根据本专利技术的一个示例性实施方案，等离子体可以是氩气、氮气、氧气、或其中混合有这些气体中的两种或更多种的混合气体的等离子体。此外，等离子体可以为低温等离子体或高温等离子体，并且优选为在低温下产生的等离子体。可以通过用等离子体处理聚合物基底的表面来获得亲水性改性的表面，并且随后结合涂覆剂可以更牢固且安全地进行。根据本专利技术的一个示例性实施方案，在用等离子体处理聚合物基底的表面时，通过使用大气压(760托)下的氩气和氧气的混合气体，利用RF电源施加700W至800W的功率来形成等离子体，从而用等离子体以15mm/秒的速度往复地处理聚合物基底的表面。根据本专利技术的一个示例性实施方案，聚合物基底可以包括通过一种或更多种单体的缩聚或加成聚合制备的天然或人造聚合物，并且可以优选包括基于硅氧烷的聚合物，更优选有机硅橡胶、丙烯酸类树脂、聚苯乙烯树脂、聚氯乙烯树脂、聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、尼龙、酚醛树脂、三聚氰胺树脂、脲树脂或环氧树脂，甚至更优选疏水性树脂、氟聚合物、丙烯酸类树脂或聚乙烯树脂，但不限于此。根据本专利技术的一个示例性实施方案，在用等离子体处理聚合物基底的表面之后，该方法还可以包括将亲水性底漆施加至聚合物基底的表面上。根据本专利技术的一个示例性实施方案，在用等离子体处理聚合物基底的表面之后，进行将亲水性底漆施加至聚合物基底的表面上。根据本专利技术的一个示例性实施方案，底漆可以包括基于有机硅的聚合物与官能性有机或无机硅烷化合物的缩聚物。如本文所用，“底漆”是缓冲涂层，其以纳米厚度施加在基底与功能性涂层之间以改善粘合性，并且可以是基于有机硅的聚合物与官能性有机或无机硅烷化合物的缩聚反应产物。如本文所用，“基于有机硅的聚合物”可以具体选自具有一个或更多个反应性基团的改性有机硅聚合物，并且可以优选为氨基烷基硅烷的聚合物，所述反应性基团选自氨基、环氧基、羧基、甲醇基、甲基丙烯酰基、巯基和苯基、及其组合。在本说明书中使用的作为底漆的组分的“官能性有机或无机硅烷化合物”可以是具有与基于有机硅的聚合物进行缩聚反应的一个或更多个反应性基团的有机或无机硅烷化合物，所述反应性基团例如氨基、乙烯基、环氧基、烷氧基、卤素基团、巯基、硫醚基等。具体地，官能性有机或无机硅烷化合物可以选自：氨基丙基三乙氧基硅烷；氨基丙基三甲氧基硅烷；氨基-甲氧基硅烷；苯基氨基丙基三甲氧基硅烷；N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷；N-(β-氨基乙基)-γ-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷；γ-氨基丙基三二甲氧基硅烷；γ-氨基丙基二甲氧基硅烷；γ-氨基丙基三乙氧基硅烷；γ-氨基丙基二乙氧基硅烷；乙烯基三乙氧基硅烷；乙烯基三甲氧基硅烷；乙烯基三(甲氧基乙氧基)硅烷；二烷氧基硅烷、三烷氧基硅烷或四烷氧基硅烷；乙烯基甲氧基硅烷；乙烯基三甲氧基硅烷；乙烯基环氧基硅烷、乙烯基三环氧基硅烷；3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷；3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷；γ-缩水甘油氧基丙基三乙氧基硅烷；γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷；氯三甲基硅烷；三氯乙基硅烷；三本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于使聚合物基底的表面改性的方法，所述方法包括：/n用等离子体处理所述聚合物基底的表面；/n将亲水性底漆施加至经等离子体处理的聚合物基底的表面上；以及/n用包含疏水性氟化合物的涂覆剂涂覆所述经等离子体处理的聚合物基底。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于使聚合物基底的表面改性的方法，所述方法包括：
用等离子体处理所述聚合物基底的表面；
将亲水性底漆施加至经等离子体处理的聚合物基底的表面上；以及
用包含疏水性氟化合物的涂覆剂涂覆所述经等离子体处理的聚合物基底。


2.根据权利要求1所述的方法，其中所述聚合物基底为基于硅氧烷的聚合物。


3.根据权利要求2所述的方法，其中所述基于硅氧烷的聚合物为有机硅橡胶。


4.根据权利要求1所述的方法，其中所述等离子体为氩气、氮气、氧气、或其中混合有这些气体中的两种或更多种的混合气体的等离子体。


5.根据权利要求1所述的方法，其中在用等离子体处理所述聚合物基底的表面时，
通过在其中压力被保持在大气压(760托)的装置中利用RF电源施加700W至800W的功率来由混合气体形成所述等离子体。


6.根据权利要求1所述的方法，其中所述疏水性氟化合物包括基于氟的聚合物与官能性有机或无机硅烷化合物的缩聚物。


7.根据权利要求6所述的方法，其中所述基于氟的聚合物选自：含氟丙烯酸酯聚合物；和全氟聚醚；以及包含以下的聚合物：四氟乙烯、六氟丙烯、氯三氟乙烯、三氟乙烯、偏二氟乙烯、八氟丁烯、五氟苯基三氟乙烯、五氟苯基乙烯、和由所述单体产生的重复单元。


8.根据权利要求6所述的方法，其中所述官能性有机或无机硅烷化合物包含选自以下中的一个或更多个官能团：氨基、乙烯基、环氧基、烷氧基、卤素基团、巯基、和硫醚基。


9.根据权利要求6所述的方法，其中所述官能性有机或无机硅烷化合物选自：氨基丙基三乙氧基硅烷；氨基丙基三甲氧基硅烷；氨基-甲氧基硅烷；苯基氨基丙基三甲氧基硅烷；N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷；N-(β-氨基乙基)-γ-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷；γ-氨基丙基三二甲氧基硅烷；γ-氨基丙基二甲氧基硅烷；γ-氨基丙基三乙氧基硅烷；γ-氨基丙基二乙氧基硅烷；乙烯基三乙氧基硅烷；乙烯基三甲氧基硅烷；乙烯基三(甲氧基乙氧基)硅烷；二烷氧基硅烷、三烷氧基硅烷或四烷氧基硅烷；乙烯基甲氧基硅烷；乙烯基三甲氧基硅烷；乙烯基环氧基硅烷；乙烯基三环氧基硅烷；3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷；3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷；γ-缩水甘油氧基丙基三乙氧基硅烷；γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷；氯三甲基硅烷；三氯乙基硅烷；三氯甲基硅烷；三氯苯基硅烷；三...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪锺郁，申秀贞，金炫中，金弘徹，金正来，崔炳炅，金铁珉，
申请(专利权)人：汉阳大学校产学协力团埃丽卡校区，株式会社世可，
类型：发明
国别省市：韩国;KR