等離子體表面處理技術(shù)在醫(yī)療器械領(lǐng)域的應(yīng)用

對(duì)氣體施加電壓使之產(chǎn)生輝光放電的技術(shù)，或者稱做“等離子體”技術(shù)，在醫(yī)療器械領(lǐng)域已經(jīng)成為了一種解決表面預(yù)處理問(wèn)題的有力工具。等離子體不僅可用于表面的極端清潔和消毒，它還可以改善生物材料對(duì)體外診斷平臺(tái)以及生物相容性涂層對(duì)體內(nèi)器械的粘合性。的確，等離子體不僅可以活化表面從而有利于細(xì)胞或生物分子的固定，還可以反過(guò)來(lái)產(chǎn)生光滑的表面，從而抵抗生物污染，或用于計(jì)量藥物的配制。等離子體還可以大大提高微流體器械的功效。臨床診斷裝置上的微通道可以在不影響自身分析性能的情況下變得對(duì)生物流體更加“浸潤(rùn)”。等離子體同樣應(yīng)用于一些低端技術(shù)領(lǐng)域，例如改善導(dǎo)管的油墨標(biāo)記，提高注射器針頭對(duì)針筒的粘合力。另外，由于等離子體是一種干法表面處理技術(shù)，不需要處理廢棄的化學(xué)品，從而成為了只需極少量消耗品的綠色工藝。在這篇文章中，我們將討論在體外診斷平臺(tái)工業(yè)中等離子體技術(shù)的功能。我們將關(guān)注等離子體如何控制表面能量，以及如何修飾表面化學(xué)性從而改善對(duì)生物材料的粘附性。在等離子體魔術(shù)般的對(duì)表面進(jìn)行改性的背后的科學(xué)依據(jù)是什么呢？

什么是等離子體？

圖1：四種物質(zhì)狀態(tài)的示意圖。等離子態(tài)與氣態(tài)的根本區(qū)別是等離子態(tài)可以是電導(dǎo)性的。電子擺脫了原子或分子的引力從而可以通過(guò)電子的碰撞來(lái)傳遞能量。

等離子體和固體、液體或氣體一樣，是物質(zhì)的一種狀態(tài)。對(duì)氣體施加足夠的能量使之離化成等離子狀態(tài)。等離子體的“活性”組分包括：離子、電子、活性基團(tuán)、激發(fā)態(tài)的核素（亞穩(wěn)態(tài)）、光子等。控制和駕馭這些活性組分聚集后的性能可進(jìn)行各種各樣的表面處理，例如納米級(jí)別的清潔、活化表面的浸潤(rùn)性、化學(xué)接枝、涂層沉積等。

等離子體的高化學(xué)活性用來(lái)在不影響基材的情況下改變表面的性能。實(shí)際上可以控制這些部分離化的氣體所攜帶的能量，使之含有很低的“熱”能。實(shí)現(xiàn)的方法是通過(guò)把能量與自由電子而不是與更重的離子進(jìn)行耦合，這樣便可以處理對(duì)熱量敏感的聚合物，例如聚乙烯和聚丙烯。能量是如何與氣體耦合的呢？大多數(shù)情況下是通過(guò)在低壓環(huán)境下在兩個(gè)電極間施加電場(chǎng)。這就像熒光燈的工作原理，唯一的區(qū)別是不讓光發(fā)出。我們支配他的化學(xué)性能來(lái)處理材料的表面。等離子體也可以在大氣壓力下產(chǎn)生。在過(guò)去，大氣壓等離子體溫度太高而不能作為表面處理的工具。最近，改進(jìn)的技術(shù)可以在大氣壓力下產(chǎn)生低溫等離子體，可應(yīng)用于大多數(shù)對(duì)溫度敏感的聚合物的處理。

等離子體如何改變表面的性能？

圖 2：作為表面處理工具的等離子體大多數(shù)情況下是在一個(gè)低壓真空腔室內(nèi)產(chǎn)生。隨著技術(shù)的進(jìn)步在大氣壓力下產(chǎn)生等離子體已經(jīng)開(kāi)始普及，并且被越來(lái)越多的應(yīng)用。圖 2a是PVA Tepla公司的臺(tái)式低壓等離子體系統(tǒng)。這種類型的系統(tǒng)具有先進(jìn)的性能，很適合于單元式工業(yè)以及實(shí)驗(yàn)室中適用。圖 2b是 PVATepla公司的大氣壓等離子體筆的特寫(xiě)。這種設(shè)計(jì)把電壓和電流安全的控制在等離子體筆體內(nèi)部，它可用于在線式應(yīng)用或者選擇性的局部處理。

假設(shè)一個(gè)固體的表面吸附了碳?xì)湮廴疚?。這些污染物很容易與等離子化的氧元素反應(yīng)。氧攻擊吸附的碳?xì)浠衔?，從而轉(zhuǎn)變成CO2 和 H2O。圖3是一個(gè)簡(jiǎn)單的反應(yīng)機(jī)理。對(duì)于易氧化的表面，可以選擇用等離子化的氫氣進(jìn)行表面清潔。氫不僅可以把表面的部分有機(jī)物變成揮發(fā)性的烴，還可以減少銅、鎳、銀等金屬的氧化。

等離子體的化學(xué)特性幾乎取決于原料氣體。例如，O2, N2, N2O, CO2等可產(chǎn)生氧化性等離子體。這些氣體用于把表面對(duì)于極性溶液變得更加浸潤(rùn)，或者親水。這是通過(guò)等離子體誘導(dǎo)共價(jià)的氧鍵變?yōu)轸驶?、羧基、羥基等官能團(tuán)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這些極性官能團(tuán)可增加表面的能量，因此，可使組織細(xì)胞更好的黏附，或者使分配到診斷平臺(tái)上的分析物可以更容易的流過(guò)微流體通道。

Ar/H2，NH3等可產(chǎn)生還原性的等離子體。這些氣體已證實(shí)可有效的活化碳氟化合物，如PTFE。因?yàn)镻TFE的惰性和生物相容性，它是制造體內(nèi)醫(yī)療器械的理想材料。但這些特點(diǎn)又是加工PTFE的不利因素，比如需粘附到合成支架上以促進(jìn)體內(nèi)裝置上的組織生長(zhǎng)。還原性的等離子體可通過(guò)降低整個(gè)表面的氟濃度，用羥基等官能團(tuán)置換氟原子來(lái)解決這些問(wèn)題。表面的羥基可提供支撐這些合成支架的定位點(diǎn)。

一些應(yīng)用需要將主材料進(jìn)行侵蝕。NF3，SF6，CF4等含氟的氣體很適合用來(lái)刻蝕碳?xì)渚酆衔?、硅以及氧化硅、氮化硅等材料。等離子體除了很強(qiáng)的化學(xué)作用之外，直接性的作用也扮演了很重要的角色，帶有動(dòng)能的粒子撞擊表面可以去除更多的表面惰性污染物（例如金屬氧化物以及其他無(wú)機(jī)污染物），以及在適當(dāng)?shù)奈恢檬咕酆衔锝宦?lián)來(lái)保持等離子體處理的效果。

可以通過(guò)等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD）工藝來(lái)生長(zhǎng)聚合物涂層。PECVD是通過(guò)在等離子體中活化單體等核素，并誘導(dǎo)它們?cè)诠ぜ幕姘l(fā)生聚合來(lái)工作的。PECVD涂層具有防護(hù)層、防粘、防劃等一些性能。另外有些涂層含有一些特殊的官能團(tuán)，例如-NH3，-OH，-COOH。這些官能團(tuán)為后續(xù)的接枝提供了合適的接合位置（例如為生物材料而固定蛋白質(zhì)或傳感劑），或者可以提高官能團(tuán)涂層的結(jié)合力（例如抗凝血酶原、潤(rùn)滑、IV型膠原質(zhì)等）。沉積涂層的表面化學(xué)性決定于幾十納米深度的外表面。

等離子體能對(duì)IVD平臺(tái)做些什么？

等離子體在醫(yī)療器械行業(yè)中的應(yīng)用確實(shí)是非常廣泛的。因此，本文將主要集中在已通過(guò)我們的研發(fā)部門(mén)證實(shí)以及和醫(yī)療診斷平臺(tái)工業(yè)相關(guān)的應(yīng)用領(lǐng)域。在這個(gè)領(lǐng)域等離子體用來(lái)為下游工藝做表面清潔的準(zhǔn)備，以及活化表面從而有利于生物材料的粘合。后者通過(guò)改變表面極性、接枝特殊的官能團(tuán)或在表面聚合涂層來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了更好的理解等離子體如何調(diào)整表面來(lái)滿足應(yīng)用的需求，讓我們來(lái)看一些重要的例子。
　　
微流體裝置和親水性

表面能是一種決定浸潤(rùn)性、生物污染易感性等因素的材料性能。通常，具有高表面能的材料是親水性的，對(duì)血漿、細(xì)菌細(xì)胞懸浮液、緩沖液、油墨、膠水等流體以及各種吸附物和涂層具有浸潤(rùn)性。另一方面，低能量的表面稱為疏水性，具有“不粘”的特性。將在下面討論這些“不粘”表面。

通常，微流體裝置需要親水性的表面以便于分析物可以持續(xù)平緩的流經(jīng)微通道而到達(dá)探測(cè)和處理部件。這種流動(dòng)可通過(guò)各種抽吸、電滲透、熱量、機(jī)械等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。與培養(yǎng)基（見(jiàn)下面）一樣，微射流器件由疏水性的聚合材料（丙烯酸、聚苯乙烯、聚二甲基硅氧烷（PDMS）制成。由這些材料的疏水性導(dǎo)致的一個(gè)主要問(wèn)題就是在微通道中捕集的氣泡抑制了液體的流動(dòng)。即便通道用酒精和緩沖液處理過(guò)，仍存在氣泡問(wèn)題。用等離子體處理可以氧化微通道的表面，使它們變成親水性，從而防止氣泡的形成。電動(dòng)抽吸時(shí)的表面電荷密度同樣會(huì)影響流動(dòng)速率。電動(dòng)抽吸通過(guò)把電能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能的電反應(yīng)原理來(lái)驅(qū)動(dòng)流體通過(guò)微通道。帶電表面會(huì)吸引電解液中的帶有反性電荷的微粒。這樣可以使這些微粒仍保留在流體中，通過(guò)電動(dòng)抽吸而更容易的通過(guò)通道。等離子體可以有效地促進(jìn)帶電表面的電泳或電滲透流動(dòng)。

圖 3：上面的反應(yīng)機(jī)理是等離子產(chǎn)生的氧基團(tuán)攻擊吸附在表面的碳?xì)浠衔锏暮?jiǎn)單示意圖。還存在眾多其它的機(jī)理包括不同的氧的激發(fā)狀態(tài)，如自由基態(tài)和二價(jià)分子。吸附在表面的碳?xì)浠衔锟梢员坏入x子體中的電子碰撞所激化，從而提供另外可行的反應(yīng)路徑。

免疫測(cè)定、微陣列和組織培養(yǎng)基

用于臨床診斷基片的平臺(tái)，例如免疫測(cè)定、微陣列和細(xì)胞培養(yǎng)基等主要是由合成聚合物制作的。從工業(yè)上來(lái)說(shuō)，這些材料具有很好的惰性、穩(wěn)定的機(jī)械性以及很低的成本同時(shí)，它們的表面性能也有固有的局限性。尤其是它們沒(méi)有合適的結(jié)合點(diǎn)來(lái)使生物活化分子或細(xì)胞有效的固著在它們的表面。對(duì)于固定生物材料以及體外細(xì)胞培養(yǎng)來(lái)說(shuō)，有力、均勻分配的結(jié)合點(diǎn)是十分重要的先決條件。為了改進(jìn)合成聚合物平臺(tái)的性能，以便于細(xì)胞繁殖和雙分子的吸附，必須對(duì)它們的表面進(jìn)行改性。這里我們將討論等離子體在對(duì)這些分析裝置進(jìn)行表面改性時(shí)所扮演的角色。

等離子體提高細(xì)胞生長(zhǎng)率

組織培養(yǎng)（細(xì)胞取自于動(dòng)物或植物）在體外生長(zhǎng)需要營(yíng)養(yǎng)、激素、以及其他生長(zhǎng)因素，而這些都可以在體內(nèi)被自然的提供。黏附在固體表面的組織細(xì)胞繁殖擴(kuò)散到富含營(yíng)養(yǎng)的液體培養(yǎng)基中，例如血清（以動(dòng)物細(xì)胞為例）。培養(yǎng)基的表面性能必須能夠使細(xì)胞均勻的黏附和生長(zhǎng)。盡管如此，在調(diào)節(jié)表面性能之前，必須去除它們的污染物。通過(guò)冷卻來(lái)去除細(xì)胞培養(yǎng)平臺(tái)的脫模劑、揮發(fā)性的碳?xì)浠衔镆约捌渌廴驹?，這也是使用等離子體所需的合適環(huán)境。

用于制造培養(yǎng)基的聚合材料固有的疏水性不利于組織細(xì)胞的黏附。因此，需要一個(gè)親水的表面。氧化性的等離子體用于增加表面的氧官能團(tuán)，從而增加它們的極性，使它們趨向于親水。親水性的表面可以誘導(dǎo)組織細(xì)胞的吸附。親水性表面吸附組織細(xì)胞，誘導(dǎo)它們被吸附。當(dāng)需要特殊的化學(xué)性能時(shí)，可以進(jìn)行化學(xué)接枝或聚合一些含有所需官能團(tuán)的單體。我們將在下面的章節(jié)中更加詳細(xì)的討論這一點(diǎn)。

圖4：左邊和中間的圖像顯示的是未處理的的聚苯乙烯孔。左側(cè)的圖像顯示了細(xì)胞黏附不均勻，出現(xiàn)了細(xì)胞聚集。中間的圖像顯示了一部分區(qū)域沒(méi)有黏附上細(xì)胞。右側(cè)的圖像顯示的是經(jīng)過(guò)等離子體處理后的培養(yǎng)基上細(xì)胞均勻的黏附和繁殖。

粗糙的表面具有更大的表面積，在理論上等于含有更多的可以結(jié)合細(xì)胞的位置。由于通常情況下細(xì)胞的大小在10μm的級(jí)別，因此表面的微粗糙化可以顯著的提高細(xì)胞粘合。納米級(jí)別的表面粗糙化并不能有效地提高細(xì)胞的粘合，因?yàn)橄鄬?duì)來(lái)說(shuō)尺寸更大的細(xì)胞并不能利用這些增加的納米級(jí)的表面積。然而，一個(gè)真實(shí)的例子是，納米級(jí)別的粗糙化可以誘導(dǎo)藥物發(fā)生分化和凋亡。雖然還不清楚具體的原因（可能的原因包括增加了細(xì)胞受體的數(shù)量以及提高了通往核子的信號(hào)路徑），但這對(duì)于改進(jìn)注入裝置上的組織支架的發(fā)展存在重要意義。

在等離子體環(huán)境下表面的形態(tài)可以被選擇性的改變，既可以通過(guò)提高離子撞向表面的加速度，也可以通過(guò)化學(xué)刻蝕工藝。電容耦合射頻等離子體中的離子通常情況下是網(wǎng)狀方向性的向基體移動(dòng)。這取決于離子和電子對(duì)于產(chǎn)生等離子體的電場(chǎng)極性改變的反應(yīng)時(shí)間。由于電子比離子輕的多，電子的反應(yīng)要更快。因此，置于電子移動(dòng)路徑內(nèi)的基體在等待正離子到達(dá)時(shí)將帶有負(fù)電。由于帶有負(fù)電荷表面的靜電吸引作用，正離子將加速移向該表面。通過(guò)碰撞，這些離子將能夠去除表面上的材質(zhì)。氬氣很適合用這種方法來(lái)微粗糙化表面?？梢酝ㄟ^(guò)設(shè)置等離子體的能量和壓力來(lái)控制加速離子的能量。例如，使壓力提高一毫托可以很明顯的減少離子的碰撞能量（假如碰撞能量沒(méi)有被完全消除），這樣便可以去掉等離子體對(duì)表面的粗糙作用。相對(duì)于剛才所說(shuō)的氬氣，氧氣等離子體工藝要輕微得多，它的輕微的化學(xué)刻蝕作用可以用來(lái)對(duì)聚合材料進(jìn)行納米級(jí)別的粗糙化。

總之，用等離子體進(jìn)行表面清潔、活化以及微粗糙化后的綜合效果可以增加細(xì)胞黏附（與未處理的基體相比最多可增加30%），使細(xì)胞分布的更加均勻。

用等離子體改善生物分子在免疫測(cè)定和微陣列平臺(tái)的粘附性

等離子體技術(shù)可以解決生物材料在診斷基體上的黏附性問(wèn)題。它通過(guò)給表面提供特殊的化學(xué)官能團(tuán)，使生化元素能夠耦合成共價(jià)鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)。羧基、羥基和氨基是用等離子體工藝可以輕易獲得的常見(jiàn)的化學(xué)官能團(tuán)的重要實(shí)例。例如，在微列陣工業(yè)，氨基可以為工作表面提供可直接黏附核苷（DNA或RNA）和寡核苷酸的粘結(jié)點(diǎn)。如果原子間的排列空間阻礙了結(jié)合這些大生物分子，這時(shí)可以使用原分子，有時(shí)也叫做“鍵合”。鍵合可以使生物分子以適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)吸附在表面提供空間。確實(shí)，鍵合分子本身也需要表面被活化以幫助它們固著在基體上。通常，氧氣等離子體的直接作用就可以滿足改善這些分子的結(jié)合效果。盡管如此，有時(shí)也需要一些特定的官能團(tuán)。例如，有些捕獲劑可以在酸性或堿性環(huán)境下很好的工作。如果捕獲劑通過(guò)羥基進(jìn)行鍵合，則可提供酸性環(huán)境。相反，氨基可以提供一個(gè)堿性的環(huán)境。

有兩種堿性方法可以使表面帶上特定的化學(xué)基團(tuán)。一種方法是通過(guò)PEC V D沉積含有所需官能團(tuán)的涂層，另一種方法是使現(xiàn)有的官能團(tuán)產(chǎn)生等離子體并使之能夠結(jié)合在表面上。雖然后面的方法更加簡(jiǎn)單，但前者具有更高的表面官能團(tuán)濃度（10%-20%）。使用氨氣作為原料氣可以在表面上結(jié)合-NH3。甲醇用來(lái)結(jié)合羥基，同時(shí)使用甲醇和CO2可以提供羧基。不幸的是，沉積這些官能團(tuán)同時(shí)會(huì)發(fā)生一些副反應(yīng)，從而改變主官能團(tuán)。例如，氨氣等離子體在沉積伯氨基的同時(shí)也會(huì)沉積季氨、叔胺、腈、亞胺等。這些基團(tuán)的比例根據(jù)等離子體系統(tǒng)和使用的參數(shù)變化而變化。盡管如此，這種方法也可提供2-8%的所需官能團(tuán)。

有時(shí)僅提供正確的化學(xué)官能團(tuán)是不夠的。氨基可增加表面能量使之更加呈現(xiàn)出親水性。有時(shí)并不需要過(guò)度親水的表面，例如在微陣列平臺(tái)上的凝膠滴劑排列，因?yàn)檫@些微滴可以濕潤(rùn)表面。這種類型的濕潤(rùn)形成了難看的小滴。同樣，等離子體可以解決這個(gè)問(wèn)題，通過(guò)控制表面能量來(lái)保持小滴的形態(tài)，即使在有氨基的情況下。在微列陣平臺(tái)的等離子體氨化處理時(shí)，在工藝中加入氟元素是一種控制的方法。氟可以約束平臺(tái)的基底并增加它的疏水性，因此可使小滴保持它的球態(tài)。幸運(yùn)的是該工藝既不會(huì)影響表面沉積的伯氨濃度，也不會(huì)影響凝膠與平臺(tái)的共價(jià)鍵合。

圖6：等離子體表面處理增加化學(xué)官能團(tuán)：通過(guò)把表面暴露在含有特殊官能團(tuán)的等離子體中（可增加2-8%的所需官能團(tuán)(例如用氨氣等離子體增加氨基）)，或通過(guò)PECVD使用含有所需官能團(tuán)的單體來(lái)在表面生長(zhǎng)涂層（可增加10-29%的官能團(tuán)）。
　
免疫測(cè)定平臺(tái)的形狀、尺寸和結(jié)構(gòu)會(huì)經(jīng)常發(fā)生變化和改變。96和384孔板是最常見(jiàn)的基板類型。等離子體處理是使孔板變得親水，從而有利于固定抗原、抗體以及其他生物活化小分子。一個(gè)潛在的問(wèn)題是在流體分配時(shí)會(huì)形成氣泡，可以用等離子體來(lái)控制。在圖7中我們把兩個(gè)孔進(jìn)行對(duì)比，（7a）未經(jīng)等離子體處理，（7b）經(jīng)過(guò)了等離子體處理?？祝?a）含有一個(gè)捕集到的氣泡。這個(gè)氣泡會(huì)導(dǎo)致分光光度計(jì)的讀數(shù)錯(cuò)誤，甚至根據(jù)其所占用的空間而有可能溢出到鄰近的孔內(nèi)。等離子體可以確?？變?nèi)的分析物完全被浸潤(rùn)，從而實(shí)際上排除了形成氣泡的可能性。
上述段落解釋了疏水性的池如何在分析液中捕集氣泡。但是，過(guò)于親水的池會(huì)導(dǎo)致分析液在毛細(xì)作用下爬到平臺(tái)層上并可能污染臨近的池。有這樣一個(gè)實(shí)例，我們得到了一個(gè)由疏水聚合物制造的免疫測(cè)定平臺(tái)。這個(gè)聚合物提供了許多底部帶有金檢測(cè)器的池孔。在沉積生物傳感器之前需要清潔金面，因此需要把平臺(tái)暴露在氧氣等離子體中。當(dāng)?shù)入x子體對(duì)金面進(jìn)行很好的清潔的同時(shí)，它對(duì)池孔側(cè)面有一個(gè)不好的作用，會(huì)導(dǎo)致分配的生物傳感液在毛細(xì)作用下爬到側(cè)面上。對(duì)于等離子工藝工程師來(lái)說(shuō)難點(diǎn)在于在清潔金板的同時(shí)要維持池孔壁的親水程度?？梢酝ㄟ^(guò)使用混合原料氣的等離子體來(lái)實(shí)現(xiàn)該目的：一方面用來(lái)去除金面上的碳?xì)湮廴疚铮硪环矫嫱ㄟ^(guò)添加氟基使孔壁趨向于疏水。不管任務(wù)有多困難，工藝的運(yùn)行已經(jīng)證明了等離子體表面改性的全能性。

醫(yī)療器械需要“不粘”性能

圖7：圖7a是流體分配到未處理的孔內(nèi)后捕集到的氣泡。疏水性的孔表面經(jīng)常會(huì)捕集空氣。圖7b顯示的是等離子體處理的分配流體時(shí)完全浸潤(rùn)的孔表面。

“不粘”表面的概念在耐用廚具行業(yè)眾所周知。在蒸煮罐的表面涂上一層Teflon?可防止食物粘附在烹飪的表面上。“不粘”的應(yīng)用范圍已經(jīng)很好的擴(kuò)展到煎鍋產(chǎn)品。體內(nèi)和體外醫(yī)療器械有時(shí)需要表面能夠阻止蛋白質(zhì)或細(xì)胞的粘附，以便提高血液相容性。例如，可以通過(guò)在表面涂覆類P T F E材料來(lái)控制抗凝血酶的活性。

降低表面自由能可以減少表面的吸附力，表面自由能也就是表面可以用來(lái)形成化學(xué)鍵的能量?？尚械姆椒ㄖ皇峭可系捅砻婺艿耐繉印Ｌ挤酆衔锿繉泳哂蓄怲eflon?的性質(zhì)，并且和Teflon?一樣都是由(C Fx ) n化學(xué)單元組成。這種涂層可以很容易的通過(guò)PEC V D粘附在各種材料上。等離子體處理通過(guò)在表面聚合碳氟化合物而提供了一個(gè)可靠、生物相容且綠色的減少材料表面能量的方法，且具有高可控性。泵出口處的凈化器可以吸收所有出氣口處的碳氟化合物。

據(jù)報(bào)道，過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的DNA與聚丙烯PCR板的交互作用會(huì)導(dǎo)致DNA變性。這就意味著當(dāng)使用聚丙烯容易貯存DNA時(shí)，時(shí)間過(guò)久會(huì)降低所貯存DNA的質(zhì)量和數(shù)量。研究表明用氧氣等離子體處理后的聚丙烯板會(huì)降低對(duì)DNA的吸附力。氧氣等離子體可使表面帶負(fù)電荷。人們相信這些負(fù)電荷可以排斥人造DNA的硅酸鹽主鏈，這樣便可阻止DNA粘附在表面上。

如何驗(yàn)證等離子體的作用？

圖8：左邊的照片為一滴水珠在未經(jīng)處理的疏水表面上。右邊的照片未經(jīng)過(guò)等離子體處理后的同一表面。經(jīng)等離子體處理后，表面變?yōu)橛H水性。

接觸角測(cè)量是一種廣泛使用的測(cè)量表面粘合力的方法。未處理的聚合物表面能較低，滴在這種表面上的水珠呈現(xiàn)出高接觸角。這是由于水珠的內(nèi)聚力強(qiáng)于對(duì)表面的粘合力。等離子體處理后的表面的水滴接觸角非常低，這是因?yàn)橥ㄟ^(guò)極性化學(xué)官能團(tuán)的形式增加了表面的能量。這些能量用來(lái)粘結(jié)水分子，使水珠沿著表面展開(kāi)。這就是親水性或浸潤(rùn)性的表面。因此低表面接觸角表示表面是可浸潤(rùn)的。

X射線光電子能譜(xps)和表面衍生技術(shù)用來(lái)確定被所需化學(xué)基團(tuán)修飾的表面的百分比。例如：丙烯胺的表面聚合能夠形成氨基。為了確定伯胺的數(shù)量，可以通過(guò)試劑選擇性的將伯胺氟化。用氟是因?yàn)樗苋菀妆粁ps檢測(cè)出來(lái)，而且它的化學(xué)性質(zhì)沒(méi)有改變（例如氮可以和含氮的功能團(tuán)共存）。用xps檢測(cè)出表面氟的濃度就可以得出表面原有伯胺的濃度。

結(jié)束語(yǔ)

多年來(lái)，等離子體技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于半導(dǎo)體行業(yè)的微芯片制造領(lǐng)域。眾所周知這些工藝具有很高的復(fù)雜性，但等離子體系統(tǒng)很適合于這種工業(yè)。最近，等離子體技術(shù)已經(jīng)延伸到聚合材料領(lǐng)域。盡管在該領(lǐng)域等離子體技術(shù)具有優(yōu)勢(shì)和可操作性，但該應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展的很慢。原因之一是通常等離子體方法的成本高，且限制生產(chǎn)過(guò)程的靈活性。如今，等離子體公司不僅要求工程師盡量降低產(chǎn)品的成本，同時(shí)要提高產(chǎn)品的靈活性和多功能性。如今的系統(tǒng)可提供批次式和在線式結(jié)構(gòu)，也可提供低壓或大氣壓系統(tǒng)。它們很容易被集成到現(xiàn)有的生產(chǎn)線上，非常容易使用，且只需很低的人力成本進(jìn)行操作。

等離子體技術(shù)在醫(yī)療器械領(lǐng)域獲得了很高的評(píng)價(jià)，因?yàn)樗梢院芎玫膶?duì)表面進(jìn)行清潔和改性，實(shí)際是它也是一個(gè)干法、綠色的工藝。它不再被認(rèn)為是一種“巫術(shù)”或需要進(jìn)行表面預(yù)處理的昂貴選擇。這種高效工藝使生產(chǎn)制造變得更加容易，為未來(lái)的技術(shù)奠定了基石。