光固化微流控芯片的表面亲水性能

1，应用领域：微流控芯片

2，测试方法：座滴法

3，测试样品名称：不同组分组成的微流控芯片（将光固化树脂、单体、光引发剂按一定的比例混合，再充分搅拌; 然后放入真空烘箱中抽真空，消除夹带气泡; 其次，利用自制的紫外光固化注射成型装置成型微流控基片，）

4，测接触角实验过程

   实验一：材料配方对微流控芯片接触角的影响---单体含量对芯片接触角的影响

   实验结果：

图 3 为各配方中单体含量分别为 1 ～ 5 不同质量分数的芯片接触角情况，树脂为 LE-6702，光引发剂质量分数为 3% ，结合EOEOEA 单体和 TPGDA 单体，随单体含量的变化芯片接触角分别为 65° ～ 71°和 61. 5° ～ 67. 5°，这说明微流控芯片单体含量不同时，亲水性也不同，但变化范围不大，即配方中单体含量对芯片接触角的影响并不明显。这是因为发生聚合反应时，同一种含氧基团生成亲水基团的能力有限，增加单体含量，可使含氧基团数量增多，但无法全部生成亲水基团，因此改变单体含量，微流控芯片的接触角变化较小。

    实验二：材料配方对微流控芯片接触角的影响---单体种类对芯片接触角的影响

实验结果：

图 4 所示是在单体质量分数均为 30% ，单体种类分别为单官能度 EOEOEA、双官能度 TPGDA 和三官能度 TMPTA 的情况下所成型的微流控芯片接触角。单官能度单体得到的微流控芯片接触角较大，为 70°，双官能度单体和三官能度单体制备的微流控芯片接触角分别为 61. 5°和 61°，其中，EOEOEA 单体的含氧基团较少，发生聚合反应后，生成的亲水基团少，芯片亲水性较差。由此可知，在单体质量分数一定时，单体种类对芯片接触角有一定影响。

    实验三：材料配方对微流控芯片接触角的影响---树脂种类对芯片接触角的影响

    实验结果：

配方是质量分数均为 30% 的三官能度单体 TMPTA，树脂质量分数均为 67% 的双官能度树脂 LE-6702、三官能度树脂 PUA3和六官能度树脂 LE-6706，光引发剂质量分数均为 3% ，制备的芯片接触角分别为 61°、58°和 51°，如图 5、表 1 所示。不同树脂成型的微流控芯片具有不同的接触角，树脂官能度越大，接触角越小，这是因为不同官能度树脂中所含的官能团不同，多官能度树脂参与的反应更利于生成亲水基团。

       实验四：光照强度对芯片接触角的影响

   实验结果：

采用混合树脂和单体的配方注射成型的微流控芯片接触角均为 55°左右，如图 6 所示，与单一树脂及单一单体成型的微流控芯片相比，其接触角变小，亲水性得到一定的改善。因为不同的单体和不同的树脂中含氧基团不同，在光引发剂的作用下，不同的含氧基团会转换为不同的亲水基团，从而增加微流控芯片的亲水性。光照强度主要影响芯片的成型效率，改变光照强度，芯片接触角基本不发生变化，即紫外光照强度对芯片亲水性基本无影响。

      实验五：光照时间对芯片接触角的影响

      实验结果：

如图 7 所示，在光照强度均为 1 875 MW/cm2时，紫外光分别照射 15、20 和 25 s 后得到的微流控芯片接触角，分别为 68°、63°和 65. 5°。光照时间影响着配方中基团的反应程度，当基团完全反应后，增加光照时间，对微流控芯片的接触角无明显影响。

     实验六：有机助剂对微流控芯片接触角的影响

     实验结果：

      上述实验结果表明，影响光固化微流控芯片亲水性的关键因素是材料配方，因此，通过添加有机助剂的方式可以改善芯片的亲水性，有机助剂需具有一定的亲水基团，在溶液中能定向分布。按一定的比例加入到光固化料中后，助剂与光固化料中的大分子以化学键相连，形成一种极性结构，改善了芯片的亲水性。在树脂为 LE-6702，质量分数 70% ，单体为 TMPTA，质量分数 30% 的光固化料配方中，分别加入质量分数为 3% 的有机保湿剂和水性流平剂后，芯片的接触角由 61°分别降到 53°和 17°，如图 8 所示，加入水性流平剂后的芯片接触角得到明显改善，因为流平剂在增加芯片表面极性基团的同时也降低了芯片的表面粗糙度，有效地改善了芯片亲水性。

来源：罗锡丹,谢鹏程,何雪涛,康维嘉,贺建芸.光固化微流控芯片的表面亲水性能[J].塑料,2018,47(04):113-116.