光固化微流控芯片的表面親水性能

1，應用領域：微流控芯片

2，測試方法：座滴法

3，測試樣品名稱：不同組分組成的微流控芯片（將光固化樹脂、單體、光引發劑按一定的比例混合，再充分攪拌; 然后放入真空烘箱中抽真空，消除夾帶氣泡; 其次，利用自制的紫外光固化注射成型裝置成型微流控基片，）

4，測接觸角實驗過程

? ?實驗一：材料配方對微流控芯片接觸角的影響---單體含量對芯片接觸角的影響

? ?實驗結果：

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圖 3 為各配方中單體含量分別為 1 ～ 5 不同質量分數的芯片接觸角情況，樹脂為 LE-6702，光引發劑質量分數為 3% ，結合EOEOEA 單體和 TPGDA 單體，隨單體含量的變化芯片接觸角分別為 65° ～ 71°和 61. 5° ～ 67. 5°，這說明微流控芯片單體含量不同時，親水性也不同，但變化范圍不大，即配方中單體含量對芯片接觸角的影響并不明顯。這是因為發生聚合反應時，同一種含氧基團生成親水基團的能力有限，增加單體含量，可使含氧基團數量增多，但無法全部生成親水基團，因此改變單體含量，微流控芯片的接觸角變化較小。

? ? 實驗二：材料配方對微流控芯片接觸角的影響---單體種類對芯片接觸角的影響

實驗結果：

圖 4 所示是在單體質量分數均為 30% ，單體種類分別為單官能度 EOEOEA、雙官能度 TPGDA 和三官能度 TMPTA 的情況下所成型的微流控芯片接觸角。單官能度單體得到的微流控芯片接觸角較大，為 70°，雙官能度單體和三官能度單體制備的微流控芯片接觸角分別為 61. 5°和 61°，其中，EOEOEA 單體的含氧基團較少，發生聚合反應后，生成的親水基團少，芯片親水性較差。由此可知，在單體質量分數一定時，單體種類對芯片接觸角有一定影響。

? ? 實驗三：材料配方對微流控芯片接觸角的影響---樹脂種類對芯片接觸角的影響

? ? 實驗結果：

配方是質量分數均為 30% 的三官能度單體 TMPTA，樹脂質量分數均為 67% 的雙官能度樹脂 LE-6702、三官能度樹脂 PUA3和六官能度樹脂 LE-6706，光引發劑質量分數均為 3% ，制備的芯片接觸角分別為 61°、58°和 51°，如圖 5、表 1 所示。不同樹脂成型的微流控芯片具有不同的接觸角，樹脂官能度越大，接觸角越小，這是因為不同官能度樹脂中所含的官能團不同，多官能度樹脂參與的反應更利于生成親水基團。

? ? ? ?實驗四：光照強度對芯片接觸角的影響

? ?實驗結果：

采用混合樹脂和單體的配方注射成型的微流控芯片接觸角均為 55°左右，如圖 6 所示，與單一樹脂及單一單體成型的微流控芯片相比，其接觸角變小，親水性得到一定的改善。因為不同的單體和不同的樹脂中含氧基團不同，在光引發劑的作用下，不同的含氧基團會轉換為不同的親水基團，從而增加微流控芯片的親水性。光照強度主要影響芯片的成型效率，改變光照強度，芯片接觸角基本不發生變化，即紫外光照強度對芯片親水性基本無影響。

? ? ? 實驗五：光照時間對芯片接觸角的影響

? ? ? 實驗結果：

如圖 7 所示，在光照強度均為 1 875 MW/cm2時，紫外光分別照射 15、20 和 25 s 后得到的微流控芯片接觸角，分別為 68°、63°和 65. 5°。光照時間影響著配方中基團的反應程度，當基團完全反應后，增加光照時間，對微流控芯片的接觸角無明顯影響。

? ? ?實驗六：有機助劑對微流控芯片接觸角的影響

? ? ?實驗結果：

? ? ? 上述實驗結果表明，影響光固化微流控芯片親水性的關鍵因素是材料配方，因此，通過添加有機助劑的方式可以改善芯片的親水性，有機助劑需具有一定的親水基團，在溶液中能定向分布。按一定的比例加入到光固化料中后，助劑與光固化料中的大分子以化學鍵相連，形成一種極性結構，改善了芯片的親水性。在樹脂為 LE-6702，質量分數 70% ，單體為 TMPTA，質量分數 30% 的光固化料配方中，分別加入質量分數為 3% 的有機保濕劑和水性流平劑后，芯片的接觸角由 61°分別降到 53°和 17°，如圖 8 所示，加入水性流平劑后的芯片接觸角得到明顯改善，因為流平劑在增加芯片表面極性基團的同時也降低了芯片的表面粗糙度，有效地改善了芯片親水性。

來源：羅錫丹,謝鵬程,何雪濤,康維嘉,賀建蕓.光固化微流控芯片的表面親水性能[J].塑料,2018,47(04):113-116.