为什么 PDMS 芯片需要特殊照料
PDMS（聚二甲基硅氧烷）是科研微流控芯片最常用的材料，因为它便宜、透明、透气且易于成型。但 PDMS 有一些特性，如果你不懂得如何应对，会毁掉你的实验：
- 表面性质随时间变化 — 刚等离子键合的芯片是亲水的，但 PDMS 会在几小时到几天内恢复原生疏水性
- PDMS 吸收小分子 — 染料、药物和疏水性化合物会分配到体材料中，扭曲浓度
- 键合可能失效 — 如果超过压力限制或让芯片接触某些溶剂，PDMS-玻璃键合会脱层
- 气泡容易粘附 — PDMS 的疏水性使得去除气泡比玻璃或塑料芯片困难
本指南给你实用知识，避开这些坑，从 PDMS/玻璃芯片获得可靠结果。
拆包与初步检查
芯片到货时要检查什么
环境光下目视检查
- 检查玻璃基板是否有裂纹（有裂纹的芯片不能用）
- 检查 PDMS 层是否有撕裂，特别是进出口附近
- 确认键合线均匀（PDMS 和玻璃之间没有明显间隙）
对着亮光检查
- 通道应显示为干净、均匀的线条
- 检查是否有颗粒或灰尘（少量颗粒正常；大块杂质不正常）
- 检查 PDMS-玻璃界面是否有气隙（边缘的小气泡可以；通道下的大空洞不行）
轻轻弯曲芯片
- PDMS 不应从玻璃上剥离
- 如果看到键合线移动或分离，等离子键合已失效——不要在压力下使用此芯片
首次使用建议：如果芯片通过检查，用注射器向所有通道灌注 IPA（异丙醇），然后用洁净空气或氮气吹干。这会去除制造过程中残留的灰尘。
存储：保持芯片随时可用
短期存储（数天到数周）
对于计划很快使用的芯片：
- 存放在原密封防静电袋或干净的培养皿中
- 室温下放在抽屉里（光照会在数月内降解 PDMS）
- 不要冷藏 — 将芯片恢复到室温时产生的冷凝会在通道内涂上水滴
表面处理保存： 如果芯片经过等离子处理或涂层（例如用 PLL-PEG 防污），请在 24 小时内使用。之后处理会降解。
延长表面处理寿命几天的方法：
- 收到芯片后立即用无菌水或 PBS 填充所有通道
- 用胶带或封口膜密封进出口
- 存放在密封容器中浸入水中，4°C 保存
- 这能使表面保持亲水更久，但 3 天后仍会损失约 50% 效果
长期存储（数月）
对于备用芯片或未来实验：
- 保存在原防静电袋中，配干燥剂包
- 存放在室温下干燥阴暗处（不要放冰箱）
- 正确存储的 PDMS 保质期约 1 年；之后材料会变硬，更容易开裂
使用前重新激活： 长期存储后，PDMS 表面完全疏水。你需要重新处理它们（见下文"使用前准备"）。
使用前准备
用于水包油液滴生成（需要疏水通道）
目标：确保 PDMS 通道疏水，使连续油相润湿壁面。
检查当前疏水性
- 用移液器在芯片表面滴一小滴水
- 如果成珠状（接触角 >90°），通道已经疏水——跳到第 3 步
- 如果铺展开，需要恢复疏水性（第 2 步）
恢复疏水性（如果长期存储或之前用过水溶液后需要）
- 方法 A（最快）：在 80°C 下烘烤芯片 1 小时。这加速 PDMS 的自然疏水恢复。
- 方法 B（如果没有烤箱）：让芯片在室温下放置 24–48 小时。PDMS 会慢慢恢复疏水性。
- 方法 C（化学法）：向通道流动 Aquapel（玻璃处理溶液），等待 5 分钟，用空气冲洗。给出强而持久的疏水性。
用连续相预处理通道
- 以中等速率（例如 50 µL/min）向所有通道流动油 + 表面活性剂混合物 5–10 分钟
- 这用表面活性剂涂覆壁面并排出残留水分
- 关键：在通道完全被油润湿之前，不要引入分散相（水相）
用于纯水溶液应用（需要亲水通道）
目标：使 PDMS 通道亲水，使水溶液润湿壁面并容易流动。
等离子处理（最佳选择，如果你有等离子清洗机）
- 低功率氧等离子（10–30 W）处理 30–60 秒
- 使 PDMS 表面亲水 1–4 小时（临时的）
- 处理后立即使用芯片
化学涂层（获得更持久的亲水性）
- 等离子处理后，立即向通道流动阻断溶液：
- PLL-PEG（聚-L-赖氨酸-聚乙二醇）：0.1 mg/mL 的 PBS，孵育 30 分钟
- BSA（牛血清白蛋白）：1% 的 PBS，孵育 10 分钟
- 用 PBS 冲洗，然后进行实验
- 涂层持续数天到数周，取决于流动条件
- 等离子处理后，立即向通道流动阻断溶液：
溶剂预润湿（如果没有等离子清洗机的快速现场修复）
- 向通道流动 100% 乙醇
- 用水冲洗
- 水现在会润湿通道（临时的——持续约 30 分钟）
连接管路：防止漏液
接口连接方法
大多数 PDMS 芯片有打孔的孔（0.75–1.5 mm 直径）作为进出口。常见连接类型：
1. 鲁尔接头（最简单、最可靠）
- 使用钝头鲁尔锁针头（18–23 号）
- 以温和的压力直接插入接口
- PDMS 会在针头周围自密封——无需胶水
- 最大安全压力：插入良好的针头约 1.5 bar
2. PTFE 管直接插入
- 使用外径 = 接口直径的管（例如 1/16" 外径管用于 1.5 mm 接口）
- 将管端切得干净（不要斜切）
- 插入接口 2–3 mm
- 如果松动，在接口周围加一滴 UV 固化粘合剂
3. 无法兰接头
- 将接头拧到 PTFE 管上，将管插入芯片
- 拧紧接头以压紧套圈贴着芯片表面
- 适用于高压应用（最高 3 bar）
防漏提示
- 不要过度插入：将管推得太深会穿透 PDMS 进入通道，造成不可逆的漏液路径
- 斜面检查：如果使用针头，确保斜面朝上（远离玻璃基板）
- 首次使用低压：连接新芯片时，慢慢提高流速，在达到目标流速前观察是否漏液
- 准备备件：保留额外的管路/接头——损坏的接口很难修复
去除气泡
气泡是使用 PDMS 芯片的头号挫折。以下是应对方法：
预防（最佳方法）
使用前对所有液体脱气
- 将注射器或小瓶放入真空室 5–10 分钟
- 液体中的气泡会膨胀并逃逸
- 对水溶液特别重要（水溶解很多空气）
用乙醇预填充通道（用于水溶液实验）
- 乙醇表面张力比水低，润湿 PDMS 更好
- 用注射器用乙醇填充通道
- 切换到水溶液——它会排出乙醇而不困住空气
以低流速开始
- 逐渐提高流量（例如 5 → 10 → 20 µL/min）
- 给小气泡时间溶解或排出，避免它们长大
去除（当气泡已经在芯片中）
方法 1：增加压力
- 暂时提高流速 3–5 倍
- 更高的剪切力通常会驱逐卡住的气泡
- 清除后，恢复到目标流速
方法 2：异丙醇（IPA）冲洗
- 停止流动，断开管路
- 用注射器用 IPA 冲洗通道（IPA 润湿 PDMS 好，容易排出空气）
- 用水冲洗以去除 IPA
- 重新连接并恢复实验
方法 3：原位真空脱气
- 一些芯片可以在填充液体时放入真空室
- PDMS 是透气的——气泡会在 10–30 分钟内通过壁扩散出去
- 警告：仅适用于 <100 µm 的气泡；大气泡可能膨胀并损坏通道
方法 4：敲击并等待
- 轻轻在工作台上敲击芯片（像弹注射器一样）
- 让它静置 5 分钟
- PDMS 的透气性意味着气泡会随着空气扩散出去而慢慢缩小
- 不快，但对顽固的小气泡有效
常见问题及解决方法
问题：芯片在 PDMS-玻璃界面漏液
症状：液体从键合线渗出，而不是从接口或管路连接处。
原因：
- 等离子键合失效（制造时键合不完整，或键合随时间降解）
- 压力超过键合强度（PDMS-玻璃键合通常在 2–4 bar 时失效）
修复：
- 立即：降低流速使压力低于漏液阈值
- 短期：在芯片顶部施加温和、均匀的压力（例如放一个重物）。这可以暂时重新密封薄弱键合。
- 长期：此芯片已受损。仅用于低压实验（<1 bar），或丢弃。
预防：在新芯片上始终慢慢提高压力，在运行关键实验前找到其极限。
问题：液体不流动 / 通道被堵
症状：泵在运行但通道中看不到流动，或泵压力报警。
原因：
- 大颗粒或杂质堵塞通道
- PDMS 膨胀并使通道塌陷（强有机溶剂会发生）
- 管路扭结或未完全插入
修复：
- 先检查管路：断开并检查是否扭结或堵塞
- 反向冲洗：以高速率（例如 200 µL/min）反向流动 10 秒
- 溶剂冲洗：如果被颗粒堵塞，用 IPA 或丙酮冲洗（短暂接触可以）
- 如果通道塌陷：无修复——PDMS 吸收了不该接触的溶剂。下次对该溶剂使用玻璃/聚合物芯片。
问题：不形成液滴 / 流动不稳定
对于液滴生成芯片：
症状：喷射（连续流而非液滴），或液滴尺寸不规则。
原因：
- 表面活性剂尚未涂覆通道壁
- 接头附近有气泡
- 流速不在正确区间
修复：
- 预润湿通道：引入水相前，流动油 + 表面活性剂 5–10 分钟
- 检查气泡：T 接头或孔口附近的气泡会破坏断裂稳定性
- 调整流速：参考你的几何结构的液滴微流控指南的操作窗口
问题：PDMS 表面被污染 / 通道看起来混浊
症状：通道显得朦胧，或表面看到一层膜。
原因：
- 疏水性化合物（染料、药物）吸收到 PDMS 中
- 蛋白质或盐在通道壁上结晶
修复：
- 对于吸收的化合物：将芯片浸泡在 IPA 中 1 小时，然后在 80°C 下烘烤 2 小时。这提取吸收的分子并再生 PDMS。
- 对于蛋白质污染：向通道流动 1% SDS（十二烷基硫酸钠）溶液 10 分钟，然后用水彻底冲洗。SDS 溶解蛋白质。
- 对于盐晶体：用蒸馏水冲洗（不是 PBS 或缓冲液）。
预防：使用更低浓度的染料/药物，或用 PEG 涂覆通道以减少吸收。
PDMS 芯片能用多久？
寿命取决于使用方式：
一次性使用（常见）：许多研究人员使用芯片一次后丢弃，特别是对于细胞工作或处理珍贵样品时（避免交叉污染风险）。
轻度重复使用（5–10 次）：如果用相同试剂重复运行相同实验，芯片清洗后可重复使用：
- 用 IPA 冲洗
- 用水冲洗
- 用氮气吹干
- 存放在密封容器中
- 表面性质每次使用后会略微降解
重度重复使用（数周）：对于连续灌注或长期培养实验，芯片可以持续使用，只要：
- 不发生漏液
- 通道保持清澈（无污染或膨胀）
- 流动特性不变
寿命终止迹象：
- 键合脱层（PDMS-玻璃界面形成可见间隙）
- 永久性通道堵塞或变形
- 表面污染严重以至清洗无法恢复性能
清洗与重复使用
标准清洗流程（相同实验之间）：
- 以高流速（100 µL/min）用 IPA 冲洗通道 5 分钟
- 用去离子水冲洗 5 分钟
- 用洁净空气或氮气吹干
- 在显微镜下检查通道是否有残留
- 存放在密封容器中
深度清洗（对于严重污染的芯片）：
- 将整个芯片浸泡在 1% SDS 溶液中 1 小时
- 用大量去离子水冲洗
- 浸泡在 IPA 中 30 分钟
- 在 80°C 下烘烤 1 小时以完全干燥并再生 PDMS
- 下次使用前重新处理表面（等离子或化学）
不要：
- 高压灭菌 PDMS 芯片（会扭曲通道）
- 长时间使用强碱（>pH 12）（会侵蚀 PDMS）
- 使用氯化溶剂（二氯甲烷、氯仿），除非你想溶解芯片
PDMS + 生物样品：特殊注意事项
在 PDMS 芯片中进行细胞培养
PDMS 吸收小分子，包括：
- 生长因子
- 信号分子
- 候选药物
这会扭曲你的结果。缓解策略：
预饱和芯片：引入细胞前，向通道流动细胞培养基 12–24 小时。这饱和 PDMS 对常见培养基成分的吸收容量。
使用高浓度：如果测试药物，从你在培养板中使用浓度的 2–10 倍开始。PDMS 会吸收一些，使有效浓度降至目标。
表面涂层：引入细胞前用 Pluronic F-127（0.5% 的 PBS，1 小时）或 PLL-PEG 涂覆通道。这些涂层阻止 PDMS 吸收并减少非特异性细胞粘附。
通过 PDMS 的气体交换
PDMS 是透气的——O₂ 和 CO₂ 自由扩散通过它。这是：
- 好处：对细胞培养（即使在静态通道中细胞也能从环境获得氧气）
- 坏处：对厌氧实验（氧气会漏入）
如果需要厌氧条件，将整个芯片放在厌氧室中或改用玻璃/硅芯片。
安全说明
- 固化后的 PDMS 惰性且无毒。未固化的 PDMS（液体）会刺激皮肤——商用芯片完全固化。
- 处理芯片时戴手套，避免将手上的油脂转移到芯片表面
- 将芯片作为常规实验室塑料废物处理（除非被生物危害品污染）
何时选择 PDMS vs. 其他材料
PDMS 最适合当你需要：
- 低成本
- 光学透明（用于成像）
- 透气性（用于细胞培养）
- 快速原型制作（易于成型）
避免 PDMS 当：
- 使用强有机溶剂（使用玻璃或 COC 芯片）
- 小分子吸收不可接受（使用玻璃或热塑性塑料）
- 需要非常高的压力（>5 bar）（使用玻璃或硅）
- 需要长期稳定性（数月连续使用）（使用玻璃）
LabCore PDMS 芯片：你得到什么
所有 LabCore PDMS/玻璃芯片出货时：
- 预键合氧等离子处理（无需键合）
- 无颗粒（洁净室制造）
- 配管路套件（PTFE 管 + 接头可立即使用）
- 漏液测试（每个芯片发货前都经过压力测试）
保质期：如果正确存储（密封、室温、避光），从发货日期起 12 个月。
浏览 PDMS 芯片选项：
所有芯片均为 RUO（仅供研究用途）——不用于临床诊断。