為什麼 PDMS 芯片需要特殊照料
PDMS（聚二甲基矽氧烷）是科研微流控芯片最常用的材料，因為它便宜、透明、透氣且易於成型。但 PDMS 有一些特性，如果你不懂得如何應對，會毀掉你的實驗：
- 表面性質隨時間變化 — 剛等離子鍵合的芯片是親水的，但 PDMS 會在幾小時到幾天內恢復原生疏水性
- PDMS 吸收小分子 — 染料、藥物和疏水性化合物會分配到體材料中，扭曲濃度
- 鍵合可能失效 — 如果超過壓力限制或讓芯片接觸某些溶劑，PDMS-玻璃鍵合會脫層
- 氣泡容易黏附 — PDMS 的疏水性使得去除氣泡比玻璃或塑膠芯片困難
本指南給你實用知識，避開這些坑，從 PDMS/玻璃芯片獲得可靠結果。
拆包與初步檢查
芯片到貨時要檢查什麼
環境光下目視檢查
- 檢查玻璃基板是否有裂紋（有裂紋的芯片不能用）
- 檢查 PDMS 層是否有撕裂，特別是進出口附近
- 確認鍵合線均勻（PDMS 和玻璃之間沒有明顯間隙）
對著亮光檢查
- 通道應顯示為乾淨、均勻的線條
- 檢查是否有顆粒或灰塵（少量顆粒正常；大塊雜質不正常）
- 檢查 PDMS-玻璃界面是否有氣隙（邊緣的小氣泡可以；通道下的大空洞不行）
輕輕彎曲芯片
- PDMS 不應從玻璃上剝離
- 如果看到鍵合線移動或分離，等離子鍵合已失效——不要在壓力下使用此芯片
首次使用建議：如果芯片通過檢查，用注射器向所有通道灌注 IPA（異丙醇），然後用潔淨空氣或氮氣吹乾。這會去除製造過程中殘留的灰塵。
儲存：保持芯片隨時可用
短期儲存（數天到數週）
對於計畫很快使用的芯片：
- 存放在原密封防靜電袋或乾淨的培養皿中
- 室溫下放在抽屜裡（光照會在數月內降解 PDMS）
- 不要冷藏 — 將芯片恢復到室溫時產生的冷凝會在通道內塗上水滴
表面處理保存： 如果芯片經過等離子處理或塗層（例如用 PLL-PEG 防污），請在 24 小時內使用。之後處理會降解。
延長表面處理壽命幾天的方法：
- 收到芯片後立即用無菌水或 PBS 填充所有通道
- 用膠帶或封口膜密封進出口
- 存放在密封容器中浸入水中，4°C 保存
- 這能使表面保持親水更久，但 3 天後仍會損失約 50% 效果
長期儲存（數月）
對於備用芯片或未來實驗：
- 保存在原防靜電袋中，配乾燥劑包
- 存放在室溫下乾燥陰暗處（不要放冰箱）
- 正確儲存的 PDMS 保質期約 1 年；之後材料會變硬，更容易開裂
使用前重新啟動： 長期儲存後，PDMS 表面完全疏水。你需要重新處理它們（見下文「使用前準備」）。
使用前準備
用於水包油液滴生成（需要疏水通道）
目標：確保 PDMS 通道疏水，使連續油相潤濕壁面。
檢查當前疏水性
- 用移液器在芯片表面滴一小滴水
- 如果成珠狀（接觸角 >90°），通道已經疏水——跳到第 3 步
- 如果鋪展開，需要恢復疏水性（第 2 步）
恢復疏水性（如果長期儲存或之前用過水溶液後需要）
- 方法 A（最快）：在 80°C 下烘烤芯片 1 小時。這加速 PDMS 的自然疏水恢復。
- 方法 B（如果沒有烤箱）：讓芯片在室溫下放置 24–48 小時。PDMS 會慢慢恢復疏水性。
- 方法 C（化學法）：向通道流動 Aquapel（玻璃處理溶液），等待 5 分鐘，用空氣沖洗。給出強而持久的疏水性。
用連續相預處理通道
- 以中等速率（例如 50 µL/min）向所有通道流動油 + 表面活性劑混合物 5–10 分鐘
- 這用表面活性劑塗覆壁面並排出殘留水分
- 關鍵：在通道完全被油潤濕之前，不要引入分散相（水相）
用於純水溶液應用（需要親水通道）
目標：使 PDMS 通道親水，使水溶液潤濕壁面並容易流動。
等離子處理（最佳選擇，如果你有等離子清洗機）
- 低功率氧等離子（10–30 W）處理 30–60 秒
- 使 PDMS 表面親水 1–4 小時（臨時的）
- 處理後立即使用芯片
化學塗層（獲得更持久的親水性）
- 等離子處理後，立即向通道流動阻斷溶液：
- PLL-PEG（聚-L-離胺酸-聚乙二醇）：0.1 mg/mL 的 PBS，孵育 30 分鐘
- BSA（牛血清白蛋白）：1% 的 PBS，孵育 10 分鐘
- 用 PBS 沖洗，然後進行實驗
- 塗層持續數天到數週，取決於流動條件
- 等離子處理後，立即向通道流動阻斷溶液：
溶劑預潤濕（如果沒有等離子清洗機的快速現場修復）
- 向通道流動 100% 乙醇
- 用水沖洗
- 水現在會潤濕通道（臨時的——持續約 30 分鐘）
連接管路：防止漏液
接口連接方法
大多數 PDMS 芯片有打孔的孔（0.75–1.5 mm 直徑）作為進出口。常見連接類型：
1. 魯爾接頭（最簡單、最可靠）
- 使用鈍頭魯爾鎖針頭（18–23 號）
- 以溫和的壓力直接插入接口
- PDMS 會在針頭周圍自密封——無需膠水
- 最大安全壓力：插入良好的針頭約 1.5 bar
2. PTFE 管直接插入
- 使用外徑 = 接口直徑的管（例如 1/16" 外徑管用於 1.5 mm 接口）
- 將管端切得乾淨（不要斜切）
- 插入接口 2–3 mm
- 如果鬆動，在接口周圍加一滴 UV 固化黏合劑
3. 無法蘭接頭
- 將接頭擰到 PTFE 管上，將管插入芯片
- 擰緊接頭以壓緊套圈貼著芯片表面
- 適用於高壓應用（最高 3 bar）
防漏提示
- 不要過度插入：將管推得太深會穿透 PDMS 進入通道，造成不可逆的漏液路徑
- 斜面檢查：如果使用針頭，確保斜面朝上（遠離玻璃基板）
- 首次使用低壓：連接新芯片時，慢慢提高流速，在達到目標流速前觀察是否漏液
- 準備備件：保留額外的管路/接頭——損壞的接口很難修復
去除氣泡
氣泡是使用 PDMS 芯片的頭號挫折。以下是應對方法：
預防（最佳方法）
使用前對所有液體脫氣
- 將注射器或小瓶放入真空室 5–10 分鐘
- 液體中的氣泡會膨脹並逃逸
- 對水溶液特別重要（水溶解很多空氣）
用乙醇預填充通道（用於水溶液實驗）
- 乙醇表面張力比水低，潤濕 PDMS 更好
- 用注射器用乙醇填充通道
- 切換到水溶液——它會排出乙醇而不困住空氣
以低流速開始
- 逐漸提高流量（例如 5 → 10 → 20 µL/min）
- 給小氣泡時間溶解或排出，避免它們長大
去除（當氣泡已經在芯片中）
方法 1：增加壓力
- 暫時提高流速 3–5 倍
- 更高的剪切力通常會驅逐卡住的氣泡
- 清除後，恢復到目標流速
方法 2：異丙醇（IPA）沖洗
- 停止流動，斷開管路
- 用注射器用 IPA 沖洗通道（IPA 潤濕 PDMS 好，容易排出空氣）
- 用水沖洗以去除 IPA
- 重新連接並恢復實驗
方法 3：原位真空脫氣
- 一些芯片可以在填充液體時放入真空室
- PDMS 是透氣的——氣泡會在 10–30 分鐘內通過壁擴散出去
- 警告：僅適用於 <100 µm 的氣泡；大氣泡可能膨脹並損壞通道
方法 4：敲擊並等待
- 輕輕在工作檯上敲擊芯片（像彈注射器一樣）
- 讓它靜置 5 分鐘
- PDMS 的透氣性意味著氣泡會隨著空氣擴散出去而慢慢縮小
- 不快，但對頑固的小氣泡有效
常見問題及解決方法
問題：芯片在 PDMS-玻璃界面漏液
症狀：液體從鍵合線滲出，而不是從接口或管路連接處。
原因：
- 等離子鍵合失效（製造時鍵合不完整，或鍵合隨時間降解）
- 壓力超過鍵合強度（PDMS-玻璃鍵合通常在 2–4 bar 時失效）
修復：
- 立即：降低流速使壓力低於漏液閾值
- 短期：在芯片頂部施加溫和、均勻的壓力（例如放一個重物）。這可以暫時重新密封薄弱鍵合。
- 長期：此芯片已受損。僅用於低壓實驗（<1 bar），或丟棄。
預防：在新芯片上始終慢慢提高壓力，在運行關鍵實驗前找到其極限。
問題：液體不流動 / 通道被堵
症狀：泵在運行但通道中看不到流動，或泵壓力報警。
原因：
- 大顆粒或雜質堵塞通道
- PDMS 膨脹並使通道塌陷（強有機溶劑會發生）
- 管路扭結或未完全插入
修復：
- 先檢查管路：斷開並檢查是否扭結或堵塞
- 反向沖洗：以高速率（例如 200 µL/min）反向流動 10 秒
- 溶劑沖洗：如果被顆粒堵塞，用 IPA 或丙酮沖洗（短暫接觸可以）
- 如果通道塌陷：無修復——PDMS 吸收了不該接觸的溶劑。下次對該溶劑使用玻璃/聚合物芯片。
問題：不形成液滴 / 流動不穩定
對於液滴生成芯片：
症狀：噴射（連續流而非液滴），或液滴尺寸不規則。
原因：
- 表面活性劑尚未塗覆通道壁
- 接頭附近有氣泡
- 流速不在正確區間
修復：
- 預潤濕通道：引入水相前，流動油 + 表面活性劑 5–10 分鐘
- 檢查氣泡：T 接頭或孔口附近的氣泡會破壞斷裂穩定性
- 調整流速：參考你的幾何結構的液滴微流控指南的操作窗口
問題：PDMS 表面被污染 / 通道看起來混濁
症狀：通道顯得朦朧，或表面看到一層膜。
原因：
- 疏水性化合物（染料、藥物）吸收到 PDMS 中
- 蛋白質或鹽在通道壁上結晶
修復：
- 對於吸收的化合物：將芯片浸泡在 IPA 中 1 小時，然後在 80°C 下烘烤 2 小時。這提取吸收的分子並再生 PDMS。
- 對於蛋白質污染：向通道流動 1% SDS（十二烷基硫酸鈉）溶液 10 分鐘，然後用水徹底沖洗。SDS 溶解蛋白質。
- 對於鹽晶體：用蒸餾水沖洗（不是 PBS 或緩衝液）。
預防：使用更低濃度的染料/藥物，或用 PEG 塗覆通道以減少吸收。
PDMS 芯片能用多久？
壽命取決於使用方式：
一次性使用（常見）：許多研究人員使用芯片一次後丟棄，特別是對於細胞工作或處理珍貴樣品時（避免交叉污染風險）。
輕度重複使用（5–10 次）：如果用相同試劑重複運行相同實驗，芯片清洗後可重複使用：
- 用 IPA 沖洗
- 用水沖洗
- 用氮氣吹乾
- 存放在密封容器中
- 表面性質每次使用後會略微降解
重度重複使用（數週）：對於連續灌注或長期培養實驗，芯片可以持續使用，只要：
- 不發生漏液
- 通道保持清澈（無污染或膨脹）
- 流動特性不變
壽命終止跡象：
- 鍵合脫層（PDMS-玻璃界面形成可見間隙）
- 永久性通道堵塞或變形
- 表面污染嚴重以至清洗無法恢復性能
清洗與重複使用
標準清洗流程（相同實驗之間）：
- 以高流速（100 µL/min）用 IPA 沖洗通道 5 分鐘
- 用去離子水沖洗 5 分鐘
- 用潔淨空氣或氮氣吹乾
- 在顯微鏡下檢查通道是否有殘留
- 存放在密封容器中
深度清洗（對於嚴重污染的芯片）：
- 將整個芯片浸泡在 1% SDS 溶液中 1 小時
- 用大量去離子水沖洗
- 浸泡在 IPA 中 30 分鐘
- 在 80°C 下烘烤 1 小時以完全乾燥並再生 PDMS
- 下次使用前重新處理表面（等離子或化學）
不要：
- 高壓滅菌 PDMS 芯片（會扭曲通道）
- 長時間使用強鹼（>pH 12）（會侵蝕 PDMS）
- 使用氯化溶劑（二氯甲烷、氯仿），除非你想溶解芯片
PDMS + 生物樣品：特殊注意事項
在 PDMS 芯片中進行細胞培養
PDMS 吸收小分子，包括：
- 生長因子
- 訊號分子
- 候選藥物
這會扭曲你的結果。緩解策略：
預飽和芯片：引入細胞前，向通道流動細胞培養基 12–24 小時。這飽和 PDMS 對常見培養基成分的吸收容量。
使用高濃度：如果測試藥物，從你在培養板中使用濃度的 2–10 倍開始。PDMS 會吸收一些，使有效濃度降至目標。
表面塗層：引入細胞前用 Pluronic F-127（0.5% 的 PBS，1 小時）或 PLL-PEG 塗覆通道。這些塗層阻止 PDMS 吸收並減少非特異性細胞黏附。
通過 PDMS 的氣體交換
PDMS 是透氣的——O₂ 和 CO₂ 自由擴散通過它。這是：
- 好處：對細胞培養（即使在靜態通道中細胞也能從環境獲得氧氣）
- 壞處：對厭氧實驗（氧氣會漏入）
如果需要厭氧條件，將整個芯片放在厭氧室中或改用玻璃/矽芯片。
安全說明
- 固化後的 PDMS 惰性且無毒。未固化的 PDMS（液體）會刺激皮膚——商用芯片完全固化。
- 處理芯片時戴手套，避免將手上的油脂轉移到芯片表面
- 將芯片作為常規實驗室塑膠廢物處理（除非被生物危害品污染）
何時選擇 PDMS vs. 其他材料
PDMS 最適合當你需要：
- 低成本
- 光學透明（用於成像）
- 透氣性（用於細胞培養）
- 快速原型製作（易於成型）
避免 PDMS 當：
- 使用強有機溶劑（使用玻璃或 COC 芯片）
- 小分子吸收不可接受（使用玻璃或熱塑性塑膠）
- 需要非常高的壓力（>5 bar）（使用玻璃或矽）
- 需要長期穩定性（數月連續使用）（使用玻璃）
LabCore PDMS 芯片：你得到什麼
所有 LabCore PDMS/玻璃芯片出貨時：
- 預鍵合氧等離子處理（無需鍵合）
- 無顆粒（潔淨室製造）
- 配管路套件（PTFE 管 + 接頭可立即使用）
- 漏液測試（每個芯片發貨前都經過壓力測試）
保質期：如果正確儲存（密封、室溫、避光），從發貨日期起 12 個月。
瀏覽 PDMS 芯片選項：
所有芯片均為 RUO（僅供研究用途）——不用於臨床診斷。