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研究生： 謝雅玉
Hsieh, Ya-Yu
論文名稱： 用於微晶片之聚雙甲基矽氧烷基材表面穩定化學修飾
Stable Chemical Modifications of PDMS Surfaces for Microchip Application
指導教授： 陳淑慧
Chen, Shu-Hui
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 理學院 - 化學系碩士在職專班
Department of Chemistry (on the job class)
論文出版年： 2005
畢業學年度： 93
語文別： 中文
論文頁數： 89
中文關鍵詞： 表面分析 、聚雙甲基矽氧烷基材 、表面修飾 、微晶片
外文關鍵詞： surface modification, PDMS, microchip
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    • 本研究目的是探討聚雙甲基矽氧烷材質(PDMS)微晶片之微管道引用不同特性的高分子化學修飾方法，藉以改善PDMS 材質微晶片的表面極疏水性性質並且可維持表面改質後的永久穩定性及改善蛋白質吸附問題。更進一步，藉由表面分析儀器探討PDMS 此種軟性材料表面改質的特性，分別利用接觸角(Contact Angle)測量其表面改質之親疏水性性質；由傅式全反射紅外線光譜(Attenuated Total Reflectance Fourier Infrared Spectroscopy, ATR-FTIR)，化學分析電子術(electron spectroscopy for chemical analysis, ESCA)進行PDMS 表面高分子薄膜的官能基鑑定及元素化學態分析，藉以了解修飾後的穩定性分析；此外，採用原子力顯微鏡(Atomic Force Microscopy, AFM)對此表面的化學修飾薄膜進行形態觀察；另一方面，藉由電滲透流測試測量不同特性的高分子化學修飾PDMS 微晶片之微管道所呈現的再現性。

    This study aims to dig out a solution of PDMS microchip has an extreme hydrophobic surface in order to obtain a permanent hydrophilic surface and resistance to protein absorption, which can be made by inducing utilize the various polymers for chemical modification in the PDMS microchip. Otherwise, through contact angle measure the hydrophilic property and use Attenuated Total Reflectance Fourier Infrared Spectroscopy (ATR-FTIR) and electron spectroscopy for chemical analysis (ESCA) to analyze the functional group and the elementary analysis of PDMS surface modified with thin film, and furthermore, to monitor the stability of the thin film during a period. In other hand we used Atomic Force Microscopy (AFM) observed the morphology of the modified layer.We also used EOF measurement to demonstrate the reproduction of surface charge of micro-channel on the modified PDMS.
    Therefore, the stable, hydrophilic, protein-resistant thin film coatings will be very useful for commercial PDMS microfluidic chips, which require long-term stability and for protein-resistant PDMS biomaterials.

    中文摘要....................................................................I 英文摘要...................................................................II 目錄......................................................................III 圖表目錄..................................................................VII 參考資料...................................................................XI 第一章 研究目的 1.1 研究動機...................................................................1 1.2 研究方向...................................................................2 1.3 研究實用價值...............................................................3 第二章 文獻回顧 2.1 微晶片(Microchip)的簡介....................................................4 2.1.1 微晶片的概念及其優點.....................................................5 2.1.2 微晶片的材質與製作.......................................................7 2.2 聚雙甲基矽氧烷微晶片(PDMS Microchip)......................................11 2.3 PDMS Microchip 的表面修飾技術.............................................15 2.4 聚乙二醇(PEG)高分子的應用.................................................17 第三章 相關分析理論 3.1 電泳分析理論..............................................................19 3.1.1 電泳原理................................................................19 3.1.2 電滲透流(Electroosmotic Flow, EOF)......................................21 3.1.3 微晶片電泳(Microchip Electrophoresis)...................................24 3.2 表面分析理論..............................................................25 3.2.1 傅式全反射紅外線光譜(ATR-FTIR)..........................................26 3.2.2 化學分析電子術(ESCA)....................................................28 3.2.3 原子力顯微鏡(AFM).......................................................31 3.2.4 接觸角測量法(Contact Angle Measurement).................................34 第四章 實驗部分 4.1 藥品......................................................................36 4.2 分析試片製作..............................................................39 4.2.1 表面修飾特性分析試片....................................................39 4.2.2 蛋白質吸附分析試片......................................................40 4.2.3 電滲透流測量試片........................................................41 4.3 分析方法..................................................................42 4.3.1 傅式全反射紅外線光譜(ATR-FTIR)..........................................42 4.3.2 化學分析電子術(ESCA)....................................................43 4.3.3 原子力顯微鏡(AFM).......................................................46 4.3.4 接觸角測量(Contact Angle Measurement)...................................46 4.3.5 電滲透流測量(EOF Measurement)...........................................47 第五章 結果與討論 5.1 PDMS 表面修飾薄膜的特性分析...............................................50 5.1.1 傅式全反射紅外線光譜(ATR-FTIR)..........................................50 5.1.2 化學分析電子術(ESCA)....................................................58 5.1.3 原子力顯微鏡(AFM).......................................................68 5.1.4 接觸角測量(Contact Angle Measurement)...................................71 5.2 PDMS 表面修飾薄膜的穩定性分析.............................................73 5.2.1 傅式全反射紅外線光譜(ATR-FTIR)..........................................73 5.2.2 化學分析電子術(ESCA)....................................................77 5.2.3 接觸角測量(Contact Angle Measurement)...................................79 5.2.4 電滲透流測量(EOF Measurement)...........................................81 5.3 蛋白質吸附................................................................83 5.4 化學修飾的PDMS 晶片之再現性...............................................86 第六章 結論與未來展望 6.1 結論......................................................................87 6.2 未來展望..................................................................89 圖表目錄 圖 2-1. 化學分析系統採用微晶片的概念...........................................6 圖 2-2. 玻璃晶片的製作流程.....................................................9 圖 2-3. PDMS 晶片的製作流程...................................................10 圖 2-4. PDMS 高分子的交鏈聚合反應.............................................13 圖 2-5. (A) PDMS 基板及(B) 玻璃基板的透光度(Transmittance)測量，基板厚度約為0.5 cm............................................................................14 圖 3-1. 毛細管內壁解離、電雙層、界面電位示意圖................................22 圖 3-2. 毛細管電泳中電滲透流(EOF)的示意圖.....................................23 圖 3-3. (a) 藉由電壓進行樣品注射；(b) 將樣品進行電泳分析......................24 圖 3-4. Perkin Elmer 之Golden Gate ATR 外觀示意圖.............................27 圖 3-5. Golden Gate ATR 工作示意圖............................................27 圖 3-6. 化學分析電子術儀的裝置外觀示意圖......................................30 圖 3-7. 光電子產生的示意圖....................................................30 圖 3-8. 輕敲式原子力顯微鏡的結構示意圖........................................33 圖 3-9. 表面接觸角測量示意圖..................................................35 圖 4-1. PDMS 晶片之十字型微管道示意圖.........................................41 圖 4-2. 電滲流量測裝置示意圖..................................................47 圖 5-1. PDMS表面修飾PEG diamine 薄膜的架構圖..................................49 圖 5-2. Sylgard 184 PDMS高分子之IR 吸收光譜圖.................................51 圖 5-3. PDMS 表面修飾不同層數多電層的IR 吸收光譜圖............................55 圖 5-4. PDMS 表面多電層修飾PEG diamine 前後的IR 吸收光譜圖....................56 圖 5-5. PDMS 表面多電層修飾PEG dicarboxylate 及PEG dialdehyde 前後的IR 吸收光譜圖............................................................................57 圖 5-6. Sylgard 184 PDMS 高分子的ESCA 能譜圖..................................59 圖 5-7. PDMS 表面修飾PEG diamine 前後的C (1s)高解析能譜比較圖.................64 圖 5-8. PDMS 表面修飾PEG diamine 前後的O (1s)高解析能譜比較圖.................65 圖 5-9. PDMS表面修飾PEG dicarboxylate 及PEG dialdehyde前後的C (1s)高解析能譜比較圖............................................................................66 圖 5-10. PDMS 表面修飾PEG dicarboxylate 及PEG dialdehyde 前後的C (1s)高解析能譜重疊圖........................................................................67 圖 5-11. PDMS表面不同層數多電層的AFM影像圖....................................69 圖 5-12. PEG 高分子固定在PDMS多電層的AFM影像圖................................70 圖 5-13. PEG dicarboxylate 及PEG dialdehyde 固定於PDMS多電層前後的接觸角測量..72 圖 5-14. PEG diamine 固定於PDMS 多電層前後的接觸角測量........................72 圖 5-15. PDMS表面h-PSMA/(PEI/PAA)4/PEI修飾薄膜以ATR-FTIR進行穩定性分析........75 圖 5-16. PDMS表面h-PSMA/(PEI/PAA)4/PEI/PEG dicarboxylate修飾薄膜以ATR-FTIR進行穩定性分析......................................................................75 圖 5-17. PDMS表面h-PSMA/(PEI/PAA)4/PEI/PEG dialdehyde修飾薄膜以ATRFTIR進行穩定性分析..........................................................................76 圖 5-18. PDMS表面不同修飾薄膜隨時間保存所測得接觸角值.........................80 圖 5-19. PDMS表面不同修飾薄膜隨時間保存測量電滲流之穩定性探討.................82 圖 5-20. PDMS 表面不同修飾薄膜之蛋白質吸附情形................................84 圖 5-21. PDMS 表面不同修飾薄膜浸泡未稀釋老鼠血清(rat serum)的蛋白質吸附情形...85 表 2-1. PDMS 高分子的表面修飾技術.............................................15 表 4-1. 週期元素之束縛能(Binding Energy)表....................................45 表 5-1. Sylgard 184 PDMS高分子之IR 特性吸收波峰...............................51 表 5-2. Sylgard 184 PDMS高分子所含原子的百分比................................59 表 5-3. PDMS 表面不同高分子修飾層所含原子的百分比.............................60 表 5-4. PDMS 表面修飾不同層數多電層之原子的百分比變化情形.....................61 表 5-5. PDMS 表面不同特性修飾薄膜的平均粗糙度.................................68 表 5-6. PDMS 表面化學修飾薄膜的接觸角量測.....................................71 表 5-7. PDMS 表面修飾薄膜以原子的百分比結果探討穩定性分析.....................78 表 5-8. PDMS 表面不同修飾薄膜隨時間保存所測得接觸角變化.......................79 表 5-9. 電滲透流平均值及其相對標準偏差........................................

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    下載圖示 校內：2006-07-20公開
    校外：2006-07-20公開
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