氨气等离子处理聚苯乙烯亲水改性

聚合物材料表面的功能化改性和制备在生物医学领域，特别是蛋白质、细胞或生物流体等与材料相互作用方面发挥着至关重要的作用。聚合物材料被广泛用作生物 传感器、微流控芯片、药物传递系统、骨移植等方面的基体 材料。聚苯乙烯(PS)因具有良好的力学性能及较低的成本，得到工业界的关注，材料本身无毒性和高透明度使其成为生物医学领域重要的原材料之一。

PS不仅广泛用于细胞/组织培养容器，而且在微流控芯片等微纳米尺寸器件的制备方面也具有重要的应用前景。然而，由于 PS分子侧链为疏水基团，导致材料表面呈疏水性，通常须经过表面功能化改性以增加其表面润湿性、黏附性等，从而提高其与化学或生物配体的结合或改善其与生物流体等相互作用。

近年来，等离子体技术作为一种新型的表面处理技术备受关注。该技术主要通过高频放电电离气氛介质中的 气体分子产生大量高能电子、带正电荷、负电荷的活性粒子和自由基，从而对置于其中的材料进行改性。等离子体技术在不改变材料固有性能的前提下对材料表面性能如亲水性、黏附性等进行改善，是一种高效、环保的表面改性方法[7-8]。常见的等离子体气氛包括空气、O2 、N2以及NH3等。

采用等离子处理仪对PS材料表面进行等离子处理。该设备主要由等离子发生 系统、气体控制与输送系统和真空系统组成。图1为PS的氨气等离子处理过程及可控亲水改性示意图。等离子处理过程中，利用真空系统维持反应腔内压力约30 Pa，在内置平板式电极间将氨气（纯度为99.99%）电离产生等离子体，对其中的PS材料表面进行改性。

结论

（1）利用氨气等离子对PS材料表面进行功能化处理，实现疏水材料表面的亲水改性。材料表面含氧和氮元素的极性基团的引入是实现亲水改性的关键因素之一。

（2）等离子处理时间、功率和氨气通气流量影响改性后PS材料表面接触角，通过调整上述参数能够实现PS材料表面水接触角在约30°~70°范围的可控和定制化制备。这种可控的表面功能化改性将有利于后续蛋白质等生物活性物质的包被或微流道内液体的流动，从而增强材料表面化学或生物配体与生物流体的相互作用，提高对于靶标物质的检测性能。材料表面在等离子处理前后其表面结构无明显变化。

（3）PS材料经氨气等离子处理后表面亲水特性至少可维持360 d，具有良好的长期稳定性，为其在生物医药特别是体外诊断领域的应用提供了可能。