聚二甲基硅氧烷，又稱PDMS或二甲基硅氧烷，是一種廣泛用于微流控芯片制造和成型的聚合物。它是硅氧烷家族的一種礦物-有機聚合物(含有碳和硅的結構)。除微流控外，它還可用作食品添加劑(E900)、洗發水以及飲料或潤滑油中的消泡劑。為了制造微流控器件，將PDMS(液體)與交聯劑混合倒入微結構模具中并加熱，便可得到具有彈性的PDMS器件(PDMS交聯)。

PDMS的化學性質

一些化學知識
一點化學知識將幫助我們更好地理解PDMS在微流控應用中的優點和缺點。PDMS的經驗式為(C2H6OSi)n，其碎片式為CH3[Si(CH3)2O]NSI(CH3)3，n為單體重復數。根據單體鏈的大小，非交聯型PDMS可以是幾乎液態(低n)或半固態(高n)。硅氧烷鍵形成了具有高粘彈性的柔性聚合鏈。

“交聯化”之后

PDMS成為一種疏水彈性體。極性溶劑，如水，難以濕潤PDMS(水珠且不擴散)，這導致PDMS表面吸附來自水的疏水污染物。

PDMS氧化
等離子體氧化改變了PDMS的表面化學結構，并在其表面生成硅醇端基(SiOH)。這有助于使PDMS具有30分鐘左右的親水性。這一過程還使表面對疏水和帶負電荷的分子的吸附具有抵抗力。此外，PDMS等離子體氧化用于用三氯硅烷對PDMS表面進行功能化，或通過創建Si-O-Si鍵將PDMS在氧化玻璃表面上共價鍵合(原子尺度上)。無論PDMS表面是否被等離子體氧化，都不允許水、甘油、甲醇或乙醇滲透和連續變形。因此，可以在不擔心微結構變形的情況下將PDMS與這些流體一起使用。然而，在二異丙胺、氯仿和乙醚的存在下，PDMS發生變形和膨脹，在丙酮、丙醇和吡啶的存在下，PDMS的變形和膨脹程度較小，因此PDMS不適合于許多有機化學應用。

PDMS在微流控中的應用

PDMS是成型微流控器件最常用的材料之一。在這里，我們簡單概括下用軟光刻方法制造微流控芯片的方法。
(1)成型步驟允許從模具批量生產微流控芯片。
(2)將PDMS(液體)和交聯劑(用于固化PDMS)的混合物倒入模具中，并在高溫下加熱。
(3)一旦PDMS硬化，可以將其從模具上取下。我們得到了PDMS塊上微通道的復制品。微流控裝置完工：
(4)為了能夠為將來的實驗注入流體，微流控裝置的輸入和輸出被用未來連接管大小的PDMS打孔機沖壓。
(5)對帶有微通道的PDMS塊表面和玻片表面進行等離子體處理。
(6)等離子體處理允許PDMS和玻璃鍵合關閉微流控芯片。

該芯片現在可以使用微流控管連接到微流控儲液器和泵上。聚乙烯管材和特氟龍管材是微流控裝置中最常用的管材。

為什么要使用PDMS制造微流控器件？

選擇PDMS來制造微流控芯片的主要原因:

人肺泡上皮和肺微血管內皮細胞在PDMS芯片中培養以模擬肺功能

它在光學頻率(240 NM-1100 NM)下是透明的，便于目測或通過顯微鏡觀察微通道中的內容物。它的自發熒光很低。它被認為是生物相容的(有一些限制)。PDMS通過簡單的等離子體處理與玻璃或其他PDMS層緊密結合。這使得多層PDMS設備的生產能夠利用玻璃基板提供的技術可能性，例如使用金屬沉積、氧化物沉積或表面功能化。在交聯過程中，可以使用簡單的紡絲涂層在襯底上以可控的厚度涂覆PDMS。這使得多層器件的制造和微閥的集成成為可能。它是可變形的，允許利用PDMS微通道的變形集成微流控閥，輕松連接防泄漏的流體連接，并使用它來檢測非常低的力，如細胞的生物力學相互作用。與以前使用的材料相比，它更便宜，PDMS也很容易成型，因為即使與交聯劑混合，它在室溫下也能保持液態長達數小時。PDMS可以高分辨率地模制結構，更可以通過一些優化，塑造幾納米的結構。它是可透氣的。它通過PDMS或末端通道填充(液體壓力下的殘余氣泡可能通過PDMS逃逸以平衡大氣壓力)來控制氣體的量，從而實現細胞培養。

微流體應用的PDMS問題:

玻璃上沉積的電極將集成在PDMS微流控芯片中

在PDMS上進行金屬和介質沉積幾乎是不可能的。這嚴重限制了電極和電阻的集成。然而，由于PDMS使用等離子處理可以很容易地粘接到玻璃片上，即使較大的金屬區域會阻礙良好的粘接，這個問題也被最小化了。因此，各種薄的金屬層或電介質沉積可以在玻璃片上進行。PDMS會老化，因此幾年后這種材料的機械性能可能會發生變化。它可以吸附疏水分子，并能將一些交聯性差的分子釋放到液體中，這可能是PDMS微流控器件中一些生物學研究的問題。PDMS對水蒸氣具有滲透性，這使得PDMS設備中的蒸發很難控制。PDMS對某些化學品的暴露很敏感。

不同PDMS在微流控中的應用

PDMS用于制造微流控器件(單層和雙層)和微壓印郵票。對于這些應用，研究人員通常使用兩種類型的PDMS：PDMS RTV-615和PDMS Sylgard 184。這兩個PDM的確切組成是…。是保密的。然而，有了經驗，研究人員可以幫助選擇最適合應用程序的PDMS：
1)PDMS RTV-615。
S.Quake的首選PDMS(微流控閥門的共同發明者)。最堅固、最方便粘合雙層微流控器件
不同批次之間的等離子體結合強度存在差異。這使得有必要在每次購買時調整焊接參數。

2) PDMS Sylgard 184(道康寧)。
更干凈的PDMS。這種PDMS較少用于多層芯片。這使得兩個PDMS層之間的粘接變得更加困難。它在器件制造過程中會產生更多的故障。這種PDMS最常用于微流控芯片中的哺乳動物細胞培養。

聚二甲基硅氧烷的耐化學性

下面是微結構PDMS(h：11微米，L：45微米)在多種化學品中的浸泡研究，這項研究是用PDMS Sylgard 184進行的。