Page 81 - 《精细化工》2023年第5期
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第 5 期                    郭   松，等:  聚(双环戊二烯-co-环辛二烯)微流控芯片的制备                             ·1001·


                 微流控芯片的微尺寸通道结构赋予了其显著的                          服 PDMS 的性能缺陷。因此，PDCPD 有望用于微流
            应用优势，因此，关于微流控芯片在分离、生化分                             控芯片的制造，并作为 PDMS 的替代方案之一。
            析和微反应器等领域的应用研究越来越多                     [1-6] 。为        本文在前期工作基础上           [31-33] ，开展 DCPD 与
            此，研究人员开发出不同的微流控芯片加工技术以                             COD 的共聚反应研究，并利用聚(双环戊二烯-co-环
            满足其在产业化和实验室的应用需求                  [7-10] 。微流控      辛二烯)〔P(DCPD-co-COD)〕的回弹性，将其应用
            芯片设计和制造的关键是提高加工方法的效率以及                             于高精度微尺寸微流控芯片的制作。该法的整体流
            选择合适的材料作为芯片基底原料。目前，制备微                             程类似于 PDMS 芯片的软光刻法，并利用 PDCPD
            流控芯片的原料有玻璃、聚二甲基硅氧烷（PDMS）、                          凝胶的化学活性，开发适用于该体系的芯片键合技
            热塑性聚合物和热固性聚合物               [11-13] 。在实际应用过        术，实现芯片各组件之间的稳定键合。此外，为了
            程中，需要根据应用环境所需要的操作条件（如压                             验证聚(双环戊二烯-co-环辛二烯)微流控芯片在液
            力、温度、溶剂耐受性等）、检测方法、芯片构造的                            滴微流控技术上的应用可行性，以去离子水和正十
            复杂程度和成本等因素选择合适的材料来制作微流                             六烷分别作为分散相和连续相，考察微流控芯片中
            控芯片    [14-16] 。
                                                               单分散液滴的制备和尺寸调控。以期得到制备方法
                 目前，应用最广泛的是通过软光刻法加工的                           简单、成型精度高、加工周期短的微流控芯片，为
                             [7]
            PDMS 微流控芯片 。软光刻法具有简单、精准和
                                                               液滴微流控技术的应用研究提供新的方案。
            高效等优点，但 PDMS 芯片存在不耐受有机溶剂溶
            胀的问题。此外，由于 PDMS 原料黏度很高，成型                          1   实验部分
            前需要先经过负压脱气过程来除去原料中的小气
            泡，耗时 0.5~2.0 h，导致 PDMS 芯片的制作周期较                    1.1   试剂与仪器
            长。另外，PDMS 的固化速度较慢，通常需要在 65~                            DCPD（质量分数为 98%）、Grubbs 2 代催化剂
            70 ℃下恒温过夜，确保树脂充分固化。这些问题在                           （简称 Grubbs 催化剂，工业级），上海化工研究院
            很大程度上限制了 PDMS 芯片的推广应用                 [17] 。       有限公司；三丁基亚磷酸酯（TBP）、COD、正十六
                 近年来，研究人员致力于寻找其他材料替代                           烷、Span 80，化学纯，上海阿拉丁试剂有限公司。
            PDMS 用于微流控芯片的加工制造               [18-23] 。FIORINI       TYD01-01 注射泵，保定雷弗流体科技有限公
            等 [18] 提出以热固性聚酯替代 PDMS 制备微流控芯                      司；BX53M 台式光学显微镜，日本奥林巴斯公司；
            片，制得了表面性质稳定的硬质芯片。KUO 等                      [19]   Nicolet 6700 型傅里叶变换红外光谱仪，美国赛默飞
            以光固化聚氨甲基丙烯酸酯为原料，通过光引发快                             世尔科技公司；LD-J 邵氏 A 硬度计，上海伦捷机电
            速成型制备微流控芯片。虽然这些材料的力学性能                             仪表有限公司；Merlin Compact 场发射扫描电子显
            和化学稳定性显著优于 PDMS，但是相比于加工                            微镜，德国蔡司公司；CMT6104 微机控制电子万能
            PDMS 芯片所用的软光刻法，这些新材料微流控芯                           试验机，河北承德市金建检测仪器有限公司。
            片的加工方法比较繁琐，不利于推广应用。因此，有                            1.2   方法
            必要寻找一种新材料，既能够克服 PDMS 的性能缺                          1.2.1   微流控芯片的制造
            陷，又能够通过类似于软光刻的方法实现芯片的加工                                聚(双环戊二烯-co-环辛二烯)微流控芯片的制备
                                                                                   [7]
            制造。                                                过程与 PDMS 芯片类似 ，聚(双环戊二烯-co-环辛二
                 聚双环戊二烯（PDCPD）是一类新型高性能热                        烯)微流控芯片的制备过程示意图如图 1 所示。
            固性工程树脂，它是由单体双环戊二烯（DCPD）经                               聚(双环戊二烯-co-环辛二烯)微流控芯片具体
            过金属卡宾催化开环易位聚合（ROMP）而成                     [24] 。   制作步骤如下：（1）首先配制 DCPD 与 COD 混合
            PDCPD 具有高强度、耐腐蚀和生产成本可控的优                           料液，其中 m(DCPD+COD)∶m(Grubbs 催化剂)∶
            点，目前已在汽车工业、组织工程和自修复材料等                             m(TBP)=2500∶1∶75，室温下料液混合均匀后直接
            领域得到广泛应用         [25-29] 。聚合成型后的 PDCPD 是           倒入模具中（根据模具大小来确定混合料液量，共
            刚性树脂，其性质与弹性 PDMS 存在显著差异，难                          聚物所用模具需 16 g，凝胶基底所用模具需 8 g），
            以用于微流控芯片的加工。DEAN 等                [30] 报道了一种       所用模具是通过光刻技术加工成型的 SU-8 硅片模
            新的 PDCPD 共聚物的合成路线，以 DCPD 和环辛                       具；（2）将 DCPD 与 COD 混合料液倒入模具后在
            二烯（COD）作为共聚单体，经 Grubbs 催化剂热引                       80  ℃下恒温 20 min，在此过程中混合料液会转变成
            发聚合反应得到了具有弹性体性质的共聚物。胡贵                             弹性共聚物，然后将弹性共聚物脱模，利用打孔器在
            宝等  [31] 考察了 PDCPD 对于多种有机溶剂的耐受性，                   进出口处开孔得到表面带有微结构的共聚物盖板；将
            结果显示，PDCPD 具有优异的溶剂耐受性，能够克                          m(DCPD)∶m(COD)分别为 3∶2、1∶1、2∶3 制备的
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