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聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane, PDMS)是一种有机硅聚合物,具有生物兼容性好、价格低廉、制作简单、透光性好等优点,已被广泛用于制造微流控芯片。但是,PDMS的热膨胀系数大、弹性模量小,使得PDMS的热和机械稳定性差,从而限制了PDMS的实际使用。例如,金属微电极作为微流控芯片的主要组成部分,但是,由于PDMS的热和机械稳定性差,导致在PDMS表面沉积用于制作微电极的金属薄膜时,薄膜会产生褶皱或者裂纹。为了改善PDMS的热和机械稳定性,本文提出了一种在PDMS中掺杂二氧化硅纳米粒子进行PDMS改性的方法。首先,本文研究了二氧化硅纳米粒子的掺杂对PDMS性能的影响规律。利用溶液混合的方法,分别往PDMS中掺杂了A380气相二氧化硅和MCM-41介孔二氧化硅两种纳米粒子。通过掺杂二氧化硅纳米粒子,PDMS的热和机械稳定性得到了显著提高。当在PDMS中掺杂20wt%MCM-41二氧化硅纳米粒子时,热膨胀系数降低到241ppm/℃,而弹性模量增加到9.44MPa。此外,本文还研究了掺杂二氧化硅纳米粒子对于PDMS溶胀性和透光性的影响。掺杂纳米粒子使得PDMS的交联密度变大,导致PDMS在有机溶剂中的溶胀度明显降低。但是,由于二氧化硅纳米粒子会导致光散射,使得PDMS的透光性变差。接着,本文利用掺杂了二氧化硅纳米粒子的PDMS,制作了一种集成铜微电极的传感微芯片。由于二氧化硅纳米粒子的掺杂,改善了PDMS的热和机械性能,使得沉积在PDMS表面上的铜薄膜褶皱幅度明显减缓。掺杂20 wt% MCM-41二氧化硅纳米粒子的PDMS表面上的铜薄膜轮廓最大高度为185nm,比纯PDMS表面上的铜薄膜轮廓最大高度降低了35%。而且,在利用导电银浆将铜引线粘接到微电极的焊盘上时,发现纯PDMS表面上的铜电极容易产生断裂,而掺杂了二氧化硅纳米粒子的PDMS表面上的铜电极则不易发生断裂,进一步说明了掺杂二氧化硅纳米粒子的PDMS稳定性得到了提高。最后,利用该PDMS传感微芯片,采用循环伏安法,分别测试了葡萄糖、精氨酸和亮氨酸等三种样品,并与相同结构的玻璃传感微芯片进行了对比分析。利用PDMS传感微芯片,获得的葡萄糖、精氨酸和亮氨酸的检出限分别为8.05μmol/L、8.7μmol/L和75.8μmol/L,线性范围分别为0.25-5mmol/L、0.25-2mmol/L和0.25-5mmol/L,片内和片间重复性良好。上述检测数据与玻璃传感微芯片相比,基本相当。表明利用本文提出的掺杂二氧化硅纳米粒子的方法,制作的PDMS电化学传感微芯片可用于多种生化分析。