Κατεργασία και τροποποίηση πολυμερικών υλικών για την κατασκευή και ενεργοποίηση με ηλεκτροδιαβροχή μικρορευστομηχανικών διατάξεων
Authors: Μπαγιάτη Πηνελόπη 
Published: January 2014

Στην παρούσα εργασία μελετήθηκαν υδρόφοβα φθορανθρακικά πολυμερικά υμένια που εναποτίθενται με τεχνολογία ηλεκτρικής εκκένωσης πλάσματος φθορανθρακικών αερίων, με ιδιότητες κατάλληλες για χρήση τους στην δημιουργία μικρορευστομηχανικών διατάξεων όπου διακριτές σταγόνες βιολογικών (προς ανάλυση) διαλυμάτων μετακινούνται σε ανοικτές επιφάνειες ή μέσα σε μικροκανάλια μέσω του φαινομένου της ηλεκτροδιαβροχής (μεταβολή της γωνίας επαφής με την εφαρμογή τάση). Το φθορανθρακικό αέριο που χρησιμοποιήθηκε για την εναπόθεση των φθορανθρακικών υμενίων ήταν το c-C4F8 (οκταφθοροκυκλοβουτάνιο), ενώ διερευνήθηκαν οι συνθήκες του πλάσματος που παρέχουν υμένια με τις βέλτιστες φυσικές και χημικές επιφανειακές ιδιότητες, μεταβάλλοντας κατάλληλα τις παραμέτρους του πλάσματος, όπως η ισχύς πλάσματος, η τάση και η θερμοκρασία υποστρώματος, η πίεση του θαλάμου και η ροή του εισερχόμενου στον θάλαμο φθορανθρακικού αερίου. Τα υποστρώματα που χρησιμοποιήθηκαν ήταν Si, SiO2 και Si3N4, ενώ οι ρυθμοί εναπόθεσης (ή εγχάραξης) και τα πάχη των εναποτιθέμενων υμενίων μελετήθηκαν χρησιμοποιώντας φασματοσκοπική ελλειψομετρία in situ, η οποία παρείχε και τις οπτικές ιδιότητες των μελετούμενων φθορανθρακικών υλικών. Η ικανότητα διαβροχής (υδροφοβικότητα/υδροφιλικότητα) των κατεργασμένων στο πλάσμα υποστρωμάτων μελετήθηκε χρησιμοποιώντας ένα σύστημα μέτρησης γωνιών επαφής. Η τραχύτητα των επιφανειών υπολογίστηκε χρησιμοποιώντας μικροσκοπία ατομικής δύναμης (AFM), ενώ η μελέτη της χημικής σύστασης των εναποτιθέμενων στο πλάσμα φθορανθρακικών υλικών έγινε μέσω Φασματοσκοπίας Φωτοηλεκτρονίων ακτίνων Χ (XPS) και Φασματοσκοπίας Υπερύθρου με Μετασχηματισμό Fourier (FTIR). Οι φυσικές (ικανότητα διαβροχής, τραχύτητα, υστέρηση στη γωνία επαφής) και χημικές (σύσταση) ιδιότητες των εναποτιθέμενων στο πλάσμα φθορανθρακικών υμενίων συσχετίστηκαν με την συμπεριφορά αυτών, σε συνδυασμό τους με διηλεκτρικό υλικό (SiO2 ή Si3N4) για βελτίωση των διηλεκτρικών ιδιοτήτων, σε πειράματα ηλεκτροδιαβροχής, με Η2Ο αρχικά και στην συνέχεια με πρωτεϊνικά διαλύματα. Μελετήθηκε η μεταβολή της γωνίας επαφής με εφαρμογή τάσης, η αντιστρεψιμότητα της γωνίας επαφής μετά την απομάκρυνση της τάσης, καθώς και η ύπαρξη προσροφημένης πρωτεΐνης πάνω στην επιφάνεια χρησιμοποιώντας μικροσκοπία φθορισμού. Επιπλέον, πραγματοποιήθηκαν παρόμοια πειράματα και έγινε σύγκριση με ένα εμπορικό υδρόφοβο υλικό που χρησιμοποιείται συχνά σε εφαρμογές ηλεκτροδιαβροχής, το Teflon® AF (amorphous fluoropolymer), το οποίο επιστρώθηκε πάνω στο διηλεκτρικό με περιστροφή. Με βάση την μελέτη αυτή επιλέχθηκαν οι κατάλληλες συνθήκες που δίνουν υδρόφοβα φθορανθρακικά υμένια τα οποία παρουσιάζουν μεγάλη υδροφοβικότητα, μικρή υστέρηση στη γωνία επαφής, σημαντική μεταβολή στη γωνία με την εφαρμογή χαμηλής τάσης, υψηλή αντιστρεψιμότητα της γωνίας μετά την απομάκρυνση της τάσης, και μηδαμινή πρωτεϊνική προσρόφηση, ενώ κατασκευάστηκε ανοιχτή μικρορευστομηχανική διάταξη όπου χρησιμοποιώντας τα υδρόφοβα φθορανθρακικά υμένια μετακινήθηκαν διακριτές σταγόνες μέσω της ηλεκτροδιαβροχής. Η χρήση φθορανθρακικών υμενίων εναποτιθέμενων στο πλάσμα για ενεργοποίηση σταγόνων πρωτεϊνικών διαλυμάτων με ηλεκτροδιαβροχή γίνεται για πρώτη φορά στην βιβλιογραφία. Σύγκριση των υμενίων αυτών με το εμπορικό υλικό έδωσε συγκρίσιμα αποτελέσματα. Το συμπέρασμα αυτό, μαζί με το γεγονός ότι τα εναποτιθέμενα στο πλάσμα υμένια παρουσιάζουν ορισμένα πλεονεκτήματα έναντι των συνήθως χρησιμοποιούμενων εμπορικών υλικών που επιστρώνονται με περιστροφή κατάλληλων διαλυμάτων τους, όπως ομοιογένεια στο πάχος, καλή πρόσφυση στο υπόστρωμα και την δυνατότητα να εναποτεθούν επιλεκτικά, καθιστά τα υμένια αυτά κατάλληλα υδρόφοβα υλικά για την κατασκευή μικρορευστομηχανικών διατάξεων και την ενεργοποίηση σταγόνων βιολογικών διαλυμάτων με ηλεκτροδιαβροχή. ...............................................................................................................................