細胞培養是生物技術(shù)中最核心、最基礎的技術(shù)；培養皿是一種用于微生物或細胞培養的實(shí)驗室器皿。當前,一次性塑料培養皿在生物、醫藥、化工等許多領(lǐng)域都得到廣泛應用。塑料制品因價(jià)格低廉,成為生物、醫藥等行業(yè)進(jìn)行實(shí)驗分析的首選高分子材料。

目前的一次性塑料培養皿，如聚苯乙烯(PS)、優(yōu)點(diǎn)眾多,如透明度高、剛性?xún)?yōu)、成本低廉、無(wú)毒,有良好的耐溶膠性及電絕緣性、優(yōu)異的表面光澤度和良好的可加工性等。但當聚苯乙烯應用于生物醫藥等領(lǐng)域時(shí)，由于其表面疏水，無(wú)法完全滿(mǎn)足作為生物醫用材料所需要的生物相容性和高度的生物功能要求，用于細菌、細胞的貼壁培養非常困難。通常在使用前需對其進(jìn)行表面處理,以改善材料表面的親疏水性以及生物相容性,以此來(lái)拓寬聚苯乙烯材料的適用范圍。聚苯乙烯表面的親疏水性會(huì )影響聚合物對與其表面接觸的分子的粘附和結合。

為解決這些問(wèn)題,低溫等離子體表面改性技術(shù)以其特有的優(yōu)點(diǎn)在生物醫用材料中已經(jīng)被廣泛的應用。

PS培養皿等離子處理

等離子體中包含大量高能微粒,如電子、離子、自由基和一些中性物質(zhì),這些活性粒子雖然壽命短但非?；钴S,很容易與體系中其它物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應,因此可以利用等離子體對材料進(jìn)行表面處理。低溫冷等離子的活性粒子的能量足以破壞分子的化學(xué)鍵,但其不會(huì )使材料表面過(guò)熱,對一些高溫不穩定的聚合物仍然適用。另外,等離子體對材料表面的處理只會(huì )影響到表面以下幾納米的深度,不會(huì )破壞材料的內部結構且不會(huì )改變材料的光學(xué)特性。其次,等離子體處理不會(huì )產(chǎn)生有毒的化學(xué)物質(zhì),使得等離子體表面處理工藝安全可靠并且無(wú)毒環(huán)保。

PS氧氣等離子處理前后水滴角對比

圖 1. 聚苯乙烯的等離子處理前后水滴角對比

由1圖可以看出,沒(méi)有經(jīng)過(guò)等離子體處理的PS培養皿的接觸角很大。當等離子體處理過(guò)后水滴角變得很小,PS表面達到超親水狀態(tài)。

對聚苯乙烯(PS)而言，其化學(xué)結構包括苯環(huán)，由于苯環(huán)在人體中缺乏天然表達，因此通常不具有生物相容性。氧等離子體可有效破壞這些苯環(huán)，用羥基和羰基等含氧基團取而代之（圖2）。

圖二 . 聚苯乙烯的等離子體氧化

經(jīng)過(guò)等離子處理后，聚苯乙烯(PS)培養皿的表面能會(huì )增加，表面形貌會(huì )變得粗糙，化學(xué)成分也會(huì )發(fā)生變化，其表面會(huì )引入如羥基-OH和羧基-COOH等含氧官能團，這些官能團能顯著(zhù)提高材料的親水性和生物相容性，從而增加了細胞或蛋白質(zhì)對聚合物表面的粘附性。