細胞培養是生物技術中最核心、最基礎的技術；培養皿是一種用于微生物或細胞培養的實驗室器皿。當前,一次性塑料培養皿在生物、醫藥、化工等許多領域都得到廣泛應用。塑料制品因價格低廉,成為生物、醫藥等行業進行實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)、優點眾多,如透明度高、剛性優、成本低廉、無毒,有良好的耐溶膠性及電絕緣性、優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域時，由于其表面疏水，無法完全滿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。

為解決這些問題,低溫等離子體表面改性技術以其特有的優點在生物醫用材料中已經被廣泛的應用。

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,這些活性粒子雖然壽命短但非常活躍,很容易與體系中其它物質發生化學反應,因此可以利用等離子體對材料進行表面處理。低溫冷等離子的活性粒子的能量足以破壞分子的化學鍵,但其不會使材料表面過熱,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影響到表面以下幾納米的深度,不會破壞材料的內部結構且不會改變材料的光學特性。其次,等離子體處理不會產生有毒的化學物質,使得等離子體表面處理工藝安全可靠并且無毒環保。

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,沒有經過等離子體處理的PS培養皿的接觸角很大。當等離子體處理過后水滴角變得很小,PS表面達到超親水狀態。

對聚苯乙烯(PS)而言，其化學結構包括苯環，由于苯環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，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

經過等離子處理后，聚苯乙烯(PS)培養皿的表面能會增加，表面形貌會變得粗糙，化學成分也會發生變化，其表面會引入如羥基-OH和羧基-COOH等含氧官能團，這些官能團能顯著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對聚合物表面的粘附性。