表面化学调控颗粒zeta电位对非线性电泳迁移行为的影响研究

《Surfaces and Interfaces》：Effect of zeta potential of different surface-modified microparticles on their electrokinetic migration in microchannels under a direct current electric field

本文创新性地通过表面修饰调控颗粒zeta电位（ζp），系统研究了微流道中非线性电泳行为。研究发现表面化学基团主导非线性效应的起始点和强度，负电性PS-SO3H颗粒非线性依赖性最强，而PS-NH2颗粒在酸性条件下出现迁移反转。该研究为微流控生物颗粒精准操控提供了新策略。

　　

章节亮点

微流道制备与样品准备

采用标准软光刻技术制备聚二甲基硅氧烷（PDMS）微流道，实验区尺寸为长12.00毫米、宽2.00毫米，实测高度约22.00微米。进出口末端设计有半圆形扩展区域，通道可靠性评估详见补充信息。

使用直径统一（10.05-10.45微米）但表面修饰不同的聚苯乙烯颗粒：未修饰（PS-Plain）、氨基修饰（PS-NH₂）和磺酸基修饰（PS-SO₃H），以消除粒径干扰。颗粒分散于不同pH的缓冲液中，电场强度范围0.02-3.00千伏/厘米。

颗粒物理化学表征

通过扫描电镜（SEM）观察颗粒形态，6000余颗粒统计显示粒径分布集中（图2A），表明尺寸控制良好。采用zeta电位分析仪测量颗粒zeta电位（ζ_p），结果显示PS-SO₃H和PS-Plain颗粒在全pH范围内带负电，而PS-NH₂颗粒的ζ_p随pH变化由正转负，印证表面基团对电位的调控作用。

结论

本研究通过表面修饰聚苯乙烯颗粒，在直流电场中探究了其电迁移行为，聚焦表面化学的影响。采用解耦粒径与表面特性的策略，精准评估了表面修饰对电动效应的独立作用。

实验结果表明，表面修饰调控非线性行为的起始点和强度：带负电的PS-SO₃H颗粒非线性依赖性最强，而未修饰的PS-Plain颗粒次之；PS-NH₂颗粒在酸性条件下出现迁移反转，揭示基团导致的过充电现象。所有案例中非线性迁移率随|ζ_p|增大而降低，证实ζ_p与非线性传输的关联性。这些发现为微流控、生物分析和纳米医学中的精准颗粒操控提供了新思路。