定向不对称修饰构建双梯度Janus膜：实现重力无关的自驱动微流体传输

这篇研究报道了一种创新的parylene–plasma–porous（PPP）处理策略，通过不对称化学气相沉积（CVD）和O2等离子体处理，将传统多孔膜转化为具有孔隙率-润湿性双梯度的Janus结构。该膜在无外力条件下实现自驱动流体传输，成功应用于微升级血液血浆分离，为微流控诊断系统提供了新平台。

　　

1 引言

传统多孔膜因均匀的润湿性和孔隙率限制了其在定向流体传输中的应用。研究团队提出通过parylene C（聚对氯二甲苯）不对称沉积和O₂等离子体处理的组合策略，构建具有三维梯度功能的Janus膜。parylene C凭借其化学惰性和疏水性，可通过CVD形成定向涂层，而O₂等离子体则选择性氧化表面，引入亲水基团（─COOH/─CHO），形成与孔隙梯度匹配的润湿性梯度。

2 结果与讨论

2.1 双梯度Janus膜的制备

PPP处理通过两步法实现：首先，parylene C在玻璃纤维（GF）膜顶部优先沉积，形成上密下疏的孔隙梯度（顶部孔隙率11% vs 底部20%）；随后，O₂等离子体将顶部疏水的C─Cl键转化为亲水基团，形成润湿性梯度（顶部接触角26° vs 底部120°）。该过程在室温下完成，无需多层粘合，具有材料普适性。

2.2 双梯度膜的表征

XPS分析显示，处理后膜顶部Cl元素信号强度降低2.8倍，O元素增加2倍，证实了选择性氧化。FE-SEM显示顶部纤维厚度增加50%，而底部保持原始结构。EDS mapping进一步揭示Cl和O元素沿膜厚度的梯度分布（260 μm），与毛细管力驱动的自泵效应直接相关。

2.3 parylene C沉积量对梯度的影响

当parylene C沉积量从0.5 g增至4 g时，顶部孔隙率从28%骤降至3%，但过量沉积会导致渗透性下降。优化条件下（2 g沉积），膜可实现90%的荧光微粒截留率，同时维持1.5 μL/min的过滤速率，适用于微量血液处理。

2.4 生物医学应用验证

该Janus膜在50 μL全血样本中实现血浆分离，血红蛋白残留量<0.1%，蛋白质回收率达92%。其重力无关的特性使其在便携式诊断设备中展现出优势，例如在倾斜30°时仍保持85%的分离效率。

3 结论

PPP策略通过室温、无溶剂工艺构建了结构-功能协同的双梯度膜，突破了传统Janus膜层间界面不稳定的限制。未来可通过调控等离子体参数（如功率、时间）进一步优化表面化学特性，拓展其在器官芯片等精密医学工程中的应用。