水濕性梯度

量測已經過電漿處理之聚丙烯之接觸角，以了解四氟化碳電漿 或六氟化硫電漿中之離子或電子於遮罩中擴散之程度。

(a) 四氟化碳電漿處理時間對於接觸角梯度之影響

同一電漿處理條件之下，因為使用遮罩之緣故，電將中之粒子利 用擴散方式到達材料表面，樣品各點的受到電漿改質的程度也有所不 同，接觸角也有所差異。聚丙烯於氧前處理時未使用遮罩，所以整片 聚丙烯表面被改質為親水性表面。於四氟化碳電漿使用時遮罩，四氟

化碳電漿中的離子與電子以擴散方式進入遮罩中，所以較近開口處之 聚丙烯表面會受到較強的改質，造成較疏水的表面；反之，離開口處 越遠之聚丙烯表面，離子與電子越難擴散至此，所以受改質程度也較 弱，造成較親水的表面。

於同樣位置之聚丙烯表面，不同四氟化碳電漿處理時間會對聚丙 烯表面水濕性造成不同的影響。於同樣位置之聚丙烯表面，若四氟化 碳電漿處理時間越長，則表面越疏水；若四氟化碳電漿處理時間越 短，則表面越親水。由於四氟化碳電漿處理時間越長，電漿中的離子 與電子就越有時間向離開口較遠處擴散，若表面上方的離子與電子越 多，表面受到的改質程度也會越強。

位置 1、2、3 之接觸角於不同四氟化碳電漿處理時間之差大於位 置 6、7 之接觸角差。猜測是由於位置 6、7 因離子與電子較難擴散至 此，所以不論四氟化碳電漿處理時間長短，電漿於位置 6、7 的改質 程度皆很弱，所以接觸角差異小。位置 1、2、3 皆擁有許多離子與電 子，所以其改質程度是受到時間長短之影響。此種現象使得經氧氣電 漿前處理與四氟化碳電漿處理時間十五分鐘的聚丙烯樣品擁有最大 的水濕性梯度範圍，如表 5.3、圖 5.11 所示。

表 5.3 利用電漿前處理及 CF4電漿，處理 5、10、15 分鐘所測得之接 觸角

圖 5.11 利用電漿前處理及 CF₄電漿，處理 5、10、15 分鐘所測得之接 觸角

(b)六氟化硫電漿處理時間對於接觸角梯度之影響

六氟化硫與四氟化碳同樣為含氟分子，所以高分子聚合物經六

距疏水端距離(cm)

CF4電漿時間(mins)

1 2 3 4 5 6 7

5 133.4^o 117.3^o 103.4^o 79.6^o 68.4^o 69.0^o 58.6^o 10 140.6 ^o - 90.7^o 80.9^o 63.5^o 56.3^o 54.5^o 15 >150^o - 123.7^o 98.3^o 83.7^o 65.9^o 54.3^o

處理，再分別使用五、十與十五分鐘之六氟化硫電漿處理，並於六氟 化硫電漿處理時使用遮罩，所測得之接觸角。

由表 5.3 與表 5.4 可知，對於同位置之聚丙烯表面，在四氟化碳 電漿處理條件與六氟化硫電漿處理條件相同之情況下，經六氟化硫電 漿處理之聚丙烯擁有較大的接觸角角度，表示六氟化硫電漿處理之聚 丙烯較四氟化碳電漿處理之聚丙烯疏水。猜測是由於六氟化硫分子中 含有比四氟化碳分子更多的氟原子所導致，因此六氟化硫電漿擁有比 四氟化碳電漿更具效率的疏水改質能力。

由電漿處理時間五分鐘之數據可看出距疏水端一至四公分之間 的接觸角角度差異與距疏水端五至七公分之間的接觸角角差異皆小 於 20 度，但距疏水端四公分與五公分之間的接觸角角度極大。猜測 是由於六氟化硫電漿處理時間只有五分鐘，所以只有少數六氟化硫電 漿中的離子與電子能擴散至距疏水端五公分處，導致距疏水端四公分 與五公分處有極大的接觸角差異。雖然只有少數離子與電子擴散至距 疏水端五公分處，但距疏水端五公分之後仍有粒子擴散的情況，導致 距疏水端五、六、七公分處有接觸角遞減的趨勢。且因距疏水端七公 分處之接觸角與只有經氧前處理的聚丙烯之接觸角相近，所以猜測電 漿粒子無法擴散至此處。

由電漿處理時間十與十五分鐘之數據可知，因距疏水端七公分

處的接觸角約為 135^o與 136^o，所以猜測六氟化硫電漿粒子已完全擴 散至距疏水端七公分處，因此表面有一完整之水濕性梯度，但因親疏 水端接觸角之差距太小，所以不會利用此參數製備的聚丙烯來培養細 胞或是進行蛋白質吸附測試。

表 5.4 利用電漿前處理及 SF₆電漿，處理 5、10、15 分鐘所測得之接觸角

距疏水端 距離(cm)

SF₆電漿 時間(mins)

1 2 3 4 5 6 7

5 >150.0^o 141.8^o±2.5^o 138.3^o±1.1^o 134.5^o±0.7^o 47.0^o±5.9^o 34.5^o±0.9^o 19.7^o±2.2^o 10 >150.0^o 141.8^o±0.1^o 135.^o±0.6^o 128.6^o±0.3^o 92.5^o±0.7^o 84.3^o±0.6^o 74.5^o±0.4^o 15 >150.0^o >150.0^o 147.7 ^o±0.8^o 141.7 ^o±0.9^o 138.9 ^o±1.3^o 137.9 ^o±0.5^o 136.5 ^o±0.5^o

Position V.S Contact angle

distance from hydrophobic end(cm)

contact angle(degree)

由式 5.1 的 Fick 第一定律可知，分子擴散之速率與其濃度差有 5.15 可比較相同位置之下，壓力 60mtorr 與 100mtorr 六氟化硫電漿處 理對表面水濕性與接觸角之影響。除距疏水端 2 公分處外，其餘的每 一處皆是 100mtorr 六氟化硫電漿處理比 60mtorr 六氟化硫電漿處理更 為疏水。猜測是由於電漿腔體中之壓力越高，表示腔體中的離子與電 子濃度越高，與遮罩中離子與電子濃度的差異也越大。因為 100mtorr 六氟化硫電漿比 60mtorr 六氟化硫電漿有更高的濃度，所以 100mtorr 六氟化硫電漿與遮罩中離子與電子之濃度差也相對較高，離子與電子

60 150^o 136.4^o 32.7^o 28.1^o 22.1^o 19.6^o 19.4^o 100 >150^o 131.7^o 97.6^o 91.9^o 81.3^o 37.4^o 37.4^o

contact angle V.S position

0

distance from hydrophobic end (cm)

contact angle (degree)

pressure - 60mtorr pressure - 100mtorr

圖 5.15 利用電漿前處理，以及 60mtorr 與 100mtorr 之 SF₆電漿，處

端接觸角差

treatment time(mins) difference of wettability contact angle (degree)

[16]

ΔWCA V.S Maximum & minimum contact angle difference of wettability contact angle (degree)

maximum and minimum contact angle (degree)

ΔWCA V.S maximum contact angle ΔWCA V.S minimum contact angle

[18]-PDMS

[14] this work

this work

形之影像。

根據以上接觸角量測之結果可知編號 1 為最疏水端，編號 2、3、

4、5、6 表面之疏水性依序遞減，編號 7 為最親水端。將 L929-纖維 母細胞培養於此一具有水濕性梯度之聚丙烯表面，觀察不同水濕性表 面對 L929-纖維母細胞附著之影響。由圖 5.18 可看出，附著於最疏水 端之 L929-纖維母細胞之數量並不多，且大部分的細胞並無延展之情 形。由圖 5.18 至圖 5.24 中可看出，隨著表面性質越趨親水，附著於 表面的細胞數量也越來越多，且有越多比例的細胞將其纖維延展至聚 丙烯表面。因此由掃瞄式電子顯微鏡所觀察到之影像可推測對於同一 物質而言，親水之表面比疏水之表面適合 L929-纖維母細胞之附著與 延展。但若需更一步了解物質表面是否有利於細胞之附著或生長，必 須利用 MTT 試驗將細胞活性量化，才可更清楚不同水濕性表面對細 胞附著或生長之影響。

圖 5.18 L929-纖維母細胞於編號 1 聚丙烯上附著之影像

圖 5.19 L929-纖維母細胞於編號 2 聚丙烯上附著之影像

圖 5.20 L929-纖維母細胞於編號 3 聚丙烯上附著之影像

圖 5.21 L929-纖維母細胞於編號 4 聚丙烯上附著之影像

圖 5.22 L929-纖維母細胞於編號 5 聚丙烯上附著之影像

圖 5.23 L929-纖維母細胞於編號 6 聚丙烯上附著之影像

圖 5.24 L929-纖維母細胞於編號 7 聚丙烯上附著之影像

5.2.3 細胞活性測試

將經過氧氣電漿前處理，再經四氟化碳電漿處理(20W、10sccm、

100mtorr、15mins)之聚丙烯切割成 1cm X 1cm 大小，並以此七片聚 丙烯作 MTT 測試。

圖 5.25 為七片聚丙烯作 MTT 測試之結果。由圖 5.25 可看出，

距離疏水端一到四公分處有明顯漸高的趨勢，表示細胞於距離疏水端 一到四公分處之活性有越來越高的趨勢，且細胞於距疏水端四公分處 達到最高活性。距離疏水端五公分處已無梯度之趨勢存在，猜測原因 有二：第一，製備水濕性梯度表面時操作疏失，造成聚丙烯表面無完

整水濕性梯度；第二，並非越親水之表面越適合 L929-纖維母細胞之 附著與生長，而是於特定範圍內之水濕性最適合 L929-纖維母細胞之 附著或生長。

Cell viability for wettability gradient on PP

0.0000

distance from hydrophobic end(cm)

Abs.(a.u.)

圖 5.26 為七片聚丙烯作蛋白質吸附測試之結果。由圖 5.26 無法

distance from hydrophobic end(cm)

adhered BSA(mg)

圖 5.26 利用電漿前處理，以及 CF₄ 電漿，處理(20W、10sccm、

100mtorr、15mins)製備水濕性梯度之蛋白質吸附測試