这里的等离子体活化是指聚合物表面的化学改性，通常用于增强其润湿性或粘附性，在生物学中具有衍生产品，例如提高用于药物输送、心脏组织工程、修复学和骨科的聚合物植入物的细胞相容性、生物相容性和生物活性[等离子体似乎是增加聚合物表面能的相关方法，因为它的活性物质可以引入各种反应性官能团。根据所使用的气源以及这些变化如何影响聚合物的性能，简要地说明了这些官能团。这些知识对于生物医学应用、材料科学和电子学等各个领域聚合物材料的定制设计和定制至关重要。
| 气态反应物质 | 气体/蒸汽源 | 在聚合物表面引入的官能团 | 效果和应用 |
| 氧自由基 | O2， 水蒸气 | 羰基 （C=O） | 聚合物表面能的增加，从而提高润湿性、粘附力和与其他材料的相容性[211]。 |
| 羧基 （-COOH） | |||
| 羟基 （-OH） [210] | |||
| 水 | 水汽 | 羟基 （-OH） | 提高聚合物的润湿性和粘附性 |
| 氮自由基 | N2、氨 （NH3) | 胺基 （-NH2） | 改善PLA样品的细胞粘附，增强聚合物表面的反应性和氢键合能力。 |
| 丁腈基团 （-CN） | |||
| 酰胺基团 （-CONH2） | |||
| 一氧化氮自由基 | NO, NO2 | 硝基 （-NO2） | 用于生物医学应用的具有抗菌性能的聚合物表面 |
| 亚硝酸盐基团 （-ONO） | |||
| 胺基 （-NH2） | |||
| 酰胺基团 （-CONH2） | |||
| 氢自由基 | H2 型 | 稳定且无反应性的含氢官能团。 | 等离子体可以有效地清除聚乙烯、聚丙烯和聚酰亚胺中的表面污染物（如残留的单体、表面活性剂） |
| 碳自由基 | CH4， C2H6 | 甲基 | 官能团可以改变聚合物的表面特性，例如其疏水性或电导率 |
| 乙基 | |||
| 等等 | |||
| 反应性有机物 | 苯乙烯、乙烯基三甲基硅烷 （VTMS） 或二乙烯基苯 （DVB） | 乙烯基团 （-CH=CH2) | 将不饱和度引入表面，使其更具反应性，并能够进行进一步的聚合或交联。 |
| 氟（碳）自由基 | SF6、CF4 或碳氟化合物前驱体。 | 含氟基团 （-CFX) | 增强疏水性、耐化学性和不粘性能。 |
如前所述，将聚乙烯表面暴露于氧等离子体中会使其表面活化，即引入羟基、羰基等极性官能团。这些官能团的引入会提升材料表面能，从而增强其润湿性。为深入解析水滴与这种等离子体活化表面之间的相互作用机制，需从以下方面系统考察该现象：
首先，液滴中的水分子通过共价键与氢键共同结合[224]。共价键因电子共享而具有极强的结合力，它将单个水分子内的两个氢原子与氧原子紧密联结（图14a）。而氢键则负责连接液滴内不同水分子——其中一个水分子的微弱带正电氢原子会被相邻水分子微弱带负电的氧原子吸引（图14a中虚线所示）。虽然单个氢键强度远逊于共价键，但海量氢键形成的协同作用赋予了水独特的性质，包括高表面张力、高比热容以及强大的物质溶解能力。
（a） 与水滴接触前轻微氧化聚乙烯薄膜的最顶层示意图；（b） 与天然聚乙烯表面接触的水滴，显示液滴内的氢键和聚合物内的非极性共价键；（c） 水滴与等离子体处理的聚乙烯表面接触，显示出强氧化和聚合物内随后的极性共价键。
· 聚乙烯的最外层由碳原子和氢原子组成（见b）。这些元素的电负性值（碳为 2.55，氢为 2.20）非常相似，以至于所得的 C-H 共价键可以被认为是非极性的。这意味着聚乙烯的表面能极低，PE 表面的 H 原子和水滴的 O 原子之间无法形成完整的氢键。然而，天然聚乙烯表面总是被氧化，尽管氧化程度很小，这意味着一些位点存在插入 C 和 H 原子之间的 O 原子。O 的电负性值为 3.44，因此 CH 和 C-O 键是共价极性的。如图b 所示，奇异的 C-O-H 位点可以与水滴形成有效的氢键。
· 上图描述了等离子体暴露后 PE 表面完全氧化的理想情况。由于最顶层完全由极性共价键组成，因此表面能足够高，足以超过水滴的表面张力，使其重塑并最大化液滴-PE 界面面积。
将羟基、羰基或羧基引入表面不会添加新的化学元素，这使得这种官能团化可以被视为化学表面活化。同样，聚合物表面的 -NHX 基团（或 -CFX 基团）官能化，而天然包含氮原子（或氟原子）对应于表面活化。然而，严格来说，将 -NH2 基团引入聚乙烯表面不再是等离子体活化，而是等离子体接枝，因为引入了新的化学元素，即与天然聚合物表面不同。
